什么是冷金屬融合(Cold Metal Fusion)3D打印?
時間：2023-10-07 16:48 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
導讀：冷金屬融合 (CMF) 是一種新型金屬3D打印技術，將現有金屬制造工藝與選擇性激光燒結 (SLS)
相結合。簡單來說是將一種新材料集成到機械系統中，使制造商能夠使用相同的設備做更多的事情。那么什么是金屬融合技術？它有什么優勢？目前主要的設備供應商有哪些呢？
△自行車零件初創公司 Titanum 和制造商 Element22 合作，在 EOS SLS 3D 打印機上使用 Cold Metal Fusion 技術創建了這些 MyTi 踏板
這項技術由Headmade Materials發明并于 2021 年推出， Cold Metal Fusion的材料核心為一種金屬原料，金屬顆粒上覆蓋著一層薄薄的聚合物，在 SLS 3D 打印過程中將它們粘合在一起。這種材料旨在無縫融入任何可用 SLS 機器的日常操作（只有少數機器獲得“批準”，下文會詳細介紹），因為SLS 打印機的起價比大多數金屬 3D 打印機都要低。
現在不再僅使用尼龍等聚合物，而是使用不銹鋼（316L、17-4PH）、鈦和工具鋼等金屬。自推出以來，CMF 為 Tom Sturdy 的 Fiadh 鈦合金公路自行車的每位騎手提供了量身定制的重量優化鈦部件，并為學生方程式賽車“Stallardo 21”提供了改進的低重量高容量部件。
冷金屬融合 3D 打印
△冷金屬融合需要幾個步驟，其中許多步驟與金屬注射成型相同
簡而言之，冷金屬融合之所以有效，是因為 SLS 打印機使用上述專利金屬原料，就像他們長期以來使用聚合物粉末來制造零件一樣。目前，聚合物涂層金屬原料僅由 Headmade Materials 提供。SLS 技術使用典型的聚合物材料，利用激光通過熱量和壓力將粉末塑料粘合在一起，逐層形成 3D 形狀。這是通過用一個或多個激光器（類型包括二極管、CO 2或光纖，功率范圍從 10 瓦到 60 瓦到 100 瓦）選擇性地燒結聚合物顆粒來完成的。
△盡管冷金屬融合是從數字設計到最終金屬零件的多步驟過程，但能夠成為批量零件的生產方法
在 SLS 機器內部的 CMF 流程中，SLS 機器必須具有開放參數或預安裝的材料配置文件，以根據金屬原料的要求調整溫度和其他設置。CMF 的溫度比用于打印的任何 SLS 機器低得多（低于 80°C），因此 Cold Metal Fusion 中使用了的“cold”一詞。金屬在此過程中并未熔化，而只是聚合物。
在每個部分之后，一層新的原料被鋪展在構建層上，激光燒結它，并且該過程一次又一次地重復直到完成，不需要支撐結構。結果是由填充有金屬粉末的塑料制成的素坯零件，這意味著粉末冶金中的任何金屬都可以使用，并且零件成本大大降低。
完成后，需要對部件進行清潔和除粉，發明人表示，該素坯部件具有高強度和穩定性，可以通過水壓或氣壓實現自動化。生坯部件的耐用性進一步使得在金屬燒結之前能夠進行機械車削、銑削、鉆孔和磨削。由于整個過程的低溫，所有未使用的剩余金屬原料都可以在下次重復使用。從這里開始，就像在金屬注射成型 (MIM) 工藝中一樣，零件經過化學脫脂，從零件中去除大部分聚合物，留下脫脂后的零件，準備在最后階段的燒結爐中生產完整的金屬零件。最終的部分比最初打印的部分小。
所有使用聚合物粘合劑和金屬（金屬絲 3D 打印、金屬粘合劑噴射）制成的 3D 打印零件在聚合物被移除且零件被燒結后都會收縮。Headmade Materials 表示可以實現零件收縮均勻的目標，無論零件尺寸、形狀或復雜程度如何，收縮率都是一致的。鋼的收縮率為 15%，鈦的收縮率為 12%。沒有特殊的軟件或計算。該公司表示，只需在 CAD 程序中將鋼制零件放大 15%，最終零件就會完全符合規格。
冷金屬融合材料與設備
△Headmade Materials 的金屬和聚合物原料有不銹鋼 316L 和 17-4PH、工具鋼 M2、鈦 Ti6Al4V 和 CP-Ti 1 級以及鎢
目前有一些材料可用于冷金屬熔合工藝，包括不銹鋼 316L、不銹鋼 17-4PH、工具鋼 M2、鈦 Ti6Al4V、鈦 CP-Ti（1 級）和鎢，另一種工具鋼 H13、Inconel 625 和鋁 6061 目前正在開發中。
△Headmade Materials 的金屬和聚合物原料
Headmade Materials 原料的價格并未公開，但該公司表示，該價格與粘合劑噴射工藝中使用的金屬粉末的價格相當。在粘合劑噴射中，還有專有的粘合劑作為消耗品，但對于 Headmade Materials，原料是一種一體化材料。
△Cold Metal Fusion 需要的不僅僅是 SLS 3D 打印機。您需要脫脂設備和熔爐
該工藝需要一臺SLS打印機、一個脫脂站（帶溶劑）和一個燒結爐（MIM型）。嚴格來說，脫脂和燒結步驟可以外包，因為這些額外的設備價格昂貴，而且這些步驟確實需要一定的專業知識。雖然從理論上講，任何開放式SLS機器都可以處理 Headmade Materials 的原料，但需要進行一些調整和測試，而每個品牌的 SLS 機器都有所不同。
△自行車零件初創公司 Titanum 和制造商 Element22 合作，在 EOS SLS 3D 打印機上使用 Cold Metal Fusion 技術創建了這些 MyTi 踏板
這項技術由Headmade Materials發明并于 2021 年推出， Cold Metal Fusion的材料核心為一種金屬原料，金屬顆粒上覆蓋著一層薄薄的聚合物，在 SLS 3D 打印過程中將它們粘合在一起。這種材料旨在無縫融入任何可用 SLS 機器的日常操作（只有少數機器獲得“批準”，下文會詳細介紹），因為SLS 打印機的起價比大多數金屬 3D 打印機都要低。
現在不再僅使用尼龍等聚合物，而是使用不銹鋼（316L、17-4PH）、鈦和工具鋼等金屬。自推出以來，CMF 為 Tom Sturdy 的 Fiadh 鈦合金公路自行車的每位騎手提供了量身定制的重量優化鈦部件，并為學生方程式賽車“Stallardo 21”提供了改進的低重量高容量部件。
冷金屬融合 3D 打印
△冷金屬融合需要幾個步驟，其中許多步驟與金屬注射成型相同
簡而言之，冷金屬融合之所以有效，是因為 SLS 打印機使用上述專利金屬原料，就像他們長期以來使用聚合物粉末來制造零件一樣。目前，聚合物涂層金屬原料僅由 Headmade Materials 提供。SLS 技術使用典型的聚合物材料，利用激光通過熱量和壓力將粉末塑料粘合在一起，逐層形成 3D 形狀。這是通過用一個或多個激光器（類型包括二極管、CO 2或光纖，功率范圍從 10 瓦到 60 瓦到 100 瓦）選擇性地燒結聚合物顆粒來完成的。
△盡管冷金屬融合是從數字設計到最終金屬零件的多步驟過程，但能夠成為批量零件的生產方法
在 SLS 機器內部的 CMF 流程中，SLS 機器必須具有開放參數或預安裝的材料配置文件，以根據金屬原料的要求調整溫度和其他設置。CMF 的溫度比用于打印的任何 SLS 機器低得多（低于 80°C），因此 Cold Metal Fusion 中使用了的“cold”一詞。金屬在此過程中并未熔化，而只是聚合物。
在每個部分之后，一層新的原料被鋪展在構建層上，激光燒結它，并且該過程一次又一次地重復直到完成，不需要支撐結構。結果是由填充有金屬粉末的塑料制成的素坯零件，這意味著粉末冶金中的任何金屬都可以使用，并且零件成本大大降低。
完成后，需要對部件進行清潔和除粉，發明人表示，該素坯部件具有高強度和穩定性，可以通過水壓或氣壓實現自動化。生坯部件的耐用性進一步使得在金屬燒結之前能夠進行機械車削、銑削、鉆孔和磨削。由于整個過程的低溫，所有未使用的剩余金屬原料都可以在下次重復使用。從這里開始，就像在金屬注射成型 (MIM) 工藝中一樣，零件經過化學脫脂，從零件中去除大部分聚合物，留下脫脂后的零件，準備在最后階段的燒結爐中生產完整的金屬零件。最終的部分比最初打印的部分小。
所有使用聚合物粘合劑和金屬（金屬絲 3D 打印、金屬粘合劑噴射）制成的 3D 打印零件在聚合物被移除且零件被燒結后都會收縮。Headmade Materials 表示可以實現零件收縮均勻的目標，無論零件尺寸、形狀或復雜程度如何，收縮率都是一致的。鋼的收縮率為 15%，鈦的收縮率為 12%。沒有特殊的軟件或計算。該公司表示，只需在 CAD 程序中將鋼制零件放大 15%，最終零件就會完全符合規格。
冷金屬融合材料與設備
△Headmade Materials 的金屬和聚合物原料有不銹鋼 316L 和 17-4PH、工具鋼 M2、鈦 Ti6Al4V 和 CP-Ti 1 級以及鎢
目前有一些材料可用于冷金屬熔合工藝，包括不銹鋼 316L、不銹鋼 17-4PH、工具鋼 M2、鈦 Ti6Al4V、鈦 CP-Ti（1 級）和鎢，另一種工具鋼 H13、Inconel 625 和鋁 6061 目前正在開發中。
△Headmade Materials 的金屬和聚合物原料
Headmade Materials 原料的價格并未公開，但該公司表示，該價格與粘合劑噴射工藝中使用的金屬粉末的價格相當。在粘合劑噴射中，還有專有的粘合劑作為消耗品，但對于 Headmade Materials，原料是一種一體化材料。
△Cold Metal Fusion 需要的不僅僅是 SLS 3D 打印機。您需要脫脂設備和熔爐
該工藝需要一臺SLS打印機、一個脫脂站（帶溶劑）和一個燒結爐（MIM型）。嚴格來說，脫脂和燒結步驟可以外包，因為這些額外的設備價格昂貴，而且這些步驟確實需要一定的專業知識。雖然從理論上講，任何開放式SLS機器都可以處理 Headmade Materials 的原料，但需要進行一些調整和測試，而每個品牌的 SLS 機器都有所不同。
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