金属FFF 3D打印工艺指南，实现隔天金属零件打印

尽管传统的金属3D打印工艺仍不足以大规模采用，但金属熔丝加工（金属FFF）工艺已经做到了易于获取、价格实惠且易于使用。从汽车到航空航天，各个行业都已开始采用这种适应性极佳的技术来生产广泛的功能性零件。基于金属注射成型 (MIM) 的金属FFF工艺分为三步：打印、脱脂和烧结。Markforged打造了整套系统，使该过程易于上手，可供所有人使用。

本文深入探讨金属FFF工艺，介绍Markforged的金属FFF方法以及使用该技术时的注意事项。

金属FFF 3D打印机是高度专业化的打印机，针对打印MIM原料进行了优化。打印机并不是直接打印金属零件成品，而是先生产岀绿模，然后再进行脱脂和烧结，Z后形成成品。绿模始终要比Z终零件尺寸大15-20%，以解决烧结过程中可重复和可预测的收缩。

FFF 3D打印的三步骤

①打印

通过将塑料中的金属粉末粘结剂逐层打印以形成零件形状。零件按比例放大以补偿烧结过程中的收缩，打印完后的零件称为绿模。

②脱脂

打印后，将绿模放入清洗机，使用有机溶剂溶解大部分塑料粘结材料。经过清洗后，这些零件称为棕模。

③烧结

将清洗后的棕模放入烧结炉中，按照特定材料的型材进行加热，首先烧掉残留的粘结剂，然后固化金属粉末得到Z终成品。

Markforged的金属FFF打印机使用与传统FFF打印机几乎相同的流程，不同之处在于，使用真空吸力固定的打印纸代替了传统的打印底板。

用户采取的步骤包括：

+ 在软件平台上对零件切片；

+ 将真空固定的打印纸放在打印底板上；

+ 开始打印过程；

+ 打印完成后，从打印纸上把绿模拿下来。

使用MIM原料优化的双重挤岀机

双喷头设备在3D打印中很常见，但是金属FFF打印机采用了不同的方式进行优化：一个喷嘴中使用MIM金属线材，另一个喷嘴中使用陶瓷隔离线材。

一个挤出喷嘴专为打印MIM金属材料而设计，其材料是由塑料粘结材料和金属粉末组合而成，这种材料形成零件本身以及支撑和Raft（打印底座）。Markforged的金属3D打印机可打印目前提供六种不同的金属材料：17-4PH不锈钢、H13模具钢、纯铜、镍基合金625、A2模具钢和D2模具钢。

另一个喷嘴打印陶瓷隔离材料，该材料在零件与支撑/Raft之间提供隔离层。在这个过程中，隔离材料至关重要。没有隔离材料就无法打印需要支撑的零件。烧结过程将陶瓷变为粉末形态，使得零件可以轻松地与支撑结构分离。

脱脂步骤可以去除大部分粘结材料，得到一个可供烧结的棕模。首先将绿模放入清洗机的加热溶剂中，使用脱脂溶液可以溶解主要粘合材料。Markforged金属FFF机器使用的脱脂机是Wash-1，它主要使用Opteon SF-79作为溶剂，这是一种高性能的溶液，以可持续的环保方式实现出色的清洁能力、更高的效率和安全性。

使用金属FFF脱脂系统

金属FFF脱脂机使用起来非常简单，只需要基本的PPE（即安全眼镜、复合膜手套）即可。

用户采取的步骤包括：

+ 将绿模放到清洗篮中，将其与溶剂一起放入机器中，然后盖上盖子；

+ 经过指定的清洗时间之后，打开盖子，然后从清洗篮中取出零件；

+ 将零件放到清洗机的空气干燥格中；

+ 待零件干燥后，从清洗机中取出零件。

那么，零件在清洗过程中发生了什么？脱脂溶剂溶解绿模中的主要粘结材料，在它溶解粘结材料时，溶剂会打开微型流体通道，这让溶剂能够流入更深并溶解更多粘结材料。

金属FFF脱脂注意事项：

在此部分中，我们将介绍与零件厚度、实心与闭孔填充物以及环境健康安全性有关的注意事项。

1）零件厚度——清洗时间与零件的Z大厚度有关，与零件的尺寸或重量无关。为了确定厚度，我们使用内切圆法确定可以完全拟合到零件边界的Z大球体直径。

2）实心与闭孔内部填充——清洗时间与固体零件厚度成指数关系，从而限制了Z大零件尺寸。因此，实心零件建议较小或具有较薄的特征。通过使用闭孔内部填充的选项，您可以打印较大和较厚的零件，同时保持可控的清洗时间。

3）EHS注意事项——脱脂系统相当简单，而且可以安全操作。它们通常连接到房屋通风系统，主要溶剂Opteon SF-79在业内广泛使用，不过也可以使用其他溶剂。在机器运行期间，用户的接触水平限制在远低于OSHA建议的水平。在基本操作中，实际接触量比建议水平低40倍，即使在Z大接触量下也要低2倍以上，Opteon SF-79也被归类为不易燃液体。

作为主要脱脂步骤的溶剂池与熔炉

虽然MIM零件的脱脂过程可以完全在烧结炉中完成，但这种方法也带来了一些挑战，其影响之一是时间，据MIM零件脱脂和烧结工艺知名专家Randall German表示，采用烧结方式的脱脂工艺比采用溶剂的脱脂工艺要慢6到10倍。此外，随着零件尺寸的增加，仅使用烧结炉时，脱脂周期的时间呈指数级增长，这严重影响了零件制备时间。

不同零件的生产周期时间

以下，我们将介绍金属FFF打印工艺中至关重要的Z后一步：烧结。

烧结步骤涉及到取岀脱脂步骤中的棕模，烧掉剩余的粘合剂，然后在接近熔化的温度下烧结零件。所有这些都是在精准控制的气体环境中完成的。自动化流程极其复杂，需要对高能量环境进行精准控制。

用户可以遵循以下简单步骤操作烧结炉：

1. 首先将零件放到底板上；

2. 将底板放入炉中；

3. 关上炉门；

4. 启动烧结流程；

5. 运行流程直至完成。

Markforged烧结炉通常在17到30个小时内完成烧结

烧结流程涉及几个关键阶段：首先，将零件加热到中间温度以烧掉剩余的粘结材料；接下来，将零件加热到烧结温度，在此温度下，零件会从较大的绿模或棕模收缩至成品零件尺寸。实心几何体填入超过95%的孔隙中，闭孔填充物则保留。陶瓷隔离材料会变成粉状，这使用户可以轻松地将零件与Raft以及支撑分开。

零件在烧结后完全由金属材料组成,可以按照用户需求以任何合适方式进行后处理。常见的后处理工艺包括热处理、表面滚压抛光和机加工。

Markforged的金属FFF 3D打印机Metal X目前已具有广泛的解决方案，提供各种各样的功能，并且技术相当成熟。Metal X是一款革命性的3D打印机，可打印金属树脂混合线材，消除了传统的金属3D打印存在的粉尘污染，同时实现了一些新功能，如可进行封闭的三角填充结构打印，降低生产成本并实现轻量化。Metal X操作更加简便、耐用，是传统金属3D打印成本的十分之一，是机械加工或铸造等传统制造成本的百分之一，让用户可以承担的起打印费用。Metal X打印系统满足你从设计到打印完金属零件的所需要的一切，并且比之前更快，可实现隔天金属打印。

Markforged金属FFF 3D打印机Metal X

Markforged的Metal X是一种易于获得的端到端金属3D打印解决方案，旨在生产高强度金属零件。Metal X是目前Z直观、Z易于使用的金属3D打印机。在封闭的工作流程中，只需进行简单的培训，即可打印从不锈钢到铜的各种金属材料。Metal X安全易用，所有制造商均可使用，它的成本比粉末床金属3D打印系统低5-10倍，并且不需要专门的操作员和粉末管理系统，只需要很少的PPE。Markforged将一流的软件、材料和先进的运动系统相融合，能够可靠地交付工业级零件。

文章摘自网络。