复志科技如何在金属FFF领域脱颖而出？

  复志科技（Raise3D）公司在2021年底首次发布其Metal Fuse 解决方案，这标志着该公司开始进军端到端金属熔丝制造(FFF)技术领域。时至今日，Raise3D已成为增材制造行业中少数专门从事金属挤压技术的公司之一。

如今，Raise3D公司的解决方案用于快速、安全地生产各种金属产品，从夹具和固定装置到功能部件和原型，再到小批量最终用途组件，Raise3D 的技术在精度方面做到了极其出色。这是由于硬件和软件优化的结合，以及与材料开发商 BASF Forward AM 的深入合作而实现的。本期文章将系统介绍Raise3D公司的 Forge1 3D 打印机和 MetalFuse 工作流程如何在金属增材制造领域（更具体地说是金属 FFF 领域）脱颖而出。

金属 FFF 带来了什么？

在 3D 打印的早期，金属增材制造以激光粉末床熔融 (LPBF) 工艺为主。虽然这种工艺仍然广泛用于工业级生产高度复杂的金属零件，但现在金属增材制造采用者有更多的技术选择。其中包括金属熔丝制造（FFF）。

该工艺的功能与聚合物 FFF 类似，使用加热喷嘴熔化并挤出细丝，在构建板上一次一层地构建组件。主要区别在于所使用的材料：金属 FFF 工艺（例如 Raise3D 的MetalFuse 解决方案）使用 Ultrafuse® 316L 等金属复合丝，这些丝由高比例的金属粉末结合在热塑性基质中组成。金属 FFF 工艺还需要后处理步骤，例如脱脂和烧结，以将生坯部件转变为致密的金属部件。

△Forge1 打印机平台上的生坯金属部件

金属FFF在某些方面比其他金属增材制造过程更有优势。一方面，该技术比使用松散金属粉末作为原料的技术更安全。使用 LPBF 时必须考虑粉末吸入和粉尘爆炸等风险，而这些对于金属 FFF 来说不是问题，因此操作员不需要相同程度的培训或个人防护装备 (PPE )来使用该技术。这也使得金属 FFF 更加通用：它可以在许多环境中使用，从实验室、商店到办公空间，只要通风充足。

金属 FFF 平台通常在成本方面也更容易获得。该技术硬件不包括高功率激光器，比 LPBF 平台甚至粘合剂喷射系统便宜得多。一些金属 FFF 平台，包括 Raise3D 的技术，还可以与金属注射成型 (MIM) 工作流程中使用的现有脱脂和烧结机结合使用。总体而言，相对较新的工艺在金属增材制造领域具有优势，特别是对于寻求进入金属 3D 打印领域并希望扩大生产规模的制造商而言。

解决金属FFF的痛点

然而，与任何技术一样，金属 FFF 也受到某些障碍的限制。如何获取一致的挤压和良好的第一层等因素已经提出了挑战，它们会影响最终金属零件的公差和整体质量。标准喷嘴尺寸（通常为 0.4 毫米及以上）在可实现的设计细节尺寸以及表面光洁度方面也存在限制。最后，虽然金属FFF 的入门周期比其他金属增材制造工艺要短，但它仍然需要工艺参数的专业知识才能获得最佳的打印效果。

△双挤出机能够同时沉积构建材料和支撑材料

从另一个角度来看，材料可以被视为一个限制因素。如今，与激光粉末床熔融材料的多样性相比，高质量金属丝的市场相对较小，这限制了该技术的应用范围。此外，耗材的质量与最终打印的质量直接相关。因此随着越来越多的材料进入市场，它们具有尽可能高的质量非常重要。

所有这些痛点都是 Raise3D 在开发 MetalFuse 解决方案时首先考虑的问题，并且通过硬件和软件功能、流程优化以及与巴斯夫 Forward AM 富有成效的材料合作关系，成功解决了其中许多问题。

Forge1，针对金属 FFF 优化的机器

Raise3D MetalFuse 解决方案的核心是其 3D 打印机 Forge1。双挤出机的设计旨在满足打印金属丝的特定要求，并提供可靠、高质量的结果。正如我们所看到的，在打印金属时，传统上很难实现一致的细丝流动，但 Forge1 集成了某些功能，可确保细丝进给和挤出性能达到高标准。

△Ultrafuse®316L 长丝线轴和烧结 3D 打印件。

具体来说，Forge1 具有内置线轴支架，可消除将细丝送入喷嘴时的过度拉力。该系统最终有助于确保保持细丝公差，并且材料在通过挤出机齿轮时不会变形，否则会导致材料挤出和流动不一致。根据 Raise3D 的说法，线轴支架的特定高度还可以最大限度地降低打印头在构建区域周围移动时扭曲线材的风险。

Raise3D 还特别关注Forge1 的构建板，以确保关键第一层的质量。该机器配备了“精密玻璃板”，它比标准玻璃板（<=0.15mm vs >=0.35mm）更平坦，并且热膨胀系数更低。与 RaiseTouch 校准功能配合使用，Forge1 玻璃板可提高层间附着力并最大限度地减少翘曲，从而实现更精确的零件。

为了打印具有精细细节和光滑表面光洁度的金属零件，Forge1 还兼容直径小至 0.2 毫米的喷嘴。这种较小的喷嘴功能可以实现更薄的层、更多的细节，并最终提高金属部件的精度和公差。

可访问的工艺参数

除了解决硬件方面的金属 FFF 限制外，Raise3D 还开发了专用于金属打印的切片程序版本 ideaMaker Metal。正如该公司所解释的那样：“ideaMaker Metal 是 ideaMaker 的修改版本，针对 Ultrafuse® 金属丝的使用进行了优化，具有独特的功能，可提供所需的零件密度和可重复性，以创建最高质量的最终零件。”

该软件使用户无需具备丰富的工艺知识即可成功 3D 打印零件。换句话说，它使金属 FFF 可供更广泛的采用者使用。金属 FFF 的各个方面，例如烧结阶段的收缩，可以通过其自动收缩板在 ideaMaker Metal 中轻松计算和控制。其他有用的功能包括自动支撑层生成以及所有流程和 Ultrafuse 材料的模板。切片程序还支持在同一打印作业中进行多设置打印的修改器。

最终，切片机软件允许用户自定义所有参数以满足特定应用的需求，从而使用户能够充分利用金属增材制造工艺和材料原料。

工业级材料

为了满足对高质量金属丝的需求，Raise3D 与巴斯夫 Forward AM 合作，为后者的 Ultrafuse 金属丝开发优化的工艺参数。两家公司共同致力于通过数据驱动的参数来提高打印效果和质量。

作为世界上最大的化学品生产商，巴斯夫拥有广泛的金属注射成型原料产品组合。这些材料由“与定制粘合剂复合的金属和陶瓷粉末”组成，可通过 Catamold® 品牌购买，有 30 多个品种。通过与 Raise3D 等增材制造公司合作，BASF Forward AM 可以将每种 Catamold 材料开发成高质量的金属丝。

△烧结和抛光金属 3D 打印

迄今为止，Raise3D 的Forge1 平台与三种 Ultrafuse 金属丝兼容：Ultrafuse®316L、Ultrafuse® 17-4和Ultrafuse® 支持层。Ultrafuse® 316L是一种不锈钢复合丝，具有优异的耐腐蚀性；Ultrafuse® 17-4 是一种不锈钢丝，可以经过热处理以获得更高的强度和硬度；Ultrafuse®支撑层是一种支撑丝，旨在促进烧结后金属部件上支撑物的去除。（Forge1 的双挤出功能可以同时打印构建材料和支撑材料。）

值得注意的是，巴斯夫的金属丝与Raise3D的专用MetalFuse工作流程（包括Forge1 3D打印机、D200-E脱脂装置和S200-C烧结站）完美匹配。D200-E 系统采用催化脱脂，其中生坯部分暴露于催化剂，催化剂分解粘合剂，形成棕色部分。然后，S200-C 烧结棕色部件，使部件密度高达锻铁密度的 97%。

Ultrafuse 金属材料还与其他工业 MIM 催化和烧结设备兼容。这意味着可以通过将多台 Forge1 打印机与已建立的 MIM 后处理工作流程配对来扩大产量。烧结后的金属 Ultrafuse 元件符合 MPIF 35-2015 MIM 标准，该标准与汽车、电子、医疗和消费品行业相关，仅举几例。

总而言之，Raise3D 的Forge1 和更广泛的金属 FFF 产品始终在不断改进，以释放兼容金属材料的最高潜力。正如巴斯夫 Forward AM 业务开发经理 Tobias Rödlmeier 所说：“这是我们希望为客户提供的最佳系统。一个开放的创新平台，在准确性和稳定性方面毫不妥协。”

在该公司最近的白皮书中了解有关金属 FFF 的更多信息，特别是有关 Raise3D 的 MetalFuse 解决方案的信息，获取链接：https://www.raise3d.eu/request-the-metal-3d-printing-white-paper/