Warstwa po warstwie do większej stabilności: Nowe możliwości druku 3D dzięki zintegrowanej obróbce plazmowej

Funkionalisierung der Oberflächen durch eine in die additive Fertigung integrierte Plasmaquelle. © Fraunhofer IST, Paul Kurze

Źródło plazmowe w akcji: obróbka elementu wydrukowanego w 3D. © Fraunhofer IST, Paul Kurze / The plasma point source in action: treatment of a 3D printed component. © Fraunhofer IST, Paul Kurze

Dodawane metody wytwarzania charakteryzują się tym, że elementy są budowane warstwowo z np. tworzyw sztucznych. Przyczepność poszczególnych warstw odgrywa w tym procesie istotną rolę, ponieważ znacząco wpływa na stabilność drukowanych elementów. W Instytucie Fraunhofer ds. Technologii Warstw i Powłok IST obecnie opracowywane są źródła plazmy, które można zintegrować z drukarkami 3D, umożliwiając tym samym podczas procesu drukowania celową modyfikację chemiczną powierzchni. Dzięki temu można m.in. osiągnąć wyraźny wzrost adhezji, co prowadzi do nowych możliwości w produkcji elementów drukowanych w 3D.

Za pomocą plazm w atmosferze ciśnienia można celowo wstępnie traktować, czyścić lub funkcjonalizować powierzchnie. Konstrukcja źródeł plazmy jest elastyczna i może być dostosowana do konkretnego zastosowania: od punktowych zabiegów na najmniejszych powierzchniach po obróbkę kilku-metrowych powierzchni substratów — wszystko jest możliwe. W zależności od rodzaju zabiegu można osiągnąć różnorodne funkcje, takie jak np. kontrola przyczepności lakierów i farb lub dostosowana zwilżalność. Dzięki połączeniu plazmy atmosferycznej i druku 3D możliwe jest wykorzystanie tego szerokiego zakresu funkcji także w dziedzinie wytwarzania addytywnego, otwierając tym samym nowe obszary zastosowań druku 3D. Możliwości zastosowań są różnorodne: od produkcji małoseryjnej z zintegrowaną modyfikacją powierzchni do późniejszych etapów obróbki, takich jak metalizacja czy klejenie, po wytwarzanie bardziej stabilnych elementów drukowanych w 3D, aż po eksperymentalne zastosowania źródeł plazmy. Potencjalne zastosowania można znaleźć w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym i kosmicznym, a także w medycynie technicznej.

Obecnie w Instytucie Fraunhofer IST używa się tak zwanego źródła plazmy punktowej, które pozwala na wysokorozdzielcze modyfikowanie drukowanych struktur na stosunkowo małej powierzchni. Co jest w tym szczególnego, źródło jest na tyle małe, że można je zainstalować w standardowej drukarce 3D. Dzięki temu obróbka plazmowa może odbywać się bezpośrednio po nakładaniu poszczególnych warstw, bez konieczności przeprowadzania większych przeróbek. Długoterminowym celem tych prac jest integracja źródła plazmy w postaci pierścienia, które będzie umieszczone bezpośrednio wokół dyszy ekstrudera, umożliwiając tym samym przeprowadzenie obróbki już podczas procesu drukowania.