Metallin 3D-tulostus on ollut pitkään synonyymi kalliille laitteille ja monimutkaisille prosesseille. Nyt FDM (Fused Deposition Modeling) -tekniikka on mullistanut alan tarjoamalla kustannustehokkaan vaihtoehdon. BASF:n kehittämät filamentit, kuten Ultrafuse 316L ja 17-4 PH, ovat mahdollistaneet metalliosien valmistuksen tavallisilla FDM-tulostimilla, tehden metallin tulostamisesta saavutettavaa sekä yksityiskäyttäjille että yrityksille.

Miten metallin FDM-tulostus toimii?

Filamentti ja tulostusprosessi:
Metallifilamentit koostuvat noin 80 % metallijauheesta ja 20 % polymeerisidoksesta. Tämä mahdollistaa materiaalin helpon käsittelyn ja syötön tavallisissa FDM-tulostimissa. Tulostusprosessi etenee samalla tavalla kuin muilla materiaaleilla: CAD-malli viipaloidaan esimerkiksi Cura-ohjelmassa, minkä jälkeen osa tulostetaan kerros kerrokselta.

Jälkikäsittelyn merkitys:
Tulostuksen jälkeen osa on niin sanotussa Green Part -vaiheessa. Jälkikäsittelyvaihe on ratkaiseva, sillä se muuttaa osan lopulliseksi metallikappaleeksi.

Jälkikäsittelyn vaiheet:

1. Sidosaineen poisto (Debinding):

   Tulostettu Green Part -osa käy läpi ensimmäisen jälkikäsittelyvaiheen, joka tunnetaan sidosaineen poistona (Debinding). Tämä vaihe toteutetaan autoklaavissa käyttämällä höyrystettyä typpihappoa. Prosessin aikana POM-sidosaine liukenee kokonaan pois, ja jäljelle jää tukirakenteena toimiva polyolefiini, joka pitää kappaleen muodon kasassa.

   Sidosaineen poistamisen jälkeen osasta muodostuu ns. Brown Part, joka on rakenteeltaan huokoinen ja erittäin hauras. Tässä vaiheessa kappaletta ei enää voida käsitellä mekaanisesti, ja sen muodon on oltava riittävän tukeva kestääkseen seuraavat prosessointivaiheet, eli sintrauksen. Tämä vaihe on kriittinen, sillä se määrittää osan onnistuneen jatkokäsittelyn mahdollisuudet.

2. Sintraus:

   Brown Part muuttuu lopulliseksi White Partiksi sintrausvaiheessa, joka suoritetaan 1380 °C lämpötilassa vetyatmosfäärissä. Tässä kriittisessä prosessissa viimeisetkin muovikomponentit palavat pois, ja metallijauheet sintrautuvat kiinteäksi kappaleeksi, muodostaen lopullisen metalliosan.

   Sintrausprosessi on tarkasti säädelty ja vaiheittain toteutettu. Lämpötilaa nostetaan huolellisesti monien välivaiheiden kautta, ja jokainen vaihe on ajastettu tarkasti, jotta kappale säilyttää muotonsa ja saavuttaa halutut materiaalin ominaisuudet. Tämä vaihe varmistaa, että lopullinen metalliosa on mekaanisesti kestävä ja täyttää asetetut mittatarkkuusvaatimukset.

Kutistumisen hallinta sintrauksessa

Sintrausvaiheessa kappale kutistuu keskimäärin 16 % XY-suunnassa ja 20 % Z-suunnassa. Kutistuma on anisotrooppista, eli eri suunnissa tapahtuu erilaista muodonmuutosta. Tämä riippuu muun muassa kappaleen täyttöasteesta ja koosta.

BASF tarjoaa suunnittelun tueksi simulointityökaluja, joilla kutistuma voidaan kompensoida tarkasti jo suunnitteluvaiheessa. Vaihtoehtoisesti voit tulostaa osan eri skaalausasetuksilla ja valita testikappaleista tarkimmin mitoilleen sopivan tuotantoon.

BASF Metallien sintrauspalvelu 500g

Jotta materiaalin sideaineen poisto ja sintraus onnistuvat vaaditulla tarkkuudella, prosessi edellyttää ammattitasoista laitteistoa. Tarjoamme tämän vaiheen asiakkaidemme tueksi palveluna. Tällä hetkellä sintraukseen soveltuvan kappaleen enimmäiskoko on lähtökohtaisesti 100 mm x 100 mm x 100 mm.

Miksi valita FDM-metallitulostus?

1. Kustannustehokkuus:
   Verrattuna muihin metallin 3D-tulostustekniikoihin, FDM on huomattavasti edullisempi. Tämä tekee siitä houkuttelevan vaihtoehdon niin prototyyppien kuin lopputuotteiden valmistukseen.

2. Materiaaliominaisuudet:
   Metalliosat ovat huomattavasti kestävämpiä kuin polymeerit tai komposiitit. Esimerkiksi 316L-ruostumattomalla teräksellä on erinomainen kemiallinen kestävyys, lujuus ja lämmönsieto.

3. Monipuolisuus:
   FDM mahdollistaa onttojen rakenteiden ja monimutkaisten geometristen osien valmistuksen, joita ei voida helposti toteuttaa muilla metallin 3D-tulostustekniikoilla.

Yhteenveto

Metallin FDM-tulostus yhdistää tehokkuuden, helppouden ja edullisuuden. BASF:n innovatiiviset filamentit avaavat uusia mahdollisuuksia metalliosien valmistukseen ilman kalliita laitteistoja. Tämä teknologia on täydellinen ratkaisu käyttäjille, jotka tarvitsevat kestäviä ja tarkkoja metalliosia kustannustehokkaasti.

Olipa kyseessä prototyyppi, varaosa tai lopputuote, FDM-metallitulostus tarjoaa joustavan ja saavutettavan tavan toteuttaa ideoita metallissa.

UltiMaker Metal Expansion Kit