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用于准备者的3D打印:虚拟铸造厂的金属3D打印长丝

赵师傅
2020-11-24 13:24:22

布拉德利·伍兹(Bradley Woods)预见了绑定金属打印的几年发展,他在2014年获得了他的第一个3D打印机套件时就提出了金属3D打印灯丝的想法。在对塑料零件进行3D打印之后,伍兹意识到,要使桌面3D打印真正发挥作用,就必须能够应对金属。因为他已经在研究使用粉末冶金的雕刻技术,所以他提出了3D打印长丝的想法,该长丝是由粘结在聚合物基质中的金属粉末制成的。

 

Virtual Foundry诞生于2015年的Kickstarter活动,筹集了其预定目标的107%,使Woods脱离了地下室,进入拥有商业制造设备的工厂。在不到两年的时间里,基准技术日趋成熟,启动公司已经准备就绪,可以由总裁来领导船,此时总裁Tricia Suess加入了公司。我们与Suess和Woods进行了交谈,以了解有关该公司的更多信息。

 

Suess说:“ Brad从铜开始,现在我们已将标准库存扩展到14种不同的材料。” “我们有四种陶瓷,九种金属,包括钛和铝。然后我们有一根碳纤维长丝,这是我们的特殊粘合剂混合物,其中添加了碳纤维。我们还提供定制灯丝。我们也将所有产品制成1.75mm和2.85mm以及颗粒状。布拉德不断致力于改善长丝的制造工艺和可用性。多年来,他们变得更强大,更容易工作。我们也一直在承受越来越高的负载,这使得烧结变得更加容易,并且最终使产品致密,收缩率相对较小。”

 

该公司的材料比Markforged和Desktop Metal的金属印刷技术早了两年,而这些公司在2017年推出了自己的金属3D打印形式。Markforged的Metal X和Desktop Metal的Studio机器都是封闭的专用系统,虽然具有接近即插即用体验的优点,但缺乏使用任何类型的熔融丝制造3D打印机的灵活性。而且,不需要化学溶液就可以解散用Virtual Foundry细丝打印的零件,而仅需一个熔炉。以上所有这些使The Virtual Foundry更适合教育环境。

3D打印

使用来自Virtual Foundry的Steel Filamet打印3D零件。由Sapphire3D触发。图片由Sapphire3D提供。

 

值得注意的是,在装订金属印刷以及金属注射成型技术中,零件密度和收缩率之间需要权衡取舍。在铜的情况下,可达到的最高密度约为97密度,收缩率为15%,但是在孔隙率为10%至12%的情况下,收缩率可保持在7%以下。

 

在某些情况下,例如将零件设计为过滤器或零件的强度不是很关键时,这种孔隙率可能是一个优势。尽管绑定金属印刷和金属注射成型存在此问题,但仍可以制造有用的零件。伍兹提供的一个例子是用于加工过程的固定装置,当待加工的物体与磨机接触时,该装置变得特别热。因此,将Virtual Foundry的碳纤维材料用作底座,而将铜用于与零件接触的区域。由于独特的内部几何形状,水可以在3D打印的组件中循环以保持零件凉爽。

3D打印

使用Virtual Foundry的Tungsten Filamet进行3D打印的屏蔽辐射准直仪。图片由The Virtual Foundry提供。

 

公司提供的各种材料开拓了一些独特的应用领域。例如,虚拟铸造厂的钨,每CC重量不到八克,可以用作无毒替代品,用于辐射屏蔽和其他放射学部件的铅。

 

谈到紧急使用时,伍兹说,该公司已经引起美国军方的兴趣:

 

“他们正在做的就是将这些3D打印吊舱放置在运输集装箱内部的需要零件的地方。目前,他们正在使用塑料进行这种加工,并且正在尝试使用相同的概念在我们的产品上扩展金属零件。他们也在战舰上这样做,那里有几个问题。他们无法通过粉末床融合进行3D打印,这是由于船的移动而导致大多数金属进行3D打印的方式。

 

但是,使用我们的材料并将金属锁定在活页夹中没关系。在很少的重力作用下也是如此。粉末床融合需要重力。因此,我们正在光谱的这一端进行实验,还有一个小组旨在使用Filamet工艺在月球上打印结构。”

 

正在使用Virtual Foundry的材料的许多项目都处于保密状态。这包括开展一些工作,探索利用铜作为COVID-19耗材的方法,利用该材料的抗菌特性。除了抗菌部件外,不难想象3D打印铜将在某些紧急情况下具有很大的优势。

 

当我开始审查Copper Filamet时,立即出现了几个例子。一种是铜感应线圈,这是工业上越来越流行的铜3D打印用途。3D打印可以用来代替金属加工工具的铜线圈。但是,更多的报价用途是3D打印铜炉灶线圈。

3D打印

由尼泊尔Madhukar KC开发的带有3D打印原型的金属空气供应盘,由Field Ready提供3D打印。供气盘用于为尼泊尔人民提供更清洁,更有效的木材/燃料烹饪方法,而无需使用风扇或火炉。图片由Field Ready提供。

 

在尼泊尔,非营利组织Field Ready与当地社区成员合作,迭代了炉灶设计。但是,使用铜材料,可以对3D炉灶本身进行3D打印。正如我在本系列以前的文章中提到的那样,我对CAD没有经验,但是我能够在线找到2D螺旋形状,然后使用在线工具将其拉伸为3D。通过3D打印并烧结,可以有一个即时炉灶,在此炉灶下我可以加热煤或木材。

3D打印

我的3D打印SafeKey,烧结后。由铜丝制成。

 

那仅仅是金属丝的开始。不幸的是,我的SafeKey的孔太小,无法使用,但是,通过一些额外的工作,一些CAD专业知识和一个熔炉,我可以用钛,镍,铝等制成物体。根据Suess的说法,当前的材料组合仅代表冰山一角:

 

“我们希望绝对扩展我们的材料库,以包含更多金属,同时也涉足其他类型的材料。我们被告知可能使用****纤维制造一种。现在正在开发桌上的是我们用3M制造的超轻型玻璃气泡丝。”

 

如公司网站上所述,“ 3M玻璃气泡是由钠钙硼硅酸盐玻璃制成的高强度,低密度中空玻璃微球。” Virtual Foundry正在与化学巨头合作开发一种3D打印这种独特材料的方法,这种材料是一种已经在航空航天,汽车,能源和建筑行业中使用的超轻型填料。

 

伍兹说:“我们正在研究的主要用于海上石油钻探。” 他们使用玻璃气泡作为在水下运行的管道的绝缘材料,因为它密度低。因此,完成后,您可以打印一些东西,烧掉塑料,然后用玻璃杯缠绕起来,几乎看不到手中的玻璃。它的重量令人难以置信,重量轻。”

 

Virtual Foundry并不是唯一一种用于3D打印的显影金属丝。世界上最大的化工公司巴斯夫(BASF)已开发出3D可打印不锈钢材料。这导致了激烈的竞争,人们可以想象像The Virtual Foundry这样的初创公司被德国巨头收购。不管发生了什么,初创公司都只是开始旅程。随着它扩大材料范围和技术进入市场,在紧急情况下可以3D打印的零件的选择只会增加。

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