Aunque la industria actual de la impresión 3D en metal se está desarrollando muy rápido, todavía quedan muchos problemas por resolver, uno de los cuales es la eliminación de las estructuras de soporte. Esto se puede lograr mecanizando o usando materiales solubles. Los métodos de mecanizado son engorrosos y pueden dañar la impresión. Los tipos de materiales solubles tienen sus limitaciones, generalmente solo apto para materiales plásticos, para soportes metálicos, este método no funcionará
Descripción general de la eliminación electroquímica de soportes metálicos
Investigadores de la Universidad Estatal de Arizona (ASU) han propuesto un método electroquímico para eliminar soportes metálicos, y este método ha sido solicitado para una patente extranjera. El principio se muestra en la siguiente figura:
Eliminación electroquímica de soportes metálicos
La entidad de la parte que realmente se requiere en la parte gris de la figura, para garantizar una impresión exitosa, generalmente es necesario agregar soporte a la parte de la entidad de la parte, que es la parte negra de la figura. La eliminación electroquímica del soporte es esencial para "el método de protección catódica del ánodo de sacrificio". Este método generalmente se usa para prevenir la corrosión del metal, es decir, el metal con gran capacidad de reducción se usa como electrodo protector y se conecta con el metal protegido para formar una batería primaria que tiene una gran capacidad de reducción. El metal se consumirá por reacción de oxidación como electrodo negativo, y el metal protegido se utilizará como electrodo positivo para evitar la corrosión. Ya sean dos metales en contacto en el mismo electrolito o material en diferentes partes del electrolito (como la parte del casco por encima y por debajo del agua). El material que se somete a anodización tiene un potencial de reducción más negativo, que se oxida con preferencia al material de la pieza. El material de soporte es equivalente al material del ánodo con una gran capacidad de reducción y se elimina.
La primera solución electroquímica de soporte metálico
Los investigadores imprimieron en 3D que el material de la pieza es acero inoxidable 304 y el material de soporte utilizado es acero al carbono. El principio específico es eliminar el soporte de acero al carbono mediante tecnología de grabado electroquímico utilizando ácido nítrico y oxígeno. Se ha demostrado que este método es factible y, lo que es más importante, no tiene ningún impacto en las impresiones de acero inoxidable. La siguiente figura muestra que los investigadores fabricaron un puente de acero inoxidable usando acero al carbono como soporte y luego retiraron el acero al carbono electroquímicamente (solución de ácido nítrico al 41 por ciento en peso y oxígeno). Al principio, los investigadores no usaron oxígeno y descubrieron que la velocidad de corrosión era demasiado lenta en este caso, eliminando el acero al carbono de 1,4 mm en 10 horas. Posteriormente, introdujeron oxígeno para acelerar la reacción, y les tomó solo 6 horas eliminar por completo los 7 mm restantes de acero al carbono.
La eliminación de soportes metálicos mediante grabado electroquímico es factible en principio (ha sido probado por experimentos), pero hay muy poca investigación sobre esta tecnología en el país y en el extranjero, y no existe una aplicación industrial madura en la actualidad, principalmente en los siguientes aspectos del problema:
●El material del ánodo de sacrificio debe ser metalúrgicamente compatible con el material de impresión, lo que significa que debe tener una estructura cristalina, una conductividad térmica y un coeficiente de expansión térmica similares, y no debe generar compuestos intermetálicos nocivos. Esto garantiza que el contacto entre el ánodo de sacrificio y la pieza impresa tenga suficiente resistencia mecánica para soportar las tensiones provocadas por los ciclos térmicos extremos durante la impresión 3D de metal.
●A highly corrosive electrolyte must be used. This electrolyte must be able to dissolve the sacrificial anode with high selectivity (>100:1) en comparación con el material impreso.
●El proceso debe ser controlable y es difícil garantizar la precisión. La velocidad y el tiempo de la reacción química son difíciles de controlar y, a veces, el material de impresión también se elimina en una pequeña cantidad o el material de soporte no se elimina por completo.