หลักการทางเทคนิคของเส้นใยอัดโลหะ
เส้นใยอัดโลหะ (Metal Filled Filament) เป็นเส้นใยคอมโพสิตชนิดหนึ่งที่ทำจากการผสมผงโลหะกับสารยึดเกาะพอลิเมอร์ โดยปริมาณผงโลหะโดยทั่วไปอยู่ที่ 80-90% (โดยปริมาตร) ส่วนที่เหลือเป็นส่วนประกอบยึดเกาะ เช่น ขี้ผึ้งและพอลิเมอร์ หลังจากพิมพ์ขึ้นรูปด้วย FDM แล้ว จะต้องผ่านกระบวนการกำจัดสารยึดเกาะ (debinding/การขจัด binder) และการเผาซินเทอร์ (sintering: ทำให้ผงโลหะหลอมประสานและแน่นตัว) เพื่อให้ได้ชิ้นส่วนโลหะที่มีความหนาแน่นเกือบเต็ม
แนวทางทางเทคนิคนี้มักเรียกว่า Metal FDM หรือ Bound Metal Deposition (BMD) และเป็นทางเลือกต้นทุนต่ำแทนเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติโลหะแบบดั้งเดิม เช่น SLM และ EBM
ประเภทและคุณสมบัติของเส้นใยอัดโลหะ
เส้นใยฐานทองแดง
| พารามิเตอร์ | ค่าทั่วไป |
|---|---|
| ปริมาณโลหะ | 85-90% โดยปริมาตร |
| อุณหภูมิพิมพ์ | 200-230°C |
| อุณหภูมิแท่นพิมพ์ | 50-60°C |
| ความหนาแน่นหลังเผาซินเทอร์ | 95-98% ของความหนาแน่นเชิงทฤษฎี |
| การนำไฟฟ้า | หลังเผาซินเทอร์สามารถได้ 70-85% ของทองแดงบริสุทธิ์ |
| ลักษณะภายนอก | สีทองแดงแดงหรือสีบรอนซ์ |
เส้นใยฐานทองแดงเหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องนำไฟฟ้า เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ชิ้นงานตกแต่ง งานศิลปะ และการใช้งานอื่น ๆ การพิมพ์ค่อนข้างง่าย และอุณหภูมิการเผาซินเทอร์ค่อนข้างต่ำ (ประมาณ 900-1000°C)
เส้นใยฐานสเตนเลส
| พารามิเตอร์ | ค่าทั่วไป |
|---|---|
| ปริมาณโลหะ | 85-90% โดยปริมาตร |
| อุณหภูมิพิมพ์ | 200-240°C |
| อุณหภูมิแท่นพิมพ์ | 50-70°C |
| ความหนาแน่นหลังเผาซินเทอร์ | 96-99% ของความหนาแน่นเชิงทฤษฎี |
| ความแข็งแรงเชิงกล | หลังเผาซินเทอร์ใกล้เคียงสเตนเลสที่ผ่านการตีขึ้นรูป |
| ลักษณะภายนอก | สีเงินเทา สามารถขัดเงาได้ถึงระดับกระจก |
เส้นใยฐานสเตนเลสเหมาะสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างที่ต้องการความแข็งแรงสูง ชิ้นส่วนการใช้งานจริง จิ๊กและฟิกซ์เจอร์ และอื่น ๆ อุณหภูมิการเผาซินเทอร์ค่อนข้างสูง (ประมาณ 1300-1400°C) จึงต้องใช้เตาเผาซินเทอร์ระดับมืออาชีพ
ระบบโลหะอื่น ๆ
- เส้นใยโลหะผสมไทเทเนียม: ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและการแพทย์ อุณหภูมิการเผาซินเทอร์มากกว่า 1500°C
- เส้นใยเหล็กกล้าเครื่องมือ: ใช้ในการผลิตแม่พิมพ์ หลังเผาซินเทอร์สามารถชุบแข็งด้วยการอบชุบความร้อนได้
- เส้นใยโลหะมีค่า: เครื่องประดับทองและเงิน การผลิตแบบกำหนดเองในปริมาณน้อย
ประเด็นสำคัญของกระบวนการพิมพ์ FDM
ข้อกำหนดของอุปกรณ์
ข้อกำหนดของเครื่องพิมพ์สำหรับเส้นใยอัดโลหะ:
- ระบบอัดรีด: หัวฉีดเหล็กชุบแข็งหรือหัวฉีดทับทิม (ผงโลหะทำให้หัวฉีดทองเหลืองสึกหรอรุนแรง)
- กลไกอัดรีด: แนะนำแบบไดเร็กไดรฟ์ เนื่องจากเส้นใยค่อนข้างเปราะและหักง่าย
- อุณหภูมิหัวร้อน: เครื่องพิมพ์ทั่วไปก็ใช้ได้ (200-240°C)
พารามิเตอร์การพิมพ์
| พารามิเตอร์ | ค่าที่แนะนำ | คำอธิบาย |
|---|---|---|
| อุณหภูมิหัวฉีด | 200-230°C | ปรับตามคำแนะนำของเส้นใย |
| อุณหภูมิแท่นพิมพ์ | 50-60°C | ช่วยให้ชั้นแรกยึดเกาะได้ดี |
| ความเร็วพิมพ์ | 20-40mm/s | ความเร็วต่ำช่วยให้อัดรีดเสถียร |
| ความสูงชั้น | 0.1-0.2mm | ชั้นที่บางลงช่วยให้การเผาซินเทอร์สม่ำเสมอ |
| อัตราการเติม | 100% | พิมพ์แบบทึบ โครงสร้างกลวงจะยุบตัวระหว่างการเผาซินเทอร์ |
| ความหนาผนัง | ≥2mm | หากบางเกินไปจะเสียรูปได้ง่ายหลังเผาซินเทอร์ |
ข้อควรระวังพิเศษ
- การสึกหรอของหัวฉีด: ผงโลหะจะทำให้หัวฉีดทองเหลืองสึกหรอ ควรใช้หัวฉีดเหล็กชุบแข็ง (ระบุเป็น HS) หรือหัวฉีดทับทิม
- ความเปราะของเส้นใย: โลหะ
ส่งโมเดล แบบแปลน รูปภาพ หรือบันทึกเป็นลายลักษณ์อักษร วิศวกรจะตรวจสอบวัสดุ กระบวนการ การตกแต่ง และการส่งมอบตามการใช้งานจริง