•    發佈時間：2023/09/22
• 分享
• 訪問量：

【概要描述】 部位於美國的大型樹脂和聚合物粉末3D印表機製造商Nexa3D上周宣佈進入金屬3D印表機市場，但它沒有新的印表機。客戶現在可以使用他們現有的Nexa3D選擇性鐳射燒結(SLS)機器來3D列印金屬零件。

 

你沒聽錯。同樣的技術和同樣的機器曾經只適用於聚合物，如尼龍，現在可以用來製造不銹鋼(316L，17-4PH)，鈦和工具鋼金屬零件。

 

在SLS機器上3D列印金屬的過程被稱為冷金屬融合(CMF)，獲得專利的金屬原料是關鍵。



Nexa3D的選擇性鐳射燒結3D印表機現在可以加工不銹鋼、工具鋼和鈦來生產這樣的零件(來源:Nexa3D)

 

由總部位於德國的頭製作材料這種獨特的原料於2021年推出，每個金屬顆粒上都有一層薄薄的聚合物塗層。在幾乎任何SLS機器內的3D列印過程中，聚合物將每個顆粒粘合在一起。

 

Nexa3D業務開發總監約翰·科爾比·卡爾霍恩(John Colby Calhoun)表示:“我們的計畫一直是將這項技術引入美國。“我們並沒有為此製造印表機，在前端，它是經過考驗的真正的鐳射燒結技術，在後端，它是成熟的MIM(金屬注射成型)技術，現在正在結合在一起。”

 

 

冷金屬聚變是如何工作的？

 

Nexa3D並不是第一個向客戶提供這種獨特的SLS相容金屬電源的產品，它也可以在Sintratec(beta測試)和Farsoon機器上使用，EOS福米加P110，以及更多的SLS製造商正在籌備中。這是這項技術的工作原理。

每個材料顆粒的燒結溫度比SLS機器通常用於燒結聚合物的溫度低得多，約為70°C-80°C，這就是為什麼該技術被稱為“冷”相比之下，諸如PA12的聚合物材料的熔點為180℃



Nexa3D在幾天內製作零件的冷金屬融合3D列印工藝(圖片來源:Nexa3D)

 

為了與材料相容，SLS機器必須像Nexa3D機器一樣預先安裝材料配置檔或開放參數，以便溫度和其他設置可以根據Headmade材料原料進行調整。有趣的是，SLS機器的列印速度和列印量並沒有受到金屬材料的太大影響。Nexa3D表示，其QLS機器上的高速列印速度與金屬一樣快，或接近金屬。

 

一旦零件被列印出來，它們就處於“綠色”狀態。從現在開始，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並使用燒結爐生產全金屬部件，密度高達99.9%。

 

 

CMF與粘合劑噴射，LPBF

 

在添加製造中，冷金屬融合最接近的表親可能是金屬粘合劑噴射，因為它涉及金屬粉末和粘合劑，加上作為後處理步驟的加熱。

 

粘合劑噴射金屬仍然是一種更快的印刷工藝，因為整個層可以在幾秒鐘內噴射，而SLS機器中的鐳射需要逐點追蹤每個部分層。然而，當Nexa3D和Headmade Materials比較這兩種技術時，他們關注的是整體生產率和可擴展性。



冷金屬融合過程需要比just和SLS 3D印表機更多的設備，這導致了印表機和後處理機器製造商的Cold Metal Fusion聯盟的創建(來源:Headmade Materials)

 

“以一種金屬粘合劑噴射解決方案的價格，你可以擁有10臺SLS機器，”Headmade Materials首席商務官Levent Akbas說。"你不需要投入大量的資金來獲得你的第一批零件."由於SLS印表機和燒結設備尺寸範圍廣泛，用戶可以根據自己的需求定制從桌面級實驗室工作到全系列生產的整個過程鏈。

 

Nexa3D的入門級列印平臺可以處理包括鈦在內的所有Headmade材料，價格為7萬美元。根據Headmade Materials的說法，包括SLS系統、脫脂和燒結爐在內的完整工藝鏈起價約為225萬美元，但根據零件的尺寸，每年可以生產幾千個金屬零件。

 

冷金屬聚變也可與金屬鐳射粉末床熔化，也稱為選擇性鐳射熔化(SLM)、直接金屬鐳射燒結(DMLS)和單純金屬鐳射燒結。

 

根據Nexa3D的說法，CMF與鐳射粉末床融合的區別在於可擴展性因素，因為你可以通過緊密嵌套零件來利用SLS機器的全部構建體積。

 

“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，它可以擴展到不適用於MIM的幾何形狀，當然也不適用於粘合劑噴射或直接金屬鐳射燒結。”



使用heamade Materials的金屬原料為選擇性鐳射燒結機制造的金屬3D列印零件(來源:heamade Materials)

 

零件品質和收縮率

 

對於金屬零件，CMF提供了成本和便利性方面的考慮，這可能會根據您的應用產生顯著的影響。

 

第一，零件品質。根據Akbas的說法，CMF零件與所有其他金屬粉末零件工藝相當，甚至更好。冷金屬熔合零件的尺寸精度約為100微米，通過優化設計和工藝參數，甚至更高

 

Calhoun說:“這一過程的顯著之處在於，其背後的冶金和科學允許完全燒結的零件具有更好的機械性能，而這是通過使用相同材料的坯料加工獲得的。”“對於高端先進應用，如航空航太、電動汽車、醫療和重量至關重要的事情，擁有比我們可以加工的鈦更好的鈦將允許製造商生產同等安全係數的零件，而整體品質和重量更輕，這將是一個很大的進步。”

 

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行業標準是50%。

Calhoun表示，由於金屬部件的品質，Nexa3D預計將吸引首先尋找金屬3D印表機的客戶，而不是打算列印聚合物。

 

下一個明顯的優勢是，你不再需要兩臺單獨的機器來進行聚合物和金屬3D列印。

 

“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個金屬零件的短期生產，然後他們又換回聚合物，”Calhoun說。“我們也已經有了一個客戶群，他們是用我們的機器進行全面生產零件的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生產數萬個零件。(如果你想親自測試產品，MIMplus還提供CMF服務。)

 

SLS和CMF的吸引力在於今天列印聚合物，明天列印金屬。然而，根據Akbas的說法，在列印下一種材料之前，實際上至少需要半天時間來徹底清除機器中的一種材料。CMF材料，因為它們在比聚合物低得多的溫度下加工，如果不徹底清理，會在更高的溫度下燒焦並污染建築。

 

實現均勻收縮

 

所有用聚合物粘合劑和金屬製成的3D列印零件，一旦聚合物被去除，零件被燒結，就會收縮。

 

Headmade Materials表示，它已經實現了統一零件收縮率的聖杯，無論零件大小、形狀或複雜程度如何，都是一致的。

 

“鋼的收縮率是15%，鈦是12%，”卡爾霍恩說。“沒有特殊的軟體或計算。只需在你的CAD程式中將你的鋼零件放大15%，最終零件就會完全符合規格。”

 

Akbas表示，多年來，增材製造用戶一直在與不一致的零件收縮率作鬥爭。“[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，或者當它在印表機的上面時，我的收縮與在下面時不同，”他說。“我們沒有那個問題。”

 



要燒結SLS列印的金屬零件，您需要一臺Carbolite Gero的燒結爐，Carbolite Gero是金屬注射成型行業高溫爐的領先製造商(來源:carbo lite Gero)

 

成本和所需的額外設備

 

Headmade Materials和Nexa3D都不提供粉末處理機、脫脂設備或燒結爐。相反，他們與一些最知名的品牌合作，為金屬注射成型行業製造這些設備。

 

事實上，一系列公司聯合起來創建CMF生態系統被稱為冷金屬聚變聯盟。它包括粉末去除設備專家AM解決方案，丙酮脫脂解決方案提供商洛米，熔爐製造者碳矽石Gero，以及其他。除了合作夥伴SLS機器上的印刷參數之外，Headmade Materials還為使用這些特定品牌的每個步驟提供特定的後處理參數。

 

原料的價格沒有公開，但Akbas表示，這與粘合劑噴射過程中使用的金屬粉末的價格相當。在粘合劑噴射中，也有作為消耗品的專有粘合劑，但對於Headmade材料，原料是一種一體化材料。“價格經濟對那些有大量應用的人非常有利，”他說。

 

 

 

Formnext的CMF

 

Headmade Materials和ColdMetalFusion聯盟的大多數成員將於11月在Formnext展出。“Cold Metal Fusion將遍佈Formnext，這是一個多展位的體驗，你可以去不同的成員那裏，看看他們的核心競爭力以及如何與他人互動，”Akbas說。

 

其他SLS印表機製造商也與Headmade材料合作。該公司尚未公佈下一個加入ColdMetalFusion聯盟的名字，該聯盟旨在進一步推廣該技術，但你可以預計CMF將迅速傳播。

 

源文摘自：all3dp