ในฤดูใบไม้ร่วงปี 2023 เราเปิดตัว FX10 ในฐานะเครื่องพิมพ์คอมโพสิตรุ่นใหม่ เราสัญญาว่าจะมีโมดูลาร์ แต่ไม่ได้ระบุว่าโมดูลาร์หมายถึงอะไร ตอนนี้ เราสามารถชี้แจงได้แล้ว โมดูลาร์ที่เราสัญญาไว้คือความสามารถของ Metal FFF ซึ่งทำให้ FX10 เป็นเครื่องพิมพ์อุตสาหกรรมเครื่องแรกที่สามารถพิมพ์ชิ้นส่วนคอมโพสิตและโลหะได้ FX10 ได้รับการออกแบบตั้งแต่พื้นฐานเพื่อมอบความสามารถทั้งสองอย่างนี้ให้กับลูกค้า ในโพสต์บล็อกนี้ เราจะพูดถึงสิ่งที่ต้องทำเพื่อสร้างเครื่องพิมพ์ 3D โลหะและคอมโพสิตอุตสาหกรรมเครื่องแรก และสิ่งนี้มีความหมายอย่างไรสำหรับคุณในฐานะผู้ใช้ที่มีศักยภาพ

การเปรียบเทียบกระบวนการ: คอมโพสิตและโลหะ

ก่อนที่เราจะพูดถึง FX10 เอง เรามาพูดถึงกระบวนการเสริมกันสองกระบวนการที่นำมาใช้ในการพิมพ์ทั้งโลหะและวัสดุผสมกันก่อน: FFF + CFR และ Metal FFF

เครื่องพิมพ์คอมโพสิตของ Markforged ใช้กระบวนการคู่: Fused Filament Fabrication (FFF หรือเรียกอีกอย่างว่า FDM) และ Continuous Fiber Reinforcement (CFR) FFF คือกระบวนการพิมพ์ 3D มาตรฐานอุตสาหกรรม ซึ่งเส้นใยเทอร์โมพลาสติกจะถูกให้ความร้อนและอัดรีดผ่านหัวฉีดเป็นชั้น ๆ เพื่อสร้างชิ้นส่วน CFR คือกระบวนการรองที่ทำให้เครื่องพิมพ์ 3D FFF สามารถเสริมความแข็งแรงให้กับชิ้นส่วนด้วยเส้นใยต่อเนื่อง CFR ใช้ระบบอัดรีดที่สองสำหรับเส้นใยต่อเนื่องแบบเส้นยาว เส้นใยต่อเนื่องจะถูกวางเป็นชั้น ๆ เพื่อแทนที่วัสดุเติม FFF ชิ้นส่วนที่ได้จะมีความแข็งแรงมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด (แข็งแรงกว่าวัสดุ FFF ใด ๆ ถึง 10 เท่า) และสามารถแทนที่ชิ้นส่วนอะลูมิเนียมในการใช้งานจริงได้

Markforged พัฒนาขั้นตอนที่เรียกว่า Metal FFF เพื่อพิมพ์ชิ้นส่วนโลหะที่มีรูปร่างใกล้เคียงโดยไม่ต้องสัมผัสกับผงโลหะ Metal FFF เป็นกระบวนการสามขั้นตอน ดังรายละเอียดด้านล่าง

1. การพิมพ์: เครื่องพิมพ์ FFF เฉพาะทางจะพิมพ์เส้นใยที่ทำจากผงโลหะที่ผ่านการโพลีเมอร์ (คล้ายกับวัตถุดิบ MIM) ในกระบวนการพิมพ์ โพลิเมอร์จะถูกหลอมและอัดขึ้นรูป โดยผงโลหะจะเคลื่อนที่ไปด้วย ชิ้นส่วนต่าง ๆ จะถูกพิมพ์ด้วยวัสดุชนิดเดียวกันและส่วนรองรับหากจำเป็น ซึ่งจะแยกออกจากชิ้นส่วนด้วยวัสดุ Ceramic Release ที่พิมพ์ผ่านหัวฉีดที่สอง “ชิ้นส่วนสีเขียว” ที่ได้จะถูกขยายขนาดขึ้นประมาณ 20% เพื่อรองรับการหดตัวในภายหลังของกระบวนการ

2. การแยกส่วน: ชิ้นส่วนสีเขียวจะถูกจุ่มลงในตัวทำละลายการแยกส่วน ซึ่งจะละลายวัสดุยึดติดโพลีเมอร์ หลังจากการแยกส่วนแล้ว ชิ้นส่วนจะถูกเรียกว่า “ชิ้นส่วนสีน้ำตาล”

3. การเผาผนึก: ชิ้นส่วนสีน้ำตาลจะถูกเผาผนึกในเตาเผาเฉพาะทางเพื่อเปลี่ยนชิ้นส่วนให้เป็นชิ้นส่วนโลหะทั้งหมด ในระหว่างการพิมพ์ ชิ้นส่วนจะหดตัวประมาณ 20% ชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ด้วย Metal FFF มีความแม่นยำใกล้เคียงกับรูปร่างสุทธิและโดยทั่วไปจะมีช่องว่างแบบเปิด

การเชื่อมช่องว่าง

ในการสร้างเครื่องพิมพ์ FFF แบบโลหะและแบบผสม วิศวกรของเราต้องแก้ปัญหาอุปสรรคสำคัญประการหนึ่ง นั่นคือความไม่เข้ากันพื้นฐานระหว่างเส้นใยโพลีเมอร์และเส้นใยโลหะในยุคแรก เส้นใยโพลีเมอร์นั้นเรียบง่าย แต่มีข้อกำหนดหนึ่งประการ นั่นคือต้องมีเส้นทางปิดผนึกเพื่อจำกัดการสัมผัสความชื้น เส้นใยโลหะในยุคแรกมีปัญหาตรงกันข้ามโดยสิ้นเชิง นั่นคือ เปราะบางมากจนต้องได้รับการดูแลเป็นพิเศษจึงจะพิมพ์ได้ รวมไปถึงไม่มีท่อปิดผนึกระหว่างแกนม้วนและหัวพิมพ์ ปัญหานี้ทำให้การพัฒนาเครื่องจักรที่มีความสามารถสองแบบแทบจะเป็นไปไม่ได้

เพื่อแก้ปัญหาความไม่เข้ากันนี้ เราจึงกลับมาเริ่มต้นใหม่ด้วยเส้นใยโลหะ FFF แทนที่จะเป็นเส้นใยเปราะบางที่มีลักษณะใกล้เคียงกับวัตถุดิบสำหรับการฉีดขึ้นรูปโลหะ เราได้คิดค้นสารยึดเกาะโพลีเมอร์ของเราเองซึ่งปรับให้เหมาะสมสำหรับการพิมพ์ 3D เส้นใย “ยืดหยุ่น” ที่ได้นั้นจัดการได้ง่ายกว่า แทบจะกำจัดการติดขัดของหัวฉีดได้หมด และที่สำคัญที่สุดคือสามารถส่งผ่านท่อป้อนได้โดยไม่แตกหัก เส้นใยยืดหยุ่นตัวแรกของเราคือทองแดง (วางจำหน่ายในปี 2020) หลังจากนั้น เราได้วางจำหน่ายเหล็กที่ได้รับความนิยมสูงสุด 3 ชนิดของเราอีกครั้ง (17-4PH v2, H13 v2, D2 v2) ในช่วงสองปีที่ผ่านมา stainless steel 316L จะวางจำหน่ายในปีหน้าหลังจากที่ความสามารถด้านโลหะ FX10 เปิดใช้งาน

เส้นใยโลหะที่ยืดหยุ่นได้ถือเป็นการปรับปรุงทางเทคนิคที่สำคัญของ FX10

แม้ว่าเส้นใยที่มีความยืดหยุ่นจะแก้ปัญหาพื้นฐานในการสร้างระบบคู่ได้ แต่วิศวกรของเรายังคงต้องหาวิธีสร้างระบบที่เชื่อถือได้ซึ่งออกแบบมาเพื่อพิมพ์บนสื่อที่แตกต่างกันมาก เพื่อทำเช่นนั้น พวกเขาจึงสร้างเครื่องจักรแบบโมดูลาร์ที่สุดเท่าที่เราเคยสร้างมา

มันทำงานอย่างไร

FX10 ได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงว่าเส้นใยโลหะและคอมโพสิตต้องใช้ฮาร์ดแวร์ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงในการนำวัสดุจากแกนม้วนไปยังชิ้นส่วน เพื่อให้สามารถทำเช่นนี้ได้ เราจึงใช้ส่วนประกอบสำคัญของเครื่องพิมพ์และทำให้สามารถสลับเปลี่ยนได้ (รายการด้านล่าง)

1. หัวพิมพ์: หัวพิมพ์แบบคอมโพสิตและแบบโลหะต่างก็มีหัวพิมพ์เฉพาะ โดยทั้งสองแบบมีหัวฉีด 2 หัว หัวพิมพ์แบบคอมโพสิตมีหัวฉีดพลาสติกและหัวฉีดไฟเบอร์ ในขณะที่หัวพิมพ์แบบโลหะมีหัวฉีดสำหรับเส้นใยโลหะและหัวฉีดสำหรับวัสดุปล่อยเซรามิก สามารถถอดหัวพิมพ์ออกและเปลี่ยนได้โดยใช้สกรูเพียง 2 ตัว

2. บล็อกการจัดเส้นทางวัสดุ: บล็อกการจัดเส้นทางวัสดุซึ่งอยู่ด้านหลังของเครื่องจะรับท่อป้อนสี่ท่อ (ท่อละหนึ่งหลอด) บนบล็อกคอมโพสิต ท่อเหล่านี้จะถูกส่งไปยังทางออกเดียวเพื่อป้อนไปยังหัวพิมพ์ บนบล็อกโลหะ ท่อเหล่านี้จะถูกส่งไปยังทางออกสองทาง: ทางออกหนึ่งสำหรับเส้นใยโลหะ และทางออกหนึ่งสำหรับวัสดุปล่อยเซรามิก สามารถสลับบล็อกได้โดยถอดสกรูตัวเดียว

3. ท่อวัสดุ: ท่อวัสดุเฉพาะช่วยให้มั่นใจได้ว่าไม่มีการปนเปื้อนข้ามระหว่างโลหะและเส้นใยคอมโพสิต

สามารถเปลี่ยนหัวพิมพ์ FX10 ได้โดยการถอดสกรูออกเพียงสองตัว

นอกจากส่วนประกอบทั้งสามส่วนของเครื่องพิมพ์แล้ว ยังมีชิ้นส่วนเสริมอีกสองสามชิ้นที่ต้องเปลี่ยน ได้แก่ แผ่นพิมพ์, ถังล้าง และที่ยึดแกนม้วนกระดาษ การเปลี่ยนทั้งหมดใช้เวลาประมาณ 15 นาที หลังจากนั้น เครื่องจะดำเนินการสอบเทียบตามปกติซึ่งใช้เวลาประมาณหนึ่งชั่วโมง

ด้วย FX10 คุณสามารถเปลี่ยนจากการพิมพ์โลหะเป็นการพิมพ์คอมโพสิตได้อย่างสมบูรณ์ในเวลาไม่ถึงสองชั่วโมง ชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยโลหะยังคงต้องได้รับการล้างและเผาโดยใช้เครื่องจักรเสริมเดียวกันกับที่ Markforged นำเสนอ

ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

FX10 มีให้เลือกสองแบบ ได้แก่ แบบคอมโพสิตและแบบโลหะ + คอมโพสิต แบบคอมโพสิตมาพร้อมกับเครื่องพิมพ์ ในขณะที่แบบโลหะ + คอมโพสิตมาพร้อมกับเครื่องพิมพ์ (การกำหนดค่าแบบคอมโพสิต), ชุด FX10 Metal, Wash-1 และเตาเผา Sintering ของ Markforged ผู้ใช้ที่ซื้อ FX10 แบบคอมโพสิตเท่านั้นสามารถรับความสามารถด้านโลหะได้โดยการซื้อชุด Metal, Wash-1 และเตาเผา Sintering ลูกค้าที่มีความสามารถ FFF ของ Markforged Metal อยู่แล้ว (ผ่าน Metal X) สามารถซื้อ FX10 พร้อมชุด Metal เพื่ออัปเกรดความสามารถด้านโลหะของตนได้

FX10 จะเข้ากันได้กับเส้นใยโลหะยืดหยุ่นที่มีอยู่ทั้งหมดของเรา ได้แก่ 17-4PH v2, Copper, H13 v2 และ D2 v2 นอกเหนือจากวัสดุเดิมของเราแล้ว เรายังเปิดตัวเส้นใยใหม่หนึ่งชนิดสำหรับ FX10 โดยเฉพาะ: stainless steel 316L สเตนเลสสตีลที่ทนต่อการกัดกร่อนสูงนี้มีประโยชน์ในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม, การเดินเรือ และอุตสาหกรรมอื่น ๆ

การใช้งาน FX10 สำหรับโลหะและคอมโพสิต

FX10 เป็นเครื่องพิมพ์ FFF เครื่องแรกที่สามารถพิมพ์ได้ทั้งวัสดุผสมและโลหะ นับเป็นอุปกรณ์เครื่องแรกที่สามารถครอบคลุมการใช้งานด้านการผลิตได้อย่างครอบคลุม การพิมพ์ 3D ด้วยโลหะและวัสดุผสมในอุตสาหกรรมนั้นมีความเสริมซึ่งกันและกันและมีจุดแข็งที่เสริมซึ่งกันและกัน

คอมโพสิตมีความโดดเด่นที่

1. ชิ้นส่วนขนาดใหญ่: โลหะ FFF มีข้อจำกัดด้านขนาดชิ้นส่วนตามกระบวนการหลอมโลหะ หากชิ้นส่วนมีขนาดใหญ่กว่า 15 ซม. การพิมพ์แบบคอมโพสิตมักจะเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ดีกว่า

2. การออกแบบให้เป็นไปตามข้อกำหนด: ชิ้นส่วนคอมโพสิตและพลาสติกสามารถออกแบบให้ยืดหยุ่นหรือโค้งงอได้ภายใต้แรงกด เหมาะสำหรับอุปกรณ์ติดตั้งหลายประเภท

3. พื้นผิวที่ไม่ทำให้เกิดรอย: วัสดุคอมโพสิตไม่ทำให้เกิดรอย ซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งเมื่อต้องจัดการกับวัสดุที่เปราะบาง

4. ต้นทุนต่ำและรวดเร็ว: เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการ 3 ขั้นตอนของ Metal FFF การพิมพ์แบบคอมโพสิตสามารถสร้างชิ้นส่วนได้เร็วกว่าและถูกกว่าโลหะ

5. ความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดยิ่งขึ้น: ในขณะที่โลหะสามารถผ่านกระบวนการกลึงหลังจากผ่านกระบวนการแล้วได้ เครื่องจักรคอมโพสิตจะให้ความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดยิ่งขึ้นเมื่อพิมพ์ออกมาเมื่อเทียบกับโลหะ

โลหะมีความโดดเด่น

1. ความแข็งแรงและความแข็ง: วัสดุคอมโพสิตมีความแข็งแรง แต่สเตนเลสและเหล็กกล้าสำหรับเครื่องมือมีความแข็งแรงที่ทำได้โดยใช้โลหะเท่านั้น ในทำนองเดียวกัน โลหะมีความแข็งมากกว่าวัสดุคอมโพสิตเมื่อพิมพ์ออกมาหลายเท่า และบางชนิดสามารถชุบแข็งเพิ่มเติมได้

2. ทนความร้อน: สำหรับชิ้นส่วนที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 200 องศาเซลเซียส โลหะเป็นทางเลือกเดียวเท่านั้น

3. ความต้านทานการสึกกร่อน: นอกจากจะแข็ง (และชุบแข็งได้) แล้ว โลหะยังมีความต้านทานการสึกกร่อนได้ดีกว่ามากสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องใช้งานซ้ำ ๆ

4. ความสามารถในการกลึง: ชิ้นส่วนโลหะสามารถกลึงได้ด้วยความคลาดเคลื่อนต่ำหรือมีพื้นผิวที่เรียบเหมือนกระจก

5. ความร้อนและการนำไฟฟ้า: ทองแดงให้ความสามารถในการนำความร้อนและไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์สำหรับชิ้นส่วนที่มีความต้องการเฉพาะ

วัสดุผสมสามารถแก้ปัญหาได้หลายอย่าง แต่บางครั้งคุณก็ต้องการแค่โลหะเท่านั้น

จุดแข็งที่เสริมกันได้อย่างสูงเหล่านี้ปรากฏให้เห็นในสามวิธี: แอปพลิเคชันที่ใช้ร่วมกัน, แอปพลิเคชันเฉพาะ และแอปพลิเคชันไฮบริด

ในบางแอปพลิเคชัน เช่น End of Arm Tooling, วัสดุผสมและโลหะมีความโดดเด่นด้วยเหตุผลหลายประการ วัสดุผสม EOAT อาจเป็นกริปเปอร์ที่ไม่กัดกร่อนและเครื่องมือดูดสูญญากาศ ในขณะที่วัสดุผสม EOAT ที่เป็นโลหะมักจะเป็นกริปเปอร์การผลิตที่ใช้ในแอปพลิเคชันการผลิตปริมาณมาก การมีเทคโนโลยีทั้งสองนี้ทำให้ขยายพื้นที่การใช้งานไปยังชิ้นส่วนที่หลากหลายยิ่งขึ้น

ในกรณีอื่น ๆ คุณสมบัติเฉพาะของวัสดุผสมหรือโลหะช่วยให้วิศวกรเข้าถึงการใช้งานเฉพาะได้ สำหรับวัสดุผสม ตัวอย่างคุณภาพคือตัวช่วยจากโรงงาน ได้แก่ ชุดตัวยึด, ขาตั้ง, ไกด์ และอุปกรณ์ยึดขนาดใหญ่ที่จำเป็นต่อการทำงานสายการผลิตอย่างมีประสิทธิภาพ ชิ้นส่วนเหล่านี้มีความสำคัญ แต่ได้รับประโยชน์จากต้นทุนที่ต่ำและความเร็วในการพิมพ์วัสดุผสม กล่าวอย่างง่าย ๆ ก็คือไม่จำเป็นต้องเป็นโลหะ สำหรับโลหะ เครื่องมือที่ทนอุณหภูมิสูง เช่น อุปกรณ์บัดกรีสามารถอยู่รอดได้ก็ต่อเมื่อพิมพ์ด้วยโลหะเท่านั้น

ในที่สุด การใช้งานแบบไฮบริดช่วยให้วิศวกรสามารถใช้ประโยชน์จากข้อดีที่เสริมกันของโลหะและวัสดุผสมในชุดประกอบเดียว ทำให้เกิดเครื่องมือที่ปรับให้เหมาะสมสูงซึ่งให้ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น ตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบคือเครื่องมือปลายแขนที่มีตัวเครื่องมือแบบคอมโพสิตและแผ่นกันสึกหรอโลหะ ในเครื่องมือเหล่านี้ ตัวเครื่องมือแบบคอมโพสิตมีต้นทุนต่ำ, แข็งแรงเพียงพอ, ผลิตได้เร็ว ในขณะที่แผ่นกันสึกหรอโลหะมีความแข็งและทนต่อการสึกกร่อน การใช้วัสดุทั้งสองประเภททำให้สามารถปรับแต่งเครื่องมือสำหรับการใช้งานเฉพาะได้ในลักษณะที่เทคโนโลยีการผลิตอื่นไม่สามารถทำได้

บรรทัดสุดท้าย

FX10 ถือเป็นเครื่องจักรชั้นนำที่ยอดเยี่ยมอยู่แล้วในฐานะเครื่องจักรที่ใช้เฉพาะวัสดุคอมโพสิต การเพิ่มโลหะเข้าไปทำให้เครื่องจักรนี้กลายเป็นอุปกรณ์การผลิตที่เปลี่ยนแปลงโลกอย่างแท้จริง นับเป็นเครื่องจักร FFF เครื่องแรกที่สามารถผลิตชิ้นส่วนโลหะและคอมโพสิตในโรงงานได้อย่างน่าเชื่อถือ ในฐานะเครื่องพิมพ์ 3D โลหะและคอมโพสิตอุตสาหกรรมเครื่องแรก เราเชื่อว่านี่คือเครื่องมือที่อเนกประสงค์ที่สุดสำหรับโรงงานของคุณ หากคุณสนใจที่จะเรียนรู้เพิ่มเติม โปรดติดต่อผู้เชี่ยวชาญด้านการพิมพ์ 3D ของเรา