GF加工方案CUT AM 500，革新金屬3D打印基板的分離工藝，倒置分離

自3D打印技術(shù)誕生以來(lái)，3D打印零件與打印基板的分離至今困擾著業(yè)界。如圖1所示，復(fù)雜形狀的3D打印零件只有與基板分離后才有真正的使用價(jià)值。但是，基板的分離工藝并不像想象中的簡(jiǎn)單。要充分了解3D打印零件與其基板間的分離細(xì)節(jié)，我們需要簡(jiǎn)要地回顧分離工藝的發(fā)展史。

最初，用帶鋸機(jī)，看上去非常簡(jiǎn)單。將基板夾持在角鐵上，用垂直帶鋸切下3D打印件。然而，不難發(fā)現(xiàn)，這種簡(jiǎn)單的方法存在許多限制和缺點(diǎn)：

鋸縫 - 鋸切的寬度意味著在3D打印過(guò)程中，需要增加打印的層數(shù)，對(duì)于布滿許多工件的大型基板，這意味著打印時(shí)間將顯著增加。

鋸切面精度 - 鋸切面的質(zhì)量和精度難以滿足要求，通常為獲得干凈的表面，需要增加打印層數(shù)，也需要費(fèi)力地進(jìn)行后續(xù)加工，然后才能使工件在分離后，其底面滿足質(zhì)量要求。

易損的橫截面 - 施加在工件上的鋸切力大小不可忽略不計(jì)，鋸切力可能損壞工件和導(dǎo)致其變形，特別是薄壁工件，如圖2所示。

特殊合金工件 – 想要高效率地鋸切鎳基高溫合金和鈦合金的3D打印件十分困難。

因此，由于鋸切的諸多缺點(diǎn)，分離工藝很快演進(jìn)到新型、當(dāng)前迭代版本的基板切除工藝——線切割…

改用線切割工藝后，成功避免鋸縫問(wèn)題，但表面質(zhì)量和橫截面損傷等其它問(wèn)題依然沒(méi)有解決：

切割速度 - 與帶鋸切割速度相比，線切割速度堪稱龜速。導(dǎo)致切割速度非常慢的原因之一是線切割工藝通常需要用高壓沖液，對(duì)于許多3D打印件來(lái)說(shuō)，可能損傷不均勻的橫截面，事實(shí)上，如圖3所示，常常成排地切割獨(dú)立的工件。

工件分離的沖擊損傷 - 由于需要安裝基板，其表面平行于垂直方向的電極絲，被切工件必須在水平方向。工件被切斷時(shí)，工件落下時(shí)常常發(fā)生損傷，如圖4。

不僅落下的工件可能損傷，工件在切斷前受到的彎矩也能在接近最終切斷時(shí)造成表面變形。

機(jī)床成本 - 由于線切割的Z軸行程必須滿足基板要求，通常必須使用大型線切割機(jī)床。然而，如今的線切割機(jī)床都配很多軸，分離3D打印零件與基板不需要使用其中的部分軸。這意味著對(duì)于選用線切割機(jī)床進(jìn)行分離基板的公司，其所購(gòu)買(mǎi)的機(jī)床的部分功能完全浪費(fèi)。

如今，GF加工方案的 CUT AM 500閃亮登場(chǎng)！

作為電火花加工領(lǐng)域的全球領(lǐng)先者，GF加工方案發(fā)現(xiàn)了用于3D打印零件分離的原有技術(shù)存在的不足，決定開(kāi)發(fā)一款全新、專用于分離3D打印件與基板的機(jī)床。開(kāi)創(chuàng)性、已獲專利的CUT AM 500橫空出世，該機(jī)擁有以下優(yōu)點(diǎn)：

*大型加工區(qū)：500x500x500mm
*小切縫：采用0.2mm直徑的鉬電極絲
*無(wú)切削力：采用專有的EDM/ECM切削工藝
*可重復(fù)使用的電極絲，運(yùn)絲速度達(dá)20m/s
*無(wú)切割面污染
*高速切割
*無(wú)零件損傷：用水平電極絲和臥式切割工藝
*操作簡(jiǎn)單：采用Windows 10 HMI數(shù)控系統(tǒng)
*低運(yùn)行成本：鉬電極絲可循環(huán)利用
*可追溯的工件收集和標(biāo)識(shí)：用于收集和支撐工件的零件收集籃
*可自動(dòng)化：兼容System 3R夾具系統(tǒng)
*增加可工作時(shí)間：維護(hù)周期達(dá)600小時(shí)

現(xiàn)在，我們?cè)敿?xì)地介紹這些突出優(yōu)點(diǎn)：

加工區(qū)域大
500mm立方形加工區(qū)，不僅輕松滿足大型基板要求，也能滿足高大工件的要求。

切縫小
采用0.2mm電極絲和高精度的基板找邊定位，CUT AM 500用戶可以最大限度地減少3D打印件的預(yù)留打印層。因此，能顯著縮短打印時(shí)間。

無(wú)切削力
由于電極絲與工件之間無(wú)物理接觸，線切割加工無(wú)工件損壞的風(fēng)險(xiǎn)，分離面不僅光滑，而且可與成形工件的進(jìn)給軸準(zhǔn)確找正。

無(wú)切割面污染
部分醫(yī)療器械和航空航天應(yīng)用不允許切割面存在銅或鋅污染，純銅和鍍鋅電極絲常常存在該污染。CUT AM 500采用鉬電極絲，有效避免該污染。

高速切割
CUT AM 500的線切割速度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)線切割技術(shù)，部分情況下，接近帶鋸的切割速度。達(dá)到如此高的切割速度是由于使用了多種先進(jìn)技術(shù)：

高電極絲速度，即電極絲每秒運(yùn)行20米，切割時(shí)電極絲和工件是浸入工作液中的，如圖5所示，甚至可以同時(shí)切割多個(gè)工件。在這樣高的速度下，5000米絲軸無(wú)法持續(xù)使用較長(zhǎng)的時(shí)間；然而CUT AM 500將電極絲纏繞在另一個(gè)絲軸中，然后再反向?qū)㈦姌O絲纏繞回原絲軸上，重復(fù)使用電極絲。在兩個(gè)絲軸間來(lái)回重復(fù)使用電極絲顯著降低耗材成本。

加入專用添加劑增強(qiáng)的水基工作液成為去離子的水基工作液，可以提高“拖動(dòng)效應(yīng)”和線切割速度。

專有的脈沖電源是以IPG Sinker為基礎(chǔ)，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)的脈沖電源，采用EDM/ECM相結(jié)合的線切割技術(shù)，顯著提高線切割速度。該脈沖電源采用雙極脈沖技術(shù)，幾乎可徹底避免鈦和其它敏感材質(zhì)的化學(xué)侵蝕。

無(wú)零件損傷
結(jié)合使用水平電極絲，臥式工件分離技術(shù)和零件收集籃確保切割安全，不損傷零件，如圖6所示。

操作簡(jiǎn)單
在用戶友好的HMI控制面板中，只需要輸入簡(jiǎn)單的信息（參見(jiàn)圖7），就能輕松完成分離任務(wù)的編程。

低運(yùn)行成本
CUT AM 500通常使用易于購(gòu)買(mǎi)和可循環(huán)使用的5000米長(zhǎng)的鉬電極絲，并使用標(biāo)準(zhǔn)的電火花成形加工工作液過(guò)濾器。

可追溯的零件收集和標(biāo)識(shí)
CUT AM 500含易于調(diào)整的零件收集籃，可輕松將其分為多個(gè)格位，在零件格位中保存切割后的零件，零件保持其原始位置不變，因此易于進(jìn)行后續(xù)加工和將零件序列化。

可自動(dòng)化
CUT AM 500托盤(pán)接收器可兼容System 3R夾具系統(tǒng)，如圖8所示，用機(jī)器人進(jìn)行裝件和卸件。

減少停機(jī)時(shí)間
CUT AM 500按照600小時(shí)的維護(hù)周期進(jìn)行設(shè)計(jì)。每600小時(shí)需要執(zhí)行以下維護(hù)：

• 更換電極絲
• 更換工作液
• 更換工作液過(guò)濾器
• 更換進(jìn)線電源的接點(diǎn)
• 設(shè)計(jì)合理的600小時(shí)維護(hù)周期確保生產(chǎn)不間斷，增加工作時(shí)間。
  

CUT AM 500的操作
我們已了解了這款全新的開(kāi)創(chuàng)性機(jī)床的基本特點(diǎn)，現(xiàn)在我們看看這款機(jī)床如何進(jìn)行工作！

第一步將基板/零件一起裝入圖9的零件隔架上。機(jī)床門(mén)打開(kāi)，圖中機(jī)床的托盤(pán)接收器在裝件位置，如圖10所示。（注意：基板也可以直接裝入到機(jī)床的工作臺(tái)上，無(wú)需夾頭。此外，該機(jī)設(shè)計(jì)為可打開(kāi)的頂蓋，因此可用高架起重機(jī)將重型金屬打印零件/重型基板吊入機(jī)床內(nèi)。）

然后，將基板裝入托盤(pán)接收器中，如圖11所示。之后，將零件收集籃安裝在零件上方并安裝在托盤(pán)接收器上，如圖12所示。當(dāng)零件收集籃固定在托盤(pán)接收器上后，CUT AM 500的B軸立即開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，使零件位于如圖13所示的倒立位置。（此處為看到內(nèi)部情況已拆下收集籃）

現(xiàn)在，B軸完全轉(zhuǎn)到180度位置，如圖14所示。（注意，為看到內(nèi)部情況，已拆下收集籃）

工作液槽門(mén)關(guān)閉，向工作液槽中加入工作液。Z軸帶動(dòng)水平電極絲運(yùn)動(dòng)到剛好低于基板表面的位置，電極絲驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)，在Y軸伺服控制下進(jìn)行線切割。線切割的狀況如圖15所示。（注意，收集筐的設(shè)計(jì)可使切斷分離期間，與電極絲無(wú)干涉。）

當(dāng)將零件切掉時(shí)，零件無(wú)損傷地落在收集籃中，如圖16所示。完成線切割時(shí)，抽出工作液槽中的工作液，工作液槽門(mén)打開(kāi)，運(yùn)出收集筐。Y軸將電極絲運(yùn)動(dòng)到其原位，然后B軸開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，返回其原位，如圖17所示，這時(shí)可以拆下基板進(jìn)行更換以便下次加工。

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主題： 金屬3D打印零件分離方案
時(shí)間： 2020/8/21 14:00-15:00
直播講師： 李智 GF加工方案銷售經(jīng)理
直播合作：南極熊

產(chǎn)品特點(diǎn)：
金屬增材制造是一種復(fù)雜工藝，完美的成品并不能僅僅依靠打印這一工藝環(huán)節(jié)，而是將材料、設(shè)計(jì)、打印、及后處理融合后得到的結(jié)果，只有正確的組合及優(yōu)化這些工藝才能獲得優(yōu)質(zhì)、可重復(fù)的增材部件。而打印完成后的零件分離質(zhì)量，是業(yè)內(nèi)長(zhǎng)期被忽視的一個(gè)問(wèn)題�；�于此，GF（GeorgFischer,簡(jiǎn)稱GF,標(biāo)識(shí)為+GF+,中文名為喬治費(fèi)歇爾,瑞士著名的工業(yè)巨頭,創(chuàng)立于1802年）提出獨(dú)特的零件分離方案，在保持基準(zhǔn)精度及質(zhì)量的同時(shí)，確保工件的工藝完整性。

△GF零件分離方案三大亮點(diǎn)：快速的線切割技術(shù)、180°旋轉(zhuǎn)軸和水平切割工藝、工具收集框

直播提綱：
從設(shè)計(jì)到成品的完整金屬增材制造方案
創(chuàng)新的增材制造零件分離技術(shù)

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金屬3d打印的難題之一