一种能“吃掉”金属3D打印支撑结构的电化学工艺

南极熊相信，很多金属3D打印行业人士，都面临着一个难题：支撑很难去掉，复杂的物件，则难上加难。


距南极熊了解，Owen Hildreth是亚利桑那州立大学（ASU）的一名3D纳米制造助理教授。最近，他设计了一种电化学工艺，可用来“吃掉”金属3D打印件的支撑结构。由于像Stratasys这样的公司的开创性工作以及特殊的可溶性材料的开发，塑料3D打印件的支撑结构去除变得容易得多。相对应地，金属打印件的支撑结构去除仍然是一个难题。

为了解决这个难题，Hildreth的最初想法是“如果控制好局部的化学环境，任何金属都可以溶解”。他想象着将牺牲阳极——用来防止钢船被腐蚀的那种——用在3D打印中。

Hildreth开始与有兴趣为金属3D打印开发一种新的支撑结构解决方案的宾夕法尼亚州立大学教授Timothy Simpson合作，来开发一种电化学解决方案。他们的目标是开发出一个可以“吃掉”支撑材料、同时让打印件几乎完好无损的工艺。

令人惊讶的是，该团队实际上想出了多种方案来应对不同的金属3D打印方法。首先，Simpson用一台多材料Optomec直接金属沉积3D打印机制造了一个带有碳钢支撑结构的1英寸不锈钢拱形结构。然后，他用一种硝酸溶液成功地溶解掉了支撑结构，同时零件完好无损。这种支撑结构相对好去除，因为金属沉积实际上与FDM 3D打印很像。Hildreth开发了一种更为复杂的支撑结构去除工艺，适用于SLM、DMLS等基于粉末床的金属3D打印工艺。

起初，他在热处理打印件的同时使用亚铁氰化钠，但发现这同时也会太多地侵蚀掉打印件本身。为此，Hildreth进行了改进。他在退火阶段加入了一种敏化剂——六氰基高铁酸钠。在高温下，这种化学制品会分解并释放出碳和氮，从而能在退火阶段有效地将3D打印部件顶部的100至200微米转化为碳钢。相应的，只有125微米厚的支撑结构会变得完全“敏化”，而3D打印件也只用牺牲薄薄的一层。

事实证明，对于用最常见的金属3D打印工艺制造出的支撑结构，这种方法非常有效。主要的3D打印部件充当阴极，支撑结构则会受到阳极腐蚀。一个在EOS粉末床3D打印机上完成的测试部件证明了该技术的效果，其中支撑结构大约在七个小时内被侵蚀掉，远低于机械加工处理所需的32至40小时。

这项3D打印研究已经发表在《3D打印和增材制造（3D Printing and Additive Manufacturing）》杂志上。


来源：marker8  &  3ders.org