塑膠再見!金屬線材上場了,直接把金屬列印出來吧!〈下〉
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3D列印金屬線材不會立即在列印床上產生堅固或可用的金屬零件,最初的列印品被稱為「綠色」零件,因為它們很脆,幾乎沒有金屬特性,因此後期處理是必要的。
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2021/05/18
塑膠再見!金屬線材上場了,直接把金屬列印出來吧!〈下〉
上一集,為你講解了金屬線材的特性與應用後,來到這一集,不僅要說明後期處理的原理與方法,還有各種品牌的優缺大PK!最詳細的金屬線材內容,給你最完整的續集。
需要進行後期處理
3D列印金屬線材不會立即在列印床上產生堅固或可用的金屬零件,最初的列印品被稱為「綠色」零件,因為它們很脆,幾乎沒有金屬特性,因此後期處理是必要的。
列印完成後,綠色零件要經過脫膠處理,這是一個使用酸來溶解塑料或黏合劑成分的催化過程。
此步驟將在整個零件上創建開孔通道,這種多孔部分稱為「棕色」部分。
Filamet作為一個例外,不需要化學脫膠,而是利用熔爐中的熱量去除塑料黏合劑。
將棕色零件在熔爐中燒結,讓零件均勻地加熱至略低於其熔點,再去除任何殘留的黏結劑,並將金屬顆粒熔化,形成緻密的零件。
大多數TVF材料可以在普通的窯爐硬件中進行燒結,只要它能把燒結溫度保持幾個小時即可。
在這一點上,你可能想知道為什麼有人會購買這種線材,應該不是所有人都自帶脫膠的設備或燒結的窯爐吧﹖
其實,使用金屬熔融線材列印的便利性之一,就是你可以把你的零件送去進行專業的後期處理,ForwardAM和TVF均提供推薦的第三方服務,而這些服務可以完成你的金屬零件。
ForwardAM和TVF通過第三方服務對零件進行後處理。
(來源:MetalAM)
超強韌性
金屬線材面世已有一段時間了,並且在廣泛的應用中得到了檢驗。
它比幾乎所有與FDM機器兼容的塑料都來得堅固,而且最終的零件具備你在固態金屬零件中獲得的所有特性。
但是,你可能會疑惑層積的問題該怎麼辦﹖在最近的研究發現,當層積方向與拉伸方向平行時,零件的強度要比當層方向與拉伸方向垂直時低得多。
該研究沒有使用Ultrafuse或Filamet,而是使用為實驗創建的60%金屬和40%塑料的黏合劑材料。
Ultrafuse的技術數據,在XY和YZ強度上顯示出相似的數值。
儘管如此,3D列印組件的設計和列印方向仍起著至關重要的作用,為了降低機械不穩定的風險,ForwardAM建議在列印之前按照線上指南進行「脫膠穩定性模擬」,這樣可以估算內部應力,以評估零件在脫膠過程中的結構完整性,同時也能指出哪些結構特徵處於危險之中。
這種燒結模擬是通過ForwardAM的虛擬工程提供的一種服務,當使用此類工具,你可以確定你的零件是否合適金屬線材列印。
即使使用金屬線材的3D列印可能不適合具有嚴格強度要求的應用,但在經濟實惠的FDM機器上生產密集的金屬非關鍵組件,可能會超過它們對一些高壓力應用的不兼容性。
BASFUltrafuse316L金屬3D列印線材。
(來源:MatterHackers)
金屬線材選項
用TVF金屬線材製成的Sapphire3D列印品(來源:Sapphire3D)
ForwardAM的Ultrafuse
ForwardAM的母公司BASF是全球最大的化工公司之一,他們的金屬線材被稱為Ultrafuse,有316L不銹鋼和17-4PH不銹鋼這兩種選擇,這兩種線材含有80%的金屬粉末,是一種基於聚合物的專有黏合劑。
Ultrafuse17-4PH,也稱為630型,是一種鉻銅硬化的不銹鋼,既具磁性,又能在高達315°C的溫度下保持良好的機械和耐腐蝕性。
該公司表示,Ultrafuse316L支援廣泛的應用,包括工具、夾具、小批量生產、功能部件和模型。
這種金屬線材並不便宜,每公斤成本約為129美元,而3公斤線軸的Ultrafuse316L約為465美元,Ultrafuse17-4PH的價格為349美元。
根據ForwardAM的說法,儘管這種線材比標準的聚合物3D列印線材要貴得多,但它比許多碳纖維增強的PA線材來得便宜,並且大大降低了生產中小型金屬零件的成本,而根據零件的設計和尺寸,它可以比任何其他金屬AM技術更便宜。
為了支持他們的說法,ForwardAM表示使用Ultrafuse316L進行列印,比使用工業金屬列印機上的大多數金屬粉末進行列印,可便宜1.4到2倍。
對於後處理,可從線材經銷商(例如MatterHackers和iGo3D)購買加工券,然後把零件寄出進行脫膠和燒結。
使用Ultrafuse316L線材的每個線軸,你可獲得一張免費的加工券,最多可列印1千克的列印零件,也可購買額外的加工券,每張售價為50美元。
直徑:1.75毫米、2.85毫米
線軸尺寸:1kg、3kg
材質成分:80%316L不銹鋼、具有20%熱塑性黏合劑的17-4PH不銹鋼
噴頭溫度:220-245°C
床溫:90-100°C
冷卻:不需要
列印速度:30-40mm/s
構建板:帶膠棒的玻璃床
噴頭:任何耐磨噴頭(鋼、紅寶石等)
燒結零件密度:7.85kg/m3(Ultrafuse316L);7.6kg/m3(Ultrafuse17-4PH)
平均收縮率:X和Y為16%,Z為20%
推薦的初始比例系數:X和Y120%,Z125%
技術數據表:Ultrafuse316L,Ultrafuse17-4PH
TheVirtualFoundry的Filamet
美國的材料製造商TheVirtualFoundry專營金屬線材,並提供9種它們稱之為Filamet的線材,包括316L不銹鋼、Inconel718-34F鋼、鈦、銅和鋁。
所有的Filamet線材都是為了生產近乎實心的金屬零件,而TVF也將創建定製的金屬線材。
該公司的316L不銹鋼線材包含約85%的金屬,並表示可在任何FDM列印機上使用,但是,請仔細按照說明進行操作,因為你可能需要一些附加設備,例如要使用該公司的316L列印的話,你就需要一個FilaWarmer來預熱線材。
Filamet可以使用較低的噴頭溫度(205-235°C)和較低的床溫(40-50°C)來進行列印,另外需要考慮的問題是TVF的線材需要一個0.6毫米的不銹鋼噴頭,而對於Ultrafuse,你可以使用更標準的0.4毫米的噴頭。
由於Filamet的金屬含量很高,因此它比標準的PLA更容易斷裂,TVF建議將線軸懸掛在直接驅動擠出設置的列印機正上方,或者掛在Bowden設置的進料器旁邊或下方。
Filamet的每公斤價格範圍,從319L不銹鋼的273美元、銅的121美元到鈦的832美元不等。
TVF提供了列印機配置檔案,你可以上傳到你的切割機軟體中,作為試驗材料的起步。
對於後處理,TVF材料僅需一步操作即可在窯爐中加熱,該公司出售兩種尺寸的窯爐——Starter和Pro,並提供燒結說明。
對於沒有燒結設備的客戶,TVF與金屬3D列印服務Sapphire3D(除了芝加哥)合作,以每小零件約50美元的價格處理列印品。
直徑:1.75毫米、2.85毫米、顆粒
線軸尺寸:500克、1千克
材質成分:80%316L不銹鋼或具有20%塑料聚合物的17-4PH不銹鋼
噴頭溫度:205-235°C
床溫:40-50°C
冷卻:不需要
列印速度:30mm/s開始
構建板:任何材料,但在列印品和床之間有一層藍色油漆的膠帶或膠棒
噴頭:0.6毫米或更大,標準不銹鋼
Nanoe的Zetimix
法國的材料製造商Nanoe提供316L不銹鋼線材和H13工具鋼線材,這兩種線材在黏合劑中都含有約52%至55%的金屬,因此可以在比其他品牌低得多的噴頭溫度下進行列印。
該公司表示,根據材料和設計,你可以預期收縮率在16%至21.3%之間,而最終零件的密度為90%至91%。
每公斤的319L不銹鋼和H13工具鋼線材的價格略低於300美元,可通過全球經銷商購買。
Nanoe提供線上列印和脫膠指南:316L,H13。
直徑:1.75毫米、2.85毫米
線軸尺寸:500克、1千克
材質成分:55%316L不銹鋼或52%H13鋼
噴頭溫度:180°C
床溫:30°C
冷卻:不需要
列印速度:從15到50mm/s,取決於零件的形狀
噴頭:0.6毫米或更大,標準不銹鋼
推薦的初始比例系數:X和Y120%,Z125%
技術數據表:316L,H13
哪裡買﹖
你可以從以下的線上零售商購買金屬線材,也可以從第三方列印服務訂購金屬線材零件,包括Craftcloud,該公司提供Ultrafuse316L不銹鋼和17-4PH不銹鋼。
通過上載STL或CAD檔案來訂購零件,可能是試驗金屬線材對於金屬零件潛力的最佳經濟方法。
TheVirtualFoundry的Filamet可從美國的製造商和Sapphire3D、歐盟的Filament2Print和印度的Novabeans購買。
Nanoe的Zetimix在歐洲、亞洲和澳大利亞都有銷售,但在美國還沒有經銷商。
Ultrafuse316L可從世界各地的製造商和經銷商購買。
(來源:BASFForwardAM)
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