五千余字国外测评:中国碳纤维3D打印机,性价比高,可批量生产-金属3D打印工厂

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五千余字国外测评:中国碳纤维3D打印机,性价比高,可批量生产

近日,3D打印技术参考注意到,知名3D打印装备测评专家——法国Aniwaa对来自中国的桌面碳纤维3D打印机进行了测评,所测试的品牌和型号是来自复志科技(Raise3D)的E2CF。该设备于去年上市,Aniwaa的工程师希望验证其是否如所宣传的那样——是一款可放置于办公室、成本效益高、可用于生产小批量高强度复合材料零部件的3D打印机。

Aniwaa将该打印机从使用体验、零件表面质量、精度以及批量打印等多个维度进行了测试,还与国际知名品牌Markforged以及MakerBot的同类型机器进行了对比,综合得出了中国品牌机器的优势与不足。

产品介绍

E2CF是在Raise3D备受欢迎的E2的基础上进行设计的,使其能够专门3D打印纤维复合材料,如碳纤维(CF)和玻璃纤维(GF)复合材料。

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aniwaa巴黎办公室里的E2CF(图片来源:Aniwaa)

这两款3D打印机都拥有稳定的框架设计、较大的打印尺寸、IDEX独立双喷头系统、柔性底板、HEPA过滤系统、内置摄像头等功能,是一款用户友好的专业级3D打印机。

那么, E2CF为什么以打印高强碳纤维作为卖点?和其他可以支持打印碳纤维的打印机又有什么不同?

E2CF配备了更坚硬的碳化硅喷嘴,以解决复合材料磨损喷嘴的问题-—-标准黄铜喷嘴很容易被纤维磨损。打印机的挤出机构也针对碳纤维复合材料的流动性,专门设计了双齿轮挤出系统,具有2倍力量,使打印更快更平滑。Raise3D还增加了一个新的“辅助过程”,以提高打印机的自动喷嘴高度校准精度,从而获得更好的首层效果——可支持复合材料的复杂形态打印,并拥有优异的附着力。

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E2CF内部的高品质组件(图片来源:Aniwaa)

连续、可靠的小批量生产是E2CF主推的另一个点。与E2不同的是,它配有两个耗材干燥箱,以降低材料的潮湿度,保持耗材干燥。除此之外,专属的切片软件ideaMaker也经过测试和材料配置,有助于E2CF全天候稳定运作。

E2CF从软件到硬件的整套生态系统十分完善。经过几个长时间、不间断的手动打印(加起来超过200小时的打印)后,Aniwaa总结出了Raise3D E2CF的优缺点。

优点:

  • 极高的性价比(综合使用成本是Markforged Onyx的1/5,MakerBot Method的1/3)
  • 优秀的打印质量和可重复性
  • 适合使用于无需长期看管的小批量生产

缺点:

  • 切片软件的使用有难度
  • 需安装配置文件
  • 仅可打印纤维增强复合材料

开箱过程

E2CF设备重35kg,尺寸为607 x 596 x 465mm,设备安装在一个托盘上的大纸板箱里,包装里合理的运用了各种泡沫和楔子,将设备保护得很好。为了安全的把E2CF取出来,需要两个人一起合力操作。

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E2CF外包装(图片来源:Aniwaa)

当把E2CF从包装箱里取出后,Aniwaa的工程师立刻被它表面带有碳纤维质感的条纹设计吸引。打印机的侧面有一层橡胶防静电涂层,很光滑,但较难清洁。(建议不要用纸巾进行擦拭)

除了3D打印机,还配备了各种用于维护和操作的工具——手套、镊子、刮板等,还有一支Magigoo胶水和一些替换部件。Raise3D还附赠了两卷耗材,可以用于打印测试,包括一卷Raise3D Industrial PA12 CF以及匹配的支撑材料。每个耗材都装在一个密封的包装里,里面装着干燥剂。

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E2CF开箱(图片来源:Aniwaa)

E2CF的打印耗材

需要注意的是,E2CF只能打印Raise3D授权的耗材。从好的方面来说,精确把控耗材可以保证设备的可靠性,帮助用户输出高质量的部件。Raise3D会为每一款耗材设置好打印参数,保障打印的成功率与准确率。缺点是,E2CF不能打印如PLA的其他基础材料或未经认证的第三方纤维复合材料。

E2CF只适用于打印纤维增强复合材料——在热塑性塑料里加入短束碳纤维或玻璃纤维的复合材料,与“纯”热塑性塑料相比,这些复合材料优越的机械性能更强,用这些复合材料打印的零件往往能拥有更光滑的表面和更好的层间结合力。

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在放大的PPA GF部件上可看见玻璃短纤维(图片来源:Aniwaa)

E2CF兼容的耗材包括Raise3D Industrial系列的PA12 CF+、PPA CF、PPA GF以及各自的专属支撑耗材,以及经过测试认证的第三方耗材,前不久该公司上新了32款高性能新耗材,如:在法国国内比较常见的Kimya,以及巴斯夫、雷孚斯和Jabil,同时也支持一些性价比较高的中国厂商如易生和Polymaker的纤维增强耗材。

Raise3D为Aniwaa的测试提供了几卷耗材,包括:

  • 2卷PA12 CF
  • 2卷PA12 CF Support
  • 1卷PPA GF
  • 1卷PPA Support

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装在密封干燥袋里的Raise3D Industrial PPA GF(图片来源:Aniwaa)

PA12 CF是一种由聚酰胺(尼龙)和切碎的短碳纤维做成的复合材料。通过将碳纤维添加到像尼龙这样的基体材料中,可以获得更坚固、坚硬的部件。短碳纤维的加入还提供了更高的尺寸稳定性,帮助打印件在冷却过程中抵抗收缩和翘曲。

PPA GF由玻璃纤维和聚苯酰胺(PPA)制成,PPA有时被称为“高性能”尼龙。与普通尼龙相比,PPA具有更高的整体强度、更好的热性能、较低的吸湿性和优异的耐化学性。玻璃纤维的加入进一步改善了这些性能,使其成为其他高性能聚合物的可靠且经济的替代品。

每一种材料都可以与其专用的支撑材料搭配使用。它们经过特殊配方,为特定的复合材料创建稳定的支撑结构,同时很容易剥离。

最后一点,在对打印零件进行退火后,用户可以将这些材料的机械性能提高一倍。Raise3D材料与应用事业部总监金珉德博士分享了以下观点:“退火是非常重要的后处理步骤,它加速后结晶的零件,提高他们的刚度和尺寸稳定性。我们建议零件带着支撑材料在80到100°C烘烤打印件8小时左右,这是一个非常可靠和容易的过程,甚至可以使用普通家用烤箱进行处理。”

校准

E2CF的校准是一个快速的过程(与Pro3 Plus相同)。用户可以方便地在7英寸触摸屏上启动自动调平功能,并进行其他的设置,如喷嘴偏移、调节温度等等。

 

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E2CF显示屏上的校准设置

一些用户喜欢在每次打印前就对打印机进行一次校准,而另一些用户只是每隔一段时间检查一次打印底板的水平和喷嘴偏移。Aniwaa倾向于后者,在几周的时间内,工程师发现根本不需要重新校准。有一次,工程师把打印机搬运后,在不需要重新校准打印机的情况下也成功打印了一个零件。

根据经验,建议用户时常在打印底板上涂一些Magigoo胶水,以增加第一层的打印成功率。如果样件设计不是很复杂,每次薄薄一层胶水可以维持3 – 4次打印,Aniwaa曾经试过涂一次Magigoo胶水后,连续成功打印了5个样件。

总之,E2CF不需要太多维护,校准的过程也很简单,只需要几分钟的时间。

导入耗材

导入耗材也不需要很长时间,尽管这个过程比Aniwaa常用的大多数FFF 3D打印机更复杂一点。Raise3D设计了一个系统,结合一个特殊的专属于E2CF的干燥箱,调整参数配置文件和一个流畅又有力的双齿轮挤出系统。

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E2CF专属干燥箱(图片来源:Aniwaa)

材料通过强大的直驱近程挤出,所有的齿轮扭矩来自内部打印头。线材通过一根长长的聚四氟乙烯导管,从打印机的侧面一路由上至下到达直接驱动挤出机。

装载耗材卷的是一个专属的干燥箱,耗材卷以内置的悬挂托盘为中心,随着进料系统转动。每个干燥箱里有两大包干燥剂,可以重复使用好几年。用户只需要每个月用微波炉加热3到5分钟即可保持其干燥。

一切就绪后,可以轻轻地——之所以说是“轻轻地”,是因为碳纤维很脆,很容易折断 ——把耗材丝的一端插入输出管,然后把它全部锁住。然后,可以将干燥箱固定在打印机的任意一侧。

在将耗材丝插入打印机之前,挤压机需要处于合适的温度。用户必须选择需要使用的喷嘴,并选定好正在加载的耗材类型。

当用户选择好打印耗材类型时,挤出机将迅速加热到合适的温度,以便将它加载到导管的末端。例如,将其中一台挤出机加热到280°C,打印底板加热到60°C,这个过程大约需要7分钟。用户可以在触摸屏上看到每个挤出机的状态,并在一切准备就绪时收到通知。

注意:在默认情况下,左边的挤出机是参数化的,用于主要材料的挤出,而右边的是为支撑材料设置的。

ideaMaker切片软件

Raise3D的切片软件ideaMaker有一个简洁的操作界面,一套全面的参数模板,以及常见的3D模型放置界面和基本的编辑工具。在之前使用Pro3 Plus时,工程师已经熟悉了它的操作。

使用体验

总的来说,Aniwaa工程师对E2CF的打印体验是相当轻松的。工程师用它打印了很多高精度的样件,它易操作,流畅的外观设计也非常适合办公环境。

值得注意的是,打印机加热相当快,节省了大量的启动时间,如加载/卸载耗材丝。这也意味着从启动到打印第一层无需耗费大量的时间。工程师让E2CF在无人值守的情况下运行了几个周末,最长持续了70多个小时的打印时间并且没出现任何问题

接下来,一起来看看E2CF的一些特色功能和亮点。

用独立双喷头系统提高生产率

E2CF使用独立双喷头系统提高生产率虽然不是第一个拥有IDEX(独立双喷头系统)的打印机,但它是少有的配备了IDEX的碳纤维3D打印机。这是一个强大的优势,可以让用户的生产纤维增强部件的效率翻倍。

IDEX(独立双喷头系统)具有两个打印模式:镜像模式和复制模式。

在镜像模式下,两个喷嘴可以同时打印两个对称部件,以大幅提升生产效率。

复制模式可最多减少总打印时间的50%。两个喷头同时打印两个相同的部件。这是一个真正省时的,具有可靠重复性的打印机,这也使得E2CF成为小批量生产的理想选择。

工程师成功地尝试了这两种打印模式,但这些模式还是存在一些限制。

首先,如果用户利用镜像或复制模式打印时,这意味着用户不能使用额外的支撑材料。用户可以用主体的打印材料当支撑结构,这样的难点在于支撑较难移除。

另外,由于纤维复合材料的层间结合力很好,工程师在复制模式下打印PA12 CF部件时,设置了一个附加底板,最后在拆除时破坏了第一层结构。所以,当用户在打印无支撑的样件时,建议用Magigoo胶水代替附加底板结构。在换成胶水后,没有再遇到类似的问题。

因此,虽然IDEX模式非常好用,但更适用于无支撑的结构。

适用于办公室环境

就像之前测试的Pro3 Plus一样,E2CF在工作时非常安静,除此之外,它有一个内置的HEPA过滤器系统,能有效过滤打印产生的颗粒物(PM)。

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Aniwaa办公室内的E2CF(图片来源:Aniwaa)

更换耗材

之前描述过加载耗材的过程,并提到它与其他桌面3D打印机相比较为复杂。耗材的更换涉及相同的步骤,甚至更多。

在使用PA12 CF打印了许多样件之后,工程师想尝试一下PPA GF,并使用打印机上的“卸载耗材”的功能来加热挤出机到合适的温度来退料。然后,更换干燥箱中的线轴,并使用“导入耗材”功能插入PPA GF,但在匹配材料时并没有找到PPA GF。

工程师很快意识到,是由于忘记了在打印机上导入材料配置文件——除了PA12 CF外,其他耗材并没有预装在3D打印机上。由于一些原因,打印机没有连接wifi,只能以“手动”的的方式来更新它的固件:从Raise3D网站下载RaiseTouch更新文件,保存到U盘,再插入到E2CF,并重新启动打印机。如果其他用户也有同样的情况,建议先进行固件更新,以避免这些麻烦的情况。

当挤出机加热到合适的温度时,就可以插入新的耗材了。

测评过程与结果

Aniwaa在E2CF上打印了几十个样件,在这里只展示其中的一些。

Wi-Fi支撑架

在校准E2CF之后,工程师想挑战打印中等复杂度的部件,其选择打印一个Wi-Fi支撑架,这是一个非常简单的几何图形,但有很大的悬空部分,打印这个PA12 CF的零件执行了18小时。

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打印底板上的带支撑部件(图片来源:Aniwaa)

工程师对第一次打印结果非常满意,在用手轻松地移除大部分支撑后,继续用包装盒里配送的镊子移除复杂区域的支撑结构,最后支撑全部清除干净。

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拆除支撑后的部件成品(图片来源:Aniwaa)

螺母和螺栓

工程师想尝试打印大量的小零件以测试E2CF的重复性。螺母和螺栓似乎是一组很好的批量兼容部件,所以选择了打印这两组零件。在增材制造中,尤其是FFF工艺,并不是螺母和螺栓的最佳制造工艺。

但这组零件能帮助测试E2CF的打印精度,并且可以快速打印出来进行演示。在完成打印后,可以完美的将螺母和螺栓组装在一起,因此可见,E2CF打印的小零件具有很高的精度和准确性。

批量测试

Aniwaa还打印了几次同一批零件,通过试错获得更好的测试结果。

第1批(复制模式,2个部件,高质量的配置文件):打印结果非常好,但在复杂的悬垂结构上有一些小瑕疵,PA12 CF的附加底板很难移除。

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总的来说,部件的打印效果很不错(图片来源:Aniwaa)

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悬垂结构上的小瑕疵(图片来源:Aniwaa)

第2批(带支撑结构的模型,6个部件,高质量的配置文件):成品很好,虽然支撑材料留下了一些小瑕疵,但这些部分很容易用砂纸打磨掉。

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后处理前(下)与后处理后(上)的零件(图片来源:Aniwaa)

第3批(复制模式,18个部件,中等质量的配置文件):通过缩小部件的尺寸,以在打印平台上打印更多的部件,E2CF处理悬垂结构的能力很好,打印结果看起来很不错。

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用复制模式打印的18个零件(图片来源:Aniwaa)

歧管打印

大尺寸歧管部件打印结果非常好,且拥有光滑的表面。Aniwaa之前在也在Pro3 Plus上打印过相同的部件,让他们惊讶的是,几乎没有3D打印机能够支持这种极端的悬垂结构无支撑打印,但Pro3 Plus做到了。

这次用E2CF打印时,工程师不想浪费昂贵的材料和70个小时的打印时间,因此使用了专属的PA12 CF Support支撑材料,打印结果很壮观。

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Pro3 Plus打印的蓝色歧管模型(左)和E2CF打印的PA12 CF歧管模型(右)(图片来源:Aniwaa)

测试总结

在不到两周的时间里,Aniwaa用不同的材料和IDEX模式进行了8天7小时20分钟的打印,测试结果如下:

首先,工程师大量生产了一批高精度、坚固的部件,打印机能在长达几天的无人看管状态下自主完成所有的打印工作,即使是超过300℃的打印任务,也没有出现什么问题。

其次,一些打印部件需要进行简单后处理,这是3D打印后通常会进行的步骤。但没有遇到任何打印问题,没有过深的层纹、层移、喷嘴堵塞、打印机过热等,打印机很稳定,也易操作。

除此之外,IDEX系统使用起来也很舒心,工程师尝试打印了多种不同类型和大小的部件,最后用普通两倍的速度完成了打印。E2CF在用户友好方面,与Pro3 Plus一样,拥有更精简的工作流程。

最后,如果有用户正在犹豫要选择桌面打印机还是更大的工业级3D打印机时,Aniwaa推荐更具性价比的折中方案——E2CF。如果用户需要打印纤维增强材料,E2CF将帮助用户稳定的生产出一批高精度、高强度的纤维增强零件。

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Aniwaa使用E2CF打印的零件(图片来源:Aniwaa)

E2CF打印提示

  • 下载并上传所有材料配置文件到E2CF。
  • 如果用户的喷嘴堵了,或者出现拉丝,这可能意味着耗材受潮了,需要进行干燥。可将耗材在80℃温度下烘干6至12小时。
  • 每隔几个月,用微波炉加热干燥剂3至5分钟,以保持干燥剂的干燥能力。
  • 每执行3到5次打印任务后,在底板上重新涂一层胶水,以确保良好的粘附性。
注:本文内容由3D打印技术参考整理编辑,转载请点击转载须知。
✅大唐盛世是一站式金属3D打印服务平台,长年专注于金属3D打印的设计、定制加工、小批量生产及后工序处理,拥有多年精密零件金属3D打印成型经验,旗下的大型金属3D打印生产基地位于东莞大朗镇光辉高新产业园,上万平米的打印生产制造车间,50多台高精度金属3D打印设备,CNC加工中心、4轴加工中心、5轴加工中心、三轴加工中心、铣床、数控车床、三坐标、精雕机、电火花机、钻攻机等配套设备上百台,擅长小公差、复杂结构原型、高精密度的金属零件小批量生产。为新老用户提供钛合金3D打印、铝合金3D打印、不锈钢3D打印、模具钢3D打印等近百种金属3D打印加工服务及综合解决方案。通过我们3D打印加工的产品被广泛应用于机械、医疗、通讯、电子、电器、汽车、航空航天等各行各业。公司自成立以来始终坚持:为客户提供满意的产品和服务的基本质量方针,严格执行ISO9001质量管理体系,加强6S质量体系的内部实施,并且通过全体员工的共同努力,让每一位客户对我们的服务及产品质量都表示满意。金属3D打印定制就到大唐盛世!

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