根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，隨著大型飛機(jī)、軌道客車、汽車工業(yè)、醫(yī)療和國防軍工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對于以PEEK為代表的特種工程塑料需求也在不斷提高，尤其在提升高性能產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工能力方面的要求十分迫切。

3D打印高強(qiáng)度塑料省去了制造模具的時(shí)間和成本，大幅縮短了制造周期，在面對交付周期短的需求時(shí)，針對特殊設(shè)計(jì)和原型驗(yàn)證，尤其是針對高強(qiáng)度、耐高溫、腐蝕等苛刻使用工況，采用PEEK打印是一個(gè)非常明智的選擇。但是想要成功打印PEEK等高性能材料也是具有挑戰(zhàn)性的。

本期，3D科學(xué)谷與谷友來共同了解工業(yè)級3D打印機(jī)在加工PEEK等高性能材料方面的情況，并通過INTAMSYS-遠(yuǎn)鑄智能的FUNMAT PRO 410這款智能多材料工業(yè)級3D打印機(jī)來了解基于材料擠出的3D打印技術(shù)如何成就工程塑料的快速制造。

3dprintingindustry

增長中的3D打印塑料消耗量

根據(jù)3D科學(xué)谷，從金屬到高性能材料的轉(zhuǎn)換目前是航空航天市場的一個(gè)既定趨勢。其中PAEK聚合物被證實(shí)是用于制造承重和非承重飛機(jī)支架的一個(gè)理想選擇，適應(yīng)對于部件的各種要求，兼顧強(qiáng)度和延展性，具有耐腐蝕性，易燃性/發(fā)煙率/毒性低，同時(shí)還保持絕緣性。根據(jù)SmarTech的預(yù)測PAEK類材料將成為先進(jìn)熱塑性塑料3D打印領(lǐng)域利潤最高的領(lǐng)域，預(yù)計(jì)到2026年,PAEK類3D打印的總收入為11.81億美元，占聚合物3D打印總收入的19% ，占所有專業(yè)級/工業(yè)級聚合物3D打印機(jī)所打印的工程級材料打印量的8%以上。

2020年全球塑料3D打印材料消耗及2025年預(yù)測（單位：噸）

AMPower

靈活與復(fù)雜的結(jié)合

與其他 INTAMSYS-遠(yuǎn)鑄智能的產(chǎn)品組合一樣，F(xiàn)UNMAT PRO 410是工業(yè)級智能雙噴頭高溫3D打印機(jī)，打印尺寸可達(dá)305*305*406mm，可處理多種復(fù)雜結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)專為航空航天、汽車和能源等領(lǐng)域的工程級零件而設(shè)計(jì)，其為市場創(chuàng)造的價(jià)值主要來自其廣泛的材料能力。FUNMAT PRO 410能夠加工各種高性能長絲，可以打印PEEK, PEEK-CF, PEKK, ULTEM, PPSU等高性能材料，還可以打印像PA, PC, ABS, PETG這樣的工程塑料。

FUNMAT PRO 410 設(shè)備細(xì)節(jié)

Intamsys-遠(yuǎn)鑄智能

- 工業(yè)級應(yīng)用

內(nèi)置的線性導(dǎo)軌及高性能定向驅(qū)動讓FUNMAT PRO 410可實(shí)現(xiàn)高速度, 高精度3D打印，F(xiàn)UNMAT PRO 410雙噴頭溫度可達(dá)500℃，平臺溫度可達(dá)160℃，腔室溫度可達(dá)90℃。

構(gòu)建室本身可以加熱到 90°C，并配備活性炭 H13 HEPA 過濾器，以確保室內(nèi)安全運(yùn)行。但是，F(xiàn)UNMAT PRO 410 仍應(yīng)始終在通風(fēng)良好的地方使用。平臺溫度可達(dá)160℃，這對于避免打印的產(chǎn)品底部翹曲和分層問題至關(guān)重要。INTAMSYS 選擇的打印表面是磁性的、可拆卸的玻璃板。

在連接方面，用戶可以在 SD 卡、Wi-Fi 和以太網(wǎng)之間進(jìn)行選擇。該系統(tǒng)甚至還配備了額外的功能，如長絲堵塞/缺失警告和電源故障恢復(fù)，使日常 3D 打印工作流程更加愉快。

- 注重用戶體驗(yàn)

FUNMAT PRO 410 的亮點(diǎn)在于該系統(tǒng)的打印頭配備了雙擠壓裝置、定制的液體冷卻組件、以及最高溫度為 500°C 的 CuCrZr 噴嘴。此外，遠(yuǎn)鑄智能集成了兩個(gè) San Ace 40T 寬溫范圍風(fēng)扇來冷卻擠出后的長絲，并且有兩個(gè)吹掃罐便于噴嘴清潔。

打印頭是一個(gè)直接驅(qū)動系統(tǒng)，這意味著將長絲供應(yīng)到噴嘴的電機(jī)直接安裝在打印頭本身中（盡管打印料倉也有兩個(gè)電機(jī)來幫助進(jìn)料），這意味著FUNMAT PRO 410 還能夠更好地處理復(fù)雜和靈活的細(xì)絲，這是此類工業(yè)級打印機(jī)的優(yōu)先事項(xiàng)。

FUNMAT PRO 410的一個(gè)非常值得注意的特點(diǎn)是可加熱的打印料倉——在高溫打印機(jī)上并不總是看到這一點(diǎn)。打印料倉位于構(gòu)建室下方，是一個(gè)濕度受控的環(huán)境，用于一次存儲多達(dá)兩個(gè)材料線軸。它可以加熱到 70°C，最終用于防止活性長絲吸收任何水分，從而大大提高長期打印性能。

FUNMAT PRO 410 設(shè)備注重用戶體驗(yàn)，正面的 7 英寸全彩觸摸屏提供了操作需要的所有功能，包括床校準(zhǔn)、長絲加載和構(gòu)建管理。該系統(tǒng)包含在精致的用戶界面中，具有直觀的菜單和幾種不同的語言選項(xiàng)。

- 調(diào)平

想要高質(zhì)量的 3D 打印，一個(gè)適當(dāng)水平的構(gòu)建板是必不可少的，一般的經(jīng)驗(yàn)法則是在噴嘴和打印表面之間留下一張紙那么厚的間隙。FUNMAT PRO 410 標(biāo)配一個(gè)水平傳感器，直接安裝在打印頭中，用戶可以在兩種不同的床水平方法之間進(jìn)行選擇：手動和自動。

由觸摸屏引導(dǎo)的手動方法讓用戶調(diào)整構(gòu)建板下方的四個(gè)彈簧加載旋鈕，每個(gè)旋鈕都會改變床的平整度。雖然這個(gè)過程相對漫長，但運(yùn)作良好。

另一方面，自動調(diào)平方法利用安裝在打印頭中的傳感器，借助包裝盒中提供的金屬水平尺，系統(tǒng)測量構(gòu)建板上三個(gè)不同點(diǎn)的位置，從而使打印機(jī)能夠確定平臺與真實(shí) XY 平面的相對位置。然后，使用此偏移量通過在打印過程中升高或降低 Z 軸來執(zhí)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償?？梢詫⑹謩有?zhǔn)和自動調(diào)平結(jié)合起來以獲得最佳結(jié)果。

- 自動化

FUNMAT PRO 410可以通過添加壓電傳感器來使工作流程完全自動化，或者在打印過程中使用實(shí)時(shí) Z 偏移按鈕來調(diào)整噴嘴。該傳感器將完全消除在噴嘴下方滑動任何金屬片的需要，從而實(shí)現(xiàn)真正的用戶無輸入過程。還可以在每次打印之前實(shí)施自動調(diào)平步驟，進(jìn)一步改進(jìn)第一層構(gòu)建。

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- INTAMSUITE 切片軟件

INTAMSYS的FUNMAT PRO 410提供自己的切片軟件：NTAMSUITE。切片軟件是廣泛使用的 Cura 的改版版本，具有用戶所期望的普通 FFF 打印準(zhǔn)備程序的所有功能。這包括基本的平移、旋轉(zhuǎn)和重新縮放操作，以及用于構(gòu)建參數(shù)細(xì)化的易于使用且直觀的 UI。

由于FUNMAT PRO 410的雙擠壓結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)能夠使用 PVA、HIPS 和 BVOH 等可溶性細(xì)絲 3D打印支撐結(jié)構(gòu)。為了補(bǔ)充此功能，INTAMSUITE 切片軟件還具有高級支撐生成設(shè)置。選擇哪臺擠出機(jī)作為支撐擠出機(jī)后，用戶可以修改支撐填充物、支撐界面等。

3DPrintingIndustry行業(yè)測試

不過PEEK等高性能材料的3D打印是充滿挑戰(zhàn)的，由于絲材從噴嘴擠出時(shí)依靠的是后方未融化材料向前的推力，隨著打印時(shí)間的增長，若喉管后端的溫度達(dá)到材料玻璃化溫度以上，絲材軟化，向前的推力變小，則吐絲量減小，絲材擠出寬度變窄，使得零件精度降低。

為了測試INTAMSYS的FUNMAT PRO 410的使用體驗(yàn)，3DPrintingIndustry選擇了PEEK材料，PEEK是PAEK系列高性能聚合物中最常用的熱塑性塑料之一。該材料結(jié)合了高強(qiáng)度、生物相容性以及耐化學(xué)性和出色的熱穩(wěn)定性，使其成為航空航天和醫(yī)療保健等關(guān)鍵行業(yè)各種高性能應(yīng)用的選擇。

- 工程塑料絲材打印測試

測試人員測試的懸垂部分旨在確定系統(tǒng)在不使用支撐結(jié)構(gòu)的情況下能夠打印的角度。FUNMAT PRO 410成功實(shí)現(xiàn)了 50° 的最大懸垂角，沒有任何問題，這對于像 PEEK 這樣難以打印的材料來說非常棒。

FUNMAT PRO 410 PEEK 3D打印樣件

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同樣，橋接測試旨在評估系統(tǒng)水平 3D 打印到空隙中的能力。FUNMAT PRO 410在結(jié)構(gòu)開始彎曲之前能打印到 20 毫米的橋長，這是一個(gè)令人印象深刻的結(jié)果，測試人員對此感到非常滿意。

最后，測試人員看一下回縮測試，這讓測試人員對 3D 打印機(jī)的擠壓能力有了一個(gè)概念。對于像 PEEK 這樣的高溫材料，即使是最好的打印機(jī)也很難在這項(xiàng)測試中表現(xiàn)突出，但FUNMAT PRO 410的表現(xiàn)令人欽佩。尖峰之間肯定有一些明顯的拉線，但結(jié)構(gòu)本身是在正確的高度成功制造出來的。

測試人員還想看看 FUNMAT PRO 410 如何處理圓形結(jié)構(gòu)，因此測試人員 3D打印了一個(gè)圓形軌跡測試。通過研究同心圓直徑（20mm、65mm、100mm）的正態(tài)分布，測試人員可以說當(dāng)差的平均值在0.1mm以下，標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.05mm以下時(shí)，打印機(jī)提供了足夠的重復(fù)性，測量設(shè)備精確到±0.015mm。

圖：ABS中的圓軌跡測試。

Intamsys-遠(yuǎn)鑄智能

FUNMAT PRO 410在這里顯示出優(yōu)秀的可重復(fù)性，X 軸的平均偏移量為 0.085 毫米，Y 軸的平均偏移量為 0.139 毫米，因此兩個(gè)軸的平均偏移量為 0.112 毫米，平均標(biāo)準(zhǔn)偏差只有 0.0415 毫米，非常好。

測試人員可以將 X 軸和 Y 軸之間的差異歸因于兩個(gè)軸分別由正弦函數(shù)控制的事實(shí)，X 軸的結(jié)果優(yōu)于 Y 軸的結(jié)果，因?yàn)楹笳弑仨毘休d更多的重量，從而導(dǎo)致更大的慣性。因此，在打印優(yōu)先考慮尺寸精度的零件時(shí)，最好盡可能沿 X 軸打印這些關(guān)鍵尺寸。

隨后是測試中最佳和最差圓圈的鐘形曲線——X 軸為圓圈 3，Y 軸為圓圈 2。在測試情況下，這臺 3D 打印機(jī)制造的 100 毫米圓中有 99.6% 在 99.78 毫米和 100.12 毫米之間。在最壞的情況下，這臺 3D 打印機(jī)制造的 65mm 圓中有 99.6% 在 64.72mm 和 64.95mm 之間。

Intamsys-遠(yuǎn)鑄智能

圍繞著實(shí)際用途，測試人員使用PEEK長絲來 3D 打印通常在航空航天或汽車制造設(shè)施中應(yīng)用的三個(gè)工業(yè)部件：渦輪機(jī)、管道元件和錐齒輪。渦輪機(jī)和管道元件選擇了SP5000 支撐材料進(jìn)行了3D打印，SP5000 是一種可溶于乙酸乙酯的可溶性支撐材料，而錐齒輪的打印沒有任何支撐。

測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)鑄智能的FUNMAT PRO 410制造了渦輪機(jī)和管道非常高的整體質(zhì)量，具有光滑的表面和出色的層粘合性。然而，即使在將部件浸入乙酸乙酯超過 24 小時(shí)后，測試人員仍不得不使用刀具去除大部分 SP5000 支撐材料，導(dǎo)致部件表面出現(xiàn)白色殘留物。測試人員將此歸因于測試人員自己的加工參數(shù)，因?yàn)闇y試人員在零件和支架之間使用了 0.00mm 的間隙——也許留下 0.10mm 的間隙會導(dǎo)致界面更干凈。

另一方面，測試人員認(rèn)為錐齒輪的3D打印完美無瑕，這種高強(qiáng)度部件可以用作功能原型或最終用途零件。

接下來，測試人員使用聚碳酸酯 (PC) 長絲 3D 打印了一組Funktion-One Res 2 地面堆棧。FUNMAT PRO 410在這里給人留下了深刻的印象，因?yàn)闇y試人員的打印部件具有出色的表面質(zhì)量并且沒有缺陷，最終證明適合用途。

測試人員用三個(gè)碳纖維增強(qiáng)聚酰胺 (PA-CF) 打印結(jié)束了測試人員的測試：一組揚(yáng)聲器楔子、一個(gè)自行車頭盔（帶有 HIPS 可溶性支撐）和一個(gè)行星齒輪系統(tǒng)。

- PA-CF 材料的打印測試：揚(yáng)聲器楔、自行車頭盔、行星齒輪系統(tǒng)

3D打印的揚(yáng)聲器楔塊是一個(gè)內(nèi)部組件，旨在將揚(yáng)聲器偏移 3 毫米，使其不會與相位插頭接觸。測試人員選擇 PA-CF 是因?yàn)椴牧暇哂休p微的柔韌性，當(dāng)揚(yáng)聲器外殼擰緊時(shí)，它能夠形成真空密封。FUNMAT PRO 410輕松打印出復(fù)合材料楔塊，零件工作完美。

FUNMAT PRO 410 設(shè)備可打印多種高性能材料

Intamsys-遠(yuǎn)鑄智能

同樣，測試人員為自行車頭盔選擇了 PA-CF材料，因?yàn)樗哂袕?qiáng)度和抗沖擊性，使材料能夠吸收沖擊而不會破裂。雖然頭盔確實(shí)需要一點(diǎn)后處理，但表面質(zhì)量非常好，零件的缺陷也很少。PA-CF 和 HIPS 支架之間的界面也非常干凈，沒有材料滲出。

最后，測試人員有了 3D打印的行星齒輪系統(tǒng)。像這樣的機(jī)械組件使測試人員能夠確定 3D 打印機(jī)的公差到底有多小，因?yàn)榭梢院苋菀椎嘏袛嘞到y(tǒng)的組裝便利性和整體流動性。FUNMAT PRO 410 在此打印方面做得非常出色，因?yàn)闇y試人員的每個(gè)齒輪都具有干凈的表面并且與組件的其余部分嚙合良好，從而形成了一個(gè)功能齊全的齒輪系統(tǒng)。

總而言之，3DPrintingIndustry通過測試發(fā)現(xiàn)INTAMSYS FUNMAT PRO 410已證明自己是工業(yè)級強(qiáng)者。該系統(tǒng)結(jié)合了可觀的構(gòu)建體積和出色的打印質(zhì)量，是希望成為使用工程級材料 3D打印高性能零件的專業(yè)和工業(yè)用戶的絕佳選擇。

此外，3DPrintingIndustry通過測試發(fā)現(xiàn)INTAMSYS 非常明確地將重點(diǎn)放在改善用戶體驗(yàn)上。3D打印機(jī)的控制系統(tǒng)盡可能復(fù)雜，并且包含專用的打印料倉意味著不需要任何第三方插件——FUNMAT PRO 410真正可以直接開箱即用。