盡管傳統(tǒng)的金屬3D打印工藝仍不足以大規(guī)模采用，但金屬熔絲加工（金屬FFF）工藝已經做到了易于獲取、價格實惠且易于使用。從汽車到航空航天，各個行業(yè)都已開始采用這種適應性極佳的技術來生產廣泛的功能性零件?；诮饘僮⑸涑尚?(MIM) 的金屬FFF工藝分為三步：打印、脫脂和燒結。Markforged打造了整套系統(tǒng)，使該過程易于上手，可供所有人使用。

本文深入探討金屬FFF工藝，介紹Markforged的金屬FFF方法以及使用該技術時的注意事項。

金屬FFF 3D打印機是高度專業(yè)化的打印機，針對打印MIM原料進行了優(yōu)化。打印機并不是直接打印金屬零件成品，而是先生產岀綠模，然后再進行脫脂和燒結，最后形成成品。綠模始終要比最終零件尺寸大15-20%，以解決燒結過程中可重復和可預測的收縮。

FFF 3D打印的三步驟

①打印

通過將塑料中的金屬粉末粘結劑逐層打印以形成零件形狀。零件按比例放大以補償燒結過程中的收縮，打印完后的零件稱為綠模。

②脫脂

打印后，將綠模放入清洗機，使用有機溶劑溶解大部分塑料粘結材料。經過清洗后，這些零件稱為棕模。

③燒結

將清洗后的棕模放入燒結爐中，按照特定材料的型材進行加熱，首先燒掉殘留的粘結劑，然后固化金屬粉末得到最終成品。

Markforged的金屬FFF打印機使用與傳統(tǒng)FFF打印機幾乎相同的流程，不同之處在于，使用真空吸力固定的打印紙代替了傳統(tǒng)的打印底板。

用戶采取的步驟包括：

+ 在軟件平臺上對零件切片；

+ 將真空固定的打印紙放在打印底板上；

+ 開始打印過程；

+ 打印完成后，從打印紙上把綠模拿下來。

使用MIM原料優(yōu)化的雙重擠岀機

雙噴頭設備在3D打印中很常見，但是金屬FFF打印機采用了不同的方式進行優(yōu)化：一個噴嘴中使用MIM金屬線材，另一個噴嘴中使用陶瓷隔離線材。

一個擠出噴嘴專為打印MIM金屬材料而設計，其材料是由塑料粘結材料和金屬粉末組合而成，這種材料形成零件本身以及支撐和Raft（打印底座）。Markforged的金屬3D打印機可打印目前提供六種不同的金屬材料：17-4PH不銹鋼、H13模具鋼、純銅、鎳基合金625、A2模具鋼和D2模具鋼。

另一個噴嘴打印陶瓷隔離材料，該材料在零件與支撐/Raft之間提供隔離層。在這個過程中，隔離材料至關重要。沒有隔離材料就無法打印需要支撐的零件。燒結過程將陶瓷變?yōu)榉勰┬螒B(tài)，使得零件可以輕松地與支撐結構分離。

脫脂步驟可以去除大部分粘結材料，得到一個可供燒結的棕模。首先將綠模放入清洗機的加熱溶劑中，使用脫脂溶液可以溶解主要粘合材料。Markforged金屬FFF機器使用的脫脂機是Wash-1，它主要使用Opteon SF-79作為溶劑，這是一種高性能的溶液，以可持續(xù)的環(huán)保方式實現出色的清潔能力、更高的效率和安全性。

使用金屬FFF脫脂系統(tǒng)

金屬FFF脫脂機使用起來非常簡單，只需要基本的PPE（即安全眼鏡、復合膜手套）即可。

用戶采取的步驟包括：

+ 將綠模放到清洗籃中，將其與溶劑一起放入機器中，然后蓋上蓋子；

+ 經過指定的清洗時間之后，打開蓋子，然后從清洗籃中取出零件；

+ 將零件放到清洗機的空氣干燥格中；

+ 待零件干燥后，從清洗機中取出零件。

那么，零件在清洗過程中發(fā)生了什么？脫脂溶劑溶解綠模中的主要粘結材料，在它溶解粘結材料時，溶劑會打開微型流體通道，這讓溶劑能夠流入更深并溶解更多粘結材料。

金屬FFF脫脂注意事項：

在此部分中，我們將介紹與零件厚度、實心與閉孔填充物以及環(huán)境健康安全性有關的注意事項。

1）零件厚度——清洗時間與零件的最大厚度有關，與零件的尺寸或重量無關。為了確定厚度，我們使用內切圓法確定可以完全擬合到零件邊界的最大球體直徑。

2）實心與閉孔內部填充——清洗時間與固體零件厚度成指數關系，從而限制了最大零件尺寸。因此，實心零件建議較小或具有較薄的特征。通過使用閉孔內部填充的選項，您可以打印較大和較厚的零件，同時保持可控的清洗時間。

3）EHS注意事項——脫脂系統(tǒng)相當簡單，而且可以安全操作。它們通常連接到房屋通風系統(tǒng)，主要溶劑Opteon SF-79在業(yè)內廣泛使用，不過也可以使用其他溶劑。在機器運行期間，用戶的接觸水平限制在遠低于OSHA建議的水平。在基本操作中，實際接觸量比建議水平低40倍，即使在最大接觸量下也要低2倍以上，Opteon SF-79也被歸類為不易燃液體。

作為主要脫脂步驟的溶劑池與熔爐

雖然MIM零件的脫脂過程可以完全在燒結爐中完成，但這種方法也帶來了一些挑戰(zhàn)，其影響之一是時間，據MIM零件脫脂和燒結工藝知名專家Randall German表示，采用燒結方式的脫脂工藝比采用溶劑的脫脂工藝要慢6到10倍。此外，隨著零件尺寸的增加，僅使用燒結爐時，脫脂周期的時間呈指數級增長，這嚴重影響了零件制備時間。

不同零件的生產周期時間

以下，我們將介紹金屬FFF打印工藝中至關重要的最后一步：燒結。

燒結步驟涉及到取岀脫脂步驟中的棕模，燒掉剩余的粘合劑，然后在接近熔化的溫度下燒結零件。所有這些都是在精準控制的氣體環(huán)境中完成的。自動化流程極其復雜，需要對高能量環(huán)境進行精準控制。

用戶可以遵循以下簡單步驟操作燒結爐：

1. 首先將零件放到底板上；

2. 將底板放入爐中；

3. 關上爐門；

4. 啟動燒結流程；

5. 運行流程直至完成。

Markforged燒結爐通常在17到30個小時內完成燒結

燒結流程涉及幾個關鍵階段：首先，將零件加熱到中間溫度以燒掉剩余的粘結材料；接下來，將零件加熱到燒結溫度，在此溫度下，零件會從較大的綠?；蜃啬Ｊ湛s至成品零件尺寸。實心幾何體填入超過95%的孔隙中，閉孔填充物則保留。陶瓷隔離材料會變成粉狀，這使用戶可以輕松地將零件與Raft以及支撐分開。

零件在燒結后完全由金屬材料組成,可以按照用戶需求以任何合適方式進行后處理。常見的后處理工藝包括熱處理、表面滾壓拋光和機加工。

Markforged的金屬FFF 3D打印機Metal X目前已具有廣泛的解決方案，提供各種各樣的功能，并且技術相當成熟。Metal X是一款革命性的3D打印機，可打印金屬樹脂混合線材，消除了傳統(tǒng)的金屬3D打印存在的粉塵污染，同時實現了一些新功能，如可進行封閉的三角填充結構打印，降低生產成本并實現輕量化。Metal X操作更加簡便、耐用，是傳統(tǒng)金屬3D打印成本的十分之一，是機械加工或鑄造等傳統(tǒng)制造成本的百分之一，讓用戶可以承擔的起打印費用。Metal X打印系統(tǒng)滿足你從設計到打印完金屬零件的所需要的一切，并且比之前更快，可實現隔天金屬打印。

Markforged金屬FFF 3D打印機Metal X

Markforged的Metal X是一種易于獲得的端到端金屬3D打印解決方案，旨在生產高強度金屬零件。Metal X是目前最直觀、最易于使用的金屬3D打印機。在封閉的工作流程中，只需進行簡單的培訓，即可打印從不銹鋼到銅的各種金屬材料。Metal X安全易用，所有制造商均可使用，它的成本比粉末床金屬3D打印系統(tǒng)低5-10倍，并且不需要專門的操作員和粉末管理系統(tǒng)，只需要很少的PPE。Markforged將一流的軟件、材料和先進的運動系統(tǒng)相融合，能夠可靠地交付工業(yè)級零件。

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