復(fù)志科技如何在金屬FFF領(lǐng)域脫穎而出？

  復(fù)志科技（Raise3D）公司在2021年底首次發(fā)布其Metal Fuse 解決方案，這標(biāo)志著該公司開始進(jìn)軍端到端金屬熔絲制造(FFF)技術(shù)領(lǐng)域。時(shí)至今日，Raise3D已成為增材制造行業(yè)中少數(shù)專門從事金屬擠壓技術(shù)的公司之一。

如今，Raise3D公司的解決方案用于快速、安全地生產(chǎn)各種金屬產(chǎn)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(shù)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(jié)合，以及與材料開發(fā)商 BASF Forward AM 的深入合作而實(shí)現(xiàn)的。本期文章將系統(tǒng)介紹Raise3D公司的 Forge1 3D 打印機(jī)和 MetalFuse 工作流程如何在金屬增材制造領(lǐng)域（更具體地說是金屬 FFF 領(lǐng)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(chǎn)高度復(fù)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(shù)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(xì)絲，在構(gòu)建板上一次一層地構(gòu)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(fù)合絲，這些絲由高比例的金屬粉末結(jié)合在熱塑性基質(zhì)中組成。金屬 FFF 工藝還需要后處理步驟，例如脫脂和燒結(jié)，以將生坯部件轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅艿慕饘俨考��?/div>

△Forge1 打印機(jī)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(shù)比使用松散金屬粉末作為原料的技術(shù)更安全。使用 LPBF 時(shí)必須考慮粉末吸入和粉塵爆炸等風(fēng)險(xiǎn)，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(xùn)或個(gè)人防護(hù)裝備 (PPE )來使用該技術(shù)。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(shí)驗(yàn)室、商店到辦公空間，只要通風(fēng)充足。

金屬 FFF 平臺通常在成本方面也更容易獲得。該技術(shù)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(shù)，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(jié)機(jī)結(jié)合使用�？傮w而言，相對較新的工藝在金屬增材制造領(lǐng)域具有優(yōu)勢，特別是對于尋求進(jìn)入金屬 3D 打印領(lǐng)域并希望擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的制造商而言。

解決金屬FFF的痛點(diǎn)

然而，與任何技術(shù)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(jīng)提出了挑戰(zhàn)，它們會影響最終金屬零件的公差和整體質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴尺寸（通常為 0.4 毫米及以上）在可實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)細(xì)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(shù)的專業(yè)知識才能獲得最佳的打印效果。

△雙擠出機(jī)能夠同時(shí)沉積構(gòu)建材料和支撐材料

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

所有這些痛點(diǎn)都是 Raise3D 在開發(fā) MetalFuse 解決方案時(shí)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(guān)系，成功解決了其中許多問題。

Forge1，針對金屬 FFF 優(yōu)化的機(jī)器

Raise3D MetalFuse 解決方案的核心是其 3D 打印機(jī) Forge1。雙擠出機(jī)的設(shè)計(jì)旨在滿足打印金屬絲的特定要求，并提供可靠、高質(zhì)量的結(jié)果。正如我們所看到的，在打印金屬時(shí)，傳統(tǒng)上很難實(shí)現(xiàn)一致的細(xì)絲流動(dòng)，但 Forge1 集成了某些功能，可確保細(xì)絲進(jìn)給和擠出性能達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)。

△Ultrafuse®316L 長絲線軸和燒結(jié) 3D 打印件。

具體來說，F(xiàn)orge1 具有內(nèi)置線軸支架，可消除將細(xì)絲送入噴嘴時(shí)的過度拉力。該系統(tǒng)最終有助于確保保持細(xì)絲公差，并且材料在通過擠出機(jī)齒輪時(shí)不會變形，否則會導(dǎo)致材料擠出和流動(dòng)不一致。根據(jù) 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(gòu)建區(qū)域周圍移動(dòng)時(shí)扭曲線材的風(fēng)險(xiǎn)。

Raise3D 還特別關(guān)注Forge1 的構(gòu)建板，以確保關(guān)鍵第一層的質(zhì)量。該機(jī)器配備了“精密玻璃板”，它比標(biāo)準(zhǔn)玻璃板（<=0.15mm vs >=0.35mm）更平坦，并且熱膨脹系數(shù)更低。與 RaiseTouch 校準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)更精確的零件。

為了打印具有精細(xì)細(xì)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(shí)現(xiàn)更薄的層、更多的細(xì)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(shù)

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(jìn)行了優(yōu)化，具有獨(dú)特的功能，可提供所需的零件密度和可重復(fù)性，以創(chuàng)建最高質(zhì)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(gè)方面，例如燒結(jié)階段的收縮，可以通過其自動(dòng)收縮板在 ideaMaker Metal 中輕松計(jì)算和控制。其他有用的功能包括自動(dòng)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(jìn)行多設(shè)置打印的修改器。

最終，切片機(jī)軟件允許用戶自定義所有參數(shù)以滿足特定應(yīng)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(zhì)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(shù)。兩家公司共同致力于通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的參數(shù)來提高打印效果和質(zhì)量。

作為世界上最大的化學(xué)品生產(chǎn)商，巴斯夫擁有廣泛的金屬注射成型原料產(chǎn)品組合。這些材料由“與定制粘合劑復(fù)合的金屬和陶瓷粉末”組成，可通過 Catamold® 品牌購買，有 30 多個(gè)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(zhì)量的金屬絲。

△燒結(jié)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(fù)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(jīng)過熱處理以獲得更高的強(qiáng)度和硬度；Ultrafuse®支撐層是一種支撐絲，旨在促進(jìn)燒結(jié)后金屬部件上支撐物的去除。（Forge1 的雙擠出功能可以同時(shí)打印構(gòu)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(jī)、D200-E脫脂裝置和S200-C燒結(jié)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(jié)棕色部件，使部件密度高達(dá)鍛鐵密度的 97%。

Ultrafuse 金屬材料還與其他工業(yè) MIM 催化和燒結(jié)設(shè)備兼容。這意味著可以通過將多臺 Forge1 打印機(jī)與已建立的 MIM 后處理工作流程配對來擴(kuò)大產(chǎn)量。燒結(jié)后的金屬 Ultrafuse 元件符合 MPIF 35-2015 MIM 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)與汽車、電子、醫(yī)療和消費(fèi)品行業(yè)相關(guān)，僅舉幾例。

總而言之，Raise3D 的Forge1 和更廣泛的金屬 FFF 產(chǎn)品始終在不斷改進(jìn)，以釋放兼容金屬材料的最高潛力。正如巴斯夫 Forward AM 業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理 Tobias Rödlmeier 所說：“這是我們希望為客戶提供的最佳系統(tǒng)。一個(gè)開放的創(chuàng)新平臺，在準(zhǔn)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(guān)金屬 FFF 的更多信息，特別是有關(guān) 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/