3D štampa bakra za direktnu proizvodnju elektro i termoprovodnih komada

Kompanija Markforged predstavila je tržištu tehnologiju 3D štampe bakra - prvu aditivnu proizvodnju delova od ovog materijala koja je dostupna na tržištu.

Zašto je ovo revolucija?

Bakar, iako jedan od materijala sa najširom primenom u industriji, nije podesan za aditivne tehnologije. 

Problem je u tome što se standardna proizvodnja delova 3D štampom zasniva na laserskom sinterovanju praha jakim laserima - gde laser praktično zavaruje čestice praha u svakom preseku po Z-osi, a zatim novi sloj na prethodni, i tako "gradi" ceo komad.

Ova tehnologija koristi se i za najzahtevnije materijale kao što su titanijum, alatni čelici, kobalt-hrom legure, itd. Ali ne i za bakar! Zašto?

Bakar ima dve osobine koje se u kombinaciji lako odupiru tehnologiji 3D štampe:

1. bakar dobro provodi toplotu - pa se snaga lasera brzo gubi kroz gornji sloj praha u niže slojeve ne uspevajući da "zavari" presek na kom trenutno radi

2. bakar poseduje jaku refleksiju - pa reflektuje/odbija od sebe, dobar deo energije koja je potrebna da "otopi" i "zavari" metalni prah u klasičnoj 3D štampi metala.

Kako je to onda uspeo Markforged?

Markforged tehnologija 3D štampe metala zasniva se na konceptu MIM obrade metala u kojoj se metalni prah pomešan sa vezivom (plastikom, voskom, itd) uliva u kalupe, zatim se vezivo "ispira" i ostaje porozan metalni deo koji se zatim sinteruje u pećima i u tom procesu kali i "vraća" u željene dimenzije.

Razlika je samo u tome što Markforged štampa metalni prah u plastičnom filamentu na isti način kako se to radi u FDM 3D štampi. Ovde nema lasera i bakar nema razloga "da se buni" dok biva lepljen u štampani komad.

Zatim se takođe radi ispiranje materijala i sinterovanje komada..

Iz celog procesa je jasno da tradicionalna MIM tehnologija, kao i ADAM tehnologija Markforged 3D štampe metala, nije precizna kao 3D štampa iz praha, ali ima nekoliko prednosti:

1. Cena proizvodnje - Markforged štampa metala jeftinija je od konkurentnih rešenja 5-10 puta gledajući radnu zapreminu i produktivnost.

2. Fleksibilnost rada - Za razliku od standardnih metal štampača, Markforged Metal X može da štampa više materijala na istoj mašini naizmenično - alatni čelik (više tipova), Inconel, nerđajući čelik, aluminijum, bakar, itd (5-6 materijala već sad je dostupno, ostali su u završinim fazama testiranja).

3. Potpuno nova geometrija - Zato što nema praha, Markforged može napraviti metalne delove koji su potpuno ošupljeni (samo sa 3D mrežom u sebi - za iste mehaničke karakteristike a 20 ili 40% manju masu), a da pri tom imaju potpuno zatvorenu opnu što kod standardne metal štampe nije moguće (moramo ostaviti rupe da "istresemo" metalni prah koji nam ne treba).

4. Može da štampa bakar - Tačka.

Čemu služi 3D štampani bakar?

Možete praviti elektrode za zavarivanje, npr. u automatizaciji procesa tačkastog zavarivanja robotima u autoindustriji upravo takvi alati su potrebni. Sada ne morate imati zalihe rezervnih komada već uvek možete napraviti alat koji vam treba.

Pri tome, ne morate se držati standardnog dizajna i dimenzija već svoje elektrode možete u potpunosti prilagoditi geometriji delova koje zavarujete.

Tokom inicijalnog testa u auto kompaniji koja je implementirala ovu tehnologiju za štampu bakra pre nego što je ponuđena na tržištu (slika ispod), skraćeno je vreme nabavke delova čak 12 puta, sa 6 puta manjim troškovima.

Drugi primer primene jeste kod elektro motora, naročito onih koji se koriste kod hibridnih i EV automobila gde vam je potrebno da kroz bakar prođe velika količina energije ali vam je potrebno i da smanjite temperaturu. 

Markforged 3D štampom možete uraditi deo kompleksne geometrije koji će imati interne kanale za hlađenje što direktno vodi i efikasnijim motorima.

Takođe, možete direktno samostalno proizvoditi i bakarne elektrode za EDM tehnologiju obrade (Electrical Discharge Machining), i to u daleko čistijem, jeftinijem i jednostavnijem procesu nego što bi to bila obrada bakra na tradicionalnim mašinama.

Implementacija 3D štampe metala?

Možda i suštinska prednost 3D štampe danas jeste u tome što obuka radnika, njihova bezbednost u radu, i potencijalna šteta koju mogu da naprave na 3D štampaču i delovima nije uporediva sa tradicionalnom tehnologijom mašinske obrade na CNC i drugim mašinama.

Sam proces je bezbedan, obuka traje dan-dva, a tehnologija je toliko jednostavna da nema neke razlike u veštinama ljudi koji rade mesec-dva ili godinu-dve na ovoj mašini, tako da nikada nemate usporavanje procesa usled fluktuacije zaposlenih.