总部位于美国的大型树脂和聚合物粉末3D打印机制造商Nexa3D上周宣布进入金属3D打印机市场，但它没有新的打印机。客户现在可以使用他们现有的Nexa3D选择性激光烧结(SLS)机器来3D打印金属零件。

你没听错。同样的技术和同样的机器曾经只适用于聚合物，如尼龙，现在可以用来制造不锈钢(316L，17-4PH)，钛和工具钢金属零件。

在SLS机器上3D打印金属的过程被称为冷金属融合(CMF)，获得的金属原料是关键。

Nexa3D的选择性激光烧结3D打印机现在可以加工不锈钢、工具钢和钛来生产这样的零件(来源:Nexa3D)

由总部位于德国的头制作材料这种的原料于2021年推出，每个金属颗粒上都有一层薄薄的聚合物涂层。在几乎任何SLS机器内的3D打印过程中，聚合物将每个颗粒粘合在一起。

Nexa3D业务开发总监约翰·科尔比·卡尔霍恩(John Colby Calhoun)表示:“我们的计划一直是将这项技术引入美国。“我们并没有为此制造打印机，在前端，它是经过考验的真正的激光烧结技术，在后端，它是成熟的MIM(金属注射成型)技术，现在正在结合在一起。”

冷金属聚变是如何工作的？

Nexa3D并不是个向客户提供这种的SLS兼容金属电源的产品，它也可以在Sintratec(beta测试)和Farsoon机器上使用，EOS福米加P110，以及更多的SLS制造商正在筹备中。这是这项技术的工作原理。

每个材料颗粒的烧结温度比SLS机器通常用于烧结聚合物的温度低得多，约为70°C-80°C，这就是为什么该技术被称为“冷”相比之下，诸如PA12的聚合物材料的熔点为180℃

Nexa3D在几天内制作零件的冷金属融合3D打印工艺(图片来源:Nexa3D)

为了与材料兼容，SLS机器必须像Nexa3D机器一样预先安装材料配置文件或开放参数，以便温度和其他设置可以根据Headmade材料原料进行调整。有趣的是，SLS机器的打印速度和打印量并没有受到金属材料的太大影响。Nexa3D表示，其QLS机器上的高速打印速度与金属一样快，或接近金属。

一旦零件被打印出来，它们就处于“绿色”状态。从现在开始，全金属部件的加工与金属注射成型相同，包括去除聚合物粘合剂并使用烧结炉生产全金属部件，密度高达99.9%。

CMF与粘合剂喷射，LPBF

在添加制造中，冷金属融合的表亲可能是金属粘合剂喷射，因为它涉及金属粉末和粘合剂，加上作为后处理步骤的加热。

粘合剂喷射金属仍然是一种更快的印刷工艺，因为整个层可以在几秒钟内喷射，而SLS机器中的激光需要逐点追踪每个部分层。然而，当Nexa3D和Headmade Materials比较这两种技术时，他们关注的是整体生产率和可扩展性。

冷金属融合过程需要比just和SLS 3D打印机更多的设备，这导致了打印机和后处理机器制造商的Cold Metal Fusion联盟的创建(来源:Headmade Materials)

“以一种金属粘合剂喷射解决方案的价格，你可以拥有10台SLS机器，”Headmade Materials商务官Levent Akbas说。"你不需要投入大量的资金来获得你的批零件."由于SLS打印机和烧结设备尺寸范围广泛，用户可以根据自己的需求定制从桌面级实验室工作到全系列生产的整个过程链。

Nexa3D的入门级打印平台可以处理包括钛在内的所有Headmade材料，价格为7万美元。根据Headmade Materials的说法，包括SLS系统、脱脂和烧结炉在内的完整工艺链起价约为225万美元，但根据零件的尺寸，每年可以生产几千个金属零件。

冷金属聚变也可与金属激光粉末床熔化，也称为选择性激光熔化(SLM)、直接金属激光烧结(DMLS)和单纯金属激光烧结。

根据Nexa3D的说法，CMF与激光粉末床融合的区别在于可扩展性因素，因为你可以通过紧密嵌套零件来利用SLS机器的全部构建体积。

“这种工艺对小零件很有效，但也能加工25公斤重的大零件，”卡尔霍恩说。“从尺寸或成本效益的角度来看，它可以扩展到不适用于MIM的几何形状，当然也不适用于粘合剂喷射或直接金属激光烧结。”

使用heamade Materials的金属原料为选择性激光烧结机制造的金属3D打印零件(来源:heamade Materials)

零件质量和收缩率

对于金属零件，CMF提供了成本和便利性方面的考虑，这可能会根据您的应用产生显著的影响。

，零件质量。根据Akbas的说法，CMF零件与所有其他金属粉末零件工艺相当，甚至更好。冷金属熔合零件的尺寸精度约为100微米，通过优化设计和工艺参数，甚至更高

Calhoun说:“这一过程的显著之处在于，其背后的冶金和科学允许烧结的零件具有更好的机械性能，而这是通过使用相同材料的坯料加工获得的。”“对于*应用，如航空航天、电动汽车、医疗和重量至关重要的事情，拥有比我们可以加工的钛更好的钛将允许制造商生产同等安全系数的零件，而整体质量和重量更轻，这将是一个很大的进步。”

Akbas指出，CMF不锈钢316L零件具有60%的延伸率，这是法国CETIM研究所去年证明的，而MIM行业标准是50%。

Calhoun表示，由于金属部件的质量，Nexa3D预计将吸引首先寻找金属3D打印机的客户，而不是打算打印聚合物。

下一个明显的优势是，你不再需要两台单独的机器来进行聚合物和金属3D打印。

“我们的客户可能只是想每月做一次金属零件，或者他们想做200个金属零件的短期生产，然后他们又换回聚合物，”Calhoun说。“我们也已经有了一个客户群，他们是用我们的机器进行全面生产零件的MIM工厂。”

金属注射成型公司MIMplus卡尔霍恩说，该公司正在使用Nexa3D QLS230生产数万个零件。(如果你想亲自测试产品，MIMplus还提供CMF服务。)

SLS和CMF的吸引力在于今天打印聚合物，明天打印金属。然而，根据Akbas的说法，在打印下一种材料之前，实际上至少需要半天时间来清除机器中的一种材料。CMF材料，因为它们在比聚合物低得多的温度下加工，如果不清理，会在更高的温度下烧焦并污染建筑。

实现均匀收缩

所有用聚合物粘合剂和金属制成的3D打印零件，一旦聚合物被去除，零件被烧结，就会收缩。

Headmade Materials表示，它已经实现了统一零件收缩率的圣杯，无论零件大小、形状或复杂程度如何，都是一致的。

“钢的收缩率是15%，钛是12%，”卡尔霍恩说。“没有特殊的软件或计算。只需在你的CAD程序中将你的钢零件放大15%，最终零件就会符合规格。”

Akbas表示，多年来，增材制造用户一直在与不一致的零件收缩率作斗争。“[金属粘合剂喷射用户]告诉我们，我的零件在Z轴上的收缩比在XY轴上的收缩大，或者当它在打印机的上面时，我的收缩与在下面时不同，”他说。“我们没有那个问题。”

要烧结SLS打印的金属零件，您需要一台Carbolite Gero的烧结炉，Carbolite Gero是金属注射成型行业高温炉的制造商(来源:carbo lite Gero)

成本和所需的额外设备

Headmade Materials和Nexa3D都不提供粉末处理机、脱脂设备或烧结炉。相反，他们与一些的品牌合作，为金属注射成型行业制造这些设备。

事实上，一系列公司联合起来创建CMF生态系统被称为冷金属聚变联盟。它包括粉末去除设备专家AM解决方案，丙酮脱脂解决方案提供商洛米，熔炉制造者碳硅石Gero，以及其他。除了合作伙伴SLS机器上的印刷参数之外，Headmade Materials还为使用这些特定品牌的每个步骤提供特定的后处理参数。

原料的价格没有公开，但Akbas表示，这与粘合剂喷射过程中使用的金属粉末的价格相当。在粘合剂喷射中，也有作为消耗品的专有粘合剂，但对于Headmade材料，原料是一种一体化材料。“价格经济对那些有大量应用的人非常有利，”他说。

Formnext的CMF

Headmade Materials和ColdMetalFusion联盟的大多数成员将于11月在Formnext展出。“Cold Metal Fusion将遍布Formnext，这是一个多展位的体验，你可以去不同的成员那里，看看他们的核心竞争力以及如何与他人互动，”Akbas说。

其他SLS打印机制造商也与Headmade材料合作。该公司尚未公布下一个加入ColdMetalFusion联盟的名字，该联盟旨在进一步推广该技术，但你可以预计CMF将迅速传播。

源文摘自：all3dp