3D打印金属填充耗材:密度、喷嘴磨损与实际用途

金属填充耗材到底是什么

金属填充耗材本质上仍是塑料。其基材是普通聚合物,本文涉及的两份Prusament数据表中均为PETG,厂商在其中均匀分散了细金属粉末。打印出来的零件并不是金属零件,它保留了PETG的刚性、耐热性和局限,再加上填料带来的特性。如果你想要实心金属零件,那是完全不同的工艺,详见我们的金属3D打印指南。

并非每种填料的选择理由都相同。有些粉末是为了外观,使表面可以抛光或形成铜绿效果。另一些,如钨和磁铁矿,则是因其物理作用而被选用:增加质量、阻挡辐射或对磁铁产生响应。本指南重点关注第二类,并以Prusament的PETG Tungsten 75%和PETG Magnetite 40%资料表为参考。

所有这些耗材的共同点是磨蚀性。金属粉末对喷嘴的磨损远快于普通PETG,而且高密度会改变切片软件估算耗材用量的方式。这两点会在下面每一节中反复出现,因为它们对你能使用哪种打印机的影响,与对你选择哪些设置的影响一样大。

密度:为什么钨会改变计算方式

根据Prusament资料表,钨(也称wolfram)的密度约为每立方厘米19克,与黄金相当,约为铅的1.7倍。该耗材继承了这一特点:在相同重量下,一盘PETG Tungsten 75%比一盘普通PETG的长度明显更短。Prusament的说法很简单:相同重量下,耗材的长度更短。

实际使用中,料盘看起来偏短,而成品零件的重量对于外观像普通PETG的东西来说出奇地沉。这正是你想给物体配重时需要的效果:不再倾倒的手办底座、平衡性更好的工具手柄、小型配重块。磁铁矿同样增加重量,Prusament也将单纯配重列为PETG Magnetite 40%的用途之一。

密度带来一个实际问题。切片软件会根据耗材配置文件中存储的密度来计算零件重量和成本。如果使用标准PETG配置文件,数值就会出错。Prusament指出,PrusaSlicer中不包含PETG Tungsten 75%的配置文件,并为MK3S+提供了可下载的配置包。对于其他打印机,该公司建议联系其支持团队。

喷嘴磨损:为什么硬化喷嘴不是可选项

两份Prusament资料表都说得很直白:钨的磨蚀性很强,磁铁矿颗粒同样如此。两者都必须使用硬化喷嘴。软质的黄铜喷嘴会随着打印长度增加而慢慢被磨大,在没有明显征兆的情况下影响挤出量和线宽。我们的3D打印机喷嘴指南介绍了各类喷嘴及其耐磨性。

其机理与碳纤维耗材相同,只有一个区别:这里的填料是粉末,而不是纤维。它不会沿打印线方向排列,但会持续磨损喷嘴内孔和挤出机驱动齿轮。使用硬化齿轮,并让耗材路径没有急弯,会让使用更轻松。

Prusament补充了一条钨材料特有的警告:任何打印机问题,无论是部分堵塞还是挤出不足,都可能显著降低零件的辐射屏蔽性能。换句话说,磨损的喷嘴不只是让零件更难看,而是让零件无法再发挥作用。该公司建议在进行功能性打印之前,先妥善清洁并校准打印机,并用其校准模型进行测试。

打印设置:热床、喷嘴与打印表面

两种耗材都遵循普通PETG的逻辑,只是温度各有不同。对于PETG Tungsten 75%,Prusament资料表给出的喷嘴温度为260 ± 10 °C,热床为80 ± 10 °C,并称热床是必需的。对于PETG Magnetite 40%,资料表给出喷嘴270 ± 5 °C、热床100 ± 10 °C,且不需要外罩。

打印表面遵循纯PETG的做法:缎面或纹理板。对于钨,Prusament建议用异丙醇清洁板面,并且只有在配合固体胶作为隔离层时才使用光面板。对于磁铁矿,建议则相反。不推荐使用异丙醇,因为附着力可能会过强。资料表建议改用无香型纸巾蘸玻璃清洁剂,在冷热床上擦拭,或者用温水加几滴洗洁精。

关于磁铁矿有一点需要注意:资料表指出其层间附着力低于纯PETG。摆放零件时要避免载荷把层拉开,并且不要用于受力的机械零件。至于表面处理,Prusament指出PETG Magnetite 40%可以干磨和湿磨。

用途:配重、屏蔽与磁性零件

钨之所以能起屏蔽作用,是因为其原子序数很高,为74,能够阻挡X射线和伽马射线,Prusament资料表对此作了说明。该公司列出了医疗应用:放射性药物的屏蔽、诊断放射设备的测试工具、定制伽马相机准直器以及定制屏蔽罩。3D打印在这里的吸引力在于可以制造复杂的个性化形状,因为密度极高的材料很难进行机械加工。

需要明确的是,本指南并不声称任何内容。它不验证任何防护性能。真正的屏蔽零件必须由合格的专业人员设计、测量并评定,包括合适的厚度和对打印件的检验。Prusament本身也警告说,打印缺陷会大幅降低效果。对业余爱好者而言,现实的用途是配重和实验。

磁铁矿则是另一回事。PETG Magnetite 40%是顺磁性的:用它打印的任何东西都可以被磁铁吸住,但在家庭条件下零件不会变成永久磁铁。Prusament列出的用途包括开关、电位器和感应线圈等电子零件、电磁屏蔽、磁性盒子的盖子、可吸附在磁性支架上的工具、磁性拼图,以及艺术或设计作品。

适合你吗?打印机与预算检查

购买料盘前,请先检查打印机的三个方面。第一,喷嘴:如果你仍在使用原装黄铜喷嘴,就需要换一个适配你热端的硬化喷嘴。第二,热床:Prusament称其对钨材料是必需的,对磁铁矿则温度更高。第三,挤出机,其驱动齿轮同样会被磨损。

你不需要专业机器。配有硬化喷嘴和热床的中端打印机就足够了,磁铁矿甚至不需要外罩。真正增加的成本在于料盘本身:填充钨的耗材比标准PETG贵得多,而且每盘的长度很短。要了解全貌,我们的启动预算工具可以帮你汇总打印机和耗材的花费。

第一次打印时,请选择简单而有用的东西:需要配重的底座,或要吸附在磁条上的支架。先打印Prusament的校准模型,使用提供的配置文件,并记住PETG Magnetite 40%不适合承受跨层载荷。这些都是特种材料,用于解决特定问题,而不是日常打印。

资料来源与局限

• Prusament — PETG Tungsten 75%
• Prusament — PETG Magnetite 40%

我们整理的是厂商和社区的文档，并未亲自测量这些产品。针对你具体型号的手册优先于一般性的指导。