復志科技如何在金屬FFF領域脫穎而出,？

  復志科技（Raise3D）公司在2021年底首次發(fā)布其Metal Fuse 解決方案,，這標志著該公司開始進軍端到端金屬熔絲制造(FFF)技術領域,。時至今日,，Raise3D已成為增材制造行業(yè)中少數專門從事金屬擠壓技術的公司之一,。

如今,，Raise3D公司的解決方案用于快速,、安全地生產各種金屬產品，從夾具和固定裝置到功能部件和原型,，再到小批量最終用途組件,，Raise3D 的技術在精度方面做到了極其出色。這是由于硬件和軟件優(yōu)化的結合,，以及與材料開發(fā)商 BASF Forward AM 的深入合作而實現(xiàn)的,。本期文章將系統(tǒng)介紹Raise3D公司的 Forge1 3D 打印機和 MetalFuse 工作流程如何在金屬增材制造領域（更具體地說是金屬 FFF 領域）脫穎而出。

金屬 FFF 帶來了什么,？

在 3D 打印的早期,，金屬增材制造以激光粉末床熔融 (LPBF) 工藝為主。雖然這種工藝仍然廣泛用于工業(yè)級生產高度復雜的金屬零件,，但現(xiàn)在金屬增材制造采用者有更多的技術選擇,。其中包括金屬熔絲制造（FFF）。

該工藝的功能與聚合物 FFF 類似,，使用加熱噴嘴熔化并擠出細絲,，在構建板上一次一層地構建組件。主要區(qū)別在于所使用的材料：金屬 FFF 工藝（例如 Raise3D 的MetalFuse 解決方案）使用 Ultrafuse® 316L 等金屬復合絲,，這些絲由高比例的金屬粉末結合在熱塑性基質中組成。金屬 FFF 工藝還需要后處理步驟,，例如脫脂和燒結,，以將生坯部件轉變?yōu)橹旅艿慕饘俨考��?/div>

△Forge1 打印機平臺上的生坯金屬部件

金屬FFF在某些方面比其他金屬增材制造過程更有優(yōu)勢。一方面,，該技術比使用松散金屬粉末作為原料的技術更安全,。使用 LPBF 時必須考慮粉末吸入和粉塵爆炸等風險,，而這些對于金屬 FFF 來說不是問題，因此操作員不需要相同程度的培訓或個人防護裝備 (PPE )來使用該技術,。這也使得金屬 FFF 更加通用：它可以在許多環(huán)境中使用,，從實驗室、商店到辦公空間,，只要通風充足,。

金屬 FFF 平臺通常在成本方面也更容易獲得。該技術硬件不包括高功率激光器,，比 LPBF 平臺甚至粘合劑噴射系統(tǒng)便宜得多,。一些金屬 FFF 平臺，包括 Raise3D 的技術,，還可以與金屬注射成型 (MIM) 工作流程中使用的現(xiàn)有脫脂和燒結機結合使用,。總體而言,，相對較新的工藝在金屬增材制造領域具有優(yōu)勢,，特別是對于尋求進入金屬 3D 打印領域并希望擴大生產規(guī)模的制造商而言。

解決金屬FFF的痛點

然而,，與任何技術一樣,，金屬 FFF 也受到某些障礙的限制。如何獲取一致的擠壓和良好的第一層等因素已經提出了挑戰(zhàn),，它們會影響最終金屬零件的公差和整體質量,。標準噴嘴尺寸（通常為 0.4 毫米及以上）在可實現(xiàn)的設計細節(jié)尺寸以及表面光潔度方面也存在限制。最后,，雖然金屬FFF 的入門周期比其他金屬增材制造工藝要短,，但它仍然需要工藝參數的專業(yè)知識才能獲得最佳的打印效果。

△雙擠出機能夠同時沉積構建材料和支撐材料

從另一個角度來看,，材料可以被視為一個限制因素,。如今，與激光粉末床熔融材料的多樣性相比,，高質量金屬絲的市場相對較小,，這限制了該技術的應用范圍。此外,，耗材的質量與最終打印的質量直接相關,。因此隨著越來越多的材料進入市場，它們具有盡可能高的質量非常重要,。

所有這些痛點都是 Raise3D 在開發(fā) MetalFuse 解決方案時首先考慮的問題,，并且通過硬件和軟件功能、流程優(yōu)化以及與巴斯夫 Forward AM 富有成效的材料合作關系,，成功解決了其中許多問題,。

Forge1,，針對金屬 FFF 優(yōu)化的機器

Raise3D MetalFuse 解決方案的核心是其 3D 打印機 Forge1。雙擠出機的設計旨在滿足打印金屬絲的特定要求,，并提供可靠,、高質量的結果。正如我們所看到的,，在打印金屬時,，傳統(tǒng)上很難實現(xiàn)一致的細絲流動，但 Forge1 集成了某些功能,，可確保細絲進給和擠出性能達到高標準,。

△Ultrafuse®316L 長絲線軸和燒結 3D 打印件。

具體來說,，F(xiàn)orge1 具有內置線軸支架,，可消除將細絲送入噴嘴時的過度拉力。該系統(tǒng)最終有助于確保保持細絲公差,，并且材料在通過擠出機齒輪時不會變形,，否則會導致材料擠出和流動不一致。根據 Raise3D 的說法,，線軸支架的特定高度還可以最大限度地降低打印頭在構建區(qū)域周圍移動時扭曲線材的風險,。

Raise3D 還特別關注Forge1 的構建板，以確保關鍵第一層的質量,。該機器配備了“精密玻璃板”,，它比標準玻璃板（<=0.15mm vs >=0.35mm）更平坦，并且熱膨脹系數更低,。與 RaiseTouch 校準功能配合使用,，F(xiàn)orge1 玻璃板可提高層間附著力并最大限度地減少翹曲，從而實現(xiàn)更精確的零件,。

為了打印具有精細細節(jié)和光滑表面光潔度的金屬零件,，F(xiàn)orge1 還兼容直徑小至 0.2 毫米的噴嘴。這種較小的噴嘴功能可以實現(xiàn)更薄的層,、更多的細節(jié),，并最終提高金屬部件的精度和公差。

可訪問的工藝參數

除了解決硬件方面的金屬 FFF 限制外,，Raise3D 還開發(fā)了專用于金屬打印的切片程序版本 ideaMaker Metal,。正如該公司所解釋的那樣：“ideaMaker Metal 是 ideaMaker 的修改版本，針對 Ultrafuse® 金屬絲的使用進行了優(yōu)化,，具有獨特的功能,，可提供所需的零件密度和可重復性，以創(chuàng)建最高質量的最終零件�,！�

該軟件使用戶無需具備豐富的工藝知識即可成功 3D 打印零件。換句話說,，它使金屬 FFF 可供更廣泛的采用者使用,。金屬 FFF 的各個方面，例如燒結階段的收縮,，可以通過其自動收縮板在 ideaMaker Metal 中輕松計算和控制,。其他有用的功能包括自動支撐層生成以及所有流程和 Ultrafuse 材料的模板。切片程序還支持在同一打印作業(yè)中進行多設置打印的修改器,。

最終,，切片機軟件允許用戶自定義所有參數以滿足特定應用的需求，從而使用戶能夠充分利用金屬增材制造工藝和材料原料,。

工業(yè)級材料

為了滿足對高質量金屬絲的需求,，Raise3D 與巴斯夫 Forward AM 合作，為后者的 Ultrafuse 金屬絲開發(fā)優(yōu)化的工藝參數,。兩家公司共同致力于通過數據驅動的參數來提高打印效果和質量,。

作為世界上最大的化學品生產商，巴斯夫擁有廣泛的金屬注射成型原料產品組合,。這些材料由“與定制粘合劑復合的金屬和陶瓷粉末”組成,，可通過 Catamold® 品牌購買，有 30 多個品種,。通過與 Raise3D 等增材制造公司合作,，BASF Forward AM 可以將每種 Catamold 材料開發(fā)成高質量的金屬絲。

△燒結和拋光金屬 3D 打印

迄今為止,，Raise3D 的Forge1 平臺與三種 Ultrafuse 金屬絲兼容：Ultrafuse®316L,、Ultrafuse® 17-4和Ultrafuse® 支持層。Ultrafuse® 316L是一種不銹鋼復合絲,，具有優(yōu)異的耐腐蝕性,；Ultrafuse® 17-4 是一種不銹鋼絲，可以經過熱處理以獲得更高的強度和硬度,；Ultrafuse®支撐層是一種支撐絲,，旨在促進燒結后金屬部件上支撐物的去除。（Forge1 的雙擠出功能可以同時打印構建材料和支撐材料,。）

值得注意的是,，巴斯夫的金屬絲與Raise3D的專用MetalFuse工作流程（包括Forge1 3D打印機、D200-E脫脂裝置和S200-C燒結站）完美匹配,。D200-E 系統(tǒng)采用催化脫脂,，其中生坯部分暴露于催化劑，催化劑分解粘合劑,，形成棕色部分,。然后,，S200-C 燒結棕色部件，使部件密度高達鍛鐵密度的 97%,。

Ultrafuse 金屬材料還與其他工業(yè) MIM 催化和燒結設備兼容,。這意味著可以通過將多臺 Forge1 打印機與已建立的 MIM 后處理工作流程配對來擴大產量。燒結后的金屬 Ultrafuse 元件符合 MPIF 35-2015 MIM 標準,，該標準與汽車,、電子、醫(yī)療和消費品行業(yè)相關,，僅舉幾例,。

總而言之，Raise3D 的Forge1 和更廣泛的金屬 FFF 產品始終在不斷改進,，以釋放兼容金屬材料的最高潛力,。正如巴斯夫 Forward AM 業(yè)務開發(fā)經理 Tobias Rödlmeier 所說：“這是我們希望為客戶提供的最佳系統(tǒng)。一個開放的創(chuàng)新平臺,，在準確性和穩(wěn)定性方面毫不妥協(xié),。”

在該公司最近的白皮書中了解有關金屬 FFF 的更多信息,，特別是有關 Raise3D 的 MetalFuse 解決方案的信息,，獲取鏈接：https://www.raise3d.eu/request-the-metal-3d-printing-white-paper/