Intervista con Owen Hildreth

Intervista con Owen Hildreth sulla rimozione automatizzata del supporto di stampe 3D in metallo

Un amico mi ha informato del lavoro di Owen Hildreth . La Colorado School of Mines Professorha trascorso anni a sviluppare un processo automatizzato di rimozione del supporto in metallo per la stampa in metallo. Questo è il Santo Graal della stampa 3D in metallo. La sinterizzazione laser diretta in metallo (PBF) presenta un enorme problema, ovvero la necessità di strutture di supporto per gestire lo stress termico nella parte. Questi supporti sono realizzati in metallo, quindi devono essere tagliati a mano. Quindi le prove di questi supporti spesso devono essere archiviate manualmente. Questa è una componente di costo significativo della stampa 3D in metallo, da circa due terzi a un terzo. La rimozione manuale del supporto introduce anche l’elemento umano in un processo automatizzato aumentando possibili variabilità ed errori. La rimozione automatizzata del supporto consentirà la nascita di una grande quantità di nuovi casi aziendali per la stampa 3D. Le parti della pallina da ping pong potrebbero diventare parti delle dimensioni di un softball aprendo molte cose che la gente non ha ancora preso in considerazione. Le parti che ora funzionano solo per applicazioni di nicchia potrebbero essere adatte per applicazioni di produzione in serie molto più grandi. Rimuovere automaticamente i supporti è il santo graal della stampa su metallo e il Dr. Hildreth potrebbe averlo risolto.

Il Dr. Hildreth lo ha dimostrato in due modi per rimuovere automaticamente i supporti con parti stampate in 3D in acciaio inossidabile 17-4 PH e 316 :

viene dimostrato un approccio di dissoluzione diretta con i supporti dissolti elettrochimicamente. Mentre questo processo funziona, non è auto-terminante e pertanto è difficile mantenere la precisione dimensionale per geometrie complesse. Il secondo approccio incorpora un agente sensibilizzante durante lo stress normale, alleviando la fase di ricottura termica per ridurre la stabilità chimica dei primi 100-200 lm della superficie del componente. Il componente viene quindi attaccato in condizioni di attacco con un’alta selettività verso la superficie “sensibilizzata” sul materiale del componente di base. Questo crea un processo di attacco che si auto-interrompe una volta rimosso lo strato sensibilizzato.

Lo scioglimento diretto è stato condotto sotto sollecitazione anodica in una soluzione di HNO3 / KCl / HCl; 120 lm di materiale sono stati rimossi dalla superficie del componente. Per il processo di dissoluzione auto-terminante, la sensibilizzazione superficiale è stata effettuata esponendo il campione a esacianoferrato di sodio a 800! C per 6 ore per carburare la parte superiore di 100-200 lm del campione. Questo processo di carburazione cattura il cromo protettivo nei precipitati di carburo di cromo e rende la superficie sensibile alla dissoluzione chimica ed elettrochimica. La reazione di attacco auto-terminante è stata dimostrata sotto sollecitazione anodica in una soluzione di HNO3 / KCl.

120lm di materiale sono stati rimossi dalla superficie sensibilizzata del componente. Per testare ulteriormente l’approccio sensibilizzato che si auto-termina, è stata fabbricata una serie di anelli di interblocco in acciaio inossidabile 316 per dimostrare che questo approccio si adatta a componenti di grandi dimensioni con geometria complessa. Per queste parti, questo approccio ha sostituito 4–5 giorni di lavorazioni con un bagno elettrochimico di 32,5 ore.

Abbiamo intervistato il dottor Hildreth per saperne di più.

Nella stampa su metallo, il 60% del costo della parte potrebbe essere dovuto alla rimozione del supporto e alla finitura post. La tua ricerca potrebbe quindi avere un impatto economico significativo per noi?

Riduciamo i costi di post-elaborazione associati alla rimozione del supporto da circa il 90% al 95%. E può ridurre la rugosità superficiale fino a Ra ≤ 0,4 µm, quindi i costi di post-elaborazione della rugosità superficiale possono anche essere ridotti in modo significativo per le superfici in cui Ra ≤ 0,4 µm è sufficiente.

Come funziona?

Il flusso di processo è il seguente:

Passaggio 1) Stampare la parte utilizzando le tecniche di Powder Bed Fusion (PBF) utilizzando stampanti esistenti, materiali esistenti e parametri di stampa esistenti. Non è necessario modificare il processo di stampa esistente.

Passaggio 2) Immergere la parte stampata con supporti attaccati e polvere intrappolata in una soluzione contenente un “agente sensibilizzante”. In questo modo tutte le superfici vengono rivestite con l’agente sensibilizzante (rivestimento rosso sull’immagine). Gli agenti sensibilizzanti sono atossici e solubili in acqua.

Passaggio 3) Mettere la parte rivestita con i supporti in un forno e passare attraverso il normale trattamento termico post-elaborazione utilizzato per ridurre le sollecitazioni residue e perfezionare la microstruttura.

Questo è quando accade la “magia”. Le alte temperature utilizzate durante questa fase di trattamento termico causano la decomposizione dell’agente sensibilizzante e quindi la diffusione nella parte superiore ~ ​​100 µm di tutte le superfici rivestite e “sensibilizzano” la superficie.

In effetti, diffondendo l’agente sensibilizzante sulla superficie si modifica la composizione di quei soli 100 µm di materiale. Ogni volta che hai una differenza nella composizione, hai una differenza nella sensibilità alla corrosione. A seconda del sistema di materiale (acciaio inossidabile, alluminio, titanio, ecc.) Selezioniamo l’agente sensibilizzante in modo che aumenti notevolmente la sensibilità alla corrosione della regione sensibilizzata. Fondamentalmente, rendiamo i 100 µm della superficie estremamente facili da dissolvere mentre il materiale del componente base sottostante rimane estremamente resistente alla corrosione.

Poiché i supporti sono piuttosto sottili, nella maggior parte dei casi <200 µm, sono completamente sensibilizzati. La stessa cosa con tutta la polvere intrappolata e i primi 100 µm della parte.

Questo processo di sensibilizzazione è completamente indipendente dalla geometria. Tutte le superfici che sono state esposte all’agente sensibilizzante sono ora, uniformemente, sensibilizzate a 100 µm

Passaggio 4) Incidere i supporti .

Incidiamo la parte in condizioni in cui la regione sensibilizzata può essere incisa dal materiale della parte sottostante non. Poiché i supporti sono stati completamente sensibilizzati, vengono completamente rimossi. La parte perde solo 100 µm dalle sue superfici.

Il risultato netto è un processo semplice che rimuove tutti i supporti e la polvere intrappolata mentre leviga anche tutte le superfici. Questo processo è semplice, non richiede modifiche al processo o alle impostazioni della stampante esistente e integra trattamenti termici di post-elaborazione perfettamente esistenti.

È simile a Hirtisation ?

Non ho familiarità con questo processo ma mi sembra più elettrolitico. Per quanto ne so, il mio processo è l’unico agnostico alla geometria, auto-terminante per tutte le superfici e non ha limiti di proporzioni.

Quindi possiamo farlo per tutti i metalli o solo alcuni?

Abbiamo pubblicato per acciaio inossidabile e inconel. Stiamo completando le nostre pubblicazioni per il titanio in questo momento. Presto avremo anche ricette per Al e GRCop.

Sembrava funzionare molto meglio con l’acciaio al carbonio, ci sono altri materiali che sono candidati ideali per questo? TIAL? Au?

Abbiamo identificato ricette per quasi tutte le leghe che la gente ha richiesto. Non ho pensato ad Au però.

Potrebbe funzionare anche in EBM con materiali sfumati?

Sì.

Con DMLS potremmo stampare una parte in acciaio al carbonio o simile su una macchina e poi inserirla in un’altra macchina per stampare sopra un acciaio inossidabile?

Sì. Tuttavia, si tratta di un approccio diverso rispetto al processo PBF descritto in precedenza .

Potremmo creare un certo tipo di piastre di costruzione che consentirebbero una facile rimozione dalla piastra di costruzione? Questo stesso salverebbe il lavoro.

Sì.

Cosa ci vorrà perché questo venga commercializzato?

Ho avviato una società, InnovAMPP per commercializzare il processo. Al momento stiamo raccogliendo dati sulla fatica e sulla corrosione.

Quanto è lontana questa tecnologia dalla disponibilità?

6-9 mesi.

Sei alla ricerca di partner?

Sì. Attualmente stiamo investendo e abbiamo oltre 30 società in fila per testare e utilizzare il nostro processo.

A volte le parti trascorrono una settimana o più in un bicchiere per finire. Anche questo può essere ridotto? Che tipo di Ra puoi ottenere?

Otteniamo Ra ≤ 0,4 µm con il nostro processo al titanio con 24 ore di incisione.

Riesci a incidere elettrochimicamente in modo controllato per ottenere determinate finiture superficiali? Come in un’incisione predeforme? Potete compensare le dimensioni del pezzo per farlo in modo controllato?

Sì, poiché dissolviamo solo la regione sensibilizzata, abbiamo un processo di attacco auto-terminante che è indipendente dalla geometria. Rimuoviamo la stessa quantità di materiale su tutte le superfici, quindi è molto facile compensare i 100 µm che rimuoviamo.

Quali altre aree di ricerca ti interessano?

Faccio molte ricerche stampando inchiostri reattivi invece di inchiostri e polveri a base di particelle. L’obiettivo a lungo termine è poter stampare il telefono da una stampante a getto d’inchiostro. Al momento disponiamo di finanziamenti per sviluppare inchiostri d’argento reattivi per metallizzare le celle solari e ridurre la quantità di argento necessaria per stampare i contatti sul lato superiore del 90%. Attualmente, l’argento rappresenta circa il 25% del costo dei materiali di una cella solare. Dovrebbe salvare l’industria del fotovoltaico ~ $ 2 miliardi / anno.

Cosa trattiene la stampa 3D?

La stampa 3D è molto, molto vicina. Le aziende stanno investendo miliardi di dollari nella tecnologia e si sta finalmente avvicinando per essere commercialmente fattibile per la produzione nel mondo reale. Alcuni dei problemi principali di cui ho sentito parlare riguardano la post-elaborazione (che sto cercando di eliminare) e la possibilità di certificare le parti stampate.

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