3D打印砂模解決輕量化大型鑄件快速制造的挑戰(zhàn)

農(nóng)業(yè)機械制造商Amazone希望使農(nóng)業(yè)機械設備變得更加穩(wěn)定、耐用,，并實現(xiàn)輕量化,。在進行新一代產(chǎn)品的研發(fā)和探索時，Amazone 采用了拓撲優(yōu)化設計和3DP 3D打印技術制造的砂模,、砂芯來制造某款農(nóng)業(yè)機械的大型機架鑄件,。接下來，我們一起通過Amazone 的農(nóng)機機架鑄件制造案例來了解一下3DP 3D打印技術在大型輕量化鑄件快速制造中體現(xiàn)出的價值,。

農(nóng)機機架的設計優(yōu)化過程（右圖為拓撲優(yōu)化的輕量化設計方案）

Amazone 是來自Hasbergen的家族企業(yè),，位于德國 Osnabrück附近。該公司生產(chǎn)的其中一類產(chǎn)品是農(nóng)業(yè)機械上帶機架的緊湊型圓盤耙,，這是一種固定在拖拉機上的裝置,，用于淺層和強化土壤種植，工作深度可達15厘米,。機架的作用是將設備連接到軸上,，使圓盤耙設備能夠被拖動。

Amazone使用的上一代農(nóng)業(yè)機械機架由幾個部分焊接而成,，重量為245千克,，焊縫長度為16.5米，其制造過程繁瑣,。為了降低成本,，使農(nóng)業(yè)機械設備更加穩(wěn)定和輕巧，Amazone決定使用輕量化的鑄件來替代上一代機架,。

Amazone在設計新一代農(nóng)業(yè)機械機架時,，使用了Altair的拓撲優(yōu)化軟件Inspire，設計出符合力學性能要求,，并適合鑄造的機架,。拓撲優(yōu)化技術使材料分布在零件合理的部位,，使機架的鑄件相比上一代底盤重量減輕了45千克。在開始進行鑄件制造之前,，金屬的鑄造過程還經(jīng)過了Inspire軟件的仿真模擬,，這一過程能夠降低實際鑄造中產(chǎn)生氣孔等缺陷的風險，保證鑄件質量,。

Amazone公司表示,，新一代機架的設計方案使機架的使用壽命提高2.5倍，相比上一代機架重量降低18%,。3DP 3D打印技術則在實現(xiàn)這種復雜輕量化結構和鑄件的快速制造方面發(fā)揮了重要作用,。

4個3D打印砂模被組裝在一起

實現(xiàn)復雜結構
Amazone 公司使用了voxeljet 公司3DP 3D打印設備VX4000 制造機架鑄造用的砂模。在打印之初,，voxeljet將CAD文件轉換為適合3D打印的格式,，隨后操作人員將數(shù)據(jù)導入系統(tǒng)中,。該機架的鑄造砂模將被分為4個部分進行打印,。砂模打印完成之后，進行清潔后處理和檢測,。

打印開始,，刮板鋪設粉床（石英砂），打印頭以300dpi的分辨率進行工作并按照數(shù)模幾何結構有選擇性的噴射粘結劑,。每打印一層,，成型平臺下降一個層厚，直到零件打印完成,。 voxeljet的VX4000打印機的成型尺寸可達4 x 2 x 1米,。打印完成之后，操作人員從設備中取出砂模,，并進行后處理和組裝,，處理完成的3D打印砂�,？梢灾苯佑糜跈C架的鑄造,。

鑄造過程：在砂模內部,，液態(tài)金屬最終固化

鑄造廠為鑄造模具進行涂層,，從而保護砂模不受到熱應力的影響,。

鑄造廠的工作人員將鑄件從模具中取出,，并經(jīng)過后續(xù)機械加工后,，機架鑄件制造完成,。

節(jié)省時間和成本

準備交付的機架鑄件

通常為這樣一個復雜的鑄件制造鑄造用的砂模是非常耗時,、繁瑣的過程,，因此在進行鑄件設計時， 設計師就考慮使用voxeljet 的VX4000 3D打印設備直接進行鑄件砂模的快速制造,。這一制造工藝為鑄件制造節(jié)省了時間,。

此外,，由于3D打印技術對于打印對象結構的復雜性不敏感，在制造復雜砂模時,，不會因為產(chǎn)品的復雜性的上升而使成本顯著上升,。對于用傳統(tǒng)制造方式制造難度非常高的幾何結構，3D打印設備甚至可以降低制造成本,。

來源：3D科學谷
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