فیلامنت فلزی برای قطعات فلزی واقعی در انواع پرینتر های سه بعدی
استفاده از فیلامنت فلزی برای قطعات فلزی در پرینترهای سه بعدی
رشته فلزی Filamet از شرکت The Virtual Foundry در نه نوع فلز موجود است
رشته های فیلامنتی امروزی فاصله زیادی با پلاستیک های شکننده یک دهه پیش دارد ، تولید کنندگان همواره نمونه های جدیدی را برای قطعات چاپ شده سه بعدی عرضه می کنند. فیلامنت های پلاستیکی امروزه از هر زمان دیگری مستحکم تر، با ثبات تر و انعطاف پذیرتر هستند، اما با به وجود آمدن فیلامنت فلزی، استفاده از فناوری چاپگر مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM) را محدود کرده است.
در این مقاله، ما فیلامنت های فلزی "واقعی" را برای قطعات فلزی دو سازنده - Ultrafuse fom BASF Forward AM و Filamet از The Virtual Foundry (TVF) – مورد بررسی قرار خواهیم داد، همچنین بیان می کنیم چرا ممکن است بخواهید از این فیلامنت ها استفاده کنید.
ما در ابتدا بیشتر در مورد ویژگی ها و توانایی های منحصر به فرد این فیلامنت ها را بیان می کنیم، سپس نحوه چاپ سه بعدی با آن ها را نشان خواهیم داد و در انتها نقاط قوت و ضعف آن ها را بررسی خواهیم کرد.
فیلامنت فلزی چیست؟
با پس پردازش سازه شما می توانند به صورت کامل به فولاد ضد زنگ تبدیل شوند.
فیلامنت فلزی مناسب برای چاپ قطعات فلزی از یک پایه پلاستیکی تشکیل شده است که ذرات فلزی به طور مساوی درون آن تزریق می شود. فیلامنت تزریق شده فلزی برای قطعات فلزی نوع منحصر به فردی از رشته کامپوزیت است که در صورت استفاده صحیح می تواند قطعات فلزی محکم و مقاوم در برابر مواد شیمیایی و تقریباً جامد ایجاد کند.
اگر با فیلامنت پلاستیکی تزریق شده با فیبر کربن یا تزریق شیشه آشنایی دارید، به تفاوت میان ایده اصلی فیلامنت پلاستیکی تزریق شده با فلز پی خواهید برد، اما یک تفاوت قابل توجه وجود دارد. با استفاده از فیلامنت فلزی تزریق شده برای قطعات فلزی، پلاستیک در یک مرحله یا دو مرحله پس از پردازش از چاپ نهایی برداشته می شود و فقط قسمت های فلزی (یا اکثریت قسمت های فلزی) را باقی می گذارد.
فیلامنت های فلزی مورد استفاده قطعات فلزی نیاز است حاوی درصد بالایی از پودر فلز (حدود 80٪) باشند و مراحل پس از پردازش را طی کنند تا همه اجزا پلاستیکی از بین برود و قسمت های فلزی متراکم شود.
رنگ فلز
شاید این فیلامنت های فلزی پولیش شده که به صورت آلومینیوم یا مس (فقط برای ارجاع به رنگ آنها) هستند شما را هم به اشتباه بیندازند، نه آن هایی که به عنوان PLA + فلز فروخته می شوند، اما فقط 5٪ تا 40٪ پودر فلز را برای اهداف زیبایی در بر می گیرند.
برخی از فیلامنت های فلزی تزئینی، مانند Formfutura’s MetalFil Classic Copper و ProtoPasta’s PLA غنی از آهن، همچنین حاوی درصد بالایی از پودر فلز (تا 80٪) هستند، اما هدف آنها شبیه سازی فلز فقط برای شکل ظاهری است. اینها برای پاک کردن پلاستیک به هیچ نوع کار پس از پردازشی احتیاج ندارند، اما می توانند تمیز شده، سنباده زده شده یا صیقل داده شوند تا مانند فلز به نظر برسند. جدا از قطعات تزئینی، این مواد برای نمونه های تصویری قطعاتی که در نهایت از فلز ساخته می شوند، چه به صورت ریخته گری و چه به صورت چاپ سه بعدی به روشی دیگر، ایده آل هستند.
چاپ سه بعدی فلزی صنعتی
اما از طرفی طیف رشته های فلزی، ماشین های صنعتی مانند Fusion Factory از آزمایشگاه های Xerion Berlin مستقر در آلمان وجود دارد که با مواد FDM فلزی خود چاپ سه بعدی می کند. در سطح صنعتی چاپگرهای سه بعدی، به مواد اکسترود فیلامنت فلزی برای ساخت قطعات، رسوب فلزی مقید (BMD) می گویند. چاپگرهای سه بعدی دارای BMD شامل Metal X از Markforged ، Studio Studio از Desktop Metal و Metal Designlab از ExOne هستند.
نحوه چاپ سه بعدی با فیلامنت فلزی
قطعات پس از پردازش چاپ شده در Ultrafuse 316L باعث کوچک شدن آنها می شود
مزیت اصلی فیلامنت های فلزی این است که چاپ آن با چاپگر سه بعدی معمولی آسان است. فقط توجه داشته باشید که منظور ما از "معمولی" هر چاپگر FDM با بستر و نازل استیل سخت شده است که می تواند به دمای مورد نیاز برسد. از نظر تئورd، این بدان معنی است که شما به چاپگر سه بعدی گران قیمت احتیاج ندارید. می توانید آن را روی دستگاه های زیر 200 دلار مانند Ender 3 یا Anet A8 چاپ کنید.
در عین حال، این فیلامنت ها نسبتاً آهسته چاپ می شوند. بسته به دستگاه و طرح قطعه خود ، همانند سرعت مورد استفاده برای چاپ سه بعدی نایلون باید سرعت چاپ سه بعدی سازه مورد نظررا با 30 میلی متر بر ثانیه یا 40 میلی متر بر ثانیه شروع کنید.
نمایندگی فروش مواد MatterHackers در ویدئو های خود چند نکته چاپی مفید ارائه می دهد، از جمله اینکه شما نباید قطعات را با برآمدگی چاپ سه بعدی کنید زیرا در فرآیند پخت و پز افتادگی دارند و موفقیت آمیزترین چاپ های سه بعدی گسترده تر هستند نه بلندتر (عرض بیشتری دارند نه ارتفاع بیشتر). اگرچه این می تواند فرایندهای پس از پردازش لازم را برای قطعات سه بعدی محدود کند، اما MatterHackers تأیید می کند که فیلامنت ها برای ساخت قطعات فلزی بدون نصب و راه اندازی و هزینه های تولید بسیار مفید است.
ممکن است از مطالعه این مطلب نیز لذت ببرید: راهنمای مشتری فیلامنت های پرینتر سه بعدی
مانند هر فیلامنت دیگری، تنظیمات برش دهنده و چاپگر ایده آلی وجود دارند که این اطمینان را به شما می دهد بدون آزمایش دمای بستر و سرعت اکستروژن، از همان ابتدا بیشترین بهره را از مواد پرینت سه بعدی ببرید. به عنوان مثال، تعداد انگشت شماری از تولیدکنندگان چاپگرهای FDM (Makerbot ، Ultimaker ، Raise3D و BCN3D) دارای فیلامنت فلزی با نام تجاری Ultrafuse هستند که برای استفاده در چاپگرهای خود تنظیمات ایده آل چاپگرهای سه بعدی را پس از مدت ها آزمایش و آزمون وخطا بدست آورده و در اختیار مشتریان خود می گذارند.
چاپگرهای سه بعدی دیگر ممکن است حداقل دستورالعمل های لازم برای دمای بستر و نازل را داشته باشند اما تولیدکنندگان چاپ سه بعدی فیلامنت فلزی آن را آزمایش یا تایید نکرده اند. این بدان معنا نیست که بقیه چاپگرهای سه بعدی مفید نیستند یا کار نخواهند کرد اما ممکن است قبل از یافتن تنظیمات ایده آل چند چاپ ناموفق را تجربه کنید.
قطعات فلزی شما کوچک می شوند
توجه داشته باشید که قطعات پرینت شده سه بعدی در حین پردازش در معرض انقباض قرار می گیرند (از 18٪ تا 25٪ از حجم اصلی آنها بسته به نوع طرح و مارک فیلامنت) زیرا مواد پلاستیکی موجود در آنها برداشته شده و فلز باقیمانده متراکم می شود. این امر هنگام چاپ سه بعدی قطعات عملکردی که دقت ابعاد در اولویت است، درجه سختی بیشتری را به همراه می آورد. با این حال ضریب انقباض یا کوچک شدن مشخص است بنابراین می توانید مدل های سه بعدی اولیه CAD خود را به طور مناسب مقیاس بندی کنید.
Forward AM’s Ultrafuse دارای محدوده انقباض اندکی 16-17٪ در XY و 19-20٪ در محور Z است. با استفاده از فیلامنت TVF ، می توانید با استفاده از فرآیند خرد کردن / پخت و پز منتشر شده توسط شرکت سازنده، برنامه ریزی کنید که 5٪ برای مس و برنز، 10٪ برای فلزها درصد انقباض داشته باشد. Z در صورت عدم روند نرمال در توسعه، گسترش را نشان می دهد، اما در یک چرخه موفق باید کمی بیشتر از X و Y کوچک شود. به گفته این شرکت، به طور کلی، جمع شدگی نرمال بین 7-10٪ است. قطعات سه بعدی نهایی 80-85٪ متراکم خواهند بود، اما قطعات سه بعدی می توانند برای مدت طولانی تری پخت شوند، به این معنی که انقباض بیشتر و چگالی بیشتری داشته باشند.
همچنین مفید است که بدانید Ultrafuse یک راهنمای کاربر جامع ارائه می دهد که شامل اطلاعاتی در مورد تحمل، جمع شدن و مقیاس گذاری، ضخامت دیواره و موارد دیگر است.
فرایند های مورد نیاز پس از پردازش لازم
به جلو AM و TVF قطعات خود را از طریق خدمات شخص ثالث پس از پردازش ارسال کنید
فیلامنت های فلزی چاپ شده سه بعدی، قطعات فلزی مستحکم یا قابل استفاده از همان ابتدای چاپ سه بعدی ارائه نمی دهد. چاپ های سه بعدی اولیه به عنوان قطعات "سبز" شناخته می شوند، که شکننده هستند و ویژگی های فلزی کمی دارند. فرایند پردازش پس از آن لازم و ضروری است.
پس ازفرایند چاپ سه بعدی، بخش سبز از بین می رود ، که این عمل یک فرآیند کاتالیزوری با استفاده از اسید است که پلاستیک یا ماده اتصال دهنده را حل می کند. این مرحله کانال های منافذ باز در سراسر قسمت ایجاد می کند. این قسمت متخلخل را قسمت " قهوه ای" می نامند. به عنوان یک استثنا، فیلامنت به پاک کردن مواد شیمیایی نیاز ندارد، در عوض با استفاده از گرما از کوره، چسب پلاستیکی را از بین می برد.
سپس قسمت قهوه ای در کوره پخته می شود، که به طور یکنواخت قسمت های سازه سه بعدی را دقیقاً کمتر از نقطه ذوب آنها گرم می کند، چسب باقیمانده را از بین می برد و ذرات فلز را ذوب می کند تا قسمتهای متراکم تشکیل شود. بیشتر مواد TVF تا زمانی که بتوانند دمای پخت را برای چند ساعت تحمل کنند، می توانند در سخت افزارهای کوره متداول پخت شوند.
در این مرحله، ممکن است این سوال برای شما پیش بیاید که چرا کسی که تجهیزات پخت یا پز و یا کوره ندارد این فیلامنت را خریداری می کند. خوب، نیازی به این نیست! بخشی از راحتی چاپ با فیلامنت تزریق شده با فلز این است که می توانید سازه سه بعدی خود را برای پردازش حرفه ای پس از آن ارسال کنید. Forward AM و TVF هر دو سرویس شخص ثالثی را پیشنهاد می دهند که قطعات فلزی شما را تمام می کند و سپس به شما برمی گردانند.
قدرت فوق العاده فیلامنت های فلزی
فیلامنت چاپ سه بعدی فلزی BASF Ultrafuse 316L
فیلامنت فلزی مدتی است که در دسترس است و برای کاربردهای گسترده ای مورد آزمایش قرار گرفته است. این تقریباً از همه پلاستیک های سازگار با دستگاه های FDM قوی تر است و قطعات نهایی تمام خصوصیاتی را که شما در اجزای فلزی جامد دنبال می کنید، به نمایش می گذارند.
اما ممکن است در مورد لایه ها بپرسید. یک مطالعه اخیر نشان داده است که وقتی جهت لایه موازی با جهت کشش است، قطعات دارای مقاومت بسیار کمتری نسبت به زمانی هستند که جهت لایه عمود بر جهت کشش است. این مطالعه با استفاده از Ultrafuse یا Filamet انجام نشده است، بلکه با استفاده از یک ماده اتصال دهنده متشکل از 60٪ فلز و 40٪ پلاستیک ایجاد شده برای آزمایش انجام شد. داده های فنی Ultrafuse مقادیر مشابهی را در قدرت XY و YZ نشان می دهد.
با این وجود، طراحی مولفه های چاپ سه بعدی و جهت گیری چاپ نقش های اساسی دارند. Forward AM برای کاهش خطر بی ثباتی مکانیکی، توصیه می کند قبل از چاپ با دنبال کردن دستورالعمل های آنلاین آن، "شبیه سازی پایداری رفع خطا" را انجام دهید. این عمل باعث میشود تخمینی از تنش های داخلی برای ارزیابی یکپارچگی ساختاری قطعه در هنگام رفع اشکال فراهم شود - و همچنین به شما نشان می دهد که کدام مولفه های ساختاری در معرض خطر هستند.
این شبیه سازی به عنوان یک سرویس از طریق خدمات مهندسی مجازی Forward AM’s ارائه می شود. با استفاده از چنین ابزاری می توانید تعیین کنید که آیا چاپ فیلامنت فلزی برای سازه سه بعدی شما بهینه است یا خیر. حتی اگر چاپ سه بعدی با فیلامنت فلزی برای کاربردهایی با نیازهای مقاومت شدید مناسب نباشد، اما عوامل اقتصادی تولید اجزای فلز متراکم غیر بحرانی روی دستگاه FDM با قیمت مناسب می تواند از ناسازگاری آنها برای برخی از کاربردهای فشار بالا بیشتر باشد.
گزینه های فیلامنت های فلزی
یاقوت کبود چاپ سه بعدی از فیلامنت فلزی TVF
Ultrafuse توسط Forward AM
شرکت Forward AM زیرمجموعه BASF یکی از بزرگترین شرکت های شیمیایی در جهان است. فیلامنت تزریق شده فلزی آنها Ultrafuse نامیده می شود و از فولاد ضد زنگ 316L و فولاد ضد زنگ 17-4 PH برخوردار است. هر دو فیلامنت حاوی 80٪ پودر فلز در یک اتصال دهنده اختصاصی مبتنی بر پلیمر است.
Ultrafuse 17-4 PH که به آن نوع 630 نیز گفته می شود، یک فولاد ضد زنگ سخت شده با مس-کروم است که هم مغناطیسی است و هم مقاومت مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی در دمای حداکثر 315 درجه سانتیگراد را حفظ می کند. این شرکت می گوید Ultrafuse 316L از طیف گسترده ای از برنامه ها پشتیبانی می کند، از جمله ابزار، جیگ و فیکسچر، تولید سری کوچک، قطعات کاربردی و نمونه های اولیه.
همانطور که انتظار دارید، این فیلامنت فلزی ارزان نیست، هزینه هر کیلوگرم در حدود 129 دلار و قرقره های 3 کیلوگرمی با قیمت حدود 465 دلار برای Ultrafuse 316L و 349 دلار برای Ultrafuse 17-4 PH ، که در قرقره های 1 کیلویی نیز موجود است.
اگرچه این فیلامنت به طور قابل توجهی گرانتر از فیلامنت های چاپ سه بعدی پلیمر استاندارد است، اما طبق گفته Forward AM، این محصول از بسیاری از فیلامنت های PA تقویت شده، فیبر کربن کمتر است و هزینه تولید قطعات کوچک و متوسط فلزی را به طرز چشمگیری کاهش می دهد. بسته به طرح و اندازه قطعه، می تواند از هر فناوری فلزی AM ارزان تر باشد. Forward AM برای حمایت از ادعای آنها می گوید که چاپ سه بعدی با Ultrafuse 316L یک و نیم تا 2 برابر ارزان تر از چاپ سه بعدی با اکثر پودرهای فلزی روی چاپگرهای فلزی صنعتی است.
برای فرایند پس از پردازش، می توانید از نمایندگی فروش فیلامنت خود مانند MatterHackers و iGo3D یک تیکت پردازش خریداری کرده و قطعات سازه سه بعدی خود را برای ساخت و پخت ارسال کنید. با هر قرقره فیلامنت Ultrafuse 316L ، یک تیکت پردازش رایگان برای حداکثر 1 کیلوگرم قطعات چاپی دریافت می کنید. بلیط پردازش اضافی را می توانید با پرداخت 50 دلار برای هر تیکت خریداری کنید.
قطرها: 1.75 میلی متر ، 2.85 میلی متر
اندازه های قرقره: 1 کیلوگرم ، 3 کیلوگرم
ترکیب مواد: 80% 316L فولاد ضد زنگ ؛PH 17-4 فولاد ضد زنگ با 20٪ چسب ترموپلاستیک
دمای نازل: 220-245 درجه سانتیگراد
دمای بستر: 90-100 درجه سانتیگراد
خنک کننده: موردی لازم نیست
سرعت چاپ: 30-40 میلی متر بر ثانیه
صفحه ساخت: تخت شیشه ای با چوب چسب
نازل: هر نازل مقاوم در برابر سایش (فولاد ، یاقوت ، و غیره)
تراکم قطعه پخته شده: 7.85 کیلوگرم در متر مکعب (Ultrafuse 316L) ؛ 7.6 کیلوگرم در متر مکعب (Ultrafuse 17-4 PH)
میانگین انقباض: X & Y 16٪ ، Z 20٪
فاکتورهای مقیاس گذاری اولیه توصیه شده: ٪ X & Y 120، ٪Z 125
برگه های اطلاعات فنی: Ultrafuse 316L ، Ultrafuse 17-4 PH
فیلامنت توسط Virtual Foundry
تولید کننده مواد The Virtual Foundry مستقر در ایالات متحده در فیلامنت های فلزی تخصص دارد و 9 نوع از آن را Filamet می نامد ، از جمله فولاد ضد زنگ 316L ، فولاد Inconel 718-34 F ، تیتانیوم، مس و آلومینیوم. برای تمام فیلامنت های ، Filamet تولید قطعات فلزی تقریباً جامد در نظر گرفته شده اند و TVF نیز فیلامنت فلزی سفارشی ایجاد می کند.
فیلامنت فولاد ضد زنگ 316L این شرکت حدود 85٪ فلز دارد و شرکت می گوید می توان از آن در هر چاپگرسه بعدی FDM استفاده کرد. با این حال، دستورالعمل ها را به دقت دنبال کنید زیرا ممکن است به برخی تجهیزات اضافی نیاز داشته باشید. به عنوان مثال ، برای چاپ سه بعدی با شرکت 316L ، به یک FilaWarmer نیاز دارید تا فیلامنت را از قبل گرم کنید.
فیلامنت را می توان با دمای نازل کمی پایین تر (205-235 درجه سانتیگراد) و دمای بستر بسیار پایین تر (40-50 درجه سانتیگراد) به صورت سه بعدی چاپ کرد. مورد دیگری که باید در نظر گرفت این است که فیلامنت TVF به نازل 0.6 میلی متر از جنس فولاد ضد زنگ نیاز دارد، در حالی که می توانید از نازل استاندارد قطر 0.4 میلی متر برای Ultrafuse استفاده کنید.
خواندن این مطلب نیز به شما پیشنهاد می شود: دمای مناسب برای چاپ سه بعدی با ماده PLA
به دلیل حجم بالای فلز Filamet ، می تواند راحت تر از PLA استاندارد شکسته شود. TVF توصیه می کند که قرقره را درست در بالای چاپگرسه بعدی برای چاپگرهایی با تنظیمات اکستروژن مستقیم درایو یا کنار یا زیر فیدر برای تنظیمات Bowden ، آویزان کنید. برای هر کیلوگرم، محدوده ی قیمت برای فولاد ضد زنگ 319L از 273 دلار ، برای مس 121 دلار ، و برای تیتانیوم 832 دلار است. TVF پروفایل چاپگرهایی را که می توانید در نرم افزار برش دهنده خود بارگذاری کنید، به عنوان نقطه شروع آزمایش مواد ارائه می دهد.
برای پردازش پس از آن، مواد TVF فقط به یک مرحله نیاز دارند تا در کوره گرم شوند. این شرکت دو اندازه کوره - استارتر و پرو - می فروشد و دستورالعمل های پخت را ارائه می دهد. برای مشتریانی که فاقد تجهیزات پخت هستند ، TVF با خدمات چاپ سه بعدی فلزی Sapphire 3D ، خارج از شیکاگو کار می کند تا چاپ سه بعدی را با هزینه ای در حدود 50 دلار در هر قسمت کوچک پردازش کند.
قطرها: 1.75 میلی متر ، 2.85 میلی متر ، ساچمه ها
اندازه قرقره: 500 گرم ، 1 کیلوگرم
ترکیب مواد: 80٪ 316L فولاد ضد زنگ یا 17-4 PH فولاد ضد زنگ با 20٪ پلیمر پلاستیکی
دمای نازل: 205-235 درجه سانتی گراد
دمای بستر: 40-50 درجه سانتیگراد
خنک کننده: موردی لازم نیست
سرعت چاپ: 30 میلی متر بر ثانیه برای شروع
صفحه ساخت: هر ماده ، اما دارای یک لایه بین چاپ و تخت (به عنوان مثال نوار نقاشی آبی یا چسب چسب)
نازل: 0.6 میلی متر یا بزرگتر ، فولاد ضد زنگ استاندارد
Zetimix توسط Nanoe
تولید کننده مواد فرانسوی، Nanoe ، یک فیلامنت فولاد ضد زنگ 316L و یک فیلامنت فولاد ابزار H13 ارائه می دهد. هر دو فیلامنت دارای حدود 52٪ تا 55٪ فلز درون یک چسب هستند، بنابراین در دمای نازل بسیار پایین تر از مارک های دیگر قابل چاپ سه بعدی هستند. این شرکت می گوید بسته به مواد و طرح و قطعات نهایی با تراکم 90٪ تا 91٪ انتظار انقباض (جمع شدگی) 16 تا 21.3٪ را دارید. به ازای هر کیلوگرم ، قیمت فولاد ضد زنگ 319L و رشته فولاد ابزار H13 که از طریق توزیع کنندگان در سراسر جهان در دسترس است، زیر 300 دلار است.
Nanoe دستورالعمل های چاپ و رفع اشکال را به صورت آنلاین ارائه می دهد: 316L ، H13.
قطرها: 1.75 میلی متر ، 2.85 میلی متر
اندازه قرقره: 500 گرم ، 1 کیلوگرم
ترکیب مواد: 55٪ 316L فولاد ضد زنگ یا 52٪ H13 فولاد
دمای نازل: 180 درجه سانتیگراد
دمای بستر: 30 درجه سانتیگراد
خنک کننده: موردی لازم نیست
سرعت چاپ: بسته به شکل قطعه از 15 تا 50 میلی متر بر ثانیه
نازل: 0.6 میلی متر یا بزرگتر ، فولاد ضد زنگ استاندارد
فاکتورهای مقیاس گذاری اولیه توصیه شده: X & Y 120٪ ، Z 125٪
برگه های اطلاعات فنی: 316L ، H13
از کجا بخریم؟
Ultrafuse 316L از تولید کنندگان و توزیع کنندگان در سراسر جهان در دسترس است
شما می توانید فیلامنت فلزی را از خرده فروشان آنلاین خریداری کنید یا همچنین قطعات فیلامنت فلزی را از خدمات چاپ سه بعدی شخص ثالث، از جمله Craftcloud ، سفارش دهید که هم فولاد ضد زنگ Ultrafuse 316L و هم فولاد ضد زنگ 17-4 PH را ارائه می دهد. سفارش قطعات با بارگذاری پرونده های STL یا CAD ممکن است اقتصادی ترین راه برای آزمایش پتانسیل فیلامنت فلزی قطعات فلزی باشد.
ترجمه و جمع آوری : واحد خدمات و تحقیق و توسعه پرینتر های سه بعدی ثمین samin3d