Ydych chi wedi sylwi sut mae argraffu 3D yn dod yn fwyfwy poblogaidd? O wneud teganau plastig bach a modelau cysyniadol ychydig flynyddoedd yn ôl, mae bellach yn gallu argraffu tai, dannedd, a hyd yn oed organau dynol! Mae ei ddatblygiad fel roced.
Ond er gwaethaf ei boblogrwydd, os yw argraffu 3D wir eisiau cymryd yr awenau mewn gweithgynhyrchu diwydiannol, ni all ddibynnu'n llwyr ar "bersimonau meddal" fel plastigau a resinau. Mae'n iawn ar gyfer gwneud darnau arddangos, ond o ran gwneud rhannau tymheredd uchel a all wrthsefyll amgylcheddau eithafol, neu ddyfeisiau manwl gywir cryfder uchel sy'n gwrthsefyll traul, mae llawer o ddeunyddiau'n dod yn anaddas ar unwaith.
Dyma lle mae prif gymeriad erthygl heddiw yn dod i mewn—powdr alwmina, a elwir yn gyffredin yn “corundum.” Nid yw'r deunydd hwn yn hawdd ei ddefnyddio, gan fod ganddo rinweddau caled yn gynhenid: caledwch uchel, ymwrthedd i gyrydiad, ymwrthedd i dymheredd uchel, ac inswleiddio rhagorol. Mewn diwydiannau traddodiadol, mae eisoes yn hen law mewn deunyddiau anhydrin, sgraffinyddion, cerameg, a meysydd eraill.
Felly'r cwestiwn yw, pa fath o wreichion fydd yn dod i'r amlwg pan fydd deunydd traddodiadol, "caled" yn cwrdd â thechnoleg "gweithgynhyrchu digidol deallus" arloesol? Yr ateb yw: mae chwyldro deunyddiau tawel ar y gweill.
Ⅰ. Pam alwmina? Pam ei fod yn torri'r mowld?
Gadewch i ni drafod yn gyntaf pam nad yw argraffu 3D wedi ffafrio deunyddiau ceramig o'r blaen. Meddyliwch amdano: mae powdrau plastig neu fetel yn gymharol hawdd i'w rheoli wrth eu sinteru neu eu hallwthio gan ddefnyddio laserau. Ond mae powdrau ceramig yn frau ac yn anodd eu toddi. Mae gan laserau sy'n sinteru ac yna'n eu ffurfio ffenestr broses gul iawn, gan eu gwneud yn dueddol o gracio ac anffurfio, gan arwain at gynnyrch isel iawn.
Felly sut mae alwmina yn datrys y broblem hon? Nid yw'n dibynnu ar rym brwd, ond yn hytrach ar "ddyfeisgarwch".
Mae'r datblygiad craidd yn gorwedd yn esblygiad cydlynol technoleg argraffu 3D a fformwleiddiadau deunyddiau. Mae technolegau prif ffrwd cyfredol, fel jetio rhwymwyr a stereolithograffeg, yn defnyddio "dull cromlin".
Chwistrellu rhwymwr: Mae hwn yn symudiad eithaf clyfar. Yn wahanol i ddulliau traddodiadol o doddi powdr alwminiwm ocsid yn uniongyrchol gyda laser, mae'r dull hwn yn rhoi haen denau o bowdr alwminiwm ocsid yn gyntaf. Yna, fel argraffydd incjet manwl gywir, mae'r pen print yn chwistrellu "glud" arbennig ar yr ardal a ddymunir, gan rwymo'r powdr at ei gilydd. Mae'r defnydd haen wrth haen hwn o bowdr a glud yn y pen draw yn cynhyrchu "corff gwyrdd" rhagarweiniol, siâp. Nid yw'r corff gwyrdd hwn yn gadarn eto, felly, fel cerameg, mae'n cael "fedydd tân" terfynol mewn ffwrnais tymheredd uchel—sinteru. Dim ond ar ôl sinteru y mae'r gronynnau'n dod yn wirioneddol gadarn gyda'i gilydd, gan gyflawni priodweddau mecanyddol sy'n agosáu at rai cerameg draddodiadol.
Mae hyn yn osgoi heriau toddi cerameg yn uniongyrchol yn glyfar. Mae fel siapio'r rhan yn gyntaf gydag argraffu 3D, yna ei drwytho ag enaid a chryfder gan ddefnyddio technegau traddodiadol.
II. Ble mae'r "arloesiad" hwn yn amlygu ei hun mewn gwirionedd? Dim ond siarad gwag yw siarad heb weithredu.
Os ydych chi'n ei alw'n ddatblygiad arloesol, mae'n rhaid bod rhywfaint o sgil go iawn, iawn? Yn wir, nid yw datblygiad powdr alwminiwm ocsid mewn argraffu 3D yn syml "o'r dechrau," ond yn wirioneddol "o dda i ardderchog," gan ddatrys llawer o bwyntiau poen na ellid eu datrys o'r blaen.
Yn gyntaf, mae'n dileu'r syniad o "gymhlethdod" fel cyfystyr â "druddod". Yn draddodiadol, mae prosesu cerameg alwmina, fel ffroenellau neu gyfnewidwyr gwres gyda sianeli llif mewnol cymhleth, yn dibynnu ar ffurfio mowldiau neu beiriannu, sy'n gostus, yn cymryd llawer o amser, ac yn gwneud rhai strwythurau'n amhosibl i'w creu. Ond nawr, mae argraffu 3D yn caniatáu creu unrhyw strwythur cymhleth y gallwch ei ddylunio'n uniongyrchol, yn "ddi-fowld". Dychmygwch gydran cerameg alwmina gyda strwythur diliau biomimetig mewnol, sy'n ysgafn iawn ond eto'n gryf iawn. Yn y diwydiant awyrofod, mae hwn yn "arf hud" go iawn ar gyfer lleihau pwysau a gwella perfformiad.
Yn ail, mae'n cyflawni "integreiddio perffaith o swyddogaeth a ffurf." Mae rhai rhannau angen geometreg gymhleth a swyddogaethau arbenigol fel ymwrthedd i dymheredd uchel, ymwrthedd i wisgo, ac inswleiddio. Er enghraifft, rhaid i freichiau bond ceramig a ddefnyddir yn y diwydiant lled-ddargludyddion fod yn ysgafn, yn gallu symud ar gyflymder uchel, ac yn gwbl wrth-statig ac yn gwrthsefyll traul. Gellir argraffu'r hyn a oedd yn flaenorol yn gofyn am sawl rhan i'w cydosod yn uniongyrchol o alwmina fel un gydran integredig, gan wella dibynadwyedd a pherfformiad yn sylweddol.
Yn drydydd, mae'n arwain at oes aur o addasu personol. Mae hyn yn arbennig o drawiadol yn y maes meddygol. Mae esgyrn dynol yn amrywio'n fawr, ac roedd gan fewnblaniadau esgyrn artiffisial blaenorol feintiau sefydlog, gan orfodi meddygon i wneud y gorau ohonynt yn ystod llawdriniaeth. Nawr, gan ddefnyddio data sgan CT gan glaf, mae'n bosibl argraffu mewnblaniad ceramig alwmina mandyllog yn uniongyrchol mewn 3D sy'n cyd-fynd yn berffaith â morffoleg y claf. Nid yn unig mae'r strwythur mandyllog hwn yn ysgafn ond mae hefyd yn caniatáu i gelloedd esgyrn dyfu i mewn iddo, gan gyflawni "osseointegreiddio" gwirioneddol a gwneud yr mewnblaniad yn rhan o'r corff. Roedd y math hwn o ddatrysiad meddygol wedi'i addasu yn annirnadwy o'r blaen.
Ⅲ. Mae'r dyfodol wedi cyrraedd, ond mae heriau'n doreithiog.
Wrth gwrs, allwn ni ddim jest siarad y sgwrs. Mae defnyddio powdr alwmina mewn argraffu 3D yn dal i fod fel “rhyfeddod” sy’n tyfu, gyda photensial enfawr ond hefyd rhai heriau i’r glasoed.
Mae'r gost yn parhau'n uchel: Mae powdr alwmina sfferig purdeb uchel sy'n addas ar gyfer argraffu 3D yn ddrud o ran ei natur. Ychwanegwch at hynny'r offer argraffu arbenigol gwerth miliynau o ddoleri a'r defnydd o ynni ar gyfer y broses sinteru ddilynol, ac mae cost argraffu rhan alwmina yn parhau'n uchel.
Rhwystrau proses uchel: O baratoi slyri a gosod paramedrau argraffu i ddad-rwymo ôl-brosesu a rheoli cromlin sinteru, mae pob cam yn gofyn am arbenigedd dwfn a chroniad technegol. Gall problemau fel cracio, anffurfio, a chrebachu anwastad godi'n hawdd.
Cysondeb perfformiad: Mae sicrhau dangosyddion perfformiad allweddol cyson fel cryfder a dwysedd ar draws pob swp o rannau printiedig yn rhwystr hanfodol ar gyfer cymwysiadau ar raddfa fawr.