Hoewel de huidige metaal 3D-printindustrie zich zeer snel ontwikkelt, zijn er nog veel problemen die moeten worden opgelost, waaronder het verwijderen van ondersteunende structuren. Dit kan worden bereikt door machinale bewerking of het gebruik van oplosbare materialen. Bewerkingsmethoden zijn omslachtig en kunnen de afdruk beschadigen. De soorten oplosbare materialen hebben hun beperkingen, over het algemeen alleen geschikt voor plastic materialen, voor metalen dragers zal deze methode niet werken
Overzicht van elektrochemische verwijdering van metalen steunen
Onderzoekers van de Arizona State University (ASU) hebben een elektrochemische methode voorgesteld om metalen steunen te verwijderen, en deze methode is aangevraagd voor een buitenlands octrooi. Het principe is weergegeven in de volgende afbeelding:
Elektrochemische verwijdering van metalen steunen
De eigenlijke onderdeelentiteit in het grijze gedeelte in de afbeelding, om succesvol afdrukken te garanderen, is het meestal nodig om ondersteuning toe te voegen aan het onderdeelentiteitsgedeelte, dat het zwarte gedeelte in de afbeelding is. De elektrochemische verwijdering van drager is essentieel voor "de kathodische beschermingsmethode van opofferingsanode". Deze methode wordt meestal gebruikt om metaalcorrosie te voorkomen, dat wil zeggen dat het metaal met een sterke reduceerbaarheid wordt gebruikt als een beschermende elektrode en wordt verbonden met het beschermde metaal om een primaire batterij te vormen, die een sterke reduceerbaarheid heeft. Het metaal zal worden verbruikt door oxidatiereactie als de negatieve elektrode, en het beschermde metaal zal worden gebruikt als de positieve elektrode om corrosie te voorkomen. Of het nu gaat om twee metalen in hetzelfde elektrolyt of materiaal in verschillende delen van het elektrolyt (zoals het deel van de romp boven en onder water). Het materiaal dat geanodiseerd wordt, heeft een negatiever reductiepotentieel, dat bij voorkeur wordt geoxideerd boven het materiaal van het onderdeel. Het dragermateriaal is equivalent aan het anodemateriaal met een sterke reduceerbaarheid en wordt verwijderd.
De eerste elektrochemische metaalondersteuningsoplossing
De onderzoekers hebben 3D geprint, het materiaal van het onderdeel is 304 roestvrij staal en het gebruikte ondersteuningsmateriaal is koolstofstaal. Het specifieke principe is om de koolstofstalen drager te verwijderen door middel van elektrochemische etstechnologie met salpeterzuur en zuurstof. Het is aangetoond dat deze methode haalbaar is en, belangrijker nog, geen impact heeft op roestvrijstalen prints. De onderstaande figuur laat zien dat de onderzoekers een roestvrijstalen brug maakten met koolstofstaal als drager, en het koolstofstaal vervolgens elektrochemisch verwijderden (41 gew.% salpeterzuuroplossing en zuurstof). In het begin gebruikten de onderzoekers geen zuurstof en ontdekten ze dat de corrosiesnelheid in dit geval te laag was, waardoor het 1,4 mm koolstofstaal in 10 uur werd verwijderd. Later voegden ze zuurstof toe om de reactie te versnellen en het duurde slechts 6 uur om de resterende 7 mm koolstofstaal volledig te verwijderen.
Het verwijderen van metalen dragers door elektrochemisch etsen is in principe haalbaar (het is bewezen door experimenten), maar er is zeer weinig onderzoek naar deze technologie in binnen- en buitenland en er is momenteel geen volwassen industriële toepassing, voornamelijk in de volgende aspecten van het probleem:
●Het opofferingsanodemateriaal moet metallurgisch compatibel zijn met het afdrukmateriaal, wat betekent dat het een vergelijkbare kristalstructuur, thermische geleidbaarheid en thermische uitzettingscoëfficiënt moet hebben en geen schadelijke intermetallische verbindingen mag genereren. Dit zorgt ervoor dat het contact tussen de opofferingsanode en het geprinte onderdeel voldoende mechanische sterkte heeft om de spanningen te weerstaan die worden veroorzaakt door extreme thermische cycli tijdens 3D-metaalprinten.
●A highly corrosive electrolyte must be used. This electrolyte must be able to dissolve the sacrificial anode with high selectivity (>100:1) vergeleken met het gedrukte materiaal.
●Het proces moet beheersbaar zijn en nauwkeurigheid is moeilijk te garanderen. De chemische reactiesnelheid en -tijd zijn moeilijk te controleren en soms wordt het printmateriaal ook in een kleine hoeveelheid verwijderd of wordt het dragermateriaal niet volledig verwijderd.