Filamet™ металлические филаменты: характеристики и рекомендации по производству для передовых FDM 3D-печати

The Virtual Foundry — американская компания, которая после лет исследований разработала линейку металлических филаментов Filamet™. Эти филаменты, посредством постобработки на основе спеканирования, позволяют получать полностью металлические детали.

Таким образом, The Virtual Foundry стала пионером и максимальным референсом в металлической 3D FDM печати.

Что такое филаменты Filamet™?

Филаменты Filamet™ состоят из базового металла и биоразлагаемого и экологичного полимера (PLA). Эти филаменты включают высокие проценты металлических частиц в своем составе. Однако, используя PLA как связующий компонент, они чрезвычайно легко печатаются, так как их печатные свойства похожи на PLA, позволяя любому пользователю FDM 3D-принтера создавать детали с этими филаментами.

Видео 1: Что такое Filamet? Источник: The Virtual Foundry.

Большинство металлических филаментов на рынке содержат минимальный процент металлических частиц, около 30%; поэтому они обычно разрабатываются только для декоративных целей. Однако детали, напечатанные филаментами Filamet™, после спеканирования имеют свойства соответствующего базового металла.

Примером этого был бы филамент Filamet™ Copper: деталь, напечатанная с Filamet™ Copper, не будет иметь проводимых свойств, пока не будет подвергнута процессу спеканирования.

Изображение 1: Конусы из Filamet™ из не спеканированного и спеканированного высокоуглеродистой стали. Источник: The Virtual Foundry.

Результат после спеканирования 3D напечатанной детали будет полностью металлической деталью, что было немыслимо до сих пор в рамках FDM 3D-печати. Таким образом, с Filamet™ достигаются свойства, похожие на возможные с DMLS технологией, но с определенными ограничениями.

Из-за необходимости спеканировать детали, напечатанные с этим филаментом, где PLA устраняется, детали будут иметь:

• Определенную пористость
• Потерю объема
• Неизотропию

Видео 2: Плотность филаментов Filamet. Источник: The Virtual Foundry.

В настоящее время Filamet™ имеет следующие филаменты:

• Нержавеющая сталь 316 L - 80% металлических частиц + 20% PLA
• Бронза - 80% металлических частиц + 20% PLA
• Медь - 90% металлических частиц + 10% PLA
• Алюминий 6061 - 65% металлических частиц + 35% PLA
• Высокоуглеродистая сталь - 75% металлических частиц + 25% PLA
• Вольфрам - 95% металлических частиц + 5% PLA

Filamet медь Filamet бронза Filamet
нержавейка 316L Filamet
алюминий 6061

Характеристики Filamet™

Плотность филаментов Filamet™ намного выше, чем у стандартного PLA, из-за высокого содержания металлических частиц и плотности отдельных металлов, участвующих в составе.

При печати с филаментами Filamet™ рекомендуется использовать закаленную стальную сопло из-за высокого процента металлических частиц, содержащихся в филаментах. Кроме того, в зависимости от материала, должно использоваться сопло с диаметром выходного отверстия не менее 0.6 мм, чтобы избежать закупок. За исключением филамента Filamet™ Вольфрам, который позволяет использовать сопло диаметром до 0.3 мм; и филамента Filamet™ Высокоуглеродистая сталь, который требует использования сопла диаметром не менее 0.8 мм.

Изображение 2: Латунное сопло против закаленной стали. Источник: E3D.

Другое последствие высокой загрузки металлическими частицами этих филаментов — большая хрупкость филамента до плавления, так как в их составе очень маленькие проценты связующего полимера. Однако благодаря постоянным исследованиям и разработкам, проводимым The Virtual Foundry, эта хрупкость всё меньше в их филаментах; как можно увидеть в следующем видео:

Видео 3: Хрупкость филаментов Filamet. Источник: The Virtual Foundry.

В процессе печати филаментами Filamet™ очень важно, чтобы филамент был максимально прямым перед входом в экструдер, но эти филаменты имеют определенную кривизну из-за намотки. Для решения этого The Virtual Foundry имеет Filawarmer, устройство, образованное цилиндром, нагревающим филамент, и контроллером температуры.

Изображение 3: Filawarmer, помещенный внутри катушки филамента. Источник: The Virtual Foundry.

Это устройство должно быть установлено вертикально, внутри катушки, с входом максимально близко к катушке филамента и выходом, выровненным с входным отверстием экструдера. The Virtual Foundry рекомендует подвешивать нагревательный цилиндр, чтобы катушка могла свободно вращаться.

Видео 4: Filawarmer. Источник: The Virtual Foundry.

По мере прохождения материала через нагревательный цилиндр, он теряет свою кривизну и увеличивает свою гибкость; снижая натяжную прочность для предотвращения ломания и облегчения печати.

При печати с филаментами Filamet™ их отличное сцепление с базой должно учитываться. Оно такое, что рекомендуется использовать синий малярный скотч (Blue Tape), чтобы избежать повреждения печатающей базы при извлечении напечатанных деталей.

Сспеканирование Filamet™

После извлечения с печатающей базы детали должны быть спеканированы для получения полностью металлической детали. Через этот процесс PLA, формирующий часть филамента, удаляется. До выполнения этого процесса детали не будут иметь свойств базового металла, составляющего использованный филамент.

Видео 5: FAQ Filamet. Источник: The Virtual Foundry.

Сспеканирование — это процесс производства твердых деталей из объекта, сформированного компактным металлическим порошком, к которому применяется термическая обработка при температуре ниже температуры плавления, но достаточно высокой, чтобы прочно связать металлические частицы вместе, в результате чего образуется полностью твердый блок.

Сспеканирование можно проводить в печи открытой среды или в вакууме или инертной среде. В нашем посте «Как получить полностью металлические детали с FDM печатью» можно узнать больше о спеканировании и различных печах, которые можно использовать для этого процесса.

Если у вас нет печи, соответствующей требованиям для спеканирования 3D напечатанных деталей с филаментами Filamet™, вы можете связаться с нами, и мы информируем вас о возможности и условиях спеканирования в наших объектах.

Постобработка Filamet™

После того как напечатанная деталь спеканирована с филаментом Filamet™, её можно постобработать шлифовкой и полировкой поверхностей, как это делается с металлической деталью. Рекомендуется использовать водонепроницаемую наждачную бумагу для уменьшения линий печати и других небольших деформаций, и использовать каждый раз наждачную бумагу более тонкого зерна.

Наконец, можно использовать вращательный инструмент с полировочным диском и нанести полировочную пасту для получения желаемого блеска. В зависимости от базового металла филамента, детали, полученные в результате спеканирования, могут быть заточены, сглажены теплом и даже сварены.

Филаменты Filamet™ от The Virtual Foundry позволяют впервые производить полностью металлические детали через FDM 3D-печать, требуя относительно простую постобработку.

Это очень важный и полезный прорыв для разных секторов промышленности: производители 3D-принтеров, биомедицинская инновация, разработка реактивных двигателей, радиационная защита, космическая разведка, ядерная энергия, стоматология, художники или дизайн моды.