盡管傳統(tǒng)的金屬3D打印工藝仍不足以大規(guī)模采用，但金屬熔絲加工（金屬FFF）工藝已經(jīng)做到了易于獲取、價(jià)格實(shí)惠且易于使用。從汽車到航空航天，各個(gè)行業(yè)都已開始采用這種適應(yīng)性極佳的技術(shù)來生產(chǎn)廣泛的功能性零件?；诮饘僮⑸涑尚?(MIM) 的金屬FFF工藝分為三步：打印、脫脂和燒結(jié)。Markforged打造了整套系統(tǒng)，使該過程易于上手，可供所有人使用。

本文深入探討金屬FFF工藝，介紹Markforged的金屬FFF方法以及使用該技術(shù)時(shí)的注意事項(xiàng)。

金屬FFF 3D打印機(jī)是高度專業(yè)化的打印機(jī)，針對(duì)打印MIM原料進(jìn)行了優(yōu)化。打印機(jī)并不是直接打印金屬零件成品，而是先生產(chǎn)岀綠模，然后再進(jìn)行脫脂和燒結(jié)，最后形成成品。綠模始終要比最終零件尺寸大15-20%，以解決燒結(jié)過程中可重復(fù)和可預(yù)測(cè)的收縮。

FFF 3D打印的三步驟

①打印

通過將塑料中的金屬粉末粘結(jié)劑逐層打印以形成零件形狀。零件按比例放大以補(bǔ)償燒結(jié)過程中的收縮，打印完后的零件稱為綠模。

②脫脂

打印后，將綠模放入清洗機(jī)，使用有機(jī)溶劑溶解大部分塑料粘結(jié)材料。經(jīng)過清洗后，這些零件稱為棕模。

③燒結(jié)

將清洗后的棕模放入燒結(jié)爐中，按照特定材料的型材進(jìn)行加熱，首先燒掉殘留的粘結(jié)劑，然后固化金屬粉末得到最終成品。

Markforged的金屬FFF打印機(jī)使用與傳統(tǒng)FFF打印機(jī)幾乎相同的流程，不同之處在于，使用真空吸力固定的打印紙代替了傳統(tǒng)的打印底板。

用戶采取的步驟包括：

+ 在軟件平臺(tái)上對(duì)零件切片；

+ 將真空固定的打印紙放在打印底板上；

+ 開始打印過程；

+ 打印完成后，從打印紙上把綠模拿下來。

使用MIM原料優(yōu)化的雙重?cái)D岀機(jī)

雙噴頭設(shè)備在3D打印中很常見，但是金屬FFF打印機(jī)采用了不同的方式進(jìn)行優(yōu)化：一個(gè)噴嘴中使用MIM金屬線材，另一個(gè)噴嘴中使用陶瓷隔離線材。

一個(gè)擠出噴嘴專為打印MIM金屬材料而設(shè)計(jì)，其材料是由塑料粘結(jié)材料和金屬粉末組合而成，這種材料形成零件本身以及支撐和Raft（打印底座）。Markforged的金屬3D打印機(jī)可打印目前提供六種不同的金屬材料：17-4PH不銹鋼、H13模具鋼、純銅、鎳基合金625、A2模具鋼和D2模具鋼。

另一個(gè)噴嘴打印陶瓷隔離材料，該材料在零件與支撐/Raft之間提供隔離層。在這個(gè)過程中，隔離材料至關(guān)重要。沒有隔離材料就無法打印需要支撐的零件。燒結(jié)過程將陶瓷變?yōu)榉勰┬螒B(tài)，使得零件可以輕松地與支撐結(jié)構(gòu)分離。

脫脂步驟可以去除大部分粘結(jié)材料，得到一個(gè)可供燒結(jié)的棕模。首先將綠模放入清洗機(jī)的加熱溶劑中，使用脫脂溶液可以溶解主要粘合材料。Markforged金屬FFF機(jī)器使用的脫脂機(jī)是Wash-1，它主要使用Opteon SF-79作為溶劑，這是一種高性能的溶液，以可持續(xù)的環(huán)保方式實(shí)現(xiàn)出色的清潔能力、更高的效率和安全性。

使用金屬FFF脫脂系統(tǒng)

金屬FFF脫脂機(jī)使用起來非常簡(jiǎn)單，只需要基本的PPE（即安全眼鏡、復(fù)合膜手套）即可。

用戶采取的步驟包括：

+ 將綠模放到清洗籃中，將其與溶劑一起放入機(jī)器中，然后蓋上蓋子；

+ 經(jīng)過指定的清洗時(shí)間之后，打開蓋子，然后從清洗籃中取出零件；

+ 將零件放到清洗機(jī)的空氣干燥格中；

+ 待零件干燥后，從清洗機(jī)中取出零件。

那么，零件在清洗過程中發(fā)生了什么？脫脂溶劑溶解綠模中的主要粘結(jié)材料，在它溶解粘結(jié)材料時(shí)，溶劑會(huì)打開微型流體通道，這讓溶劑能夠流入更深并溶解更多粘結(jié)材料。

金屬FFF脫脂注意事項(xiàng)：

在此部分中，我們將介紹與零件厚度、實(shí)心與閉孔填充物以及環(huán)境健康安全性有關(guān)的注意事項(xiàng)。

1）零件厚度——清洗時(shí)間與零件的最大厚度有關(guān)，與零件的尺寸或重量無關(guān)。為了確定厚度，我們使用內(nèi)切圓法確定可以完全擬合到零件邊界的最大球體直徑。

2）實(shí)心與閉孔內(nèi)部填充——清洗時(shí)間與固體零件厚度成指數(shù)關(guān)系，從而限制了最大零件尺寸。因此，實(shí)心零件建議較小或具有較薄的特征。通過使用閉孔內(nèi)部填充的選項(xiàng)，您可以打印較大和較厚的零件，同時(shí)保持可控的清洗時(shí)間。

3）EHS注意事項(xiàng)——脫脂系統(tǒng)相當(dāng)簡(jiǎn)單，而且可以安全操作。它們通常連接到房屋通風(fēng)系統(tǒng)，主要溶劑Opteon SF-79在業(yè)內(nèi)廣泛使用，不過也可以使用其他溶劑。在機(jī)器運(yùn)行期間，用戶的接觸水平限制在遠(yuǎn)低于OSHA建議的水平。在基本操作中，實(shí)際接觸量比建議水平低40倍，即使在最大接觸量下也要低2倍以上，Opteon SF-79也被歸類為不易燃液體。

作為主要脫脂步驟的溶劑池與熔爐

雖然MIM零件的脫脂過程可以完全在燒結(jié)爐中完成，但這種方法也帶來了一些挑戰(zhàn)，其影響之一是時(shí)間，據(jù)MIM零件脫脂和燒結(jié)工藝知名專家Randall German表示，采用燒結(jié)方式的脫脂工藝比采用溶劑的脫脂工藝要慢6到10倍。此外，隨著零件尺寸的增加，僅使用燒結(jié)爐時(shí)，脫脂周期的時(shí)間呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，這嚴(yán)重影響了零件制備時(shí)間。

不同零件的生產(chǎn)周期時(shí)間

以下，我們將介紹金屬FFF打印工藝中至關(guān)重要的最后一步：燒結(jié)。

燒結(jié)步驟涉及到取岀脫脂步驟中的棕模，燒掉剩余的粘合劑，然后在接近熔化的溫度下燒結(jié)零件。所有這些都是在精準(zhǔn)控制的氣體環(huán)境中完成的。自動(dòng)化流程極其復(fù)雜，需要對(duì)高能量環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)控制。

用戶可以遵循以下簡(jiǎn)單步驟操作燒結(jié)爐：

1. 首先將零件放到底板上；

2. 將底板放入爐中；

3. 關(guān)上爐門；

4. 啟動(dòng)燒結(jié)流程；

5. 運(yùn)行流程直至完成。

Markforged燒結(jié)爐通常在17到30個(gè)小時(shí)內(nèi)完成燒結(jié)

燒結(jié)流程涉及幾個(gè)關(guān)鍵階段：首先，將零件加熱到中間溫度以燒掉剩余的粘結(jié)材料；接下來，將零件加熱到燒結(jié)溫度，在此溫度下，零件會(huì)從較大的綠模或棕模收縮至成品零件尺寸。實(shí)心幾何體填入超過95%的孔隙中，閉孔填充物則保留。陶瓷隔離材料會(huì)變成粉狀，這使用戶可以輕松地將零件與Raft以及支撐分開。

零件在燒結(jié)后完全由金屬材料組成,可以按照用戶需求以任何合適方式進(jìn)行后處理。常見的后處理工藝包括熱處理、表面滾壓拋光和機(jī)加工。

Markforged的金屬FFF 3D打印機(jī)Metal X目前已具有廣泛的解決方案，提供各種各樣的功能，并且技術(shù)相當(dāng)成熟。Metal X是一款革命性的3D打印機(jī)，可打印金屬樹脂混合線材，消除了傳統(tǒng)的金屬3D打印存在的粉塵污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了一些新功能，如可進(jìn)行封閉的三角填充結(jié)構(gòu)打印，降低生產(chǎn)成本并實(shí)現(xiàn)輕量化。Metal X操作更加簡(jiǎn)便、耐用，是傳統(tǒng)金屬3D打印成本的十分之一，是機(jī)械加工或鑄造等傳統(tǒng)制造成本的百分之一，讓用戶可以承擔(dān)的起打印費(fèi)用。Metal X打印系統(tǒng)滿足你從設(shè)計(jì)到打印完金屬零件的所需要的一切，并且比之前更快，可實(shí)現(xiàn)隔天金屬打印。

Markforged金屬FFF 3D打印機(jī)Metal X

Markforged的Metal X是一種易于獲得的端到端金屬3D打印解決方案，旨在生產(chǎn)高強(qiáng)度金屬零件。Metal X是目前最直觀、最易于使用的金屬3D打印機(jī)。在封閉的工作流程中，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的培訓(xùn)，即可打印從不銹鋼到銅的各種金屬材料。Metal X安全易用，所有制造商均可使用，它的成本比粉末床金屬3D打印系統(tǒng)低5-10倍，并且不需要專門的操作員和粉末管理系統(tǒng)，只需要很少的PPE。Markforged將一流的軟件、材料和先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相融合，能夠可靠地交付工業(yè)級(jí)零件。

華融普瑞(北京)科技有限公司作為Markforged在中國(guó)的授權(quán)增值經(jīng)銷商提供3D打印全流程、全價(jià)值鏈解決方案，涵蓋面向3D打印的拓?fù)鋬?yōu)化、3D打印服務(wù)、材料定制、設(shè)備定制和3D打印設(shè)備研發(fā)等核心環(huán)節(jié)。公司助力眾多用戶重新定義產(chǎn)品，重塑產(chǎn)品生命周期價(jià)值鏈，用戶行業(yè)覆蓋汽車、航空航天、醫(yī)療、消費(fèi)品和教育等眾多領(lǐng)域。通過創(chuàng)新型的自主研發(fā)和3D打印應(yīng)用服務(wù)為客戶創(chuàng)造價(jià)值。