„Naujas požiūris į 3D spausdinimą gali jį įtraukti į pagrindinį srautą
ANKSTYVOS adityvios gamybos formos, arba liaudiškai vadinamas 3D spausdinimas, pradėjo atsirasti devintajame dešimtmetyje. Tačiau prireikė daugiau, nei dešimtmečio, kol ši technologija pradėjo kilti. Iš pradžių ji buvo naudojama prototipams gaminti. Dabar sudėtingi komponentai įprastai spausdinami 3D formatu iš plastiko ir metalo ir naudojami gaminiuose, pradedant reaktyviniais varikliais, robotais ir baigiant automobiliais.
2021 m. 3 D spausdinimo paslaugų ir mašinų pardavimas išaugo daugiau nei 17 % ir pasiekė maždaug 15 mlrd. dolerių. Tačiau, kad ir kokia naudinga tapo adityvi gamyba, ji sunkiai stengiasi konkuruoti dėl sąnaudų ir greičio su labiau nusistovėjusiais gaminių gamybos būdais, pvz., išlydyto plastiko įpurškimu į formas arba metalinių dalių štampavimu milžinišku presu.
Todėl dauguma gamintojų naudoja 3D spausdintuvus mažos apimties, didelės vertės detalėms gaminti. Tam tikriems daiktams tai užtrunka papildomai skirti laiko ir išlaidų.
Gaminant daiktus adityviai, objektai sukuriami sluoksnis po sluoksnio, todėl sudėtingas vidines struktūras galima lengviau įtraukti į dizainą. Formas taip pat galima optimizuoti siekiant tvirtumo ir lengvumo, taupant medžiagas.
Bet kas būtų, jei šiuos pranašumus būtų galima gauti, naudojant įprastų gamyklos procesų greitį ir kainą? Nauja priedų gamybos forma būtent tai ir siekiama.
Šio proceso, prekės ženklu „ploto spausdinimas“, ištakos siekia 2009 m.
Tada Jamesas DeMutas, baigęs mechanikos inžinerijos magistro studijas Stanfordo universitete, pradėjo dirbti Nacionalinėje uždegimo įstaigoje, priklausančioje Amerikos energetikos departamentui. Lawrence'o Livermore'o nacionalinė laboratorija (LLNL). Tam naudojami kai kurie iš galingiausių pasaulyje lazerių branduolių sintezei tirti.
Vienas iš M. DeMuthui pateiktų iššūkių buvo rasti būdą, kaip panaudoti labai specializuotą plieno rūšį, kad būtų pagaminta 12 metrų pločio lydymosi kamera su daug sudėtingų savybių.
Šiam darbui jis svarstė 3D spausdinimo formą, vadinamą Lazerio miltelių lovos sujungimas (L-PBF). Tam naudojamas lazerio spindulys, suvirinantis daleles ant plono metalo miltelių sluoksnio, kad būtų suformuota reikiama pirmojo objekto sluoksnio forma. Tada įpilama daugiau miltelių ir ant pirmojo suvirinamas antras sluoksnis. Ir taip toliau, kol elementas bus baigtas.
Problema ta, kad, kaip ir daugelyje kitų 3D spausdinimo formų, yra atvirkštinis ryšys tarp skiriamosios gebos, kuri lemia spausdinamo detalumo lygį, ir proceso greičio. Todėl kai kurių didelių komponentų su smulkiomis detalėmis atspausdinimas gali užtrukti kelias dienas, jei ne mėnesius. Kameros gamyba atrodė taip, lyg tai užtruktų dešimtmečius. L-PBF buvo aiškiai neįgyvendinamas tokiam prašymui.
Tai privertė J. DeMuthą ir grupę kolegų pagalvoti, kaip paspartinti darbą neprarandant kokybės.
Po tam tikro darbo jie pradėjo naudoti prietaisą, vadinamą optiškai adresuotu šviesos vožtuvu, kuris buvo sukurtas LLNL. Tai leidžia impulsiniam infraraudonųjų spindulių lazeriui, kurio spindulys yra kvadratinio skerspjūvio formos, nupiešti didelės raiškos vaizdą. Panašiai kaip fotografinis negatyvas, vaizdas gali užblokuoti arba praleisti šviesą, sukurdamas milijonus mažyčių lazerio dėmių, panašiai, kaip pikseliai, sudarantys skaitmeninį vaizdą.
Suprojektuota ant miltelių sluoksnio, ši raštuota lazerio šviesa gali vienu ypu suvirinti visą plotą.
J. DeMuthas šį procesą lygina su dokumentų kūrimu spausdinimo mašina, o ne rašant juos atskirai rašikliu.
Ne tokia taškuota mintis
2015 m. J. DeMuthas įkūrė Seurat Technologies, siekdamas komercializuoti technologiją. Ši Masačusetse įsikūrusi įmonė pavadinta Georges'o Seurat, postimpresionistinio prancūzų menininko, tapybos stiliaus, vadinamo puantilizmu, kuris kuria paveikslus iš taškų, pradininko vardu. Keletas įmonių, įskaitant GM ir Volkswagen, automobilių gamintojų porą, Siemens Energy, didelės Vokietijos grupės padalinį ir Denso, didelę Japonijos komponentų įmonę, bendradarbiauja su Seurat, kad ištirtų savo pirmojo prototipo ploto spausdinimo mašinos naudojimą.
Šis prototipas gamina keletą mažų, raštuotų kvadratų ant miltelių sluoksnio. Jų dydis priklauso nuo medžiagos. Aliuminiui reikia 15 mm kvadratų. Titanui reikia 13 mm. Plienui reikia 10 mm. Atskirai šie kvadratai gali atrodyti maži. Bet kas sekundę jų galima atspausdinti 40 greta vienas kito, todėl greitai galima padengti didelį plotą. Prototipas buvo sukurtas taip, kad veiktų tokiu mastu, kad lazerio dydis ir jo suvartojamos energijos kiekis būtų praktiškas.
Kiekviename kvadrate projektuojamas 2,4 mln. pikselių ekvivalentas, todėl aparatas gali spausdinti tik 25 mikronų (milijoninių metro) storio sluoksnių dalis 3 kg per valandą greičiu. Tai yra dešimt kartų greičiau, nei įprastas L-PBF įrenginys, turintis tokią puikią skiriamąją gebą, sako p. DeMuthas. Dabar kuriamos vietinio spausdintuvo gamybinės versijos ir ateinančios kartos galų gale turėtų būti 100 kartų greitesnis.
Visa tai, sako ponas DeMuthas, reiškia, kad ploto spausdinimas bus konkurencingas su masinės gamybos gamyklos procesais, tokiais, kaip apdirbimas, štampavimas ir liejimas. Pavyzdžiui, jis mano, kad iki 2030 m. bus galima pagaminti stalo įrankius (šiuo metu nerūdijančio plieno indus) už 25 dolerius už kilogramą. „Tai reiškia, kad iš tikrųjų galėtume atspausdinti stalo įrankius pigiau, nei jūs galėtumėte juos presuoti“, – priduria jis.
Kiti lazeriniai 3D spausdintuvai taip pat spartėja. Pavyzdžiui, L-PBF mašinose gali būti sumontuotos kelilazerio spinduliai, nors sudėtingumas gali apriboti jų skaičių. Be to, tobulėja daugelis ne lazerinių būdų spausdinti daiktus, naudojant įvairias medžiagas gaminant daiktus – nuo pastatų iki tiltų ir sausainių. Vienaip ar kitaip atrodo, kad 3D spausdinimas pagaliau yra pasirengęs leisti tradicinėms gamykloms pakovoti už savo pinigus.” [1]
1. "A Gutenberg moment; 3D printing." The Economist, 19 Mar. 2022, p. 74(US).
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą