Olvasztott fémmel is mehet a 3D-nyomtató

2017.02.04. 15:06

Forradalmasíthatja az autógyártást, a gyógyászati segédeszközök, egyedi szerszámgépek előállítását, de más iparágakat is az az eljárás, amellyel forró fémolvadékból készülhet 3D-nyomtatás.

A 3D-nyomtatás szabadalma éppen három évtizede, 1987-ben született, ám a korai nagy és drága gépekhez maroknyi mérnöknek és formatervezőnek volt csak hozzáférése. Amióta viszont asztali méretben is elérhetők a nyomtatók, elképesztő iramban hódítják meg a hétköznapokat.

Az eszköznek újabb és újabb területen keresnek alkalmazási lehetőségeket a szakemberek, legyen az orvostechnika (például egyedi méretű művégtag), találmányok (prototípus gazdaságos legyártása), háztartás (kisebb alkatrészek pótlása, egyedi eszközök készítése).

Eddig csak műanyagból vagy fémporból készülhettek 3D-nyomtatványok; előbbi jelentősen behatárolta a tervezhető tárgyak körét, a másikban pedig az utólagos lézeres vagy elektronsugaras összeolvasztás közben maradhattak anyagszemcsék, amelyek miatt nem vált homogénné, megbízható minőségűvé a tárgy.

Egy 19 éves amerikai diák rájött, hogyan készíthetne olyan nyomtatót, amely olvasztott fémmel működik. Találmánya átalakíthatja a kisszériás ipari termelést, hiszen nem kell költséges mintákat, öntvényeket készíteni. Eredményeiről alma matere és immár a fejlesztésben együttműködő partnere, a Buffalo Egyetem adott ki sajtóközleményt.

Zack Vader és édesapja, Scott VaderForrás: Douglas Levere

Csalódottság szülte az ihletet

Zack Vader egy "sufnituning" projekthez keresett olyan céget, amely bérmunkában vállalná egy mikroturbina-generátor alkatrészeinek 3D-nyomtatását. Mivel egyetlen cég sem vállalta a megadott paraméterek alapján az alkatrészek előállítását, ezért a diák elhatározta, hogy maga készít egy fémnyomtatót.

Arra gondolt, hogy a fémolvadék egy szűk kamrán áthaladva csorogjon egy pulzáló mágneses mező irányába, amitől az olvadékból cseppek válnak ki – így született a fúvókás nyomtató alapötlete. A megvalósításba mérnök édesapja is beszállt, aki a technikai részletek kidolgozásához a Buffalo Egyetem kutatóihoz fordult.

A Vader-féle nyomtató a tintasugaras nyomtatók működését a magnetohidrodinamika (MHD) elvei mentén utánozza, vagyis az elektromos vezetőképességű folyadék (itt fémolvadék) külső elektromágneses erőtér hatására mozogni kezd, és ez a mozgás manipulálható.

"Több tudományágat összefogó, nagyon érdekes technológia, amelynek alkalmazása már a közeljövőben gyorsan szélesedhet", mondta Edward Furlani, a Buffalo Egyetem mérnökprofesszora.

Vaderék 3D-fémnyomtatójával például közvetlenül műtét közben készíthető személyre szabott stent (kisméretű, érbe beültethető fémháló) egy páciensnek, de akár térd- vagy csípőprotézis is. Az eddigi, fémporból nyomtatott tárgyak olyan toxikus elemeket tartalmaznak, amely miatt gyógyászati felhasználásuk kizárt.

Olcsóbb, gyorsabb, jobb, mint az eddigiek

A fémporos nyomtatóknál jóval gazdaságosabban működtethető Vader-nyomtató talán már 10 éven belül meghódíthatja a piacot. Ehhez hozzájárul, hogy a nyomtató irányításához készült szoftver szabad hozzáférésű, azaz ha valakinek többletfunkcióra van szüksége, bele tudja írni magának a programba. A készülékkel a bonyolult eszközök legyártása sem kerül többe, mint az egyszerűeké, a modell összetettsége nem befolyásolja az árat, ami nagyon vonzó lehet a megrendelő cégek számára.

A 3D-nyomtató a bevezetett alumíniumrudat 750 Celsius-fokon megolvasztja, majd az olvadék egy kerámiacsőben halad tovább, amelynek átmérője a másik végén 1 milliméternél szűkebb. A csövet mágnestekercs veszi körül, és a rövid elektromos impulzusok hatására megnő a csőben a nyomás, amelynek hatására 50 mikrométer átmérőjű cseppek formálódnak a fúvókára hasonlító végnél, percenként akár több ezer.

Az új nyomtatóval készített termékekForrás: Douglas Levere

A formálódó cseppek lehullanak egy alulról fűtött, mozgó lemezre, amelyen az egymás után sugárban érkező, összeolvadó cseppekből kialakul a kívánt háromdimenziós forma. Zack Vader a prototípust úgy szeretné átalakítani, hogy több fúvókája legyen, ez felgyorsítaná a gyártást. A leendő gép már 1400 Celsius-fokon is működne, azaz acél olvasztására is alkalmas lenne.

A készülék iránt a futószalagos összeszerelést folytató iparágak képviselői érdeklődnek legkomolyabban, egy autógyártó cég már 50 darabra adott előjegyzést. Az újfajta 3D-fémnyomtatás révén ugyanis a jelenleg még tömör fémből készülő alkatrészek üregessé válhatnának, aminek számtalan kedvező hozadéka lenne. Az egyetem a fejlesztésre a Vader-családdal közös startup-vállalkozást alapított, ahol több diák gyakornokoskodik.

Ami pedig Zack eredeti mikroturbináját illeti, az jelenleg a sufnipolcon várja, hogy alkotójának legyen egy kis szabad ideje mással is foglalkozni.