Drukowanie metalowych obiektów z funkcjonalnie zmienną strukturą materiału

W ramach projektu o wartości wielu milionów Euro opracowano metodę szybkiego drukowania metalowych elementów z funkcjonalnie zmienną strukturą materiału. Proces drukowania metali (Metal Printing Process, MPP) jest technologią opracowaną przez norweski instytut badawczy SINTEF.

Zasada działania maszyny do drukowania metali jest podobna do szybkiego fotokopiowania, ale produktem są przestrzenne obiekty zbudowane z proszku metalu (rys. 1.). Technika ta bazuje na komercyjnie sprawdzonej technologii i opatentowanych rozwiązaniach stosowanych w szybkich fotokopiarkach, wykorzystujących optyczne maskowanie i przyciąganie elektrostatyczne.

Custom-Fit to projekt finansowany przez Unię Europejską w ramach 6 Programu Ramowego, Skupia on 33 partnerów z całej Europy. Pracami kierują przedstawiciele przedsiębiorstw przemysłowych. Custom-Fit jest projektem ukierunkowanym na badania opartye na wiedzy o metodach wytwarzania przez połączenie technologii Rapid Manufacturing, informatyki i materiałoznawstwa. Celem jest stworzenie w pełni zintegrowanego systemu projektowania, wytwarzania i dostaw zindywidualizowanych produktów. Produktami docelowymi dla implementacji nowych technologii mają być siedzenia motocyklowe, kaski, implanty i protezy.

MPP wykorzystuje te same podstawowe zjawiska do budowania bryłowych obiektów warstwa po warstwie. Warstwy proszku są formowane przez przyciąganie metalowego lub ceramicznego proszku przez naładowany elektrostatycznie fotoreceptor. Przyciągana warstwa jest przenoszona na stempel i transportowana do urządzenia trwale spajającego ją z dotychczas nałożonymi warstwami. Proces ten powtarzany dla nowych warstw aż do uformowania i połączenia całego trójwymiarowego obiektu.
 

Proces MPP umożliwia stosowanie wszystkich aktualnie dostępnych na rynku proszków. Daje możliwość drukowania kilku różnych proszków na jednej warstwie i stopniowego przechodzenia od jednego materiału do drugiego, efektem może być wówczas materiał o funkcjonalnie zmiennej strukturze (rys. 2. ). Dodatkowo system MPP wykorzystuje zewnętrzne źródło ciśnienia, co przyspiesza proces spajania przez zagęszczanie i spiekanie, czyli umożliwia szybszą pracę urządzenia. System MPP oferuje możliwość budowania z szerokiego zakresu materiałów i tworzenia unikalnych kompozycji materiałów i mikrostruktur.
 

Nowa technologia otwiera wiele możliwości dla drukowania metalowych produktów o lepszej strukturze mechanicznej. Roald Karlsen, szef zespołu badawczego w SINTEF, który prowadzi badania nad MPP, mówi: „Ograniczeniem dla zastosowań jest tylko nasza wyobraźnia. Pojawienie się tej technologii na rynku wymusi nowe zastosowania i nowe potrzeby. MPP może być stosowana do wytwarzania części zamiennych na zamówienie, narzędzi z konformalnymi kanałami chłodzącymi i wbudowanymi czujnikami, wysokotemperaturowych ogniw paliwowych, mikro-części z nanoproszków itd.”.