Metalfilamenten vergelijken: Filamet vs Ultrafuse – Kenmerken, prestaties en toepassingen

Al enige tijd is het mogelijk om metalen filamenten voor FDM 3D-printen op de markt te vinden, maar ze zijn niet allemaal hetzelfde. Wat zijn de verschillen tussen hen?

Om deze vraag te beantwoorden, moet rekening gehouden worden met het verschil tussen metalen gekleurde filamenten en metaalgevulde filamenten. De eerste bevatten een kleine hoeveelheid metalen deeltjes (5% - 40%) om een metaalachtige uitstraling te geven, puur voor esthetische eigenschappen. Hoe hoger het percentage deeltjes, hoe beter de simulatie van het betrokken metaal.

In het geval van metaalgevulde filamenten is de metaaldeeltjeslading meestal zeer hoog (boven 80%) en is het mogelijk om 3D-geprinte onderdelen aan een sinterproces te onderwerpen waarbij het bindend polymere wordt verwijderd, wat resulteert in 100% metalen onderdelen.

Momenteel zijn BASF en The Virtual Foundry twee van de bekendste fabrikanten die dergelijke materialen aanbieden om volledig metalen onderdelen te produceren met FDM 3D-printen en een sinterproces.

BASF biedt Ultrafuse filamenten aan, waaronder Ultrafuse 316 L en Ultrafuse 17-4 PH.

The Virtual Foundry, aan de andere kant, heeft een groot aantal metalen filamenten ontwikkeld onder de naam Filamet, zoals: Filamet Roestvrij Staal 316L, Filamet Brons, Filamet Koper, Filamet Aluminium 6061, Filamet Hoog Koolstof Staal, Filamet Wolfram, Filamet Inconel 718-34 of Filamet Titanium 64-5.

Compatibiliteit met FDM 3D-printers

Een van de belangrijkste kenmerken van metaalfilament is dat je geen industriële FDM 3D-printapparatuur nodig hebt, of zelfs een professionele. Metaalfilamenten als Ultrafuse of Filamet zijn gekennzeichnet door het feit dat ze op bijna elke FDM 3D-printer op de markt 3D-geprint kunnen worden.

Vanwege de hoge metaallading van deze filamenten, moet een geharde staalnozzle gebruikt worden om de afzetting van het filament te verminderen. Print- en heated bed-temperaturen variëren per fabrikant en materiaal, maar overschrijden niet 245°C printtemperatuur en 120°C voor de heated bed.

Afbeelding 1: Slijtage van messing nozzle vs. geharde staal. Bron: E3D.

In het geval van Basf's Ultrafuse filamenten, biedt de aard van het filament een bepaalde flexibiliteit en is het niet erg bros, wat het zeer makkelijk te printen maakt.

De Filamet filamenten van The Virtual Foundry zijn samengesteld uit een hoog percentage metaalvulling en PLA als bindend polymere. Afhankelijk van het metaal en het vullingspercentage van het materiaal, kunnen Filamet-filamenten wat bros zijn en moeilijk te printen op sommige 3D-printers vanwege de route die het filament moet afleggen van waar de spoel geplaatst is naar de extruder. Dit is echter geen probleem, aangezien The Virtual Foundry Filawarmer heeft ontwikkeld, een apparaat dat zorgt dat het filament volledig recht is voor het printen, de kromming van de opwinding elimineert en optimale 3D-print van het materiaal bereikt.

Video 1: Filawarmer installatie. Bron: The Virtual Foundry.

Dimensionele krimp

Metaalfilamenten vereisen sinter na-bewerking om het bindende polymere uit het filament te verwijderen, wat resulteert in volledig metalen onderdelen.

Omdat het een proces is waarbij materiaal verwijderd wordt, moet in aanmerking genomen worden dat de afmetingen van de resulterende onderdelen bepaalde variaties zullen hebben ten opzichte van de oorspronkelijke maten. Dat wil zeggen, de onderdelen zullen een grotere of mindere krimp ondergaan tijdens het sinterproces, afhankelijk van het materiaal en het merk van het filament.

Dit is ongetwijfel een moeilijkheid bij de productie van functionele onderdelen waar dimensionale nauwkeurigheid een prioriteit is. Echter, het is mogelijk om de krimpfactor te vinden en de CAD-modellen te schalen om de gewenste dimensionale resultaten te verkrijgen.

Hier hebben Ultrafuse en Filamet materialen enkele verschillen. Ultrafuse filamenten hebben een krimpbereik van 16-17% in de XY-as en 19-20% in de Z-as, vergeleken met een krimp van 7-10% voor Filamet filamenten.

In het geval van Filamet, hebben de eindonderdelen een dichtheid van 80-85%, hoewel de onderdelen langer gesinterd kunnen worden, wat een hogere dichtheid en een hogere krimp ten opzichte van de oorspronkelijke onderdelen zou impliceren.

Voor Ultrafuse biedt BASF een uitgebreide gebruikersgids inclusief informatie over toleranties, krimp en schaling, aanbevolle wanddikte, etc. wat heel nuttig kan zijn.

Video 2: Ultrafuse Ontwerpgids. Bron: BASF.

Sinterproces

De sinterprocessen ontwikkeld voor Ultrafuse en Filamet filamenten hebben bepaalde verschillen tussen hen.

BASF gebruikt een specifiek bindend polymere in Ultrafuse filamenten dat katalytische ontbinding vereist vóór het sinterproces, dus de na-bewerking kan iets complexer worden beschouwd dan voor Filamet filamenten. Echter, binnen de Filamet filamenten zijn er nog steeds sommige die een experimenteel sinterproces hebben, wat geen enkele garantie biedt qua resultaten.

Ook hebben de meeste Filamet filamenten minder eisen qua sinterfaciliteiten, aangezien de meeste in een open-ovengeheide oven gesinterd kunnen worden.

Afbeelding 2: Filamet informatietabel. Bron: The Virtual Foundry.

A priori kan het gebruik van deze filamenten bepaalde twijfels en moeilijkheden oproepen, vooral als de gebruiker niet over de middelen beschikt om de sintering van de materialen uit te voeren. Echter, beide fabrikanten bieden oplossingen in dit opzicht. BASF heeft een eigen sinterservice, terwijl gebruikers die met Filamet filamenten willen werken contact met ons kunnen opnemen om de haalbaarheid van hun projecten te beoordelen en de benodigde na-bewerking uit te voeren om het gewenste resultaat te verkrijgen.

Afbeelding 3: BASF's sinterservice.

Conclusies

Filamet's aanbod aan metalen filamenten is ongetwijfel het breedste op de markt. The Virtual Foundry was de eerste fabrikant die sinterbare metalen filamenten op de markt bracht en heeft een breed scala materialen ontwikkeld geschikt voor een veelheid toepassingen.

Het Ultrafuse filamentenaanbod gespecialiseert momenteel in de ontwikkeling van roestvrij staal filamenten, hoewel ze voor een breed scala toepassingen gebruikt kunnen worden zoals tooling, jigs en fixtures, kleine series productie, functionele onderdelen en prototypes.

Wat 3D-printen betreft, vereisen Filamet filamenten een lagere print- en bed-temperatuur dan Ultrafuse filamenten, hoewel sommige Filamet materialen het gebruik van externe apparaten vereisen zoals Filawarmer om een optimaal resultaat te garanderen.

Ultrafuse filamenten staan het gebruik van kleinere uitlaatdiameter nozzles toe, terwijl Filamet filamenten het gebruik van een 0,6 mm nozzle vereisen, met uitzondering van Filamet Wolfram.

Wat het sinterproces betreft, is de na-bewerking waaraan Filamet metaalfilamenten onderworpen moeten worden eenvoudiger en, in veel gevallen, vereist het niet het gebruik van een inerte-atmosfeeroven, dus het kan relatief gemakkelijk zijn om de benodigde faciliteiten en machines te hebben om 3D-geprinte onderdelen met Filamet te sinteren. Bovendien, als de gebruiker niet over de benodigde faciliteiten of kennis beschikt om de sintering uit te voeren, kan hij contact met ons opnemen. Aan de andere kant, sommige van de Filamet filamenten zijn in de experimentele fase, dus er zijn geen garanties wat de sintering van deze materialen betreft.

In het geval van Ultrafuse, moeten onderdelen 3D-geprint met deze filamenten een wat complexere na-bewerking ondergaan, hoewel BASF een uitgebreide gids biedt met relevante informatie over hoe optimale resultaten met Ultrafuse filamenten te bereiken. Bovendien heeft BASF een ontbinding- en sinterservice geleverd door ELNIK, gebaseerd op de aankoop van vouchers die het ontbindings- en sinterproces dekken, evenals de verzending en retour van de onderdelen.

Ongetwijfel zijn metaalfilamenten innovatieve materialen die FDM 3D-printergebruikers in staat stellen om volledig metalen onderdelen te produceren voor een verscheidenheid aan toepassingen. Met Ultrafuse en Filamet kunnen gebruikers het materiaal vinden dat het beste aan hun behoeften voldoet.