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2021/05/18
塑膠再見！金屬線材上場了，直接把金屬列印出來吧！〈下〉
上一集，為你講解了金屬線材的特性與應用後，來到這一集，不僅要說明後期處理的原理與方法，還有各種品牌的優缺大PK！最詳細的金屬線材內容，給你最完整的續集。
需要進行後期處理
3D列印金屬線材不會立即在列印床上產生堅固或可用的金屬零件，最初的列印品被稱為「綠色」零件，因為它們很脆，幾乎沒有金屬特性，因此後期處理是必要的。列印完成後，綠色零件要經過脫膠處理，這是一個使用酸來溶解塑料或黏合劑成分的催化過程。此步驟將在整個零件上創建開孔通道，這種多孔部分稱為「棕色」部分。Filamet作為一個例外，不需要化學脫膠，而是利用熔爐中的熱量去除塑料黏合劑。
將棕色零件在熔爐中燒結，讓零件均勻地加熱至略低於其熔點，再去除任何殘留的黏結劑，並將金屬顆粒熔化，形成緻密的零件。大多數TVF材料可以在普通的窯爐硬件中進行燒結，只要它能把燒結溫度保持幾個小時即可。在這一點上，你可能想知道為什麼有人會購買這種線材，應該不是所有人都自帶脫膠的設備或燒結的窯爐吧﹖
其實，使用金屬熔融線材列印的便利性之一，就是你可以把你的零件送去進行專業的後期處理，Forward AM和TVF均提供推薦的第三方服務，而這些服務可以完成你的金屬零件。
Forward AM和TVF通過第三方服務對零件進行後處理。(來源：Metal AM)
超強韌性
金屬線材面世已有一段時間了，並且在廣泛的應用中得到了檢驗。它比幾乎所有與FDM機器兼容的塑料都來得堅固，而且最終的零件具備你在固態金屬零件中獲得的所有特性。但是，你可能會疑惑層積的問題該怎麼辦﹖在最近的研究發現，當層積方向與拉伸方向平行時，零件的強度要比當層方向與拉伸方向垂直時低得多。該研究沒有使用Ultrafuse或Filamet，而是使用為實驗創建的60%金屬和40%塑料的黏合劑材料。Ultrafuse的技術數據，在XY和YZ強度上顯示出相似的數值。儘管如此，3D列印組件的設計和列印方向仍起著至關重要的作用，為了降低機械不穩定的風險，Forward AM建議在列印之前按照線上指南進行「脫膠穩定性模擬」，這樣可以估算內部應力，以評估零件在脫膠過程中的結構完整性，同時也能指出哪些結構特徵處於危險之中。
這種燒結模擬是通過Forward AM的虛擬工程提供的一種服務，當使用此類工具，你可以確定你的零件是否合適金屬線材列印。即使使用金屬線材的3D列印可能不適合具有嚴格強度要求的應用，但在經濟實惠的FDM機器上生產密集的金屬非關鍵組件，可能會超過它們對一些高壓力應用的不兼容性。
BASF Ultrafuse 316L金屬3D列印線材。(來源：MatterHackers)
金屬線材選項
用TVF金屬線材製成的Sapphire 3D列印品(來源：Sapphire 3D)
Forward AM的Ultrafuse
Forward AM的母公司BASF是全球最大的化工公司之一，他們的金屬線材被稱為Ultrafuse，有316L不銹鋼和17-4 PH不銹鋼這兩種選擇，這兩種線材含有80%的金屬粉末，是一種基於聚合物的專有黏合劑。Ultrafuse 17-4 PH，也稱為630型，是一種鉻銅硬化的不銹鋼，既具磁性，又能在高達315°C的溫度下保持良好的機械和耐腐蝕性。該公司表示，Ultrafuse 316L支援廣泛的應用，包括工具、夾具、小批量生產、功能部件和模型。
這種金屬線材並不便宜，每公斤成本約為129美元，而3公斤線軸的Ultrafuse 316L約為465美元，Ultrafuse 17-4 PH的價格為349美元。根據Forward AM的說法，儘管這種線材比標準的聚合物3D列印線材要貴得多，但它比許多碳纖維增強的PA線材來得便宜，並且大大降低了生產中小型金屬零件的成本，而根據零件的設計和尺寸，它可以比任何其他金屬AM技術更便宜。為了支持他們的說法，Forward AM表示使用Ultrafuse 316L進行列印，比使用工業金屬列印機上的大多數金屬粉末進行列印，可便宜1.4到2倍。
對於後處理，可從線材經銷商(例如MatterHackers和iGo3D)購買加工券，然後把零件寄出進行脫膠和燒結。使用Ultrafuse 316L線材的每個線軸，你可獲得一張免費的加工券，最多可列印1千克的列印零件，也可購買額外的加工券，每張售價為50美元。
- 直徑：1.75毫米、2.85毫米
- 線軸尺寸：1 kg、3 kg
- 材質成分：80% 316L不銹鋼、具有20%熱塑性黏合劑的17-4 PH不銹鋼
- 噴頭溫度：220-245°C
- 床溫：90-100°C
- 冷卻：不需要
- 列印速度：30-40 mm/s
- 構建板：帶膠棒的玻璃床
- 噴頭：任何耐磨噴頭(鋼、紅寶石等)
- 燒結零件密度：7.85 kg/m3 (Ultrafuse 316L); 7.6 kg/m3 (Ultrafuse 17-4 PH)
- 平均收縮率：X和Y為16%，Z為20%
- 推薦的初始比例系數：X和Y 120%，Z 125%
- 技術數據表：Ultrafuse 316L，Ultrafuse 17-4 PH
The Virtual Foundry的Filamet
美國的材料製造商The Virtual Foundry專營金屬線材，並提供9種它們稱之為Filamet的線材，包括316L不銹鋼、Inconel 718-34 F鋼、鈦、銅和鋁。所有的Filamet線材都是為了生產近乎實心的金屬零件，而TVF也將創建定製的金屬線材。該公司的316L不銹鋼線材包含約85%的金屬，並表示可在任何FDM列印機上使用，但是，請仔細按照說明進行操作，因為你可能需要一些附加設備，例如要使用該公司的316L列印的話，你就需要一個FilaWarmer來預熱線材。
Filamet可以使用較低的噴頭溫度(205-235°C)和較低的床溫(40-50°C)來進行列印，另外需要考慮的問題是TVF的線材需要一個0.6毫米的不銹鋼噴頭，而對於Ultrafuse，你可以使用更標準的0.4毫米的噴頭。由於Filamet的金屬含量很高，因此它比標準的PLA更容易斷裂，TVF建議將線軸懸掛在直接驅動擠出設置的列印機正上方，或者掛在Bowden設置的進料器旁邊或下方。
Filamet的每公斤價格範圍，從319L不銹鋼的273美元、銅的121美元到鈦的832美元不等。
TVF提供了列印機配置檔案，你可以上傳到你的切割機軟體中，作為試驗材料的起步。
對於後處理，TVF材料僅需一步操作即可在窯爐中加熱，該公司出售兩種尺寸的窯爐——Starter和Pro，並提供燒結說明。對於沒有燒結設備的客戶，TVF與金屬3D列印服務Sapphire 3D(除了芝加哥)合作，以每小零件約50美元的價格處理列印品。
- 直徑：1.75毫米、2.85毫米、顆粒
- 線軸尺寸：500克、1千克
- 材質成分：80% 316L不銹鋼或具有20%塑料聚合物的17-4 PH不銹鋼
- 噴頭溫度：205-235°C
- 床溫：40-50°C
- 冷卻：不需要
- 列印速度：30 mm/s開始
- 構建板：任何材料，但在列印品和床之間有一層藍色油漆的膠帶或膠棒
- 噴頭：0.6毫米或更大，標準不銹鋼
Nanoe的Zetimix
法國的材料製造商Nanoe提供316L不銹鋼線材和H13工具鋼線材，這兩種線材在黏合劑中都含有約52%至55%的金屬，因此可以在比其他品牌低得多的噴頭溫度下進行列印。該公司表示，根據材料和設計，你可以預期收縮率在16%至21.3%之間，而最終零件的密度為90%至91%。每公斤的319L不銹鋼和H13工具鋼線材的價格略低於300美元，可通過全球經銷商購買。
Nanoe提供線上列印和脫膠指南：316L，H13。
- 直徑：1.75毫米、2.85毫米
- 線軸尺寸：500克、1千克
- 材質成分：55% 316L不銹鋼或52% H13鋼
- 噴頭溫度：180°C
- 床溫：30°C
- 冷卻：不需要
- 列印速度：從15到50 mm/s，取決於零件的形狀
- 噴頭：0.6毫米或更大，標準不銹鋼
- 推薦的初始比例系數：X和Y 120%，Z 125%
- 技術數據表：316L，H13
哪裡買﹖
你可以從以下的線上零售商購買金屬線材，也可以從第三方列印服務訂購金屬線材零件，包括Craftcloud，該公司提供Ultrafuse 316L不銹鋼和17-4 PH不銹鋼。通過上載STL或CAD檔案來訂購零件，可能是試驗金屬線材對於金屬零件潛力的最佳經濟方法。
The Virtual Foundry的Filamet可從美國的製造商和Sapphire 3D、歐盟的Filament2Print和印度的Novabeans購買。Nanoe的Zetimix在歐洲、亞洲和澳大利亞都有銷售，但在美國還沒有經銷商。
Ultrafuse 316L可從世界各地的製造商和經銷商購買。(來源：BASF Forward AM)
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