Mặc dù ngành công nghiệp in 3D kim loại hiện tại đang phát triển rất nhanh, nhưng vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết, một trong số đó là loại bỏ các cấu trúc hỗ trợ. Điều này có thể đạt được bằng cách gia công hoặc sử dụng các vật liệu hòa tan. Phương pháp gia công cồng kềnh và có thể gây hư hỏng cho bản in. Các loại vật liệu hòa tan có những hạn chế của chúng, thường chỉ phù hợp với vật liệu nhựa, đối với các giá đỡ kim loại, phương pháp này sẽ không hoạt động
Tổng quan về loại bỏ điện hóa của hỗ trợ kim loại
Các nhà nghiên cứu từ Đại học bang Arizona (ASU) đã đề xuất một phương pháp điện hóa để loại bỏ các giá đỡ kim loại và phương pháp này đã được áp dụng cho một bằng sáng chế nước ngoài. Nguyên tắc được thể hiện trong hình sau:
Loại bỏ điện hóa của kim loại hỗ trợ
Thực thể bộ phận thực sự được yêu cầu trong phần màu xám trong hình, để đảm bảo in thành công, thông thường cần phải thêm hỗ trợ cho phần thực thể phần, là phần màu đen trong hình. Việc loại bỏ hỗ trợ điện hóa là điều cần thiết cho "phương pháp bảo vệ catốt của cực dương hy sinh". Phương pháp này thường được sử dụng để ngăn chặn sự ăn mòn kim loại, nghĩa là kim loại có khả năng khử mạnh được sử dụng làm điện cực bảo vệ và nó được kết nối với kim loại được bảo vệ để tạo thành pin chính, có khả năng khử mạnh. Kim loại sẽ bị tiêu thụ bởi phản ứng oxy hóa là điện cực âm, và kim loại được bảo vệ sẽ được sử dụng làm điện cực dương để tránh ăn mòn. Cho dù đó là hai kim loại tiếp xúc trong cùng một chất điện phân hoặc vật liệu trong các phần khác nhau của chất điện phân (chẳng hạn như phần thân tàu phía trên và bên dưới nước). Vật liệu trải qua quá trình anod hóa có khả năng khử tiêu cực hơn, được oxy hóa ưu tiên cho vật liệu một phần. Vật liệu hỗ trợ tương đương với vật liệu cực dương với khả năng khử mạnh và được loại bỏ.
Giải pháp hỗ trợ kim loại điện hóa đầu tiên
Các nhà nghiên cứu in 3D vật liệu một phần là thép không gỉ 304, và vật liệu hỗ trợ được sử dụng là thép carbon. Nguyên tắc cụ thể là loại bỏ sự hỗ trợ của thép cacbon thông qua công nghệ khắc điện hóa sử dụng axit nitric và oxy. Phương pháp này đã được chứng minh là khả thi và quan trọng hơn, nó không có bất kỳ tác động nào đến các bản in bằng thép không gỉ. Hình dưới đây cho thấy các nhà nghiên cứu đã chế tạo một cây cầu thép không gỉ sử dụng thép carbon làm giá đỡ, sau đó loại bỏ thép carbon bằng điện hóa (dung dịch axit nitric 41% và oxy). Lúc đầu, các nhà nghiên cứu không sử dụng oxy và họ phát hiện ra rằng tốc độ ăn mòn quá chậm trong trường hợp này, loại bỏ thép carbon 1.4mm trong 10 giờ. Sau đó, họ đã giới thiệu oxy để tăng tốc độ phản ứng và chỉ mất 6 giờ để loại bỏ hoàn toàn 7mm thép carbon còn lại.
Về nguyên tắc, việc loại bỏ các giá đỡ kim loại bằng cách khắc điện hóa là khả thi (nó đã được chứng minh bằng các thí nghiệm), nhưng có rất ít nghiên cứu về công nghệ này trong và ngoài nước, và hiện tại không có ứng dụng công nghiệp trưởng thành, chủ yếu ở các khía cạnh sau của vấn đề:
● Vật liệu cực dương hy sinh phải tương thích về mặt luyện kim với vật liệu in, có nghĩa là nó phải có cấu trúc tinh thể tương tự, độ dẫn nhiệt và hệ số giãn nở nhiệt và không được tạo ra các hợp chất liên kim có hại. Điều này đảm bảo rằng sự tiếp xúc giữa cực dương hy sinh và bộ phận in có đủ độ bền cơ học để chịu được các ứng suất gây ra bởi chu kỳ nhiệt cực đoan trong quá trình in 3D kim loại.
● Phải sử dụng chất điện phân có tính ăn mòn cao. Chất điện phân này phải có khả năng hòa tan cực dương hy sinh với độ chọn lọc cao (>100: 1) so với vật liệu in.
● Quá trình này cần phải được kiểm soát và rất khó để đảm bảo độ chính xác. Tốc độ và thời gian phản ứng hóa học rất khó kiểm soát, và đôi khi vật liệu in cũng bị loại bỏ với một lượng nhỏ hoặc vật liệu hỗ trợ không được loại bỏ hoàn toàn.