MetalFuse - первая офисная система 3D-печати металлом

MetalFuse - это первая полноценная система 3D-печати металлом, которая по своим размерам и стоимости подходит для использования в офисе или конструкторском бюро.

Известный производитель 3D-принтеров Raise3D в октябре 2021 года анонсировала выпуск системы 3D-печати металлом MetalFuse. Компания представила ее как лучшее решение для изготовления сложных металлических изделий небольшими и средними партиями. В феврале 2022 года российский дистрибьютор компании, «Цветной мир», привез систему в Россию и готов поделиться подробной информацией.

MetalFuse состоит из трех единиц оборудования: 3D-принтер, станция очистки и печь для спекания полимер-металлических заготовок в цельнометаллические изделия.

Слева направо изображены составляющие комплекса:

1. Настольный 3D-принтер Forge 1, печатающий металлонаполненной нитью.
2. Станция D200-E для каталитического удаления связующего полимера.
3. Печь S200-C для вакуумного спекания заготовок в цельнометаллические изделия.

Первая стадия изготовления на MetalFuse – это собственно печать на 3D-принтере Forge 1 детали. Принтер достаточно прост в использовании и похож на другие 3D-принтеры, работающие по технологии FDM/FFF. Однако, у него есть и существенные отличия. Он имеет два экструдера, разработанных специально для печати металлонаполненной нитью, оптимизированные хотэнд и систему экструзии, автоматическое управление первым слоем и точную калибровку. Forge 1 печатает металлонаполненной нитью BASF Ultrafuse 316L и Ultrafuse 17-4 PH с диаметром 2,85 мм. Нить состоит из частиц чистого металла (стали) и связующего полимера.

На фото: 3D-принтер Forge 1

Характеристики 3D-принтера Forge1:

• Размер принтера: 620×626×760 мм

• Область построения :300×300×300 мм

• Технология печати: FFF

• Экструдер: 2 экструдера с электронной системой подъема

• Шаг позиционирования по осям XYZ: 0.78125, 0.78125, 0.078125 микрон

• Скорость перемещения печатной головки: 30-150 мм/сек

• Макс. температура нагрева платформы: 120 ºC

• Поддерживаемые материалы: Ultrafuse 316L, Ultrafuse17-4 PH

• Диаметр пластика: 2.85 мм (подача Direct)

• Макс. температура экструдера: 300 ºC

• ПО: ideaMaker metal

• Поддерживаемые типы файлов: STL, OBJ, 3MF, OLTP

• ОС: Windows/ macOS/ Linux

На фото: процесс печати на Forge 1.

Следующее устройство - станция D200-E, предназначенная для удаления связующего полимера. D200-E использует каталитический процесс очистки на основе щавелевой кислоты. Процесс безопасен и безвреден для окружающей среды. Очистка щавелевой кислотой легче, чем обработка азотной кислотой, и быстрее, чем растворителем и термическим способом. Ее можно использовать даже для титана и меди.

Если сравнивать каталитический метод очистки с методом экстракции растворителем, можно увидеть явные преимущества первого: цикл очистки занимает гораздо меньше времени (4-12 часов против 12-72), высота слоя не ограничена, остаточная норма полимера ниже. Второй метод приводит к набуханию и растрескиванию, тогда как после каталитической очистки этих дефектов нет.

Использование катализатора позволяет сокращать временные затраты на 60% и при этом получать изделия с плотностью до 97% от уровня кованого железа, повышением прочности на 52% в сравнении с изделиями, получаемыми удалением связующего растворителями.

Характеристики D200-E:

• Размер станции: 806×806×1545 мм

• Область рабочей нагрузки: 200×200×200 мм

• Тип лотка: регулируемый многоуровневый лоток (6 уровней)

• Тип защитного газа: аргон или азот

• Максимальный объем катализатора в резервуаре для хранения: 2 литра

• Максимальный расход газа: 5 л/мин

• Максимальная скорость очистки: 1.55 мм/ч

• Мощность: 220-230 VAC, 50Гц, однофазный, 16 A/3.5 кВт

• Обработка отработавших газов: установка для адсорбции активированным углем

На фото: процесс установки модели в D200-E.

Третье устройство комплекса - печь S200-C для вакуумного спекания заготовок в цельнометаллические изделия.

На фото: процесс закладки изделий в печь для спекания S200-C

Характеристики печи S200-C:

• Размер печи: 1304×1058×1950 мм

• Рабочая область: 200×200×200 мм

• Время спекания: около 20 часов

• Тип лотка: регулируемый многоуровневый лоток (6 уровней)

• Тип защитного газа: аргон или азот

• Максимальная тепловая нагрузка: 12,5 кВт

• Максимальная рабочая температура: 1450 ℃

• Потребляемая мощность: 380-400 VAC, 50Гц, трехфазный, 40 A/27 кВт

• Предварительная аварийная остановка: да

• Защита от перегрева: 1500 ℃

Печь S200-C от Raise3D использует вакуумное спекание, не требует расходных материалов, ее цикл в 2 раза короче других печей (10-24 часов по сравнению с 17-31), у нее низкий расход газа.

Как уже было сказано, Forge 1 печатает металлонаполненным пластиком BASF Ultrafuse 316L и Ultrafuse 17-4 PH. Это инновационные материалы для производства металлических деталей, разработанные крупнейшим немецким химическим концерном BASF. Нить состоит на 80-90% из нержавеющей стали и на 10-20% из полимера. Полимер, содержащийся в данных материалах, действует как связующее звено. Детали, напечатанные с помощью Ultrafuse, приобретают свои окончательные свойства, включая твердость и прочность, в процессе каталитического удаления связующего полимера и спекания.

На картинке показано, как выглядит деталь из материала Ultrafuse на каждой стадии производства. После печати она состоит из металла и пластика и имеет зеленоватый оттенок. Модель еще хрупкая и требует аккуратного обращения. Далее, после очистки от полимера в D-200 она приобретает коричневый оттенок и состоит из частиц чистого металла и остаточного связующего. Наконец, после спекания под высокими температурами удаляется вторичное связующее, частицы металла сплавляются, и мы получаем деталь привычного нам металлического цвета. Модель достигает своих окончательных свойств прочности и твердости. Дальше ее можно полировать, обрабатывать другими привычными способами или оставить как есть.

На фото: изделие после печати на принтере, после очистки и спекания, после полировки.

На фото: детали, изготовленные с помощью MetalFuse.

На таблице ниже представлено сравнение свойств деталей, изготовленные с помощью литья металла под давлением (MIM) и MetalFuse:

Из программного обеспечения для данной системы Raise3D представила новый слайсер - ideaMaker Metal. В нем есть встроенные шаблоны для печати металлом, он учитывает каталитическую очистку и спекание, поддерживает работу с моделями смешанного типа (печать несколькими соплами, с несколькими шаблонами, разной толщиной слоя). ideaMaker сверхбыстрый 64-битный и работает с большими моделями. Также обладатели принтера Forge 1 могут пользоваться веб-платформой RaiseCloud, с помощью которой можно дистанционно управлять печатью командой. Она отслеживает и сообщает обо всех процессах печати.

Весь комплекс экологически безопасен. В оборудовании установлены фильтры, которые очищают от вредных веществ и снижают загрязнение окружающей среды.

На фото: установленные в MetlaFuse фильтры.

MetalFuse обеспечивает простое, быстрое, безопасное, экономичное и экологически чистое собственное мелкосерийное производство высококачественных металлических деталей. Экономия в сравнении с печатью способом селективного лазерного спекания составляет 1,4-2 раза. Оборудование значительно дешевле лазерных систем. По заявлению производителя, если нужно изготовить небольшую или среднюю партию сложных металлических изделий, MetalFuse – лучшее решение из представленных на рынке.