金屬絲3D打?。哼^(guò)程、絲材、打印機(jī)以及特點(diǎn)
魔猴君 知識(shí)堂 498天前
導(dǎo)讀：金屬燈絲極大地?cái)U(kuò)大了金屬3D打印的使用范圍，適用于那些因價(jià)格過(guò)高而無(wú)法使用該技術(shù)的廣大專業(yè)人士。如今，金屬絲打印，也稱為熔融金屬沉積 (BMD) 或金屬沉積成型 (MDM)，適合制造小型替換零件或注塑模具。用金屬絲制造金屬部件不僅比其他單件或小批量金屬3D打印技術(shù)便宜 90%，而且避免與使用金屬粉末和激光金屬3D打印相關(guān)的安全問(wèn)題，提供相同的設(shè)計(jì)自由度和非常相似的零件質(zhì)量。那么如何輕松且經(jīng)濟(jì)地獲得3D打印的金屬部件呢？
△在 Desktop Metal Studio System 上制作的金屬 3D 打印部件 如今，包括 Anycubic 在內(nèi)的更多桌面熔融沉積建模 (FDM) 3D 打印機(jī)制造商推出了金屬打印機(jī)配置文件，使用戶能夠在其經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的機(jī)器上使用金屬絲進(jìn)行打印。其他 FDM 打印機(jī)制造商，如 Ultimaker、BCN3D 和 zortrax，已經(jīng)推出了適應(yīng)于金屬打印的相關(guān)套件，包括型材、燈絲和噴嘴。第三類桌面 3D 打印機(jī)是專用于金屬絲的打印機(jī)，例如 Raise3D 的 Forge1 和 Markforged 的 Metal X。
在下文將介紹金屬絲打印的獨(dú)特特性和功能，介紹了如何使用金屬絲進(jìn)行打印以及可以獲得的機(jī)械性能。此外，本文的最后還介紹了一些金屬絲3D打印機(jī)可供選擇。
△使用 Ultrafuse 金屬絲在 Raise3D 的 Forge1 3D 打印機(jī)上打印金屬部件 用于打印的金屬絲成分為塑料基，金屬顆粒均勻地注入其中，是一種復(fù)合長(zhǎng)絲，可以產(chǎn)生堅(jiān)固、耐化學(xué)腐蝕且固含量很高的金屬部件 (98%+)。與其他類型的長(zhǎng)絲不同，金屬絲在打印后還需要兩步到三步的后處理，其中包括在化學(xué)溶劑中從打印件中去除聚合物，然后將打印件放入燒結(jié)爐中，將其凝結(jié)成一個(gè)金屬零件。
要注意，這里談到的金屬絲不僅僅是具有金屬顏色或裝飾性金屬的絲材。不要將這些金屬絲與用于裝飾目的的金屬絲混淆。金屬絲根據(jù)其顏色簡(jiǎn)稱為“鋁”或“銅”，有些以 PLA+金屬的形式出售，僅包含 5% 至 40% 的金屬粉末。一些裝飾性金屬絲，如 Formfutura 的 MetalFil Classic Copper 和 ProtoPasta 的鐵填充 PLA，含有高百分比的金屬粉末（高達(dá) 80%），但僅用于模擬金屬外觀。這些不需要任何類型的后處理來(lái)去除塑料，但可以通過(guò)拉絲、打磨或拋光使其看起來(lái)和感覺(jué)像金屬。
△使用 Anycubic 的金屬絲和 3D 打印機(jī)的 3D 打印金屬部件 與任何其他絲材相比，使用金屬長(zhǎng)絲的零件設(shè)計(jì)、方向、壁厚和支撐結(jié)構(gòu)都不同。在Ender 3 或 Anet A8等機(jī)器上進(jìn)行打印時(shí)，請(qǐng)務(wù)必遵循絲制造商和打印機(jī)制造商的設(shè)計(jì)指南。在有理想的切片機(jī)和打印機(jī)設(shè)置的機(jī)器上，可確保您從一開(kāi)始就充分利用材料，而無(wú)需試驗(yàn)床溫和擠出速度，減少絲材的浪費(fèi)。例如，少數(shù) FDM 打印機(jī)制造商（Makerbot、UltiMaker、Raise3D、Zortrax 和 BCN3D）已經(jīng)認(rèn)證了 Ultrafuse 品牌金屬絲用于他們的打印機(jī)，并與 Ultrafuse 制造商 BASF Forward AM 合作開(kāi)發(fā)了經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用的理想打印機(jī)設(shè)置。但如果制造商尚未測(cè)試或認(rèn)證金屬絲打印，用戶可能會(huì)遇到打印失敗的情況。一般情況下，金屬絲起價(jià)為每 500 克 150 美元。
△使用 Nanoe 的 Zetamix 316L 不銹鋼打印的部件大約有 80% 的致密金屬部件 如果打印機(jī)制造商沒(méi)有提供合適的打印速度，那么找到合適的打印速度是一個(gè)挑戰(zhàn)。金屬絲打印速度相對(duì)較慢，需要根據(jù)機(jī)器和零件的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，一般情況下以30毫米/秒或40毫米/秒的速度開(kāi)始打印，與打印尼龍所用的速度相同。
請(qǐng)注意，零件在后處理時(shí)會(huì)收縮（從其原始體積的 18% 到 25%，具體取決于長(zhǎng)絲的設(shè)計(jì)和品牌），因?yàn)槠渲械乃芰喜牧媳蝗コ?，剩余的金屬被壓縮.。在打印尺寸精度優(yōu)先的功能部件時(shí)，這會(huì)帶來(lái)不小的挑戰(zhàn)。但是，同一種絲材的收縮系數(shù)是一致的，因此可以根據(jù)收縮率適當(dāng)縮放初始CAD模型，切片軟件可以自動(dòng)為您計(jì)算。
Forward AM 的 Ultrafuse 在 XY 軸上具有 16-17% 的收縮率，在 Z 軸上具有 19-20% 的收縮率。使用來(lái)自 The Virtual Foundry 的 Filamet 品牌金屬絲，您可以計(jì)劃使用公司公布的脫脂/燒結(jié)工藝將銅和青銅的打印品縮小約 5%，將鋼縮小 10%。該公司表示，總體而言，正常收縮率為 7-10%。最終部件的致密度為 80-85%，但部件可以燒結(jié)更長(zhǎng)時(shí)間，這意味著收縮更多，密度更高。
下面的打印機(jī)制造商將脫脂裝置和燒結(jié)裝置作為一個(gè)包提供，它們提供工作流軟件，有助于確保您的零件符合設(shè)計(jì)指南，并優(yōu)化所有打印和燒結(jié)設(shè)置。對(duì)于跳過(guò)脫脂階段的燈絲，例如 Virtual Foundry 和 Nanovia，生坯必須在熱脫脂階段埋入氧化鋁粉末中，這是另一種需要購(gòu)買的材料，但比脫脂裝置便宜。
△使用 Ultrafuse 金屬絲套件在 UltiMaker S5 上打印的不銹鋼部件
金屬絲設(shè)計(jì)
首先，根據(jù)MakerBot（現(xiàn)為 UltiMaker 的一部分）開(kāi)發(fā)的金屬絲打印指南，模型高寬比應(yīng)保持在 3:1 以下，壁高寬比應(yīng)保持在 6:1 以下，以防止在脫脂和燒結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)倒塌或變形。此外，根據(jù) MakerBot 的說(shuō)法，盡可能平整地打印零件并添加盡可能多的支撐，以提高零件在脫脂和燒結(jié)過(guò)程中的生存能力。通過(guò)在打印和后處理階段戰(zhàn)略性地使用部件定位和支撐結(jié)構(gòu)，可以顯著減少部件塌陷和變形。
△Markforged Sinter-2 是一款專為中等批量生產(chǎn)和大型打印部件設(shè)計(jì)的熔爐
需要后處理
3D 打印金屬絲不能立即從打印床上生產(chǎn)出堅(jiān)固或可用的金屬部件。事實(shí)上，最初的打印品被稱為素坯，這時(shí)的零件非常脆并且沒(méi)有金屬特征，所以后處理是必要的。打印后，素坯經(jīng)過(guò)脫脂，這是一個(gè)使用熱量或溶劑溶解塑料或粘合劑成分的過(guò)程。此步驟會(huì)在整個(gè)零件中創(chuàng)建開(kāi)孔通道。（也有例外，F(xiàn)ilamet 品牌的金屬絲不需要化學(xué)脫脂，而是使用熔爐的熱量來(lái)去除塑料粘合劑。3D 打印機(jī)制造商 Desktop Metal 和 Rapidia（使用金屬膏而非燈絲）也有一個(gè)跳過(guò)脫脂步驟的打印機(jī)到燒結(jié)兩步工藝。）
然后將脫脂部件在熔爐中燒結(jié)，熔爐將部件均勻加熱至剛好低于其熔點(diǎn)，去除任何殘留的粘合劑并將金屬顆粒熔化以形成致密部件。大多數(shù)金屬絲材料都可以在普通窯爐硬件中燒結(jié)，只要它能保持幾個(gè)小時(shí)的燒結(jié)溫度。
△按需 3D 打印公司 Fastparts 還將對(duì)您的金屬零件進(jìn)行脫脂和燒結(jié)，然后將產(chǎn)品郵寄給客戶
外包脫脂和燒結(jié)
市場(chǎng)上已經(jīng)有幾家制造商提供了一套機(jī)器，包括打印機(jī)、清洗機(jī)或脫脂機(jī)以及燒結(jié)爐，能夠在內(nèi)部完成整個(gè)流程，并使用一個(gè)軟件協(xié)調(diào)或自動(dòng)化流程。不必?fù)碛忻撝瑱C(jī)或燒結(jié)爐即可制造3D打印金屬部件。用戶可以將零件寄出進(jìn)行專業(yè)的后處理。Metal Ultrafuse 和 The Virtual Foundry 這兩個(gè)品牌提供推薦的第三方服務(wù)，這些服務(wù)將完成您的金屬零件并將它們寄回。更多按需 3D 打印供應(yīng)商也在提供這項(xiàng)服務(wù)。在歐洲，只要使用 Ultrafuse 品牌的不銹鋼絲，您就可以將零件連同 STL 文件發(fā)送到Fastparts進(jìn)行脫脂和燒結(jié)。在美國(guó)，您可以求助于Matterhackers來(lái)處理您的 Ultrafuse 零件。
金屬絲制成的金屬零件的機(jī)械性能
△素坯不銹鋼 3D 打印部件（左側(cè)），然后經(jīng)過(guò)燒結(jié)、中間和最后拋光
金屬長(zhǎng)絲比標(biāo)準(zhǔn)的桌面FDM 3D打印中使用的幾乎所有塑料都要堅(jiān)固，最終部件具有金屬特性。典型應(yīng)用包括金屬噴嘴、齒輪、醫(yī)療工具原型和閥門。要注意用金屬絲制成的零件通常不用于承受非常高應(yīng)力。盡管使用金屬絲的3D打印可能不適合具有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景，但在FDM 機(jī)器上生產(chǎn)致密金屬非關(guān)鍵部件是極其具有經(jīng)濟(jì)性的。
金屬絲 3D 打印部件的特性
Forward AM 的研究顯示，在正確 3D 打印時(shí)，使用 Ultrafuse 316l 不銹鋼絲生產(chǎn)的金屬部件在 XY（平面）方向的抗拉強(qiáng)度為 561 MPa，在 ZX（直立）方向的抗拉強(qiáng)度為 521 MPa，而使用金屬注射成型制造的相同部件在兩個(gè)方向上的抗拉強(qiáng)度均為 540 MPa。3D 打印部件的屈服強(qiáng)度或?qū)?yīng)于材料開(kāi)始變形點(diǎn)的應(yīng)力（XY 為 251 MPa，ZX 為 234 MPa）明顯高于模制部件（180 MPa）。
最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)層方向平行于拉伸方向時(shí)，部件的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于層方向垂直于拉伸方向時(shí)的強(qiáng)度。該研究不是使用 Ultrafuse 或 Filamet 進(jìn)行的，而是使用為實(shí)驗(yàn)創(chuàng)建的 60% 金屬和 40% 塑料粘合劑材料。Ultrafuse 的技術(shù)數(shù)據(jù)顯示 XY 和 YZ 強(qiáng)度值相似。
3D 打印組件設(shè)計(jì)和打印方向起著至關(guān)重要的作用。為了降低機(jī)械不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)，F(xiàn)orward AM 建議在印刷前按照他們的在線指南執(zhí)行“脫脂穩(wěn)定性模擬” 。這提供了對(duì)內(nèi)部應(yīng)力的估計(jì)，以評(píng)估脫脂過(guò)程中零件的結(jié)構(gòu)完整性，并且還提供了哪些結(jié)構(gòu)特征存在風(fēng)險(xiǎn)的可視化指導(dǎo)。這種燒結(jié)模擬通過(guò) Forward AM 的虛擬工程服務(wù)作為一項(xiàng)服務(wù)提供。使用此類工具，用戶可以確定金屬絲打印是否最適合您的零件。
頂級(jí)金屬絲
△Ultrafuse 316L 燈絲需要像鋼或紅寶石一樣耐磨的噴嘴
Forward AM 的 Ultrafuse
●巴斯夫 Ultrafuse 316L 不銹鋼：每 3 公斤線軸 500 美元
●巴斯夫 Ultrafuse 17-4 PH 不銹鋼：每 3 公斤線軸 350 美元
Forward AM 的母公司巴斯夫是全球最大的化工公司之一。他們的注入金屬的長(zhǎng)絲稱為 Ultrafuse，采用 316L 不銹鋼和 17-4 PH 不銹鋼制成。兩種長(zhǎng)絲都含有 80% 的金屬粉末和專有的聚合物基粘合劑。Ultrafuse 17-4 PH，也稱為 630 型，是一種鉻銅硬化不銹鋼，具有磁性并在高達(dá) 315 °C 的溫度下保持良好的機(jī)械和耐腐蝕性。Ultrafuse 316L 支持廣泛的應(yīng)用，包括工具、夾具和夾具、小批量生產(chǎn)、功能部件和原型。這種金屬絲并不便宜，每公斤成本約為 129 美元，3 公斤線軸的 Ultrafuse 316L 成本約為 465 美元，Ultrafuse 17-4 PH 為 349 美元，也有 1 公斤線軸。
盡管這種長(zhǎng)絲比標(biāo)準(zhǔn)聚合物 3D 打印長(zhǎng)絲貴得多，但它的價(jià)格低于許多碳纖維增強(qiáng) PA 長(zhǎng)絲，并且大大降低了生產(chǎn)中小型金屬部件的成本。根據(jù)零件的設(shè)計(jì)和尺寸，它可能比任何其他金屬 AM 技術(shù)都便宜。使用 Ultrafuse 316L 打印比在工業(yè)金屬打印機(jī)上使用大多數(shù)金屬粉末打印便宜 1.4 到 2 倍。
●直徑：1.75 毫米、2.85 毫米
●閥芯尺寸：1 kg、3 kg
●材質(zhì)成分：80% 316L不銹鋼；17-4 PH 不銹鋼，含 20% 熱塑性粘合劑
●噴嘴溫度：220-245°C
●床溫：90-100℃
●冷卻：不需要
●打印速度：30-40毫米/秒
●底板：帶膠棒的玻璃床
●噴嘴：任何耐磨噴嘴（鋼、紅寶石等）
●燒結(jié)件密度：7.85 kg/m 3 (Ultrafuse 316L)；7.6 千克/米3 (Ultrafuse 17-4 PH)
●平均收縮率：X & Y 16%，Z 20%
●推薦的初始比例因子：X & Y 120%，Z 125%
●技術(shù)數(shù)據(jù)表：Ultrafuse 316L、Ultrafuse 17-4 PH
△來(lái)自 The Virtual Foundry 的用于 FDM 打印的金屬絲
The Virtual Foundry的 Filamet
●The Virtual Foundry 316L 不銹鋼：每 3 公斤 700 美元
●The Virtual Foundry 17-4 PH 不銹鋼：每 3 公斤 900 美元
總部位于美國(guó)的材料制造商 The Virtual Foundry 專注于金屬絲，并提供九Filamet，包括 316L 不銹鋼、Inconel 718-34 F 鋼、鈦、銅、鋁和 2023 年新推出的 H13 工具鋼。該公司的 316L 不銹鋼絲含有約 85% 的金屬，可用于任何 FDM 打印機(jī)，但需要一些附加設(shè)備。例如，要使用該公司的 316L 進(jìn)行打印，您需要一個(gè) FilaWarmer 來(lái)預(yù)熱燈絲。
Filamet 可以使用稍低的噴嘴溫度 (205-235 °C) 和低得多的床層溫度 (40-50 °C) 進(jìn)行打印。另一件需要考慮的事情是，TVF 的燈絲需要一個(gè) 0.6 毫米的不銹鋼噴嘴，而您可以為 Ultrafuse 使用更標(biāo)準(zhǔn)的 0.4 毫米直徑的噴嘴。由于 Filamet 的金屬含量高，它比標(biāo)準(zhǔn) PLA 更容易斷裂。TVF 建議將線軸懸掛在打印機(jī)的正上方，用于直接驅(qū)動(dòng)擠出設(shè)置的打印機(jī)，或靠近或下方用于 Bowden 設(shè)置的打印機(jī)。
每公斤，319L 不銹鋼的價(jià)格為 273 美元，銅為 121 美元，鈦為 832 美元。TVF 提供打印機(jī)配置文件，您可以將其上傳到切片機(jī)軟件，作為試驗(yàn)材料的起點(diǎn)。對(duì)于后處理，TVF 材料只需要一個(gè)步驟，即在窯爐中加熱。對(duì)于沒(méi)有燒結(jié)設(shè)備的客戶，TVF 與芝加哥以外的金屬 3D 打印服務(wù) Sapphire 3D 合作，以每個(gè)小零件約 50 美元的價(jià)格處理打印件。
●直徑：1.75 毫米、2.85 毫米、顆粒
●線軸尺寸：500 克，1 千克
●材料成分：80% 316L 不銹鋼或 17-4 PH 不銹鋼加 20% 塑料聚合物
●噴嘴溫度：205-235°C
●床溫：40-50℃
●冷卻：不需要
●打印速度：30 mm/s 開(kāi)始
●構(gòu)建板：任何材料，但在印刷品和床之間有一層（例如藍(lán)色油漆膠帶或膠棒）
●噴嘴：0.6 毫米或更大，標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼
△使用 Nanoe 重新配制的 316L 不銹鋼絲制成的零件
Nanoe 的 Zetamix
●Nanoe 316L 不銹鋼的 Zetamix：每 3 公斤 1,500 美元
●Nanoe H13 Steel 的 Zetamix：每 3 公斤 1,500 美元
法國(guó)材料制造商N(yùn)anoe提供 316L 不銹鋼絲和 H13 工具鋼絲，兩種燈絲的粘合劑中約有52% 至 55% 的金屬，因此它們可以在比其他品牌低得多的噴嘴溫度下打印，可以獲得密度為90%至91%的最終零件，預(yù)計(jì)收縮率為16%至21.3%。全球分銷商提供的 500 克 319L 不銹鋼和 H13 工具鋼絲每公斤的價(jià)格略低于 300 美元。
●直徑：1.75 毫米、2.85 毫米
●線軸尺寸：500 克，1 千克
●材質(zhì)成分：55% 316L不銹鋼或52% H13鋼
●噴嘴溫度：180 °C
●床溫：30 °C
●冷卻：不需要
●打印速度：15 至 50 毫米/秒，具體取決于零件的形狀
●噴嘴：0.6 毫米或更大，標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼
●推薦的初始比例因子：X & Y 120%，Z 125%
●技術(shù)數(shù)據(jù)表：316L，H13
△來(lái)自 Nanovia 的不銹鋼絲
Nanovia 的 Mt 316L
●Mt 316L 不銹鋼：每 3 公斤 900 美元
法國(guó)材料制造商 Nanovia 提供低碳含量的 316L 不銹鋼絲，打印部件可以直接燒結(jié)，無(wú)需事先進(jìn)行任何化學(xué)脫脂步驟。每 500 克的價(jià)格約為 150 美元。Mt 316L 燈絲允許使用標(biāo)準(zhǔn) 3D 打印機(jī)打印致密的不銹鋼部件，然后無(wú)需化學(xué)脫脂即可進(jìn)行燒結(jié)。Nanovia 聲稱燒結(jié)后的結(jié)果是 100% 不銹鋼部件。
●直徑：1.75 毫米、2.85 毫米
●線軸尺寸：500 克
●噴嘴溫度：170 °C – 100 °C
●床溫：40 °C – 60 °C
●打印速度：從 20 到 40 毫米/秒，具體取決于零件的形狀
●噴嘴：0.6 毫米或更大，標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼
●收縮率：10% – 15%
●技術(shù)數(shù)據(jù)表：316L
金屬絲3D打印機(jī)
Markforged Metal X Gen2
△Markforged Metal X 系統(tǒng)包括一個(gè) 3D 打印機(jī)、一個(gè)脫脂單元和一個(gè)燒結(jié)爐
Markforged 于 2017 年推出了 Metal X，如今仍然是全球成千上萬(wàn)客戶的首選金屬 3D 打印機(jī)解決方案之一。Metal X 是一款帶加熱室的雙擠出機(jī) 3D 打印機(jī)，可實(shí)現(xiàn) 50 微米的層高。與其他打印機(jī)制造商不同，Markforged 在其專有系列中提供六種金屬，包括銅和 Iconel。對(duì)于銅，您可以獲得 98% 致密的金屬部件，斷裂伸長(zhǎng)率為 45%，極限抗拉強(qiáng)度為 193 MPa。
去除支撐是金屬 3D 打印中的一個(gè)主要問(wèn)題，Markforged提供了一個(gè)相對(duì)獨(dú)特的解決方案，在打印件和支撐件之間，均采用金屬打印，是一層薄的陶瓷釋放層，無(wú)需工具即可快速輕松地彈出支撐件。
Markforged 提供脫脂裝置 Wash 1 和燒結(jié)爐 Sinter 2，可以在內(nèi)部完成整個(gè)金屬零件生產(chǎn)。Wash-1 將生坯部件浸入一種特殊的液體中，去除主要的粘合材料，使部件保持半多孔狀態(tài)，這樣剩余的粘合劑可以在燒結(jié)過(guò)程中燃燒掉。Sinter 2 爐的溫度可達(dá) 1300° C，可將各種商業(yè)級(jí)金屬?gòu)拿撝瑺顟B(tài)燒結(jié)成完全致密的金屬部件。
全金屬3D打印系統(tǒng)由該公司基于云的Eiger工作流軟件驅(qū)動(dòng)，使用戶能夠存儲(chǔ)“數(shù)字零件”，可以在任何地點(diǎn)的任何 Metal X 打印機(jī)上打印出來(lái)。Eiger 還具有零件模擬功能，可以在打印前驗(yàn)證零件性能和打印設(shè)置。Metal X 的零售價(jià)約為 99,000 美元，上述三個(gè)單元的價(jià)格在 200,000 美元左右。每 200cc 線軸的材料價(jià)格從 150 美元到 300 美元不等。
Markforged 金屬 X：
●構(gòu)建體積：250 x 220 x 200 毫米
●打印室：加熱
●打印床：加熱、真空密封打印板、自動(dòng)床調(diào)平
●最小層高：50 微米
Desktop Metal Studio System
△Desktop Metal Studio System 金屬 3D 打印機(jī)和配套的燒結(jié)爐
Desktop Metal 是金屬沉積3D打印的開(kāi)拓者之一，降低了價(jià)格并提高了金屬3D打印機(jī)的易用性。其 Studio System 于 2016 年首次亮相，可生產(chǎn)密度高達(dá) 98% 的部件，類似于鑄件。Studio Systems 的所有材料都附帶數(shù)據(jù)表，其中詳細(xì)介紹了預(yù)期的機(jī)械特性。Desktop Metal 的銅部件擁有 37% 的斷裂伸長(zhǎng)率和 193 MPa 的極限抗拉強(qiáng)度。
Studio System 發(fā)布后，Desktop Metal 推出了新技術(shù)，創(chuàng)建了一個(gè)兩步“打印機(jī)到燒結(jié)”過(guò)程，省去了脫脂步驟。使用專有材料配方可以將打印部件直接放入爐中，無(wú)需溶劑脫脂階段，從而節(jié)省時(shí)間、溶劑材料。作為這項(xiàng)技術(shù)的先驅(qū)之一，Desktop Metal 奠定了其他打印機(jī)制造商效仿的一些基礎(chǔ)。它的解決方案包括打印機(jī)、專有材料、專有軟件、自己的燒結(jié)爐和可分離支架，在支撐結(jié)構(gòu)和零件之間采用陶瓷界面材料，可以輕松地用手拆卸零件。
△Desktop Metal 的 Studio System 和熔爐可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)級(jí)金屬零件
Studio System 3D 打印機(jī)和熔爐加起來(lái)大約 275,000 美元：
●構(gòu)建體積：300 x 200 x 200 毫米
●層高（綠色狀態(tài)）：50 微米
●加熱床：70 °C
●最大構(gòu)建重量（綠色狀態(tài)）：6.5 kg
Raise3D Forge1
△MetalFuse是由Forge1金屬3D打印機(jī)、D200-E脫脂機(jī)、S200-C燒結(jié)爐組成的系列產(chǎn)品
Raise3D 的 Forge1 是一款專業(yè)的大幅面金屬 3D 打印機(jī)，是該公司 MetalFuse 解決方案的一部分，該解決方案包括打印機(jī)、D200-E 脫脂設(shè)備和可達(dá)到 1500 ℃ 的 S200-C 真空燒結(jié)爐。有了這三臺(tái)機(jī)器，Raise3D 可以使用自動(dòng)計(jì)算打印收縮的軟件為內(nèi)部金屬零件生產(chǎn)提供簡(jiǎn)化的工作流程，從而使脫脂和燒結(jié)后的最終尺寸準(zhǔn)確且適合使用。Forge1 打印機(jī)擁有雙擠出機(jī)、自動(dòng)調(diào)平床、耗盡傳感器和帶活性炭的 HEPA 過(guò)濾器。MetalFuse 系統(tǒng)使用 BASF Forward AM Ultrafuse 不銹鋼打印。雙擠出機(jī)使用巴斯夫 Ultrafuse 支撐層進(jìn)行打印，目前僅在歐洲有售，這是一種用于“層隔離”的氧化鋁材料。換句話說(shuō)，它使分離支撐成為燒結(jié)后支撐和印刷品之間的分離層。
●構(gòu)建體積：300 × 300 × 300 mm
●燈絲直徑：1.75 毫米
●層高：100微米
●床溫：120 oC
BCN3D Epsilon W50
△BCN3D Epsilon W50 Gen 2 3D 打印機(jī)
打印機(jī)制造商 BCN3D 于 2021 年 11 月推出了 Metal Pack，其中包括 Ultrafuse 不銹鋼絲（316L 和 17-4 PH）、Magigoo 粘合劑、軟件和兩個(gè)熱端，價(jià)格約為 1,200 美元。BCN3D 還為金屬零件提供特定的設(shè)計(jì)指南和工藝要求。Metal Pack 不僅適用于 W50，還適用于整個(gè) Epsilon 系列 3D 打印機(jī)（W50SC、Epsilon W27 和 W27SC），為金屬零件生產(chǎn)入門提供多種尺寸和價(jià)位。
Metal Pack 專為生產(chǎn)備件、功能原型和工具而設(shè)計(jì)，主要針對(duì)制藥、食品、汽車、航空航天和制造行業(yè)。通過(guò)這種工藝生產(chǎn)的零件與通過(guò)金屬注射成型或 CNC 生產(chǎn)的零件具有幾乎相同的行為，并提供了一種設(shè)計(jì)自由度更高的辦公室友好型解決方案。
△在 BCN3D Epsilon 3D 打印機(jī)上使用 Ultrafuse 不銹鋼絲制成的金屬部件可以拋光以提高表面光潔度
BCN3D 打印金屬輪廓在其 Stratos 切片機(jī)中避免了打印過(guò)程中打印部件的內(nèi)部張力。打印后，脫脂和燒結(jié)過(guò)程通過(guò)當(dāng)前的 Forward AM 授權(quán)服務(wù)供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)在外部進(jìn)行。外包的脫脂和燒結(jié)成本約為每公斤 50 至 80 美元。僅 Epsilon W50 打印機(jī)的價(jià)格為 8,500 美元，而 Epsilon W27 為 7,000 美元。
Epsilon W50
●架構(gòu)：IDEX（獨(dú)立雙擠出機(jī)系統(tǒng)）
●構(gòu)建體積：420 x 300 x 400 毫米
●加熱床：120 oC
帶金屬擴(kuò)展套件的 UltiMaker S5
△帶有金屬擴(kuò)展套件的 UltiMaker S5
自 2021 年發(fā)布 Ultrafuse 17-4PH 的打印機(jī)配置文件以來(lái)，UltiMaker使用戶能夠在其 S5 機(jī)器上打印完整的金屬部件。2022年，Ultimaker 推出了全新的金屬 3D 打印套件：Metal Expansion Kit。Ultimaker 產(chǎn)品經(jīng)理 Andrea Gasperini 表示：“Ultimaker Metal Expansion Kit 特別適用于打印非現(xiàn)成部件，例如工具、夾具和固定裝置、更換部件、功能原型和輔助組件。該套件提供了對(duì)完整且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的 3D 打印工作流程的訪問(wèn)。
●架構(gòu)：雙擠出機(jī)
●打印體積：330 x 240 x 300 毫米
●噴嘴溫度：180-280℃
● 層分辨率：使用 0.25 毫米噴嘴時(shí)為 20 微米
●價(jià)格：8,000 美元
Zortrax M300 Dual
△Zortrax M300 Dual 全金屬打印套件
Zortrax 是最新的 FDM 3D 打印機(jī)制造商之一，與 BASF Forward AM 合作創(chuàng)建打印周邊和附件套件，使 M300 公司或其 Edural 3D 打印機(jī)能夠打印完整的金屬部件。Zortrax 全金屬套件支持使用兩種最常用的鋼材制作3D打印模型：316L 手術(shù)級(jí)不銹鋼和 17-4 PH 硬化鋼。要使用金屬絲進(jìn)行打印，您可以將打印機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)熱端模塊替換為包裝中包含的模塊，加載隨附的打印和支撐絲，使用隨附的 Magigoo Pro 金屬膠覆蓋構(gòu)建平臺(tái)，使用 Z 中的默認(rèn)設(shè)置打印您的部件-Suite。
●構(gòu)建體積：265 x 265 x 300
●層分辨率：90-290微米
●擠出機(jī)：雙投
●最大擠出機(jī)溫度：290°C
●最高床溫：105°C
金屬絲的特點(diǎn)
△The Virtual Foundry 的燈絲制成的固體金屬零件
金屬絲3D打印成本較低，與傳統(tǒng)方法的單獨(dú)生產(chǎn)相比，可將小批量金屬零件的成本降低 90%。使用普通金屬原料（例如線材）和金屬注射成型中使用的相同顆粒的新興技術(shù)有可能消除金屬絲 3D 打印中的脫脂和燒結(jié)步驟，并大大降低原材料的價(jià)格。金屬絲比金屬粉末危險(xiǎn)性小，但它仍然由金屬粉末制成，這是一種昂貴且耗能的產(chǎn)品。脫脂劑需要溶劑，熔爐需要大量的能源和氣體，例如氬氣，這也會(huì)增加環(huán)境影響和成本。
在下文將介紹金屬絲打印的獨(dú)特特性和功能，介紹了如何使用金屬絲進(jìn)行打印以及可以獲得的機(jī)械性能。此外，本文的最后還介紹了一些金屬絲3D打印機(jī)可供選擇。
△來(lái)自 Forward AM 的 Ultrafuse 金屬絲和在 BCN3D 機(jī)器上打印的金屬零件
什么是金屬絲？
要注意，這里談到的金屬絲不僅僅是具有金屬顏色或裝飾性金屬的絲材。不要將這些金屬絲與用于裝飾目的的金屬絲混淆。金屬絲根據(jù)其顏色簡(jiǎn)稱為“鋁”或“銅”，有些以 PLA+金屬的形式出售，僅包含 5% 至 40% 的金屬粉末。一些裝飾性金屬絲，如 Formfutura 的 MetalFil Classic Copper 和 ProtoPasta 的鐵填充 PLA，含有高百分比的金屬粉末（高達(dá) 80%），但僅用于模擬金屬外觀。這些不需要任何類型的后處理來(lái)去除塑料，但可以通過(guò)拉絲、打磨或拋光使其看起來(lái)和感覺(jué)像金屬。
△金屬絲 3D 打印的步驟，
金屬零件收縮請(qǐng)注意，零件在后處理時(shí)會(huì)收縮（從其原始體積的 18% 到 25%，具體取決于長(zhǎng)絲的設(shè)計(jì)和品牌），因?yàn)槠渲械乃芰喜牧媳蝗コ?，剩余的金屬被壓縮.。在打印尺寸精度優(yōu)先的功能部件時(shí)，這會(huì)帶來(lái)不小的挑戰(zhàn)。但是，同一種絲材的收縮系數(shù)是一致的，因此可以根據(jù)收縮率適當(dāng)縮放初始CAD模型，切片軟件可以自動(dòng)為您計(jì)算。
Forward AM 的 Ultrafuse 在 XY 軸上具有 16-17% 的收縮率，在 Z 軸上具有 19-20% 的收縮率。使用來(lái)自 The Virtual Foundry 的 Filamet 品牌金屬絲，您可以計(jì)劃使用公司公布的脫脂/燒結(jié)工藝將銅和青銅的打印品縮小約 5%，將鋼縮小 10%。該公司表示，總體而言，正常收縮率為 7-10%。最終部件的致密度為 80-85%，但部件可以燒結(jié)更長(zhǎng)時(shí)間，這意味著收縮更多，密度更高。
下面的打印機(jī)制造商將脫脂裝置和燒結(jié)裝置作為一個(gè)包提供，它們提供工作流軟件，有助于確保您的零件符合設(shè)計(jì)指南，并優(yōu)化所有打印和燒結(jié)設(shè)置。對(duì)于跳過(guò)脫脂階段的燈絲，例如 Virtual Foundry 和 Nanovia，生坯必須在熱脫脂階段埋入氧化鋁粉末中，這是另一種需要購(gòu)買的材料，但比脫脂裝置便宜。
△使用 Ultrafuse 金屬絲套件在 UltiMaker S5 上打印的不銹鋼部件
金屬絲設(shè)計(jì)
首先，根據(jù)MakerBot（現(xiàn)為 UltiMaker 的一部分）開(kāi)發(fā)的金屬絲打印指南，模型高寬比應(yīng)保持在 3:1 以下，壁高寬比應(yīng)保持在 6:1 以下，以防止在脫脂和燒結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)倒塌或變形。此外，根據(jù) MakerBot 的說(shuō)法，盡可能平整地打印零件并添加盡可能多的支撐，以提高零件在脫脂和燒結(jié)過(guò)程中的生存能力。通過(guò)在打印和后處理階段戰(zhàn)略性地使用部件定位和支撐結(jié)構(gòu)，可以顯著減少部件塌陷和變形。
△Markforged Sinter-2 是一款專為中等批量生產(chǎn)和大型打印部件設(shè)計(jì)的熔爐
需要后處理
3D 打印金屬絲不能立即從打印床上生產(chǎn)出堅(jiān)固或可用的金屬部件。事實(shí)上，最初的打印品被稱為素坯，這時(shí)的零件非常脆并且沒(méi)有金屬特征，所以后處理是必要的。打印后，素坯經(jīng)過(guò)脫脂，這是一個(gè)使用熱量或溶劑溶解塑料或粘合劑成分的過(guò)程。此步驟會(huì)在整個(gè)零件中創(chuàng)建開(kāi)孔通道。（也有例外，F(xiàn)ilamet 品牌的金屬絲不需要化學(xué)脫脂，而是使用熔爐的熱量來(lái)去除塑料粘合劑。3D 打印機(jī)制造商 Desktop Metal 和 Rapidia（使用金屬膏而非燈絲）也有一個(gè)跳過(guò)脫脂步驟的打印機(jī)到燒結(jié)兩步工藝。）
然后將脫脂部件在熔爐中燒結(jié)，熔爐將部件均勻加熱至剛好低于其熔點(diǎn)，去除任何殘留的粘合劑并將金屬顆粒熔化以形成致密部件。大多數(shù)金屬絲材料都可以在普通窯爐硬件中燒結(jié)，只要它能保持幾個(gè)小時(shí)的燒結(jié)溫度。
△按需 3D 打印公司 Fastparts 還將對(duì)您的金屬零件進(jìn)行脫脂和燒結(jié)，然后將產(chǎn)品郵寄給客戶
外包脫脂和燒結(jié)
市場(chǎng)上已經(jīng)有幾家制造商提供了一套機(jī)器，包括打印機(jī)、清洗機(jī)或脫脂機(jī)以及燒結(jié)爐，能夠在內(nèi)部完成整個(gè)流程，并使用一個(gè)軟件協(xié)調(diào)或自動(dòng)化流程。不必?fù)碛忻撝瑱C(jī)或燒結(jié)爐即可制造3D打印金屬部件。用戶可以將零件寄出進(jìn)行專業(yè)的后處理。Metal Ultrafuse 和 The Virtual Foundry 這兩個(gè)品牌提供推薦的第三方服務(wù)，這些服務(wù)將完成您的金屬零件并將它們寄回。更多按需 3D 打印供應(yīng)商也在提供這項(xiàng)服務(wù)。在歐洲，只要使用 Ultrafuse 品牌的不銹鋼絲，您就可以將零件連同 STL 文件發(fā)送到Fastparts進(jìn)行脫脂和燒結(jié)。在美國(guó)，您可以求助于Matterhackers來(lái)處理您的 Ultrafuse 零件。
金屬絲制成的金屬零件的機(jī)械性能
△素坯不銹鋼 3D 打印部件（左側(cè)），然后經(jīng)過(guò)燒結(jié)、中間和最后拋光
金屬長(zhǎng)絲比標(biāo)準(zhǔn)的桌面FDM 3D打印中使用的幾乎所有塑料都要堅(jiān)固，最終部件具有金屬特性。典型應(yīng)用包括金屬噴嘴、齒輪、醫(yī)療工具原型和閥門。要注意用金屬絲制成的零件通常不用于承受非常高應(yīng)力。盡管使用金屬絲的3D打印可能不適合具有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景，但在FDM 機(jī)器上生產(chǎn)致密金屬非關(guān)鍵部件是極其具有經(jīng)濟(jì)性的。
金屬絲 3D 打印部件的特性
Forward AM 的研究顯示，在正確 3D 打印時(shí)，使用 Ultrafuse 316l 不銹鋼絲生產(chǎn)的金屬部件在 XY（平面）方向的抗拉強(qiáng)度為 561 MPa，在 ZX（直立）方向的抗拉強(qiáng)度為 521 MPa，而使用金屬注射成型制造的相同部件在兩個(gè)方向上的抗拉強(qiáng)度均為 540 MPa。3D 打印部件的屈服強(qiáng)度或?qū)?yīng)于材料開(kāi)始變形點(diǎn)的應(yīng)力（XY 為 251 MPa，ZX 為 234 MPa）明顯高于模制部件（180 MPa）。
最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)層方向平行于拉伸方向時(shí)，部件的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于層方向垂直于拉伸方向時(shí)的強(qiáng)度。該研究不是使用 Ultrafuse 或 Filamet 進(jìn)行的，而是使用為實(shí)驗(yàn)創(chuàng)建的 60% 金屬和 40% 塑料粘合劑材料。Ultrafuse 的技術(shù)數(shù)據(jù)顯示 XY 和 YZ 強(qiáng)度值相似。
3D 打印組件設(shè)計(jì)和打印方向起著至關(guān)重要的作用。為了降低機(jī)械不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)，F(xiàn)orward AM 建議在印刷前按照他們的在線指南執(zhí)行“脫脂穩(wěn)定性模擬” 。這提供了對(duì)內(nèi)部應(yīng)力的估計(jì)，以評(píng)估脫脂過(guò)程中零件的結(jié)構(gòu)完整性，并且還提供了哪些結(jié)構(gòu)特征存在風(fēng)險(xiǎn)的可視化指導(dǎo)。這種燒結(jié)模擬通過(guò) Forward AM 的虛擬工程服務(wù)作為一項(xiàng)服務(wù)提供。使用此類工具，用戶可以確定金屬絲打印是否最適合您的零件。
頂級(jí)金屬絲
△Ultrafuse 316L 燈絲需要像鋼或紅寶石一樣耐磨的噴嘴
Forward AM 的 Ultrafuse
●巴斯夫 Ultrafuse 316L 不銹鋼：每 3 公斤線軸 500 美元
●巴斯夫 Ultrafuse 17-4 PH 不銹鋼：每 3 公斤線軸 350 美元
Forward AM 的母公司巴斯夫是全球最大的化工公司之一。他們的注入金屬的長(zhǎng)絲稱為 Ultrafuse，采用 316L 不銹鋼和 17-4 PH 不銹鋼制成。兩種長(zhǎng)絲都含有 80% 的金屬粉末和專有的聚合物基粘合劑。Ultrafuse 17-4 PH，也稱為 630 型，是一種鉻銅硬化不銹鋼，具有磁性并在高達(dá) 315 °C 的溫度下保持良好的機(jī)械和耐腐蝕性。Ultrafuse 316L 支持廣泛的應(yīng)用，包括工具、夾具和夾具、小批量生產(chǎn)、功能部件和原型。這種金屬絲并不便宜，每公斤成本約為 129 美元，3 公斤線軸的 Ultrafuse 316L 成本約為 465 美元，Ultrafuse 17-4 PH 為 349 美元，也有 1 公斤線軸。
盡管這種長(zhǎng)絲比標(biāo)準(zhǔn)聚合物 3D 打印長(zhǎng)絲貴得多，但它的價(jià)格低于許多碳纖維增強(qiáng) PA 長(zhǎng)絲，并且大大降低了生產(chǎn)中小型金屬部件的成本。根據(jù)零件的設(shè)計(jì)和尺寸，它可能比任何其他金屬 AM 技術(shù)都便宜。使用 Ultrafuse 316L 打印比在工業(yè)金屬打印機(jī)上使用大多數(shù)金屬粉末打印便宜 1.4 到 2 倍。
●直徑：1.75 毫米、2.85 毫米
●閥芯尺寸：1 kg、3 kg
●材質(zhì)成分：80% 316L不銹鋼；17-4 PH 不銹鋼，含 20% 熱塑性粘合劑
●噴嘴溫度：220-245°C
●床溫：90-100℃
●冷卻：不需要
●打印速度：30-40毫米/秒
●底板：帶膠棒的玻璃床
●噴嘴：任何耐磨噴嘴（鋼、紅寶石等）
●燒結(jié)件密度：7.85 kg/m 3 (Ultrafuse 316L)；7.6 千克/米3 (Ultrafuse 17-4 PH)
●平均收縮率：X & Y 16%，Z 20%
●推薦的初始比例因子：X & Y 120%，Z 125%
●技術(shù)數(shù)據(jù)表：Ultrafuse 316L、Ultrafuse 17-4 PH
△來(lái)自 The Virtual Foundry 的用于 FDM 打印的金屬絲
The Virtual Foundry的 Filamet
●The Virtual Foundry 316L 不銹鋼：每 3 公斤 700 美元
●The Virtual Foundry 17-4 PH 不銹鋼：每 3 公斤 900 美元
總部位于美國(guó)的材料制造商 The Virtual Foundry 專注于金屬絲，并提供九Filamet，包括 316L 不銹鋼、Inconel 718-34 F 鋼、鈦、銅、鋁和 2023 年新推出的 H13 工具鋼。該公司的 316L 不銹鋼絲含有約 85% 的金屬，可用于任何 FDM 打印機(jī)，但需要一些附加設(shè)備。例如，要使用該公司的 316L 進(jìn)行打印，您需要一個(gè) FilaWarmer 來(lái)預(yù)熱燈絲。
Filamet 可以使用稍低的噴嘴溫度 (205-235 °C) 和低得多的床層溫度 (40-50 °C) 進(jìn)行打印。另一件需要考慮的事情是，TVF 的燈絲需要一個(gè) 0.6 毫米的不銹鋼噴嘴，而您可以為 Ultrafuse 使用更標(biāo)準(zhǔn)的 0.4 毫米直徑的噴嘴。由于 Filamet 的金屬含量高，它比標(biāo)準(zhǔn) PLA 更容易斷裂。TVF 建議將線軸懸掛在打印機(jī)的正上方，用于直接驅(qū)動(dòng)擠出設(shè)置的打印機(jī)，或靠近或下方用于 Bowden 設(shè)置的打印機(jī)。
每公斤，319L 不銹鋼的價(jià)格為 273 美元，銅為 121 美元，鈦為 832 美元。TVF 提供打印機(jī)配置文件，您可以將其上傳到切片機(jī)軟件，作為試驗(yàn)材料的起點(diǎn)。對(duì)于后處理，TVF 材料只需要一個(gè)步驟，即在窯爐中加熱。對(duì)于沒(méi)有燒結(jié)設(shè)備的客戶，TVF 與芝加哥以外的金屬 3D 打印服務(wù) Sapphire 3D 合作，以每個(gè)小零件約 50 美元的價(jià)格處理打印件。
●直徑：1.75 毫米、2.85 毫米、顆粒
●線軸尺寸：500 克，1 千克
●材料成分：80% 316L 不銹鋼或 17-4 PH 不銹鋼加 20% 塑料聚合物
●噴嘴溫度：205-235°C
●床溫：40-50℃
●冷卻：不需要
●打印速度：30 mm/s 開(kāi)始
●構(gòu)建板：任何材料，但在印刷品和床之間有一層（例如藍(lán)色油漆膠帶或膠棒）
●噴嘴：0.6 毫米或更大，標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼
△使用 Nanoe 重新配制的 316L 不銹鋼絲制成的零件
Nanoe 的 Zetamix
●Nanoe 316L 不銹鋼的 Zetamix：每 3 公斤 1,500 美元
●Nanoe H13 Steel 的 Zetamix：每 3 公斤 1,500 美元
法國(guó)材料制造商N(yùn)anoe提供 316L 不銹鋼絲和 H13 工具鋼絲，兩種燈絲的粘合劑中約有52% 至 55% 的金屬，因此它們可以在比其他品牌低得多的噴嘴溫度下打印，可以獲得密度為90%至91%的最終零件，預(yù)計(jì)收縮率為16%至21.3%。全球分銷商提供的 500 克 319L 不銹鋼和 H13 工具鋼絲每公斤的價(jià)格略低于 300 美元。
●直徑：1.75 毫米、2.85 毫米
●線軸尺寸：500 克，1 千克
●材質(zhì)成分：55% 316L不銹鋼或52% H13鋼
●噴嘴溫度：180 °C
●床溫：30 °C
●冷卻：不需要
●打印速度：15 至 50 毫米/秒，具體取決于零件的形狀
●噴嘴：0.6 毫米或更大，標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼
●推薦的初始比例因子：X & Y 120%，Z 125%
●技術(shù)數(shù)據(jù)表：316L，H13
△來(lái)自 Nanovia 的不銹鋼絲
Nanovia 的 Mt 316L
●Mt 316L 不銹鋼：每 3 公斤 900 美元
法國(guó)材料制造商 Nanovia 提供低碳含量的 316L 不銹鋼絲，打印部件可以直接燒結(jié)，無(wú)需事先進(jìn)行任何化學(xué)脫脂步驟。每 500 克的價(jià)格約為 150 美元。Mt 316L 燈絲允許使用標(biāo)準(zhǔn) 3D 打印機(jī)打印致密的不銹鋼部件，然后無(wú)需化學(xué)脫脂即可進(jìn)行燒結(jié)。Nanovia 聲稱燒結(jié)后的結(jié)果是 100% 不銹鋼部件。
●直徑：1.75 毫米、2.85 毫米
●線軸尺寸：500 克
●噴嘴溫度：170 °C – 100 °C
●床溫：40 °C – 60 °C
●打印速度：從 20 到 40 毫米/秒，具體取決于零件的形狀
●噴嘴：0.6 毫米或更大，標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼
●收縮率：10% – 15%
●技術(shù)數(shù)據(jù)表：316L
金屬絲3D打印機(jī)
Markforged Metal X Gen2
△Markforged Metal X 系統(tǒng)包括一個(gè) 3D 打印機(jī)、一個(gè)脫脂單元和一個(gè)燒結(jié)爐
Markforged 于 2017 年推出了 Metal X，如今仍然是全球成千上萬(wàn)客戶的首選金屬 3D 打印機(jī)解決方案之一。Metal X 是一款帶加熱室的雙擠出機(jī) 3D 打印機(jī)，可實(shí)現(xiàn) 50 微米的層高。與其他打印機(jī)制造商不同，Markforged 在其專有系列中提供六種金屬，包括銅和 Iconel。對(duì)于銅，您可以獲得 98% 致密的金屬部件，斷裂伸長(zhǎng)率為 45%，極限抗拉強(qiáng)度為 193 MPa。
去除支撐是金屬 3D 打印中的一個(gè)主要問(wèn)題，Markforged提供了一個(gè)相對(duì)獨(dú)特的解決方案，在打印件和支撐件之間，均采用金屬打印，是一層薄的陶瓷釋放層，無(wú)需工具即可快速輕松地彈出支撐件。
Markforged 提供脫脂裝置 Wash 1 和燒結(jié)爐 Sinter 2，可以在內(nèi)部完成整個(gè)金屬零件生產(chǎn)。Wash-1 將生坯部件浸入一種特殊的液體中，去除主要的粘合材料，使部件保持半多孔狀態(tài)，這樣剩余的粘合劑可以在燒結(jié)過(guò)程中燃燒掉。Sinter 2 爐的溫度可達(dá) 1300° C，可將各種商業(yè)級(jí)金屬?gòu)拿撝瑺顟B(tài)燒結(jié)成完全致密的金屬部件。
全金屬3D打印系統(tǒng)由該公司基于云的Eiger工作流軟件驅(qū)動(dòng)，使用戶能夠存儲(chǔ)“數(shù)字零件”，可以在任何地點(diǎn)的任何 Metal X 打印機(jī)上打印出來(lái)。Eiger 還具有零件模擬功能，可以在打印前驗(yàn)證零件性能和打印設(shè)置。Metal X 的零售價(jià)約為 99,000 美元，上述三個(gè)單元的價(jià)格在 200,000 美元左右。每 200cc 線軸的材料價(jià)格從 150 美元到 300 美元不等。
Markforged 金屬 X：
●構(gòu)建體積：250 x 220 x 200 毫米
●打印室：加熱
●打印床：加熱、真空密封打印板、自動(dòng)床調(diào)平
●最小層高：50 微米
Desktop Metal Studio System
△Desktop Metal Studio System 金屬 3D 打印機(jī)和配套的燒結(jié)爐
Desktop Metal 是金屬沉積3D打印的開(kāi)拓者之一，降低了價(jià)格并提高了金屬3D打印機(jī)的易用性。其 Studio System 于 2016 年首次亮相，可生產(chǎn)密度高達(dá) 98% 的部件，類似于鑄件。Studio Systems 的所有材料都附帶數(shù)據(jù)表，其中詳細(xì)介紹了預(yù)期的機(jī)械特性。Desktop Metal 的銅部件擁有 37% 的斷裂伸長(zhǎng)率和 193 MPa 的極限抗拉強(qiáng)度。
Studio System 發(fā)布后，Desktop Metal 推出了新技術(shù)，創(chuàng)建了一個(gè)兩步“打印機(jī)到燒結(jié)”過(guò)程，省去了脫脂步驟。使用專有材料配方可以將打印部件直接放入爐中，無(wú)需溶劑脫脂階段，從而節(jié)省時(shí)間、溶劑材料。作為這項(xiàng)技術(shù)的先驅(qū)之一，Desktop Metal 奠定了其他打印機(jī)制造商效仿的一些基礎(chǔ)。它的解決方案包括打印機(jī)、專有材料、專有軟件、自己的燒結(jié)爐和可分離支架，在支撐結(jié)構(gòu)和零件之間采用陶瓷界面材料，可以輕松地用手拆卸零件。
△Desktop Metal 的 Studio System 和熔爐可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)級(jí)金屬零件
Studio System 3D 打印機(jī)和熔爐加起來(lái)大約 275,000 美元：
●構(gòu)建體積：300 x 200 x 200 毫米
●層高（綠色狀態(tài)）：50 微米
●加熱床：70 °C
●最大構(gòu)建重量（綠色狀態(tài)）：6.5 kg
Raise3D Forge1
△MetalFuse是由Forge1金屬3D打印機(jī)、D200-E脫脂機(jī)、S200-C燒結(jié)爐組成的系列產(chǎn)品
Raise3D 的 Forge1 是一款專業(yè)的大幅面金屬 3D 打印機(jī)，是該公司 MetalFuse 解決方案的一部分，該解決方案包括打印機(jī)、D200-E 脫脂設(shè)備和可達(dá)到 1500 ℃ 的 S200-C 真空燒結(jié)爐。有了這三臺(tái)機(jī)器，Raise3D 可以使用自動(dòng)計(jì)算打印收縮的軟件為內(nèi)部金屬零件生產(chǎn)提供簡(jiǎn)化的工作流程，從而使脫脂和燒結(jié)后的最終尺寸準(zhǔn)確且適合使用。Forge1 打印機(jī)擁有雙擠出機(jī)、自動(dòng)調(diào)平床、耗盡傳感器和帶活性炭的 HEPA 過(guò)濾器。MetalFuse 系統(tǒng)使用 BASF Forward AM Ultrafuse 不銹鋼打印。雙擠出機(jī)使用巴斯夫 Ultrafuse 支撐層進(jìn)行打印，目前僅在歐洲有售，這是一種用于“層隔離”的氧化鋁材料。換句話說(shuō)，它使分離支撐成為燒結(jié)后支撐和印刷品之間的分離層。
●構(gòu)建體積：300 × 300 × 300 mm
●燈絲直徑：1.75 毫米
●層高：100微米
●床溫：120 oC
BCN3D Epsilon W50
△BCN3D Epsilon W50 Gen 2 3D 打印機(jī)
打印機(jī)制造商 BCN3D 于 2021 年 11 月推出了 Metal Pack，其中包括 Ultrafuse 不銹鋼絲（316L 和 17-4 PH）、Magigoo 粘合劑、軟件和兩個(gè)熱端，價(jià)格約為 1,200 美元。BCN3D 還為金屬零件提供特定的設(shè)計(jì)指南和工藝要求。Metal Pack 不僅適用于 W50，還適用于整個(gè) Epsilon 系列 3D 打印機(jī)（W50SC、Epsilon W27 和 W27SC），為金屬零件生產(chǎn)入門提供多種尺寸和價(jià)位。
Metal Pack 專為生產(chǎn)備件、功能原型和工具而設(shè)計(jì)，主要針對(duì)制藥、食品、汽車、航空航天和制造行業(yè)。通過(guò)這種工藝生產(chǎn)的零件與通過(guò)金屬注射成型或 CNC 生產(chǎn)的零件具有幾乎相同的行為，并提供了一種設(shè)計(jì)自由度更高的辦公室友好型解決方案。
△在 BCN3D Epsilon 3D 打印機(jī)上使用 Ultrafuse 不銹鋼絲制成的金屬部件可以拋光以提高表面光潔度
BCN3D 打印金屬輪廓在其 Stratos 切片機(jī)中避免了打印過(guò)程中打印部件的內(nèi)部張力。打印后，脫脂和燒結(jié)過(guò)程通過(guò)當(dāng)前的 Forward AM 授權(quán)服務(wù)供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)在外部進(jìn)行。外包的脫脂和燒結(jié)成本約為每公斤 50 至 80 美元。僅 Epsilon W50 打印機(jī)的價(jià)格為 8,500 美元，而 Epsilon W27 為 7,000 美元。
Epsilon W50
●架構(gòu)：IDEX（獨(dú)立雙擠出機(jī)系統(tǒng)）
●構(gòu)建體積：420 x 300 x 400 毫米
●加熱床：120 oC
帶金屬擴(kuò)展套件的 UltiMaker S5
△帶有金屬擴(kuò)展套件的 UltiMaker S5
自 2021 年發(fā)布 Ultrafuse 17-4PH 的打印機(jī)配置文件以來(lái)，UltiMaker使用戶能夠在其 S5 機(jī)器上打印完整的金屬部件。2022年，Ultimaker 推出了全新的金屬 3D 打印套件：Metal Expansion Kit。Ultimaker 產(chǎn)品經(jīng)理 Andrea Gasperini 表示：“Ultimaker Metal Expansion Kit 特別適用于打印非現(xiàn)成部件，例如工具、夾具和固定裝置、更換部件、功能原型和輔助組件。該套件提供了對(duì)完整且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的 3D 打印工作流程的訪問(wèn)。
●架構(gòu)：雙擠出機(jī)
●打印體積：330 x 240 x 300 毫米
●噴嘴溫度：180-280℃
● 層分辨率：使用 0.25 毫米噴嘴時(shí)為 20 微米
●價(jià)格：8,000 美元
Zortrax M300 Dual
△Zortrax M300 Dual 全金屬打印套件
Zortrax 是最新的 FDM 3D 打印機(jī)制造商之一，與 BASF Forward AM 合作創(chuàng)建打印周邊和附件套件，使 M300 公司或其 Edural 3D 打印機(jī)能夠打印完整的金屬部件。Zortrax 全金屬套件支持使用兩種最常用的鋼材制作3D打印模型：316L 手術(shù)級(jí)不銹鋼和 17-4 PH 硬化鋼。要使用金屬絲進(jìn)行打印，您可以將打印機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)熱端模塊替換為包裝中包含的模塊，加載隨附的打印和支撐絲，使用隨附的 Magigoo Pro 金屬膠覆蓋構(gòu)建平臺(tái)，使用 Z 中的默認(rèn)設(shè)置打印您的部件-Suite。
●構(gòu)建體積：265 x 265 x 300
●層分辨率：90-290微米
●擠出機(jī)：雙投
●最大擠出機(jī)溫度：290°C
●最高床溫：105°C
金屬絲的特點(diǎn)
△The Virtual Foundry 的燈絲制成的固體金屬零件
金屬絲3D打印成本較低，與傳統(tǒng)方法的單獨(dú)生產(chǎn)相比，可將小批量金屬零件的成本降低 90%。使用普通金屬原料（例如線材）和金屬注射成型中使用的相同顆粒的新興技術(shù)有可能消除金屬絲 3D 打印中的脫脂和燒結(jié)步驟，并大大降低原材料的價(jià)格。金屬絲比金屬粉末危險(xiǎn)性小，但它仍然由金屬粉末制成，這是一種昂貴且耗能的產(chǎn)品。脫脂劑需要溶劑，熔爐需要大量的能源和氣體，例如氬氣，這也會(huì)增加環(huán)境影響和成本。
