與3D打印結(jié)合:減少砂型鑄造的交貨時間和成本

導讀：3D打印（也稱為增材制造 (AM)）在制造方面擁有很多優(yōu)勢,，它的蓬勃發(fā)展也給傳統(tǒng)制造工藝帶來了很多的變化,。近年來砂型鑄造工藝發(fā)生了巨大變化，但砂型鑄造企業(yè)不會因為3D打印而倒閉,，AM和傳統(tǒng)的砂型鑄造工藝可以是合作伙伴,，AM的加入能使傳統(tǒng)的砂型鑄造技術(shù)變得更快,、更具成本效益且更靈活。



即使加入3D打印,，砂型鑄造流程仍然基本相同：
●使用預期最終版本的復制品或圖案模具
●該模型放置在一個由兩部分組成的模具中,，模具中有型芯以在成型時形成內(nèi)部通道
●專用型砂在砂箱或模具室內(nèi)和模型面上被壓實。
●澆口等關(guān)鍵部位仍然保留

3D 打印改變了這一傳統(tǒng)工藝的步驟是模具和核心設(shè)備的制造方式,。


△減材制造模式與增材制造模式

傳統(tǒng)的制造方法使用減材制造技術(shù),，例如金屬或塑料的CNC銑削，使用機床選擇性地去除不需要的材料,，將一塊材料加工成所需的形狀,。相比之下,，AM 是一個"從無到有"的過程,，只在構(gòu)建體積或構(gòu)建平臺中逐層添加所需的材料。增材制造技術(shù)工藝可提供各種聚合物的部件,，包括標準熱塑性塑料,、熱固性塑料、填充樹脂和光聚合物樹脂,，甚至金屬,。

與傳統(tǒng)制造相比，建議使用 3D 打印鑄造模型：
●對破舊的模型設(shè)備進行逆向工程——在使用增材制造時,，砂型鑄造過程變得更加精確,、自動化和可重復。3D掃描儀用于掃描原始零件或模型設(shè)備,�,？梢允褂� 3D CAD 軟件調(diào)整或完成設(shè)計文件，然后根據(jù)適當?shù)墓�差和收縮系數(shù)進行 3D 打印,。

●用于鑄件設(shè)計的合金發(fā)生變化時——當合金發(fā)生變化時,，收縮率也會隨之改變，3D 打印工具可以快速復制,，以正確生產(chǎn)具有正確合金收縮率的鑄件,，從而消除滯后和模型損壞。

●快速的交貨時間——3D 打印模型可以在短短幾小時和幾天內(nèi)生產(chǎn)出來,，這在制作原型或交付一批短期零件時成為一個主要優(yōu)勢,。

●需要對模型進行多次迭代、不斷調(diào)整或重大調(diào)整——與調(diào)整傳統(tǒng)制造的模具設(shè)備相比,，調(diào)整CAD文件然后重新打印會更快,、更具成本效益且自動化程度更高。

●體積較小的復雜型芯鑄件——結(jié)合 3D 打印聚合物模型和 3D 打印砂芯的 3D 工藝應用,，可以快速生產(chǎn)鑄件,，減少成本和時間,。



并非所有3D打印技術(shù)都相同
3D 打印技術(shù)的數(shù)量和范圍很廣，包括粘合劑噴射砂/金屬,、粉末床激光熔融,、SLA 光固化打印、長絲擠出或顆粒擠出,。在選擇砂型鑄造模型設(shè)備的最佳技術(shù)時,，應考慮零件幾何形狀、模型尺寸和材料要求等因素,。大幅面 3D 打印機將滿足許多砂型鑄造模型的更大尺寸要求,。例如，直接顆粒供給式的3D打印可以使用范圍廣泛的材料,，沉積速率比絲材3D打印高出10倍,。此外，顆粒材料成本比絲材低10倍,，這使得顆粒擠出成為減材技術(shù)的一種經(jīng)濟高效的替代方案,。

雖然 3D 打印技術(shù)本身為鑄造工藝帶來了顯著優(yōu)勢，但將增材和減材結(jié)合到混合平臺中時,，砂型鑄造應用也有幾個優(yōu)勢,。每種3D打印技術(shù)都不是萬能的，都有它自身的局限性然而,，只有和減材制造很好的結(jié)合起來,，才能發(fā)揮各自的最大優(yōu)勢。


△PLA 長絲打印


△ABS 顆粒打印,，0.4 毫米噴嘴,，0. 2 毫米層


△顆粒打印和 ABS 加工

為了幫助說明混合平臺在砂型鑄造應用中的有效性，我們可以看一個實際應用的例子,。Proveedora de Servicios y Suministros Industriales (PSSI) 希望采用增材制造來降低制造模型設(shè)備的成本,，同時壓縮時間。他們的目標是在保持圖案尺寸質(zhì)量的同時將時間和成本減少 50%,。

利用混合平臺,，Titan顆粒擠壓3D打印機，PSSI 能夠消除典型木模設(shè)備的木材組裝和加工過程,。與 CNC 機器不同,，Titan 3D 打印機不需要持續(xù)的勞動力來操作設(shè)備，因此可以實現(xiàn)長時間制造,，并將交付時間縮短 60% 以上,，同時降低了總成本。此外,，所選材料 PETG 不僅比木材具有更好的耐用性,，而且在最終后處理中具有同等的加工性能,。這樣就可以直接從打印機上獲得速度更快、成本更低的近凈形解決方案,。


△圖片由 Proveedora de Servicios y Suministros Industriales 提供


△泵組件模型和芯盒

在將增材制造技術(shù)引入砂型鑄造的過程中,，需要注意幾個事項：

1.減少砂型鑄造模型的表面粗糙度：
●考慮使用高性能聚合物，例如玻璃或碳纖維填充的 ABS,、PC,、尼龍或 PEKK，它們具有更高的耐用性,。
●考慮到除聚烯烴（PP,、PE）外，底漆/油漆對大多數(shù)高性能聚合物的附著力都很好,，專為打印對象設(shè)計涂層是可行的,。

2.高吞吐量模式：
●在合理的情況下，分段打印并組裝圖案設(shè)備,。這減少了打印問題的影響,，并通過多臺打印機并行而不是串行生成工具。
●始終針對增材制造 (DfAM) 進行設(shè)計,，以最大限度地減少材料、打印時間,、減少支持和打印缺陷,，例如遵循45度規(guī)則和設(shè)計。
●對于高磨損區(qū)域,，該區(qū)域可以組裝到圖案中并在過度磨損時更換,。
●大力開發(fā)CAD功能。
●設(shè)計和生產(chǎn)模具設(shè)備,，保證與增材制造設(shè)備的無縫連接,。

通過將增材制造集成到砂型鑄造工藝中，鑄造廠和模型車間變得更加敏捷和更具競爭力,，與傳統(tǒng)方法相比,，能夠以更低的價格更快地將高質(zhì)量鑄件推向市場。