在 Metal X 上使用精细特征配置实现纯铜的3D打印

2023-05-17

在传统制造中,纯铜是一种很难处理的材料:它的延展性经常导致在减材制造操作中变形。因此,减材制造通常需要采用电导率和导热性较低的铜合金。

使用纯铜进行3D打印也是一项非常具有挑战性的工作。纯铜与激光相互作用时具有反射率,故而粉末床熔合(PBF)等金属增材制造技术通常依赖于铜合金。然而,与减材技术和许多金属增材制造技术不同的是,Metal FFF(金属熔丝制造)工艺就非常适合打印纯铜。

新增精细特征打印配置对纯铜材料的支持,Metal X 系统获得了更广泛的应用:

● 消除了加工纯铜的复杂性,材料选择不再受限于使用铜合金;

● 虽然牺牲了一部分打印速度,但使用精细特征打印配置后,用户在使用 Metal X 打印纯铜零部件时,其质量却得到了质的飞跃;

● 不需要额外变更特殊的喷嘴或其他硬件配置;

● Metal X 用户的设备将自动获得对此功能的更新;

Metal X 在可以最大发挥出纯铜的特性的同时,允许用户通过高度的设计自由度来实现复杂的几何形状构造。这些构造可能从未被实现过,即使通过减材制造也无法实现生产。

本文将带您了解精细特征打印配置的特点及应用,以及为什么 Metal FFF 是打印纯铜的理想技术。

精细特征:拓展纯铜在 Metal X 上的应用

精细特征功能现已在 Eiger (基于云计算的文件管理和切片软件)上更新,这项功能可以作为一个新的生产就绪的打印设置,且不需要您去更改硬件配置。精细特征功能作为一个新的设置3D打印层高的选项被开发出来,在研发过程中,Markforged 的工程师不断地对喷嘴温度优化、挤出率和各种几何形状相关的偏移量进行深入钻研,并通过远程更新技术为用户打造了更流畅的体验。这项功能虽然牺牲了部分打印时长,(时长延长约30%)却对打印质量上换来了极大的提升。

通过精细特征功能可以实现:

● 更平滑的表面光洁度

● 更好的尺寸精度

● 更小的特征尺寸

● 和更高的层间强度

使用3D打印生产的小型、特征复杂的纯铜零件,可获得更好的热和电的传导性能, 这也为 Metal X 用户实现进一步的工艺改进、降低成本,或缩短交货时间,创造出了新的可能。

为什么选择在Metal X系统上打印纯铜?

 增材制造 VS. 减材制造

在减材制造工艺中,纯铜是出了名的难用,它的高延展性经常会引起变形。

虽然增材制造的内在本质允许更高的设计自由度,在Metal X 上引入精细特征功能后,则将 FFF 3D打印技术的设计自由都提高到了前所未有的水平。这使得用户能够在3D打印中实现某种程度的零件优化,而这种优化是不可能通过减材制造来实现的。

 Metal X VS. 其他金属AM工艺

与粉末床熔合(PBF)或直接金属激光烧结(DMLS)等许多其他的金属AM工艺不同,Metal X 系统在打印纯铜时,不会受到材料的高反射率特性带来的负面影响。

对于像粉末床熔合(PBF)一样使用激光的金属AM工艺,由于纯铜对激光具有很高的反射率,所以其打印过程会非常艰难,通常需要使用铜合金代替纯铜。另一方面, 相比几十万美元的资本投入,只能换来PBF机器数百万美元成本的一小部分, Metal X 系统则明显更经济。

应用

Metal X 系统的设计是为了让用户能在最易访问、经济且易于使用的云端平台上,就可以实现复杂零件的小批量生产。工程师在 Metal X 系统上打印纯铜,可以实现:

1) 简化设计与快速原型验证;

2) 对生产流程提供模具上的应用;

3) 对生产最终用途零件提供定制化方案的应用;

我们的客户在 Metal X 上使用纯铜的一些常见应用包括:

热性能

● 热交换器

● 冷却板

● 散热片

电气性能

● 母线

● EDM电极

● 焊接柄

● 天线

● 接线插脚

● 感应线圈

在何种情况下使用3D打印来取代机械制造?

取决于对零件性能优化的需求。

尽管机械制造可以对零件形状施加限制,但3D打印的设计自由度允许用户创建复杂的几何形状,以优化零件应用上的功能性。

随形冷却水路可以被集成到设计中以引发湍流并优化冷却,复杂的晶格几何形状的设计也可以用来最大化表面积与体积比、优化热传递以实现快速冷却。 而对于那些必须适合紧凑装配的设计,复杂特征可以通过狭窄的区域以减小形状系数。

关于 Metal X 系统

Metal X系统是对功能性金属部件而言,理想的端到端的3D打印解决方案。它比其他金属3D打印工艺更安全、更实惠、且更容易使用。在 Metal X 上,用户可以在短短一天内生产出复杂的工业零件。

Metal X 系统采用了一种被称为 Metal FFF (熔丝制造) 的增材制造工艺。Metal FFF 是通过金属注射成型 (MIM) 工艺融入塑料和复合材料的 FFF 印刷工艺。FFF 3D打印机的工作原理是通过热喷嘴挤压线轴纤维,逐层添加构建零件。金属纤维可为原型塑料、工业热塑性塑料和金属生产提供不同的尺寸和材料。

Metal FFF 能够打印各种金属,例如:工具钢,不锈钢,纯铜和高温合金,还有像铬镍铁合金625这样的超合金。金属纤维是通过聚合物和蜡结将金属粉末凝结而成的,类似于 MIM喂料。通过加热的喷嘴挤压纤维,让其一层一层地堆叠起来,形成零件,取代了将其注入模具的方式。打印过程完成后,接下来的两个步骤则与MIM喂料的方式相同:使用化学脱脂后在惰性气氛炉中烧结。

在 Metal X 中3D打印纯铜及其他材料

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