△在 Desktop Metal Studio System 上制作的金屬 3D 打印部件如今,包括 Anycubic 在內(nèi)的更多桌面熔融沉積建模 (FDM) 3D 打印機(jī)制造商推出了金屬打印機(jī)配置文件,使用戶(hù)能夠在其經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的機(jī)器上使用金屬絲進(jìn)行打印。其他 FDM 打印機(jī)制造商,如 Ultimaker、BCN3D 和 zortrax,已經(jīng)推出了適應(yīng)于金屬打印的相關(guān)套件,包括型材、燈絲和噴嘴。第三類(lèi)桌面 3D 打印機(jī)是專(zhuān)用于金屬絲的打印機(jī),例如 Raise3D 的 Forge1 和 Markforged 的 Metal X。 在下文將介紹金屬絲打印的獨(dú)特特性和功能,介紹了如何使用金屬絲進(jìn)行打印以及可以獲得的機(jī)械性能。此外,本文的最后還介紹了一些金屬絲3D打印機(jī)可供選擇。
△來(lái)自 Forward AM 的 Ultrafuse 金屬絲和在 BCN3D 機(jī)器上打印的金屬零件
需要后處理 3D 打印金屬絲不能立即從打印床上生產(chǎn)出堅(jiān)固或可用的金屬部件。事實(shí)上,最初的打印品被稱(chēng)為素坯,這時(shí)的零件非常脆并且沒(méi)有金屬特征,所以后處理是必要的。打印后,素坯經(jīng)過(guò)脫脂,這是一個(gè)使用熱量或溶劑溶解塑料或粘合劑成分的過(guò)程。此步驟會(huì)在整個(gè)零件中創(chuàng)建開(kāi)孔通道。(也有例外,F(xiàn)ilamet 品牌的金屬絲不需要化學(xué)脫脂,而是使用熔爐的熱量來(lái)去除塑料粘合劑。3D 打印機(jī)制造商 Desktop Metal 和 Rapidia(使用金屬膏而非燈絲)也有一個(gè)跳過(guò)脫脂步驟的打印機(jī)到燒結(jié)兩步工藝。)
3D 打印組件設(shè)計(jì)和打印方向起著至關(guān)重要的作用。為了降低機(jī)械不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn),F(xiàn)orward AM 建議在印刷前按照他們的在線(xiàn)指南執(zhí)行“脫脂穩(wěn)定性模擬” 。這提供了對(duì)內(nèi)部應(yīng)力的估計(jì),以評(píng)估脫脂過(guò)程中零件的結(jié)構(gòu)完整性,并且還提供了哪些結(jié)構(gòu)特征存在風(fēng)險(xiǎn)的可視化指導(dǎo)。這種燒結(jié)模擬通過(guò) Forward AM 的虛擬工程服務(wù)作為一項(xiàng)服務(wù)提供。使用此類(lèi)工具,用戶(hù)可以確定金屬絲打印是否最適合您的零件。
盡管這種長(zhǎng)絲比標(biāo)準(zhǔn)聚合物 3D 打印長(zhǎng)絲貴得多,但它的價(jià)格低于許多碳纖維增強(qiáng) PA 長(zhǎng)絲,并且大大降低了生產(chǎn)中小型金屬部件的成本。根據(jù)零件的設(shè)計(jì)和尺寸,它可能比任何其他金屬 AM 技術(shù)都便宜。使用 Ultrafuse 316L 打印比在工業(yè)金屬打印機(jī)上使用大多數(shù)金屬粉末打印便宜 1.4 到 2 倍。
全金屬3D打印系統(tǒng)由該公司基于云的Eiger工作流軟件驅(qū)動(dòng),使用戶(hù)能夠存儲(chǔ)“數(shù)字零件”,可以在任何地點(diǎn)的任何 Metal X 打印機(jī)上打印出來(lái)。Eiger 還具有零件模擬功能,可以在打印前驗(yàn)證零件性能和打印設(shè)置。Metal X 的零售價(jià)約為 99,000 美元,上述三個(gè)單元的價(jià)格在 200,000 美元左右。每 200cc 線(xiàn)軸的材料價(jià)格從 150 美元到 300 美元不等。
Markforged 金屬 X: ●構(gòu)建體積:250 x 220 x 200 毫米 ●打印室:加熱 ●打印床:加熱、真空密封打印板、自動(dòng)床調(diào)平 ●最小層高:50 微米
Desktop Metal Studio System
△Desktop Metal Studio System 金屬 3D 打印機(jī)和配套的燒結(jié)爐
Desktop Metal 是金屬沉積3D打印的開(kāi)拓者之一,降低了價(jià)格并提高了金屬3D打印機(jī)的易用性。其 Studio System 于 2016 年首次亮相,可生產(chǎn)密度高達(dá) 98% 的部件,類(lèi)似于鑄件。Studio Systems 的所有材料都附帶數(shù)據(jù)表,其中詳細(xì)介紹了預(yù)期的機(jī)械特性。Desktop Metal 的銅部件擁有 37% 的斷裂伸長(zhǎng)率和 193 MPa 的極限抗拉強(qiáng)度。
Studio System 發(fā)布后,Desktop Metal 推出了新技術(shù),創(chuàng)建了一個(gè)兩步“打印機(jī)到燒結(jié)”過(guò)程,省去了脫脂步驟。使用專(zhuān)有材料配方可以將打印部件直接放入爐中,無(wú)需溶劑脫脂階段,從而節(jié)省時(shí)間、溶劑材料。作為這項(xiàng)技術(shù)的先驅(qū)之一,Desktop Metal 奠定了其他打印機(jī)制造商效仿的一些基礎(chǔ)。它的解決方案包括打印機(jī)、專(zhuān)有材料、專(zhuān)有軟件、自己的燒結(jié)爐和可分離支架,在支撐結(jié)構(gòu)和零件之間采用陶瓷界面材料,可以輕松地用手拆卸零件。
△Desktop Metal 的 Studio System 和熔爐可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)級(jí)金屬零件
Studio System 3D 打印機(jī)和熔爐加起來(lái)大約 275,000 美元: ●構(gòu)建體積:300 x 200 x 200 毫米 ●層高(綠色狀態(tài)):50 微米 ●加熱床:70 °C ●最大構(gòu)建重量(綠色狀態(tài)):6.5 kg
Metal Pack 專(zhuān)為生產(chǎn)備件、功能原型和工具而設(shè)計(jì),主要針對(duì)制藥、食品、汽車(chē)、航空航天和制造行業(yè)。通過(guò)這種工藝生產(chǎn)的零件與通過(guò)金屬注射成型或 CNC 生產(chǎn)的零件具有幾乎相同的行為,并提供了一種設(shè)計(jì)自由度更高的辦公室友好型解決方案。
△在 BCN3D Epsilon 3D 打印機(jī)上使用 Ultrafuse 不銹鋼絲制成的金屬部件可以?huà)伖庖蕴岣弑砻婀鉂嵍?/span>
Epsilon W50 ●架構(gòu):IDEX(獨(dú)立雙擠出機(jī)系統(tǒng)) ●構(gòu)建體積:420 x 300 x 400 毫米 ●加熱床:120 oC
帶金屬擴(kuò)展套件的 UltiMaker S5
△帶有金屬擴(kuò)展套件的 UltiMaker S5
自 2021 年發(fā)布 Ultrafuse 17-4PH 的打印機(jī)配置文件以來(lái),UltiMaker使用戶(hù)能夠在其 S5 機(jī)器上打印完整的金屬部件。2022年,Ultimaker 推出了全新的金屬 3D 打印套件:Metal Expansion Kit。Ultimaker 產(chǎn)品經(jīng)理 Andrea Gasperini 表示:“Ultimaker Metal Expansion Kit 特別適用于打印非現(xiàn)成部件,例如工具、夾具和固定裝置、更換部件、功能原型和輔助組件。該套件提供了對(duì)完整且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的 3D 打印工作流程的訪(fǎng)問(wèn)。
●架構(gòu):雙擠出機(jī) ●打印體積:330 x 240 x 300 毫米 ●噴嘴溫度:180-280℃ ● 層分辨率:使用 0.25 毫米噴嘴時(shí)為 20 微米 ●價(jià)格:8,000 美元
Zortrax M300 Dual
△Zortrax M300 Dual 全金屬打印套件
Zortrax 是最新的 FDM 3D 打印機(jī)制造商之一,與 BASF Forward AM 合作創(chuàng)建打印周邊和附件套件,使 M300 公司或其 Edural 3D 打印機(jī)能夠打印完整的金屬部件。Zortrax 全金屬套件支持使用兩種最常用的鋼材制作3D打印模型:316L 手術(shù)級(jí)不銹鋼和 17-4 PH 硬化鋼。要使用金屬絲進(jìn)行打印,您可以將打印機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)熱端模塊替換為包裝中包含的模塊,加載隨附的打印和支撐絲,使用隨附的 Magigoo Pro 金屬膠覆蓋構(gòu)建平臺(tái),使用 Z 中的默認(rèn)設(shè)置打印您的部件-Suite。
●構(gòu)建體積:265 x 265 x 300 ●層分辨率:90-290微米 ●擠出機(jī):雙投 ●最大擠出機(jī)溫度:290°C ●最高床溫:105°C
金屬絲的特點(diǎn)
△The Virtual Foundry 的燈絲制成的固體金屬零件
金屬絲3D打印成本較低,與傳統(tǒng)方法的單獨(dú)生產(chǎn)相比,可將小批量金屬零件的成本降低 90%。使用普通金屬原料(例如線(xiàn)材)和金屬注射成型中使用的相同顆粒的新興技術(shù)有可能消除金屬絲 3D 打印中的脫脂和燒結(jié)步驟,并大大降低原材料的價(jià)格。金屬絲比金屬粉末危險(xiǎn)性小,但它仍然由金屬粉末制成,這是一種昂貴且耗能的產(chǎn)品。脫脂劑需要溶劑,熔爐需要大量的能源和氣體,例如氬氣,這也會(huì)增加環(huán)境影響和成本。