Исследователи из Пекинской ключевой лаборатории криобиомедицинской инженерии разработали процесс 3D-печати металлом, в котором используются чернила из металлических сплавов с низкой температурой плавления. Чернила разжижаются при температуре чуть выше комнатной и быстро затвердевают после печати или помещения их в ванну с охлаждающей жидкостью.
3D-печать металлом в последние годы стала одним из наиболее важных применений аддитивного производства для производства автомобилей, бытовой электроники, медицинских устройств и даже помогла запустить ракету в космос. В настоящее время селективное лазерное спекание, селективное лазерное плавление и лазерное осаждение металла позволяют производить чрезвычайно сложные и полностью цельные металлические детали, которые практически невозможно создать любым другим методом. Но это по-прежнему трудоемкий процесс, так как детали, как правило, имеют низкое разрешение печати и все еще нуждаются в значительном охлаждении и постобработке, прежде чем детали станут пригодными для использования. Они также используют материалы с высокой температурой плавления, часто требующие температуры выше 300 градусов по Цельсию.
Китайские инженеры Лей Ван и Цзин Лю в недавно опубликованном исследовательском документе предполагают, что 3D-печать металлом может стать проще, если мы будем использовать другие, более интеллектуальные материалы и методы печати. Ван и Лю исследуют использование жидкофазной 3D-печати металлом, чтобы ускорить процесс 3D-печати металлом, сократить время, необходимое для охлаждения отпечатков, и увеличить скорость, с которой можно быстро создавать прототипы объектов. Они начали экспериментировать с металлами и металлическими сплавами, которые плавятся при более низких температурах и могут быстро охлаждаться и затвердевать.
Они остановились на сплаве из четырех элементов под названием Bi35In48.6Sn15.9Zn0.4, что просто слетает с языка. Комбинация цинка, висмута, олова и индия имеет температуру плавления чуть выше комнатной температуры, поэтому ее можно легко поддерживать в жидком состоянии, наносить достаточно однородно для создания трехмерных деталей и быстро охлаждать, чтобы сохранить желаемую форму.. Однако этот метод можно использовать с другими сплавами и чернилами, и некоторые наночастицы, такие как медь и серебро, могут быть добавлены без нарушения процесса. Краски также можно комбинировать с пластиковыми материалами, которые могут создавать легкосъемные опорные конструкции.
Как и в любом процессе аддитивного производства, модель STL нарезается на слои, и каждый слой имеет жидкий металл, нанесенный на поверхность печати. Но вместо традиционного сопла для 3D-печати металлические чернила наносятся набором специализированных шприцев, которые можно легко заменить иглами разного размера в зависимости от потребностей строящейся конструкции. Капли жидкого металла впечатываются в желоб, наполненный охлаждающей жидкостью, состоящей из воды или этанола, что приводит к его быстрому затвердеванию и сплавлению.
Металлы с низкими температурами плавления уже нашли широкое применение в производстве компьютерных чипов, систем охлаждения и микрофлюидики. Использование материалов в процессе 3D-печати улучшит его так же, как традиционная 3D-печать металлом улучшит производство деталей. Это позволит быстро и эффективно создавать индивидуальные и сложные металлические детали с меньшими затратами, с меньшими затратами времени и энергии.