3D打印技術(shù)參考注意到，德國Headmade Materials公司開發(fā)了一種名為冷金屬熔合的工藝（ColdMetalFusion ，CMF) ，可以使用聚合物激光燒結(jié)設(shè)備3D打印鈦合金、不銹鋼、工具鋼等金屬材料。并且，這家公司已經(jīng)在EOS、華曙高科以及Formlabs等企業(yè)的SLS設(shè)備上進(jìn)行了驗證。其官網(wǎng)顯示，CMF技術(shù)能夠使用戶更為經(jīng)濟高效的批量生產(chǎn)高質(zhì)量金屬部件，年產(chǎn)量可高達(dá)1億件。
在主流設(shè)備品牌上進(jìn)行驗證
3D打印技術(shù)參考注意到，德國領(lǐng)先的鈦金屬MIM技術(shù)開發(fā)商Element22，早在2021年就引入了EOS的Formiga P110 SLS系統(tǒng)。該公司在技術(shù)篩選過程偶然注意到Headmade公司的冷金屬熔合技術(shù)，并在該設(shè)備上進(jìn)行了驗證。目前，該公司已將這項技術(shù)應(yīng)用于眾多高端應(yīng)用。
Element22采用CMF技術(shù)開發(fā)的應(yīng)用
根據(jù)2024年11月的消息，Headmade正與美國俄亥俄州立大學(xué)設(shè)計與制造卓越中心 (CDME) 、美國Tinker空軍基地逆向工程和關(guān)鍵工具 (REACT) 實驗室、EOS以及America Makes之間合作，探索將CMF技術(shù)用于飛機替換零件制造。項目將研究該工藝制造的金屬材料的機械性能，證明該技術(shù)是否適用于為美國空軍延長飛機使用壽命。
2024年，3D打印技術(shù)參考注意到Headmade公司購入華曙高科SS403P設(shè)備，并成功進(jìn)行了CMF技術(shù)驗證，其開發(fā)出了Ti64加工參數(shù)，實現(xiàn)了無支撐金屬部件打印。
采用華曙高科設(shè)備和CMF技術(shù)制造的TC4零件
2025年8月，Headmade宣布其用戶在Formlabs Fuse1+桌面SLS設(shè)備上成功進(jìn)行了技術(shù)驗證，打印出了鈦合金葉輪。Fuse1+銷售數(shù)量超過10000臺，擁有龐大用戶群，這將為他們拓展更多應(yīng)用。
使用Fuse1+打印的鈦合金葉輪
除此之外，3D打印技術(shù)參考還注意到Headmade在Nexa3D以及SINTRATEC的SLS設(shè)備商進(jìn)行過驗證。但這兩家公司一家被收購，另一家則已關(guān)閉。
揭示冷金屬熔合的本質(zhì)
竟涉及一段發(fā)展史
就工藝過程來說，CMF工藝使用激光燒結(jié)設(shè)備打印由聚合物包覆的金屬粉末，制造出零件胚體，經(jīng)排膠、燒結(jié)之后，形成致密零件。所以，該技術(shù)的本質(zhì)與惠普公司的粘結(jié)劑噴射工藝（MBJ）一樣，都是基于燒結(jié)的金屬3D打印技術(shù)，不同之處在于打印過程及成型材料。
CMF工藝與MBJ工藝的打印過程都是要獲得零件生坯。只不過，MBJ技術(shù)使用“純金屬”粉末，通過選區(qū)噴射粘結(jié)劑使粉末顆粒結(jié)合在一起，而CMF技術(shù)使用覆膜的金屬粉末，CO?激光將粉末表面的聚合物加熱至約80℃融化后相互粘結(jié)在一起。
需要指出的是，這一過程在3D打印發(fā)展的早期就已實現(xiàn)。在上世紀(jì)90年代，用于金屬3D打印的激光器仍為CO?激光，而現(xiàn)在所用的光纖激光直至進(jìn)入21世紀(jì)才發(fā)展成熟起來。由于波長長、能量密度低，當(dāng)時金屬3D打印的實現(xiàn)手段之一，就是在金屬粉末表層包覆聚合物（跟覆膜砂一樣）或者混合高分子材料，之后進(jìn)行打印、燒結(jié)再進(jìn)行滲銅。
該路線可以制造出具有較高強度的零件，但該技術(shù)路線并沒有發(fā)展起來，主要原因之一就是滲銅之后改變了材料體系，不被應(yīng)用行業(yè)所接受。而如今，所使用的材料粒度、粘結(jié)劑體系、燒結(jié)制度等均得到了改良，以及大量經(jīng)驗的積累，使?jié)B銅環(huán)節(jié)得以排除。無論是CMF工藝還是BJ工藝均可無須滲銅即可制造“純凈”的部件。
3D打印技術(shù)參考查詢到，該工藝打印完成的生坯，已經(jīng)具備較高的強度（也有可能經(jīng)過了熱固化），可以通過氣壓或水射流將零件快速清理出來。
胚體零件因具有較高強度不僅有助于清粉，并且還可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行車削、銑削、鉆孔、磨削等機械加工，這將為一些硬質(zhì)材料的加工帶來優(yōu)勢。生坯零件之后須在溫控溶劑中進(jìn)行脫脂，該過程可去除打印件中的大部分聚合物。隨后，生坯進(jìn)入燒結(jié)環(huán)節(jié)，該過程可去除殘留聚合物，金屬顆粒實現(xiàn)冶金熔合?？偟膩碚f，打印之后的環(huán)節(jié)，與惠普MBJ技術(shù)大體相同。
可無支撐打印，但收縮難以避免
冷金屬熔合與粘結(jié)劑噴射均可以實現(xiàn)金屬零件無支撐制造，理論上可以制造更為復(fù)雜的零件。但需要指出的是，后燒結(jié)過程會伴隨零件的收縮與變形，這是基于燒結(jié)的金屬3D打印技術(shù)的通病，直接導(dǎo)致今天未能大規(guī)模應(yīng)用的局面。
然而，不得不說該技術(shù)確實為間接金屬3D打印提供了一條“新思路”。其優(yōu)勢仍然需要從成本方面考量。與直接金屬3D打印相比，此類型的技術(shù)可實現(xiàn)無支撐、批量、低成本制造。
Headmade不銹鋼和鈦金屬通過CMF制造的零件的性能超過了MIM標(biāo)準(zhǔn)
零件可羅列無支撐打印
3D打印技術(shù)參考注意到，Headmade公司公開了一些典型客戶的應(yīng)用案例。如公路自行車制造商Sturdy Cycles采用CMF工藝3D打印了鈦合金的車把、底板、曲柄組和中軸連接器。
使用CMF技術(shù)3D打印的鈦合金自行車曲柄
在國際大學(xué)生方程式賽車比賽中，Headmade為德國應(yīng)用科學(xué)大學(xué)贊助了一個油-氣分離器，該分離器是通過CMF技術(shù)制造的。具有優(yōu)化重量、高負(fù)載能力的鈦合金Ti6Al4V部件將提升Stallardo 21賽車的最高速度。
使用CMF技術(shù)3D打印的鈦合金油-氣分離器
德國模具公司Utilis AG利用CMF技術(shù)開發(fā)了一種由M2工具鋼制成的具有冷卻通道的切削刀具。借助集成冷卻系統(tǒng)，切削刀具的性能提高了近185%，客戶有機會將刀具壽命翻倍，或者在不增加磨損的情況下增加切削速度。集成冷卻系統(tǒng)的通道直徑非常小，只有通過3D打印技術(shù)才能實現(xiàn)，但需要在不破壞毛坯的情況下清理粉末。
CMF技術(shù)3D打印的帶有內(nèi)部冷卻通道的新型切削工具
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重要啟發(fā)
基于SLS或者BJ的工藝都提供了經(jīng)濟實惠、可擴展且單位零件成本更低的3D打印工藝，具有實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的潛力。這兩種技術(shù)的所面臨的共同問題也不容忽視。
3D打印技術(shù)參考認(rèn)為，SLS技術(shù)的驗證成功，其實為想探索間接金屬3D打印的用戶提供了另一種途徑。相比能夠獲得粘結(jié)劑噴射3D打印機的成本與風(fēng)險，無論是現(xiàn)有的SLS設(shè)備保有量，可獲得而付出的成本（相比桌面級），SLS技術(shù)可作為一項備選方案。
