革新金屬3D打印基板的分離工藝，GF加工方案CUT AM 500
發布時間：
2023-01-11 12:39
自3D打印技術誕生以來，金屬3D打印零件與打印基板的分離至今困擾著業界。如圖1所示，復雜形狀的3D打印零件只有與基板分離后才有真正的使用價值。但是，基板的分離工藝并不像想象中的簡單。要充分了解3D打印零件與其基板間的分離細節，我們需要簡要地回顧分離工藝的發展史。
最初，用帶鋸機，看上去非常簡單。將基板夾持在角鐵上，用垂直帶鋸切下3D打印件。然而，不難發現，這種簡單的方法存在許多限制和缺點：
鋸縫 - 鋸切的寬度意味著在3D打印過程中，需要增加打印的層數，對于布滿許多工件的大型基板，這意味著打印時間將顯著增加。
鋸切面精度 - 鋸切面的質量和精度難以滿足要求，通常為獲得干凈的表面，需要增加打印層數，也需要費力地進行后續加工，然后才能使工件在分離后，其底面滿足質量要求。
易損的橫截面 - 施加在工件上的鋸切力大小不可忽略不計，鋸切力可能損壞工件和導致其變形，特別是薄壁工件，如圖2所示。
特殊合金工件 – 想要高效率地鋸切鎳基高溫合金和鈦合金的3D打印件十分困難。
因此，由于鋸切的諸多缺點，分離工藝很快演進到新型、當前迭代版本的基板切除工藝——線切割…
改用線切割工藝后，成功避免鋸縫問題，但表面質量和橫截面損傷等其它問題依然沒有解決：
切割速度 - 與帶鋸切割速度相比，線切割速度堪稱龜速。導致切割速度非常慢的原因之一是線切割工藝通常需要用高壓沖液，對于許多3D打印件來說，可能損傷不均勻的橫截面，事實上，如圖3所示，常常成排地切割獨立的工件。
工件分離的沖擊損傷 - 由于需要安裝基板，其表面平行于垂直方向的電極絲，被切工件必須在水平方向。工件被切斷時，工件落下時常常發生損傷，
不僅落下的工件可能損傷，工件在切斷前受到的彎矩也能在接近最終切斷時造成表面變形。
機床成本 - 由于線切割的Z軸行程必須滿足基板要求，通常必須使用大型線切割機床。然而，如今的線切割機床都配很多軸，分離3D打印零件與基板不需要使用其中的部分軸。這意味著對于選用線切割機床進行分離基板的公司，其所購買的機床的部分功能完全浪費。
如今，GF加工方案的 CUT AM 500閃亮登場！
作為電火花加工領域的全球領先者，GF加工方案發現了用于3D打印零件分離的原有技術存在的不足，決定開發一款全新、專用于分離3D打印件與基板的機床。開創性、已獲專利的CUT AM 500橫空出世，該機擁有以下優點：
*大型加工區：500x500x500mm
*小切縫：采用0.2mm直徑的鉬電極絲
*無切削力：采用專有的EDM/ECM切削工藝
*可重復使用的電極絲，運絲速度達20m/s
*無切割面污染
*高速切割
*無零件損傷：用水平電極絲和臥式切割工藝
*操作簡單：采用Windows 10 HMI數控系統
*低運行成本：鉬電極絲可循環利用
*可追溯的工件收集和標識：用于收集和支撐工件的零件收集籃
*可自動化：兼容System 3R夾具系統
*增加可工作時間：維護周期達600小時
現在，我們詳細地介紹這些突出優點：
加工區域大
500mm立方形加工區，不僅輕松滿足大型基板要求，也能滿足高大工件的要求。
切縫小
采用0.2mm電極絲和高精度的基板找邊定位，CUT AM 500用戶可以最大限度地減少3D打印件的預留打印層。因此，能顯著縮短打印時間。
無切削力
由于電極絲與工件之間無物理接觸，線切割加工無工件損壞的風險，分離面不僅光滑，而且可與成形工件的進給軸準確找正。
無切割面污染
部分醫療器械和航空航天應用不允許切割面存在銅或鋅污染，純銅和鍍鋅電極絲常常存在該污染。CUT AM 500采用鉬電極絲，有效避免該污染。
高速切割
CUT AM 500的線切割速度明顯優于傳統線切割技術，部分情況下，接近帶鋸的切割速度。達到如高的切割速度是由于使用了多種先進技術：
高電極絲速度，即電極絲每秒運行20米，切割時電極絲和工件是浸入工作液中的，如圖5所示，甚至可以同時切割多個工件。在這樣高的速度下，5000米絲軸無法持續使用較長的時間；然而CUT AM 500將電極絲纏繞在另一個絲軸中，然后再反向將電極絲纏繞回原絲軸上，重復使用電極絲。在兩個絲軸間來回重復使用電極絲顯著降低耗材成本。
加入專用添加劑增強的水基工作液成為去離子的水基工作液，可以提高“拖動效應”和線切割速度。
專有的脈沖電源是以IPG Sinker為基礎，進行改進設計的脈沖電源，采用EDM/ECM相結合的線切割技術，顯著提高線切割速度。該脈沖電源采用雙極脈沖技術，幾乎可徹底避免鈦和其它敏感材質的化學侵蝕。
無零件損傷
結合使用水平電極絲，臥式工件分離技術和零件收集籃確保切割安全，不損傷零件，如圖6所示。
操作簡單
在用戶友好的HMI控制面板中，只需要輸入簡單的信息（參見圖7），就能輕松完成分離任務的編程。
低運行成本
CUT AM 500通常使用易于購買和可循環使用的5000米長的鉬電極絲，并使用標準的電火花成形加工工作液過濾器。
可追溯的零件收集和標識
CUT AM 500含易于調整的零件收集籃，可輕松將其分為多個格位，在零件格位中保存切割后的零件，零件保持其原始位置不變，因此易于進行后續加工和將零件序列化。
可自動化
CUT AM 500托盤接收器可兼容System 3R夾具系統，如圖8所示，用機器人進行裝件和卸件。
減少停機時間
CUT AM 500按照600小時的維護周期進行設計。每600小時需要執行以下維護：
更換電極絲
更換工作液
更換工作液過濾器
更換進線電源的接點
設計合理的600小時維護周期確保生產不間斷，增加工作時間。
CUT AM 500的操作
我們已了解了這款全新的開創性機床的基本特點，現在我們看看這款機床如何進行工作！
第一步將基板/零件一起裝入圖9的零件隔架上。機床門打開，圖中機床的托盤接收器在裝件位置，如圖10所示。（注意：基板也可以直接裝入到機床的工作臺上，無需夾頭。此外，該機設計為可打開的頂蓋，因此可用高架起重機將重型金屬打印零件/重型基板吊入機床內。）
然后，將基板裝入托盤接收器中，如圖11所示。之后，將零件收集籃安裝在零件上方并安裝在托盤接收器上，如圖12所示。當零件收集籃固定在托盤接收器上后，CUT AM 500的B軸立即開始轉動，使零件位于如圖13所示的倒立位置。（此處為看到內部情況已拆下收集籃）
現在，B軸完全轉到180度位置，如圖14所示。（注意，為看到內部情況，已拆下收集籃）
工作液槽門關閉，向工作液槽中加入工作液。Z軸帶動水平電極絲運動到剛好低于基板表面的位置，電極絲驅動啟動，在Y軸伺服控制下進行線切割。線切割的狀況如圖15所示。（注意，收集筐的設計可使切斷分離期間，與電極絲無干涉。）
當將零件切掉時，零件無損傷地落在收集籃中，如圖16所示。完成線切割時，抽出工作液槽中的工作液，工作液槽門打開，運出收集筐。Y軸將電極絲運動到其原位，然后B軸開始轉動，返回其原位，如圖17所示，這時可以拆下基板進行更換以便下次加工。
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