Процесс для пластмасс, 3D-печать и гальванотехника

Андреас Остервальдер использовал 3D-печать для создания в пластике формы разделителя молекулярных пучков, затем нанёс гальванопокрытие, чтобы придать ему детализацию, прочность и проводимость.

Области применения для 3D-печати растут с головокружительной скоростью. Однако, одна новая стратегия выделяется тем, что она позволяет сочетать пластмассы, 3D-печать и гальванотехнику, чтобы легко создавать сложный исследовательский инструмент, который манипулирует отдельными молекулами.

Исследователь Андреас Остервальдер для выполнения своих экспериментов использовал 3D-печать для создания в пластике формы разделителя молекулярных пучков, затем покрыл его никелем, чтобы получить инструмент с высокой детализацией, механической прочностью и проводимостью.

Остервальдер и его коллега Шон Гордон опубликовали свою работу в недавнем издании рецензируемого журнала Physical Review Applied. Впоследствии она была опубликован производителем 3D-принтеров Formlabs GmbH из Берлина в его маркетинговых материалах.

“Это открывает огромные возможности в наших экспериментах”, - заявил Остервальдер в электронном письме своего офиса в Швейцарском федеральном технологическом институте (EPFL) в Лозанне, Швейцария.

“Ранее эксперименты часто приходилось адаптировать к тому, что возможно. С 3D-печатью мы полностью свободны в дизайне, и мы можем просто придумывать структуру, в которой мы нуждаемся, и затем мы ее создадим”.

Остервальдер сказал, что потребовалось не более недели, чтобы построить разделитель пучков, включая работу САПР и доставку 3D детали туда и обратно до гальванического цеха швейцарской компании Galvotec GmbH, штаб-квартира которой находится в Шёффлисдорфе, Швейцария.

Изготовление одной и той же детали в механической мастерской EPFL займет несколько месяцев. Кроме того, разделитель пучков содержит отдельные электропроводящие и изоляционные компоненты, которые трудно подогнать и смонтировать.

Машина Form2 в действии.

Стоимость напечатанных деталей составила около 50$, в основном ввиду цены смолы, с гальваническим покрытием стоимостью еще несколько сотен долларов.

Разделитель пучков длиной чуть более фута состоит из трех сегментов 3D-печати. Разрешение принтера Formlabs Form2 составляет 0,025 миллиметра, что достаточно для чёткого соблюдения размеров деталей даже после гальванопокрытия. Разделитель выдерживает жесткие условия, поскольку он разделяет молекулярные пучки в газовой фазе без соприкосновения активных молекул с поверхностью разделителя. Эксперименты проводятся при температуре, близкой к абсолютному нулю. Для управления молекулами во время эксперимента на металлическую структуру подаётся напряжение до 10000 вольт.

Недавно компания Formlabs представила свою машину Form2 в качестве доступного принтера, конкурирующего с гораздо более дорогостоящими SLA-машинами. Он может похвастаться разрешением около 25 микрон на оси z и около 100 микрон для осей x и y. Formlabs разрабатывает все свои смолы для 3D-печати внутри компании. В настоящее время у фирмы около 15 товарных смол с различными свойствами: от биосовместимости до функциональных характеристик. Все смолы УФ-отверждаемые после печати.

По словам инженера в прикладных областях компании Formlabs Амоса Дадли, 3D-печатная деталь должна быть очень гладкой, если требуется нанесение гальванопокрытия. Толщина гальванического слоя, как правило, никеля или меди, может составлять всего 5 микрон, сказал он в телефонном интервью из Бостонского офиса Formlabs. Высокая толщина металла дает конструктивную прочность, но приносит в жертву деталировку изделия.

Form2, выпущенный в 2015 году, является профессиональным стереолитографическим принтером, который, как правило, имеет более высокое разрешение, чем менее дорогостоящие принтеры послойного наплавления или спекания металлов.

Деталь с гальванопокрытием.

Для износостойких жестких поверхностей может быть выбрано никелевое покрытие, в то время как медь обеспечивает превосходную защиту от электромагнитных помех и теплопроводность, но меньше механической прочности, пояснил Шон Уайз, президент и совладелец компании Repliform Inc., крупного производителя гальванопокрытий, находящегося в Балтиморе.

Компания Repliform покрывает множество 3D-печатных деталей для аэрокосмической промышленности, где небольшие электрические корпуса нуждаются в защите от электромагнитных помех. В промышленности также требуются высокоизносостойкие поверхности в некоторых областях, для которых подходит никель.

Компания Repliform обрабатывает десятки тысяч деталей в год, часто загружая их на подвески для экономии места и упрощения обработки. Уайз указал, эмпирическое правило состоит в том, что типовое гальванопокрытие добавляет около 50 процентов к стоимости 3D-печатной детали. Он и жена его совладельца начали покрывать SLA-детали в 2001 году и видят рост продаж от 10 до 15 процентов в год.

“Мы не фокусируемся на стоимости, чтобы снизить цену”, - пояснил он.

Несмотря на затраты, комбинация металл/пластик открывает неожиданные новые рынки.

“Люди могут изготавливать собственные статуи путём цифровой обработки фотографий, чтобы создавать 3D-объекты под бронзу”, - сказал Уайз.

Компания Formlabs была основана в 2011 году на базе Массачусетского технологического института. Бизнес вырос до 300 работников с представительствами в США, Германии, Японии и Китае.

источник   Plastic News   19/09/2017