Owen Hildreth, доцент кафедры нанотехнологий в Университете штата Аризона (ASU), разработал электрохимический процесс, который можно было бы использовать для «растворения» опорных структур, применяемых при 3д печати металлом.

Благодаря новаторским методам Stratasys и разработке специальных растворимых веществ, избавиться от опорных конструкций стало проще, чем когда-либо: загружаете обычную нить для печати детали и растворимый пластик для создания несущих конструкций, а затем запускаете свой FDM 3д принтер с поддержкой нескольких материалов. Как только процесс будет завершен, все поддержки будут «съедены» за счет использования химической ванны. К сожалению, 3д печать металлом не так проста. Например, 3д принтеры с порошковым слоем, как правило, не так дружелюбны к печати несколькими материалами, чем устройства на основе экструзии. К тому же, гораздо легче сделать растворимый пластик, чем металл.


Timothy Simpson, научный сотрудник Центра инновационных материалов Государственного университета Пенсильвании, давно интересовался разработкой нового решения для опорных структур при металлической 3D печати и случайно упомянул эту тему на лекции в ASU, где также присутствовал Owen Hildreth, доцент кафедры нанотехнологии этого университета. Его первоначальный ответ был таким: «Любой металл может быть растворен, если вы контролируете местную химическую среду». При этом он представил себе использование анодов, которые применяются для предотвращения коррозии на стальных судах.

Симпсон и Хильдрет начали совместную работу по электрохимическому решению проблемы. Их целью было создать процесс, который мог бы «съесть» вспомогательный материал, оставив напечатанную часть неповрежденной. Удивительно, но команда действительно придумала несколько решений, подходящих для разных методов 3д печати металлом.


Так, Симпсон напечатал однодюймовую арку из нержавейки с опорами из углеродистой стали на многокомпонентном 3д принтере Optomec Direct Metal Deposition, а затем «очистил» ей с помощью раствора азотной кислоты, успешно растворив поддержки. Однако такой метод подходит только для FDM печати, которая практически не используется при работе с металлом.

Хильдрет разработал более сложный процесс удаления поддержек для деталей, изготовленных на более распространенных порошковых 3д принтерах с технологиями SLM, DMLS и т. д. Сначала он использовал ферроцианид натрия при термообработке напечатанного объекта, но обнаружил, что при этом «вытравливается» слишком много самой детали. Чтобы улучшить метод, ученый ввел на стадии отжига сенсибилизирующий агент, гексацианоферрат натрия. Это вещество разлагается при высоких температурах с выделением углерода и азота. Поэтому, когда химикат был введен в процесс отжига, он эффективно превратил верхние 100-200 микрон напечатанной части в углеродистую сталь. Опоры, толщиной всего 125 микрон, полностью исчезли, в то время как основной объект практически не пострадал.

В данном способе деталь действует как катод, а опорные структуры подвергаются анодной коррозии. Компонент для испытания, напечатанный на 3д принтере EOS с порошковым слоем, доказал эффективность технологии: опорные части были вытравлены за семь часов, вместо 32-40, которые потребовались бы для механической обработки.

Исследование было опубликовано в журнале 3D Printing and Additive Manufacturing.