Bár a jelenlegi fém 3D nyomtatási ipar nagyon gyorsan fejlődik, még mindig sok megoldandó probléma van, amelyek közül az egyik a tartószerkezetek eltávolítása. Ez megmunkálással vagy oldható anyagok felhasználásával érhető el. A megmunkálási módszerek nehézkesek és károsíthatják a nyomtatást. Az oldható anyagok típusainak korlátai vannak, általában csak műanyagokhoz, fémtartókhoz alkalmasak, ez a módszer nem fog működni
A fémtartók elektrokémiai eltávolításának áttekintése
Az Arizonai Állami Egyetem (ASU) kutatói elektrokémiai módszert javasoltak a fémtartók eltávolítására, és ezt a módszert külföldi szabadalomra alkalmazták. Az elvet a következő ábra mutatja:
Fémtartók elektrokémiai eltávolítása
Az ábra szürke részében ténylegesen szükséges részentitás a sikeres nyomtatás érdekében általában támogatni kell az alkatrész entitásrészt, amely az ábra fekete része. A támaszték elektrokémiai eltávolítása elengedhetetlen "az áldozati anód katódvédelmi módszeréhez". Ezt a módszert általában a fémkorrózió megelőzésére használják, vagyis az erős redukálható fémet védőelektródaként használják, és a védett fémhez csatlakozik, hogy elsődleges akkumulátort képezzenek, amely erős redukálhatósággal rendelkezik. A fémet negatív elektródaként oxidációs reakcióval fogyasztják, és a védett fémet pozitív elektródaként használják a korrózió elkerülése érdekében. Legyen szó két érintkező fémről ugyanabban az elektrolitban, vagy anyagról az elektrolit különböző részein (például a hajótest víz feletti és alatti részéről). Az eloxáláson átesett anyag negatívabb redukciós potenciállal rendelkezik, amely az alkatrész anyagával szemben oxidálódik. A támasztóanyag egyenértékű az erős redukálható anódanyaggal, és eltávolításra kerül.
Az első elektrokémiai fémtámogatási megoldás
A kutatók 3D-s nyomtatással az alkatrész anyaga 304 rozsdamentes acél, a felhasznált támasztóanyag pedig szénacél. A különleges elv az, hogy a szénacél-támasztékot salétromsavval és oxigénnel történő elektrokémiai maratási technológiával távolítsuk el. Ez a módszer megvalósíthatónak bizonyult, és ami még fontosabb, nincs hatással a rozsdamentes acél nyomatokra. Az alábbi ábra azt mutatja, hogy a kutatók rozsdamentes acélhidat gyártottak szénacél támaszként, majd elektrokémiailag eltávolították a szénacélt (41 tömegszázalékos salétromsavoldat és oxigén). Először a kutatók nem használtak oxigént, és azt találták, hogy a korróziós sebesség ebben az esetben túl lassú volt, és 10 órán belül eltávolította az 1,4 mm-es szénacélt. Később oxigént vezettek be a reakció felgyorsítására, és csak 6 órát vett igénybe a maradék 7 mm-es szénacél teljes eltávolítása.
A fémtámaszok elektrokémiai maratással történő eltávolítása elvileg megvalósítható (ezt kísérletek is bizonyították), de erről a technológiáról itthon és külföldön is nagyon kevés kutatás folyik, és jelenleg nincs érett ipari alkalmazás, főleg a probléma következő aspektusaiban:
●Az áldozati anódanyagnak kohászatilag kompatibilisnek kell lennie a nyomóanyaggal, ami azt jelenti, hogy hasonló kristályszerkezettel, hővezető képességgel és hőtágulási együtthatóval kell rendelkeznie, és nem hozhat létre káros intermetallikus vegyületeket. Ez biztosítja, hogy az áldozati anód és a nyomtatott rész közötti érintkezés elegendő mechanikai szilárdsággal rendelkezzen ahhoz, hogy ellenálljon a fém 3D nyomtatás során a szélsőséges termikus körforgás által okozott igénybevételnek.
●Erősen korrozív elektrolitot kell használni. Ennek az elektrolitnak képesnek kell lennie arra, hogy a nyomtatott anyaghoz képest nagy szelektivitással (>100:1) oldja fel az áldozati anódot.
●A folyamatnak ellenőrizhetőnek kell lennie, és nehéz garantálni a pontosságot. A kémiai reakciósebességet és az időt nehéz ellenőrizni, és néha a nyomtatási anyagot is kis mennyiségben eltávolítják, vagy a hordozóanyagot nem távolítják el teljesen.