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4款——2024年最实惠的金属3D打印机

与CNC加工和金属注塑成型相比，通过3D打印金属，可以节省高达90%的制造金属工具和部件的成本。金属3D打印比以往任何时候都更容易获得，这要归功于越来越多的可与金属材料兼容的FDM 3D打印机。这些机器的价格从4000美元起，生产真正可以用的金属零件。

之前，基于金属粉末和激光的技术是3D打印金属的唯一途径。这种激光粉末床聚变的机器起价约为10万美元。然而，现在，金属线材的3D打印是越来越多的企业进入金属3D打印的一个经济实惠的切入点，也是广泛应用的理想解决方案。
这当然不是一个全能的解决方案，不能适配所有金属材料和所有打印尺寸。但对于需要耐用、耐温、耐化学、耐磨和尺寸稳定的小型不锈钢替换部件、工具和原型，事实证明，使用金属线材的3D打印比传统制造方法便宜得多，速度也快得多。
市场上只有少数金属线材，迄今为止最受依赖的是Forward AM公司的Ultrafuse，该公司是全球最大的化工公司之一巴斯夫(BASF)旗下的一个部门。其金属线材由316L不锈钢和17-4 PH不锈钢制成，在专有的聚合物基粘合剂中含有88%的金属粉末。如果使用得当，它可以生产几乎固体的金属零件(98%以上)。

虽然理论上可以在各种桌面FDM 3D打印机上打印，但到目前为止，只有BCN3D、UltiMaker、Raise3D和Zortrax提供了完整的硬件、软件、经过验证的打印设置和配件解决方案，以确保金属零件的成功打印。Prusa Research在其Prusa Slicer软件中为Ultrafuse提供了打印设置，但使用金属线材进行3D打印还有很多事情要做。
一个线轴几乎要200美元，失败的打印成本很高。这就解释了为什么只有少数桌面3D打印机在推广它们与材料的兼容性。

除了一台高质量的机器外，能够让你准确计算15%到20%收缩率的软件至关重要，一个可以承受金属磨损的喷嘴是关键。
巴斯夫Forward AM产品和应用技术经理Tobias Rödlmeier表示:“打印机平台在硬件和软件方面的完整无缝集成使入门级到专业用户能够生产具有独特几何形状的金属部件，这些部件只有通过3D打印才能实现。
目前只在欧洲提供的双挤出机，有方便打印的支持层。支撑层是用于“层隔离”的氧化铝材料。换句话说，它可以在烧结后作为支架和打印件之间的分离层。在欧洲以外地区，金属部件形状可能会受到一定限制，因为需要避免支撑，尽管可以通过机械加工去除，就像从金属注塑成型部件中去除浇口一样。
零件不是直接从3D打印机床上取下的固体金属。事实上，它们是相当脆弱的。与金属注射成型一样，这些零件需要用工业设备进行两部分的后处理，以去除聚合物粘合剂并将零件烧结成固体金属。

当谈到用Ultrafuse打印的零件的机械性能时，我们首先看的是巴斯夫的信息。事实上，你会发现打印机制造商，如UltiMaker和Raise3D列出的机械性能与巴斯夫相同。
巴斯夫对使用Ultrafuse不锈钢材料制成的样品部件的实验室测试与金属注射成型(MIM)进行了比较，因为材料相似。MIM还使用粉末金属与粘合剂材料混合来制造原料，然后将其注入所需形状的模具中。然后加热成型部件以去除粘合剂并烧结以创建固体金属部件，就像用线材3D打印一样。
结果表明，用Ultrafuse 316L不锈钢制成的零件与用Catamold制成的注塑件具有几乎相同的抗拉强度，屈服强度和硬度略高，但在ZX平面的断裂伸长率只有一半。
Ultrafuse 17-4 PH不锈钢在某些取向(平Y、直X)上的抗拉强度优于Catamold，而在其他取向(平X、直Z)上的抗拉强度则弱于Catamold。Ultrafuse的屈服强度更好，硬度相似，断裂伸长率相当。
正如你可能注意到的，打印方向是重要的，你需要通过它获得最大的力量。将您的数字文件通过仿真软件，如Autodesk Fusion或Ansys Discovery simulation中的仿真模块，可以突出显示力将在您的部件上的位置，并有助于您了解如何在打印床上定位。
关于Ultrafuse不锈钢机械性能的独立研究，请参见Federico Fazzini等人(2023)的“17-4 PH烧结金属熔丝制作参数与材料性能的相关性”和Abbas Raza等人(2024)的“金属熔丝制作316L不锈钢零件的实验研究和表征”。
Chanun Suwanpreecha等人最近在《今日材料通讯》上发表的另一项研究发现，“MEX[材料挤压]和MIM零件在微观结构、择优取向和晶粒尺寸方面没有明显的差异... .由于相对烧结密度较高，MEX零件的拉伸性能略高于MIM零件。但MEX零件的耐久极限低于MIM零件。

用Ultrafuse制造的零件密度高达98%，可以像标准不锈钢一样焊接、抛光或加工。

金属线材零件的用途是什么？
金属线材3D打印作为一种节省时间和成本的选择，在广泛的应用中具有吸引力。
对于那些经常外包金属零件制造的公司来说，一台打印机的金属线材3D打印成本不到1万美元，可以在公司内部进行生产。根据打印的零件数量，投资回报率可能不到一年。
对于具有CNC加工或注塑能力的制造商，金属线材3D打印提供了更快，更便宜的原型解决方案。零件可以打印、测试和重新设计，然后再进行更昂贵的加工或成型过程，这些过程需要模具等工具。
常见的金属线材3D打印应用包括：
原型
小更换件
散热片
聚合物注射模具

转向金属线材3D打印的公司
利勃海尔组件为航空航天和能源行业以及其他领域开发和生产组件。它使用一种独特的装配工具，在柴油机装配过程中精确定位喷射缰绳。为了正确操作，该工具需要紧凑的间隙和薄壁特性。
通常情况下，薄的特征和定制的形状需要一台5轴数控机床，而该公司在其UltiMaker 3D打印机上用不锈钢打印了零件。
莱布海尔表示，与CNC加工相比，它节省了50%的成本。打印时间几乎为6小时，加上后期处理时间，该公司估计，每个零件的总成本为33.58美元。

阿尔斯通(Alstom)是一家开发高速列车和基础设施的移动解决方案公司，该公司需要为某些列车批量生产可定制的、可见的门挡部件。维持列车使用寿命的部件。最重要的是，由于它将在火车车厢内看到，它需要具有理想的美学。该公司表示，由于小批量生产成本非常高，交货时间也很长，3D打印提供了一种更便宜的选择，摆脱了模具和工具等固定成本。
该公司与3D打印服务机构Replique合作，选择了在BCN3D的Epsilon W27打印机上打印的Ultrafuse 316L不锈钢。

WKW.automotive是一家面向汽车oem的全球金属零部件供应商。在装饰性和功能性铝制件批量生产前，为客户提供样品。每个原型都需要自己的制造工具。由于这些金属成形工具可以根据OEM的反馈进行多次迭代，因此加工过于昂贵且缓慢。
WKW.汽车转向巴斯夫Forward AM的Ultrafuse 17-4 PH不锈钢，该不锈钢由Raise3D的打印机打印。
WKW工程产品开发主管Michael Hoinka表示:“通过消除侵蚀和铣削等密集生产步骤，可以更快地实现原型零件的预串行化工具，并显著降低成本。”“绘图工具的几何自由度以及预序列化零件的交货时间缩短是进一步重要的优势。”

01 Zortrax M300 Dual
Zortrax是一家3D打印机制造商，它与巴斯夫Forward AM合作开发了一种封装解决方案，可以在其双挤出机M300上进行金属3D打印。
该套件被称为全金属包，可选316L不锈钢或17-4 PH不锈钢，包含1公斤的Ultrafuse线轴，Ultrafuse支撑层，Magigoo Pro Metal粘合剂，带钢喷嘴的M300双加热模块和带适配器的聚四氟乙烯管。
全金属封装也可用于Zortrax Endureal 3D打印机(58,000美元)，这是该公司的更高温度，更工业化的FDM。Endureal套装售价约为800美元。

02 UltiMaker S5
UtliMaker开发金属材料生态系统，以配合其流行的S5 3D打印机。为了确保金属零件的质量，UltiMaker从巴斯夫Forward 3D金属材料开始，然后在其Cura软件中添加了打印设置，以优化金属零件切片。
将标准S5变成金属3D打印机的捆绑包被称为UltiMaker金属扩展套件。它包括一卷BASF Forward AM Ultrafuse 17-4 PH, BASF Forward AM Ultrafuse支撑层线材，为金属部件提供易于分离的支撑(仅在欧洲提供)，包装和将一套绿色部件发送给第三方后处理器(用于脱脂和烧成)的代金券，Ultimaker Print Core CC 0.4和Ultimaker Print Core DD 0.4(仅在欧洲提供)，以及Magigoo Pro metal粘合剂。此外，还可以访问Ultimaker Academy上的金属电子学习内容。
一小时的电子学习课程涵盖了全金属3D打印工作流程，课程结束时，UltiMaker承诺，您将完全有能力使用UltiMaker打印机创建高质量的金属部件。
UltiMaker金属扩展套件也与该公司的S7 3D打印机和MakerBot方法兼容。

03 BCN3D Epsilon W27
金属包是BCN3D升级提供到目前的Epsilon系列，打开金属零件生产。BCN3D表示，这种工艺生产的零件与MIM或CNC生产的零件具有几乎相同的行为。
金属包包括Ultrafuse 316L和17-4 PH (3kg线轴)，两个金属热管，Magigoo Pro Metal粘合剂，两个黄铜雨刷和一个用于后处理的激活代码。
该公司表示，BCN3D已经为BCN3D Stratos切片机开发了一种特定的金属打印轮廓，可以避免打印过程中打印部件的内应力。一旦打印出来，脱脂和烧结过程可以通过Forward AM当前的服务提供商网络在外部执行，这对于本文中的几乎所有打印机都是相同的。
Metal Pack还与BCN3D的更大(420 x 300 x 400) Epsilon W50兼容，价格为8,500美元。

04 Raise3D Forge1
来自Raise3D的Forge1是一款大型金属3D打印机，设计用于使用巴斯夫Forward AM Ultrafuse不锈钢材料进行打印，因此无需购买配件套件。Forge1打印机拥有双挤出机、自动床层调平、材料耗尽传感器和带有活性炭的HEPA过滤器。
与桌面FDM打印机不同，Raise3D是第一家为金属3D打印提供完整的三部分解决方案(打印机、脱脂剂和烧结炉)的公司，不必将部件发送给第三方提供商进行后处理。
这个由三部分组成的金属解决方案被称为MetalFuse，包括Forge1 3D打印机，D200-E脱脂装置，它可以从绿色部分中去除聚合物，产生棕色部分，以及该公司的S200-C真空烧结炉，可以达到1500℃，将棕色部分变成固体金属部件，所有这些都是内部的。需要注意的是，单是打印机就需要1万美元，整套设备大约需要13万美元。
Raise3D还包括自动计算打印收缩的软件，这样在脱脂和烧结后的最终尺寸将是准确的。

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