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您的聚合物SLS 3D打印機(jī)現(xiàn)在可以打印金屬零件
閱讀：114 發(fā)布時(shí)間：2023-9-23總部位于美國的大型樹脂和聚合物粉末3D打印機(jī)制造商N(yùn)exa3D上周宣布進(jìn)入金屬3D打印機(jī)市場，但它沒有新的打印機(jī)。客戶現(xiàn)在可以使用他們現(xiàn)有的Nexa3D選擇性激光燒結(jié)(SLS)機(jī)器來3D打印金屬零件。
你沒聽錯(cuò)。同樣的技術(shù)和同樣的機(jī)器曾經(jīng)只適用于聚合物，如尼龍，現(xiàn)在可以用來制造不銹鋼(316L，17-4PH)，鈦和工具鋼金屬零件。
在SLS機(jī)器上3D打印金屬的過程被稱為冷金屬融合(CMF)，獲得的金屬原料是關(guān)鍵。
Nexa3D的選擇性激光燒結(jié)3D打印機(jī)現(xiàn)在可以加工不銹鋼、工具鋼和鈦來生產(chǎn)這樣的零件(來源:Nexa3D)
由總部位于德國的頭制作材料這種的原料于2021年推出，每個(gè)金屬顆粒上都有一層薄薄的聚合物涂層。在幾乎任何SLS機(jī)器內(nèi)的3D打印過程中，聚合物將每個(gè)顆粒粘合在一起。
Nexa3D業(yè)務(wù)開發(fā)總監(jiān)約翰·科爾比·卡爾霍恩(John Colby Calhoun)表示:“我們的計(jì)劃一直是將這項(xiàng)技術(shù)引入美國。“我們并沒有為此制造打印機(jī)，在前端，它是經(jīng)過考驗(yàn)的真正的激光燒結(jié)技術(shù)，在后端，它是成熟的MIM(金屬注射成型)技術(shù)，現(xiàn)在正在結(jié)合在一起。”
冷金屬聚變是如何工作的？
Nexa3D并不是個(gè)向客戶提供這種的SLS兼容金屬電源的產(chǎn)品，它也可以在Sintratec(beta測試)和Farsoon機(jī)器上使用，EOS福米加P110，以及更多的SLS制造商正在籌備中。這是這項(xiàng)技術(shù)的工作原理。
每個(gè)材料顆粒的燒結(jié)溫度比SLS機(jī)器通常用于燒結(jié)聚合物的溫度低得多，約為70°C-80°C，這就是為什么該技術(shù)被稱為“冷”相比之下，諸如PA12的聚合物材料的熔點(diǎn)為180℃
Nexa3D在幾天內(nèi)制作零件的冷金屬融合3D打印工藝(圖片來源:Nexa3D)
為了與材料兼容，SLS機(jī)器必須像Nexa3D機(jī)器一樣預(yù)先安裝材料配置文件或開放參數(shù)，以便溫度和其他設(shè)置可以根據(jù)Headmade材料原料進(jìn)行調(diào)整。有趣的是，SLS機(jī)器的打印速度和打印量并沒有受到金屬材料的太大影響。Nexa3D表示，其QLS機(jī)器上的高速打印速度與金屬一樣快，或接近金屬。
一旦零件被打印出來，它們就處于“綠色”狀態(tài)。從現(xiàn)在開始，全金屬部件的加工與金屬注射成型相同，包括去除聚合物粘合劑并使用燒結(jié)爐生產(chǎn)全金屬部件，密度高達(dá)99.9%。
CMF與粘合劑噴射，LPBF
在添加制造中，冷金屬融合的表親可能是金屬粘合劑噴射，因?yàn)樗婕敖饘俜勰┖驼澈蟿由献鳛楹筇幚聿襟E的加熱。
粘合劑噴射金屬仍然是一種更快的印刷工藝，因?yàn)檎麄€(gè)層可以在幾秒鐘內(nèi)噴射，而SLS機(jī)器中的激光需要逐點(diǎn)追蹤每個(gè)部分層。然而，當(dāng)Nexa3D和Headmade Materials比較這兩種技術(shù)時(shí)，他們關(guān)注的是整體生產(chǎn)率和可擴(kuò)展性。
冷金屬融合過程需要比just和SLS 3D打印機(jī)更多的設(shè)備，這導(dǎo)致了打印機(jī)和后處理機(jī)器制造商的Cold Metal Fusion聯(lián)盟的創(chuàng)建(來源:Headmade Materials)
“以一種金屬粘合劑噴射解決方案的價(jià)格，你可以擁有10臺(tái)SLS機(jī)器，”Headmade Materials商務(wù)官Levent Akbas說。"你不需要投入大量的資金來獲得你的批零件."由于SLS打印機(jī)和燒結(jié)設(shè)備尺寸范圍廣泛，用戶可以根據(jù)自己的需求定制從桌面級實(shí)驗(yàn)室工作到全系列生產(chǎn)的整個(gè)過程鏈。
Nexa3D的入門級打印平臺(tái)可以處理包括鈦在內(nèi)的所有Headmade材料，價(jià)格為7萬美元。根據(jù)Headmade Materials的說法，包括SLS系統(tǒng)、脫脂和燒結(jié)爐在內(nèi)的完整工藝鏈起價(jià)約為225萬美元，但根據(jù)零件的尺寸，每年可以生產(chǎn)幾千個(gè)金屬零件。
冷金屬聚變也可與金屬激光粉末床熔化，也稱為選擇性激光熔化(SLM)、直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)和單純金屬激光燒結(jié)。
根據(jù)Nexa3D的說法，CMF與激光粉末床融合的區(qū)別在于可擴(kuò)展性因素，因?yàn)槟憧梢酝ㄟ^緊密嵌套零件來利用SLS機(jī)器的全部構(gòu)建體積。
“這種工藝對小零件很有效，但也能加工25公斤重的大零件，”卡爾霍恩說。“從尺寸或成本效益的角度來看，它可以擴(kuò)展到不適用于MIM的幾何形狀，當(dāng)然也不適用于粘合劑噴射或直接金屬激光燒結(jié)。”
使用heamade Materials的金屬原料為選擇性激光燒結(jié)機(jī)制造的金屬3D打印零件(來源:heamade Materials)
零件質(zhì)量和收縮率
對于金屬零件，CMF提供了成本和便利性方面的考慮，這可能會(huì)根據(jù)您的應(yīng)用產(chǎn)生顯著的影響。
，零件質(zhì)量。根據(jù)Akbas的說法，CMF零件與所有其他金屬粉末零件工藝相當(dāng)，甚至更好。冷金屬熔合零件的尺寸精度約為100微米，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)，甚至更高
Calhoun說:“這一過程的顯著之處在于，其背后的冶金和科學(xué)允許燒結(jié)的零件具有更好的機(jī)械性能，而這是通過使用相同材料的坯料加工獲得的。”“對于*應(yīng)用，如航空航天、電動(dòng)汽車、醫(yī)療和重量至關(guān)重要的事情，擁有比我們可以加工的鈦更好的鈦將允許制造商生產(chǎn)同等安全系數(shù)的零件，而整體質(zhì)量和重量更輕，這將是一個(gè)很大的進(jìn)步。”
Akbas指出，CMF不銹鋼316L零件具有60%的延伸率，這是法國CETIM研究所去年證明的，而MIM行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是50%。
Calhoun表示，由于金屬部件的質(zhì)量，Nexa3D預(yù)計(jì)將吸引首先尋找金屬3D打印機(jī)的客戶，而不是打算打印聚合物。
下一個(gè)明顯的優(yōu)勢是，你不再需要兩臺(tái)單獨(dú)的機(jī)器來進(jìn)行聚合物和金屬3D打印。
“我們的客戶可能只是想每月做一次金屬零件，或者他們想做200個(gè)金屬零件的短期生產(chǎn)，然后他們又換回聚合物，”Calhoun說。“我們也已經(jīng)有了一個(gè)客戶群，他們是用我們的機(jī)器進(jìn)行全面生產(chǎn)零件的MIM工廠。”
金屬注射成型公司MIMplus卡爾霍恩說，該公司正在使用Nexa3D QLS230生產(chǎn)數(shù)萬個(gè)零件。(如果你想親自測試產(chǎn)品，MIMplus還提供CMF服務(wù)。)
SLS和CMF的吸引力在于今天打印聚合物，明天打印金屬。然而，根據(jù)Akbas的說法，在打印下一種材料之前，實(shí)際上至少需要半天時(shí)間來清除機(jī)器中的一種材料。CMF材料，因?yàn)樗鼈冊诒染酆衔锏偷枚嗟臏囟认录庸ぃ绻磺謇恚瑫?huì)在更高的溫度下燒焦并污染建筑。
實(shí)現(xiàn)均勻收縮
所有用聚合物粘合劑和金屬制成的3D打印零件，一旦聚合物被去除，零件被燒結(jié)，就會(huì)收縮。
Headmade Materials表示，它已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一零件收縮率的圣杯，無論零件大小、形狀或復(fù)雜程度如何，都是一致的。
“鋼的收縮率是15%，鈦是12%，”卡爾霍恩說。“沒有特殊的軟件或計(jì)算。只需在你的CAD程序中將你的鋼零件放大15%，最終零件就會(huì)符合規(guī)格。”
Akbas表示，多年來，增材制造用戶一直在與不一致的零件收縮率作斗爭。“[金屬粘合劑噴射用戶]告訴我們，我的零件在Z軸上的收縮比在XY軸上的收縮大，或者當(dāng)它在打印機(jī)的上面時(shí)，我的收縮與在下面時(shí)不同，”他說。“我們沒有那個(gè)問題。”
要燒結(jié)SLS打印的金屬零件，您需要一臺(tái)Carbolite Gero的燒結(jié)爐，Carbolite Gero是金屬注射成型行業(yè)高溫爐的制造商(來源:carbo lite Gero)
成本和所需的額外設(shè)備
Headmade Materials和Nexa3D都不提供粉末處理機(jī)、脫脂設(shè)備或燒結(jié)爐。相反，他們與一些的品牌合作，為金屬注射成型行業(yè)制造這些設(shè)備。
事實(shí)上，一系列公司聯(lián)合起來創(chuàng)建CMF生態(tài)系統(tǒng)被稱為冷金屬聚變聯(lián)盟。它包括粉末去除設(shè)備專家AM解決方案，丙酮脫脂解決方案提供商洛米，熔爐制造者碳硅石Gero，以及其他。除了合作伙伴SLS機(jī)器上的印刷參數(shù)之外，Headmade Materials還為使用這些特定品牌的每個(gè)步驟提供特定的后處理參數(shù)。
原料的價(jià)格沒有公開，但Akbas表示，這與粘合劑噴射過程中使用的金屬粉末的價(jià)格相當(dāng)。在粘合劑噴射中，也有作為消耗品的專有粘合劑，但對于Headmade材料，原料是一種一體化材料。“價(jià)格經(jīng)濟(jì)對那些有大量應(yīng)用的人非常有利，”他說。
Formnext的CMF
Headmade Materials和ColdMetalFusion聯(lián)盟的大多數(shù)成員將于11月在Formnext展出。“Cold Metal Fusion將遍布Formnext，這是一個(gè)多展位的體驗(yàn)，你可以去不同的成員那里，看看他們的核心競爭力以及如何與他人互動(dòng)，”Akbas說。
其他SLS打印機(jī)制造商也與Headmade材料合作。該公司尚未公布下一個(gè)加入ColdMetalFusion聯(lián)盟的名字，該聯(lián)盟旨在進(jìn)一步推廣該技術(shù)，但你可以預(yù)計(jì)CMF將迅速傳播。
源文摘自：all3dp