Markforged總部位于馬薩諸塞州沃特敦，成立于2013年，以其不斷增長(zhǎng)的高性能FFF 3D打印機(jī)產(chǎn)品組合在3D打印界享有盛譽(yù)。該公司的產(chǎn)品陣容包括金屬3D打印機(jī)Metal X、大尺寸碳纖維3D打印機(jī)FX20、工業(yè)級(jí)碳纖維3D打印機(jī)X7以及桌面復(fù)合3D打印機(jī)Onyx Pro和Mark Two。

Markforged的旗艦桌面復(fù)合3D打印機(jī)Mark Two采用的是連續(xù)纖維增強(qiáng) (CFR) 技術(shù)，其特點(diǎn)是能夠?qū)⑦B續(xù)纖維增強(qiáng)整合到聚合物材料中，從而產(chǎn)生比傳統(tǒng)FFF更堅(jiān)固、更耐沖擊的部件，主要針對(duì)于制造型企業(yè)。

Markforged Mark Two

Mark Two的建造體積為320x152x154mm，尺寸并不算大，但可為大多數(shù)中型應(yīng)用部件提供足夠的工作空間。打印床是不加熱的，材料箱是完全封閉的，這對(duì)尼龍等高溫材料至關(guān)重要，因?yàn)樗兄诒苊庥捎诶淇諝鈱?dǎo)致的零件收縮而產(chǎn)生的分層和翹曲等問(wèn)題，可保持最佳材料性能。

說(shuō)到打印機(jī)的擠壓能力，Mark Two的特點(diǎn)是單一的打印頭配有雙噴嘴組件。與IDEX配置相比，標(biāo)準(zhǔn)雙擠出機(jī)在X軸上越重，精度越低，但在Y軸上越輕，精度越高。

最高加熱溫度可達(dá)300°C，讓設(shè)備可打印Onyx、尼龍、碳纖維、玻璃纖維、Kevlar和高溫高強(qiáng)玻璃纖維等連續(xù)纖維增強(qiáng)材料，同時(shí)Markforged也可打印柔性TPU材料。

Mark Two擁有4英寸的全彩觸摸屏和一個(gè)控制菜單。控制中心支持多種語(yǔ)言選擇，允許用戶自動(dòng)校準(zhǔn)打印床、加載材料、啟動(dòng)和停止打印作業(yè)。Markforged選擇了基于Linux的界面，非常流暢無(wú)卡頓，同時(shí)用戶也可以使用WiFi連接。

存放材料的箱子

與其他的3D打印機(jī)制造商一樣，Markforged提供了自己的切片軟件Eiger。該軟件操作也非常簡(jiǎn)單，界面也很簡(jiǎn)潔，左邊是打印摘要，中間是虛擬工作區(qū)，右邊是一些可修改的參數(shù)。

Eiger的一個(gè)顯著特點(diǎn)是可以為制造商提供自動(dòng)化工作流程和實(shí)時(shí)分析。利用人工智能不斷改進(jìn)，并為用戶提供無(wú)線軟件更新。在Eiger上可定制的參數(shù)包括材料選擇、層高、填充圖案、填充密度和壁厚。

當(dāng)然，Eiger還允許用戶通過(guò)選擇纖維填充類型、纖維位置、纖維角度等來(lái)修改其構(gòu)建的纖維增強(qiáng)層。總之，工作流程非常簡(jiǎn)單，任何人都可以學(xué)習(xí)。

Markforged的Eiger軟件操作頁(yè)面

那么Markforged Mark Two 3D打印機(jī)在基準(zhǔn)測(cè)試中表現(xiàn)如何呢?根據(jù)尺寸精度、表面質(zhì)量和結(jié)構(gòu)完整性等因素，我們?yōu)槊總€(gè)單獨(dú)的部分分配一個(gè)加權(quán)分?jǐn)?shù)。最終Mark Two獲得了一個(gè)整體的3D打印行業(yè)評(píng)分79/100，一個(gè)好的專業(yè)級(jí)3D打印機(jī)是60分。

總的來(lái)說(shuō)，基準(zhǔn)測(cè)試模型結(jié)果確實(shí)令人印象深刻。首先設(shè)計(jì)測(cè)試的懸垂部分，以確定系統(tǒng)在不使用支撐結(jié)構(gòu)的情況下能夠打印的角度。Mark Two可在60°的角度下打印，沒(méi)有任何問(wèn)題，這對(duì)于復(fù)合纖維來(lái)說(shuō)是一個(gè)了不起的結(jié)果。

類似地，橋接測(cè)試旨在評(píng)估系統(tǒng)級(jí)3D打印到間隙中的能力。Mark Two成功打印出20mm的橋長(zhǎng)，這是一個(gè)非常好的結(jié)果，特別是考慮到Onyx難以加工的特性。

如果復(fù)合材料3D打印機(jī)不能生產(chǎn)高強(qiáng)度零件，那它還有什么用?為了測(cè)試Mark Two連續(xù)纖維的強(qiáng)度，我們根據(jù)ISO 527-2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)器進(jìn)行了一系列的拉伸測(cè)試。

我們使用Onyx材料3D打印了總共十個(gè)復(fù)合狗骨樣品，每個(gè)都有自己獨(dú)特的纖維增強(qiáng)輪廓。然后，這些樣品在法國(guó)雷恩大學(xué)機(jī)械與技術(shù)系進(jìn)行測(cè)試，拉力最高可達(dá)50KN:

● 無(wú)光纖:不需要連續(xù)增強(qiáng)纖維

● CF1ISO:五個(gè)各向同性碳纖維層

● CF2ISO:十個(gè)各向同性碳纖維層

● CF2CON:十層同心碳纖維

● FG1ISO:五層各向同性玻璃纖維

● FG2ISO:十個(gè)各向同性玻璃纖維層

● HT1ISO:五個(gè)各向同性的高溫高強(qiáng)玻璃纖維層

● HT2ISO:十個(gè)各向同性高溫高強(qiáng)玻璃纖維層

● KV1ISO:五個(gè)各向同性的Kevlar

● KV2ISO:十個(gè)各向同性的Kevlar

從結(jié)果來(lái)看，很明顯，十層各向同性碳纖維增強(qiáng)材料（CF2ISO）的抗拉強(qiáng)度最大。當(dāng)施加的力達(dá)到867.54N時(shí)，未增強(qiáng)樣件（無(wú)纖維）斷裂，而當(dāng)施加的作用力達(dá)到5333.56N時(shí)，CF2ISO斷裂，強(qiáng)度增加6.15倍。

拉伸試驗(yàn)對(duì)比

值得注意的是，同一試樣（CF2ISO）的楊氏模量（E）增幅最大，楊氏模量是描述物體抵抗形變能力的物理量（E值較高對(duì)應(yīng)在彈性載荷下變形較小的較硬材料，而E值較低則意味著材料在載荷下更具彈性和柔性）。未添加纖維樣件的E值僅為0.131GPa，而十層各向同性碳纖維的E值為3.112GPa，剛度提高了23.8倍。

最大斷裂力

最后，我們來(lái)看看斷裂伸長(zhǎng)率（纖維受外力作用至拉斷時(shí)，拉伸后的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度與拉伸前長(zhǎng)度的比值稱斷裂伸長(zhǎng)率），測(cè)量結(jié)果顯示了樣件在斷裂之前可以拉伸的程度以其原始長(zhǎng)度的百分比表示。未添加纖維的狗骨韌性最高，為15.6%，而用十層同心碳纖維層（CF2CON）加固的部分韌性最低，為2.8%。

然后，我們3D打印了一組圓形軌跡測(cè)試，以評(píng)估Mark Two的重復(fù)性輪廓。通過(guò)研究同心圓直徑的正態(tài)分布發(fā)現(xiàn)，當(dāng)平均精確度不小于0.1mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.05mm時(shí)，打印機(jī)具有足夠的重復(fù)性。我們的測(cè)量設(shè)備精確到±0.015mm。

圓形彈道測(cè)試樣品

該系統(tǒng)顯示了良好的重復(fù)性，X軸的平均精度為0.1004mm, Y軸的平均精度為0.2082mm，所有軸的平均精度為0.1543mm，平均標(biāo)準(zhǔn)偏差只有0.0193mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)于其他品牌3D打印機(jī)。

值得注意的是，X軸明顯比Y軸更精確，因?yàn)榍罢哂蓛蓚€(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而后者僅由一個(gè)驅(qū)動(dòng)。因此，當(dāng)零件要求涉及緊密公差時(shí)，我們建議沿X軸打印。很明顯，尺寸越大(圓圈越大)，Markforged的精確度就越低。

圓形軌跡測(cè)試結(jié)果

從下圖你會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)試中最好和最壞圓的鐘形曲線，圈1代表X軸，圈3代表Y軸。在最好的情況下，這臺(tái)3D打印機(jī)制造的20mm圓的99.6%將在19.95mm到20.01mm之間。在最壞的情況下，這臺(tái)3D打印機(jī)制作的100mm圓的99.6%將在99.67mm到99.78mm之間。

圈1

我們打印了三組樣件進(jìn)行最終的測(cè)試，這三組樣件在我們實(shí)際應(yīng)用中也經(jīng)常可以見(jiàn)到。第一組包括四個(gè)不同的樣件，每個(gè)樣件都使用碳纖維增強(qiáng)的Onyx材料制成：摩托車制動(dòng)桿、拉力試驗(yàn)機(jī)的鉗口、沖浪板鰭狀插頭以及齒輪。

Mark Two打印所有的碳纖維樣件外觀都非常美觀，這四個(gè)樣件的表面質(zhì)量都很好，無(wú)明顯缺陷，無(wú)需任何后處理，可以作為各自應(yīng)用的最終使用部件。

沖浪板鰭的強(qiáng)度也值得注意，如果真的集成到?jīng)_浪板的話，它們必須承受高壓力。我們?cè)嚵擞衷嚕紵o(wú)法折斷它們，這也證明了連續(xù)纖維增強(qiáng)所帶來(lái)的性能改進(jìn)。

下一組部件是用Kevlar加固的Onyx樣件，一個(gè)是Markforged品牌的外殼，另一個(gè)是iPhone外殼。使用Kevlar打印的零件耐沖擊，通常用于制造防彈背心。

兩種外殼都被打印出來(lái)了，表面質(zhì)量和結(jié)構(gòu)都非常成功。剛開始設(shè)計(jì)iPhone外殼時(shí)，我們都認(rèn)為材料過(guò)于堅(jiān)硬，無(wú)法有效地發(fā)揮其作用，但當(dāng)打印出來(lái)之后，外觀非常好，這真得可以證明Mark Two可打印高質(zhì)量零件的能力。

最后，我們3D打印了一個(gè)注射模具使用Onyx增強(qiáng)的高溫高強(qiáng)玻璃纖維。盡管高溫高強(qiáng)玻璃纖維的強(qiáng)度和硬度不如碳纖維，但它可以使部件耐低溫和高溫。因此，它最適合制作在極端條件下使用的零件，如模具或高壓滅菌器。

3D打印Onyx增強(qiáng)的高溫高強(qiáng)度玻璃纖維零件

最后的打印測(cè)試我們需要一個(gè)與其他部分完全不同的加固策略。這樣做的目的不是為了使模具更堅(jiān)固，而是為了使它在高溫下不易變形。因此，我們以同心模式而不是各向同性模式集成了高溫高強(qiáng)玻璃纖維。毫不夸張地說(shuō)，模具的結(jié)果非常完美。

成型尺寸：320x132x154mm

設(shè)備尺寸：584x330x335mm

設(shè)備重量：16kg（35lbs）

噴嘴溫度：最高可達(dá)300°C

擠出系統(tǒng)：第二代擠出系統(tǒng)，無(wú)材料自動(dòng)暫停打印

操作界面：4寸觸摸屏

最佳層厚分辨率：100um (FFF) 

Markforged的Mark Two 3D打印機(jī)可以滿足您桌面復(fù)合系統(tǒng)中所能要求的一切，可讓您快速擁有一套高表面質(zhì)量、性能出色的機(jī)械組件。同時(shí)Markforged的Eiger軟件，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，以使復(fù)合3D打印工作流程簡(jiǎn)單完成，確保用戶可以從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)順利完成。

在打印性能方面，Mark Two絕對(duì)耀眼。雖然當(dāng)打印大尺寸零件時(shí)精度確實(shí)下降了，但我們很少會(huì)遇到一臺(tái)3D打印機(jī)，全部通過(guò)我們的每一次打印測(cè)試，但這臺(tái)機(jī)器以優(yōu)異的成績(jī)通過(guò)了每一次測(cè)試。這包括我們的基準(zhǔn)測(cè)試模型和各種各樣的實(shí)際應(yīng)用樣件測(cè)試。整體表面質(zhì)量非常出色，拉伸結(jié)果表明，連續(xù)纖維增強(qiáng)材料在機(jī)械性能方面確實(shí)具有優(yōu)勢(shì)。

——3D Printing Industry

最終，可以證明Markforged的打印機(jī)是復(fù)合材料領(lǐng)域的佼佼者，對(duì)于那些想要尋求可靠方法來(lái)打印連續(xù)纖維增強(qiáng)零件的制造商來(lái)說(shuō)，Markforged的打印機(jī)絕對(duì)是一個(gè)很好的選擇。如果你想要購(gòu)買一個(gè)性價(jià)比高、功能又強(qiáng)大的復(fù)合3D打印機(jī)，Mark Two絕對(duì)是你的不二選擇。