Filamet™ Metalfilamenten: Kenmerken & Richtlijnen voor Geavanceerd 3D FDM-printen

The Virtual Foundry is een Amerikaans bedrijf dat, na jarenlang onderzoek, de reeks metalfilamenten Filamet™ heeft weten te ontwikkelen. Deze filamenten, door middel van na-bewerking gebaseerd op sinteren, maken het mogelijk om volledig metalen onderdelen te verkrijgen.

Op deze manier is The Virtual Foundry de pionier en maximale referentie in 3D FDM-metaalprinten geworden.

Wat zijn Filamet™ filamenten?

De filamenten Filamet™ bestaan uit een basismetaal en een biologisch afbreekbaar en ecologisch polymere (PLA). Deze filamenten bevatten hoge percentages metaalpartikels in hun samenstelling. Echter, door PLA als binder te gebruiken, zijn ze extreem makkelijk te printen, aangezien hun printeigenschappen vergelijkbaar zijn met die van PLA, wat elke gebruiker van een 3D FDM-printer in staat stelt om onderdelen met deze filamenten te creëren.

Video 1: Wat is Filamet?. Bron: The Virtual Foundry.

De meeste metalfilamenten op de markt bevatten een minimumaandeel metaalpartikels, rond de 30%; daarom zijn ze meestal ontwikkeld voor alleen decoratieve doeleinden. Echter, de onderdelen geprint met filamenten Filamet™, eenmaal gesinterd, hebben de eigenschappen van het corresponderende basismetaal.

Een voorbeeld hiervan zou het filament Filamet™ Koper zijn: Een onderdeel geprint met Filamet™ Koper zal geen geleidende eigenschappen hebben totdat het aan het sinterproces is onderworpen.

Afbeelding 1: Kegels gemaakt van Filamet™ van niet-gesinterd en gesinterd hoog-koolstofstaal. Bron: The Virtual Foundry.

Het resultaat na het sinteren van het 3D-geprinte onderdeel zal een volledig metaal onderdeel zijn, iets ondenkbaar tot nu toe binnen 3D FDM-printen. Dus met Filamet™, worden eigenschappen bereikt vergelijkbaar met die mogelijk met DMLS-technologie, maar met bepaalde beperkingen.

Vanwege de noodzaak om de onderdelen geprint met dit filament te sinteren, waar PLA geëlimineerd wordt, zullen de onderdelen hebben:

• Bepaalde porositeit
• Volumeverlies
• Niet-isotropie

Video 2: Dichtheid van Filamet filamenten. Bron: The Virtual Foundry.

Op dit moment heeft Filamet™ de volgende filamenten:

• Roestvrij staal 316 L - 80% metaalpartikels + 20% PLA
• Brons - 80% metaalpartikels + 20% PLA
• Koper - 90% metaalpartikels + 10% PLA
• 6061 aluminium - 65% metaalpartikels + 35% PLA
• Hoog-koolstofstaal - 75% metaalpartikels + 25% PLA
• Wolfraam - 95% metaalpartikels + 5% PLA

Filamet koper Filamet brons Filamet
roestvrij staal 316L Filamet
aluminium 6061

Kenmerken van Filamet™

De densiteit van de filamenten Filamet™ is veel hoger dan die van standaard PLA, door de hoge inhoud aan metaalpartikels en de dichtheid van de individuele betrokken metalen.

Bij het printen met Filamet™ filamenten wordt aanbevolen om een geharde staalmondstuk te gebruiken vanwege het hoge percentage metaalpartikels in de filamenten. Bovendien, afhankelijk van het materiaal, moet een mondstuk met ten minste 0,6 mm uitlaatdiameter gebruikt worden om verstoppingen te voorkomen. Behalve voor het filament Filamet™ van Wolfraam, dat het gebruik van een mondstuk tot 0,3 mm uitlaatdiameter toestaat; en het filament Filamet™ van Hoog-Koolstofstaal, dat het gebruik van een mondstuk van ten minste 0,8 mm uitlaatdiameter vereist.

Afbeelding 2: Messingmondstuk vs. geharde staal. Bron: E3D.

Een ander gevolg van de hoge metaalparticellading van deze filamenten is een grotere kwetsbaarheid van het filament voordat het gesmolten wordt, aangezien ze zeer kleine percentages binderpolymer in hun samenstelling hebben. Echter, dankzij het permanente onderzoek en ontwikkeling uitgevoerd door The Virtual Foundry, is deze kwetsbaarheid steeds minder in de filamenten; zoals te zien is in de volgende video:

Video 3: Kwetsbaarheid van Filamet filamenten. Bron: The Virtual Foundry.

In het proces van printen met filamenten Filamet™ is het heel belangrijk dat het filament zo recht mogelijk is voordat het de extruder binnenkomt, maar deze filamenten hebben een bepaalde kromming door de opwinding. Om dit op te lossen, heeft The Virtual Foundry een Filawarmer, een apparaat gevormd door een cylinder die het filament verhit en een temperatuurcontroller.

Afbeelding 3: Filawarmer geplaatst binnenin een filamentspoel. Bron: The Virtual Foundry.

Dit apparaat moet verticaal geplaatst worden, binnenin de spoel, met de ingang zo dicht mogelijk bij de filamentspoel en de uitgang uitgelijnd met het invoergat van de extruder. The Virtual Foundry adviseert om de verwarmingscilinder op te hangen om de spoel vrij te laten draaien.

Video 4: Filawarmer. Bron: The Virtual Foundry.

Naarmate het materiaal door de verwarmingscilinder passeert, verliest het zijn kromming en verhoogt zijn flexibiliteit; de trekkracht reducerend om breuk te voorkomen en het printen te vergemakkelijken.

Bij het printen met filamenten Filamet™ moet hun uitstekende adhesie aan de basis in rekening worden genomen. Deze is dermate dat het aanbevolen wordt om Blue Tape te gebruiken om het beschadigen van de printbasis bij het verwijderen van de geprintte onderdelen te voorkomen.

Sinteren van Filamet™

Eenmaal verwijderd van de indrukbasis, moeten de onderdelen gesinterd worden om een volledig metaal onderdeel te verkrijgen. Door dit proces wordt de PLA die deel uitmaakt van het filament verwijderd. Totdat dit proces uitgevoerd is, zullen de onderdelen niet de eigenschappen van het basismetaal hebben dat het gebruikte filament samenstelt.

Video 5: FAQs Filamet. Bron: The Virtual Foundry.

Sinteren is een productieproces van vaste onderdelen vanuit een object gevormd gecompacteerd metaalpoeder, waaraan een warmtebehandeling toegepast wordt bij een temperatuur lager dan die van smelting, maar hoog genoeg om de metaalpartikels op een weerstandige manier aan elkaar te binden, wat resulteert in een volledig vast blok.

Sinteren kan uitgevoerd worden in een open omgevingsoven of in een vacuum of inerte omgeving. In ons bericht "Hoe volledig metalen onderdelen te bereiken met FDM-printen" kunt u meer zien over sinteren en de verschillende ovens die gebruikt kunnen worden om dit proces uit te voeren.

Als u geen oven heeft die voldoet aan de eisen voor het sinteren van 3D-geprinte onderdelen met filamenten Filamet™, kunt u contact met ons opnemen en we zullen u informeren over de haalbaarheid en voorwaarden van sinteren in onze faciliteiten.

Na-bewerking van Filamet™

Eenmaal het filament-geprinte onderdeel gesinterd met het filament Filamet™, kan het na-gewerkt worden door het schuren en polijsten van de oppervlakken zoals bij een metaalonderdeel gedaan zou worden. Het wordt aanbevolen om water schuurpapier te gebruiken om de printlijnen en andere kleine vervormingen te reduceren, en steeds fijnere korrel schuurpapier te gebruiken.

Ten slotte kunt u een roterend gereedschap met een polijstschijf gebruiken en polijstpasta aanbrengen om de gewenste glans te verkrijgen. Afhankelijk van het basismetaal van het filament, kunnen de onderdelen die het resultaat zijn van sinteren, geschuurd, met warmte gladgemaakt en zelfs gelast worden.

De filamenten Filamet™ van The Virtual Foundry laten, voor het eerst, toe om volledig metalen onderdelen te fabriceren via 3D FDM-printen, met een relatief eenvoudige na-bewerking.

Dit is een zeer belangrijke en nuttige doorbraak voor verschillende industriësctoren: 3D-printerfabrikanten, biomedische innovatie, straalmotorontwikkeling, stralingsafscherming, ruimtevaart, kernenergie, tandheelkunde, kunstenaars of modeontwerp.