على الرغم من أن صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية الحالية تتطور بسرعة كبيرة ، إلا أنه لا تزال هناك العديد من المشكلات التي يتعين حلها ، أحدها إزالة الهياكل الداعمة. يمكن تحقيق ذلك بالقطع أو باستخدام مواد قابلة للذوبان. تعتبر طرق التصنيع مرهقة وقد تتسبب في تلف الطباعة. أنواع المواد القابلة للذوبان لها حدودها ، وهي مناسبة بشكل عام للمواد البلاستيكية فقط ، للدعامات المعدنية ، ولن تعمل هذه الطريقة
نظرة عامة على الإزالة الكهروكيميائية للدعامات المعدنية
اقترح باحثون من جامعة ولاية أريزونا (ASU) طريقة كهروكيميائية لإزالة الدعامات المعدنية ، وقد تم تطبيق هذه الطريقة للحصول على براءة اختراع أجنبية. يظهر المبدأ في الشكل التالي:
الإزالة الكهروكيميائية للدعامات المعدنية
كيان الجزء المطلوب فعليًا في الجزء الرمادي في الشكل ، لضمان الطباعة الناجحة ، من الضروري عادةً إضافة دعم إلى جزء كيان الجزء ، وهو الجزء الأسود في الشكل. تعتبر الإزالة الكهروكيميائية للدعم ضرورية "لطريقة الحماية الكاثودية لأنود الذبيحة". عادة ما تستخدم هذه الطريقة لمنع تآكل المعدن ، أي أن المعدن ذو القابلية القوية للاختزال يستخدم كقطب كهربائي واقي ، ويتم توصيله بالمعدن المحمي لتشكيل بطارية أولية ، والتي تتمتع بإمكانية اختزال قوية. سيتم استهلاك المعدن من خلال تفاعل الأكسدة كقطب سالب ، وسيتم استخدام المعدن المحمي كقطب موجب لتجنب التآكل. سواء كان معدنان متلامسان في نفس المنحل بالكهرباء أو مادة في أجزاء مختلفة من المنحل بالكهرباء (مثل جزء الهيكل الموجود فوق الماء وتحته). تحتوي المادة التي تخضع للأنودة على إمكانية اختزال أكثر سلبية ، والتي تتأكسد في تفضيل مادة الجزء. تعادل مادة الدعم مادة الأنود ذات القابلية القوية للاختزال وتتم إزالتها.
أول حل لدعم المعادن الكهروكيميائية
قام الباحثون بطباعة ثلاثية الأبعاد لمادة الجزء من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 ، والمواد الداعمة المستخدمة هي الفولاذ الكربوني. المبدأ المحدد هو إزالة دعامة الصلب الكربوني من خلال تقنية الحفر الكهروكيميائية باستخدام حمض النيتريك والأكسجين. لقد ثبت أن هذه الطريقة مجدية ، والأهم من ذلك أنها لا تؤثر على مطبوعات الفولاذ المقاوم للصدأ. يوضح الشكل أدناه أن الباحثين صنعوا جسرًا من الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام الفولاذ الكربوني كدعم ، ثم أزالوا الفولاذ الكربوني كهربائياً (41 بالوزن في المائة من محلول حمض النيتريك والأكسجين). في البداية ، لم يستخدم الباحثون الأكسجين ، ووجدوا أن معدل التآكل كان بطيئًا للغاية في هذه الحالة ، حيث أزال 1.4 ملم من الفولاذ الكربوني في 10 ساعات. في وقت لاحق ، قاموا بإدخال الأكسجين لتسريع التفاعل ، واستغرق الأمر 6 ساعات فقط لإزالة 7 مم المتبقية من الفولاذ الكربوني.
تعد إزالة الدعامات المعدنية عن طريق الحفر الكهروكيميائي أمرًا ممكنًا من حيث المبدأ (تم إثبات ذلك من خلال التجارب) ، ولكن هناك القليل جدًا من الأبحاث حول هذه التقنية في الداخل والخارج ، ولا يوجد تطبيق صناعي ناضج في الوقت الحالي ، ولا سيما في الجوانب التالية المشكلة:
● يجب أن تكون مادة الأنود القرباني متوافقة من الناحية المعدنية مع مادة الطباعة ، مما يعني أنه يجب أن يكون لها بنية بلورية مماثلة ، وموصلية حرارية ، ومعامل تمدد حراري ، ويجب ألا تولد مركبات بين معدنية ضارة. هذا يضمن أن الاتصال بين الأنود الذبيحي والجزء المطبوع لديه قوة ميكانيكية كافية لتحمل الضغوط الناتجة عن التدوير الحراري الشديد أثناء الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد.
●A highly corrosive electrolyte must be used. This electrolyte must be able to dissolve the sacrificial anode with high selectivity (>100: 1) مقارنة بالمواد المطبوعة.
● يجب أن تكون العملية قابلة للتحكم ، ومن الصعب ضمان الدقة. يصعب التحكم في معدل التفاعل الكيميائي والوقت ، وأحيانًا تتم إزالة مادة الطباعة أيضًا بكمية صغيرة أو لا تتم إزالة مادة الدعم تمامًا.