泵輪制作的時(shí)間和成本大比拼：傳統(tǒng)鑄造工藝與3D Systems QuickCast工藝

Tech Cast LLC是高品質(zhì)精密鑄造的領(lǐng)先供應(yīng)商,。公司的專長(zhǎng)之一是制作大型且復(fù)雜的泵輪鑄件，重量可達(dá)50磅（158.76千克）,，直徑長(zhǎng)達(dá)30英寸（76.2厘米）,。

設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的泵輪是一大挑戰(zhàn),。被泵取的液體常常具有復(fù)合成份且流速和流量都很高,。當(dāng)前的分析工具只能對(duì)泵的性能進(jìn)行粗略評(píng)估,，實(shí)際性能還得通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。因此,，實(shí)現(xiàn)泵輪的最佳性能是一個(gè)迭代的過(guò)程：模型設(shè)計(jì),、泵輪制造、性能測(cè)試,、設(shè)計(jì)調(diào)整,，直到達(dá)成最優(yōu)設(shè)計(jì)，否則需要一直循環(huán)此過(guò)程,。

然而在現(xiàn)實(shí)操作中,，以這種方式優(yōu)化泵輪性能非常昂貴。模具成本很高,，交貨期也很長(zhǎng),，特別是對(duì)于Tech Cast這種制造大型泵輪的制造商來(lái)說(shuō)。含內(nèi)流道的產(chǎn)品因?yàn)橥ǔＰ枰�型��,，該型芯要么是可溶性物質(zhì)要么是陶瓷等,，所以需要制作兩套模具來(lái)完成。這個(gè)過(guò)程不僅僅是簡(jiǎn)單地需要重復(fù)修改設(shè)計(jì)或者重建模具進(jìn)行設(shè)計(jì)變更評(píng)估,。因此,，泵輪制造商在泵輪達(dá)到合格性能時(shí)就停止迭代了。他們無(wú)法承受因?yàn)橐�達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì),，而需再次迭代所產(chǎn)生的成本和時(shí)間,。

△QuickCast原型只占傳統(tǒng)模具制作成本的一小部分

Tech Cast公司開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新流程，可極大減少每次迭代耗費(fèi)的成本和時(shí)間,。這樣一來(lái),，泵輪制造商只花費(fèi)比之前制作一個(gè)鑄件更少的時(shí)間，就能制作出更多設(shè)計(jì)版本的泵輪,。Tech Cast公司使用3D Systems的QuickCast服務(wù)制作原型,，就無(wú)需再制作每次迭代所需的模具。QuickCast制作的原型可作為直接鑄造用原型（通過(guò)3D打印工藝來(lái)創(chuàng)建原型）,，現(xiàn)在在北美是常用的直接原型制作技術(shù),。有了QuickCast原型，無(wú)需耗費(fèi)時(shí)間來(lái)制作蠟?zāi)Ｋ�需模具就能得到鑄件,，如此一來(lái),，數(shù)天內(nèi)就可以評(píng)估新設(shè)計(jì)，而不是數(shù)月,。

QuickCast原型只占傳統(tǒng)模具制作成本的一小部分,，并且一周內(nèi)就能完成，所以在3周內(nèi)完全加工泵輪是可行的,。QuickCast工藝制作的樹(shù)脂原型內(nèi)部是中空的,，加溫可能導(dǎo)致原型膨脹，但是因?yàn)橛蟹涓C狀的結(jié)構(gòu),，避免了把模殼撐壞,。這樣最大程度地減少了原型所用的材料，另外可以說(shuō)是幾乎無(wú)灰燃燒,，也能夠快速地完成鑄造工序,，而無(wú)需其他額外步驟。

最近,，Tech Cast和3D Systems一起為QuickCast工藝量化其優(yōu)勢(shì),。一個(gè)直徑約15英寸（38.1厘米）雙吸式泵輪被用于研究。鑄件分別通過(guò)蠟?zāi)�,，�?DSystems的QuickCast原型鑄造而成,。

鑄造過(guò)程的每一步耗費(fèi)的成本和時(shí)間都被記錄，因此可以做出精確的比較,。

第一個(gè)步驟是創(chuàng)建鑄件的CAD模型,�,？蛻舸_定了需被制作的泵輪。鑄造廠必須放大泵輪的縮率,，以抵消在鑄造中金屬的收縮,，增加后期加工定位特征和澆鑄口。傳統(tǒng)鑄造工藝和3DSystems的QuickCast工藝都需要更改CAD模型,，CAD建模通常需要花費(fèi)1周時(shí)間,。

△泵輪原型

在傳統(tǒng)鑄造工藝中，數(shù)模是直接發(fā)送給制作蠟型的模具廠,。針對(duì)這個(gè)泵輪,，制作模具將耗費(fèi)4萬(wàn)美元，工期需要7到9周,。

而Tech Cast公司采用的QuickCast工藝是這樣的,。CAD模型被發(fā)送到3D Systems公司，通過(guò)QuickCast工藝制作了原型,。制作原型的成本僅為3150美元,，只需要1周時(shí)間。

在傳統(tǒng)鑄造工藝中,，工廠只能在收到所需模具后,，才能加工原型，泵輪鑄件再通過(guò)Tech Cast公司的傳統(tǒng)熔模鑄造工藝制作而成,。過(guò)程中大多數(shù)的勞動(dòng)量都是加工原型和創(chuàng)建組裝件,。

而收到QuickCast 制作的原型，與傳統(tǒng)鑄造工藝會(huì)有細(xì)微的差別,，因?yàn)镼uickCast 的原型在鑄造前是需高溫氣化掉的,，所以需要設(shè)計(jì)排氣口，而不是像傳統(tǒng)失蠟鑄造那樣融化原型,。因?yàn)闊o(wú)需勞力用于加工原型,，實(shí)際上QuickCast制作的原型在鑄造過(guò)程中幾乎沒(méi)有什么勞動(dòng)含量，但它需要額外的數(shù)小時(shí)用于制程變更,。

下圖是Tech Cast的工藝和傳統(tǒng)鑄造工藝關(guān)于泵輪的對(duì)比,。

使用Tech Cast采用的QuickCast工藝制作的泵輪大概僅需傳統(tǒng)鑄造工藝的1/3時(shí)間，也僅需傳統(tǒng)制造1/10的成本,。另外,，通過(guò)QuickCast原型制作的鑄件僅需81美元的少量勞動(dòng)（假定1小時(shí)60美元的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)率），遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)鑄件所需的勞動(dòng)成本,。

△組裝好的泵輪原型

相較于傳統(tǒng)工藝,，新方法大大縮短周期，在原本只能完成一個(gè)鑄件的時(shí)間內(nèi)至少可以進(jìn)行2次鑄造及修正。

假設(shè)當(dāng)?shù)谝粋�(gè)鑄件被測(cè)試了,，性能并不合格,。制造商將進(jìn)行工程變更來(lái)改善性能并制作第二個(gè)泵輪來(lái)進(jìn)行測(cè)試。鑄造廠將制作經(jīng)過(guò)修改的鑄件模型,。因?yàn)楫?dāng)只有一個(gè)地方需要被改變時(shí),，不需要整個(gè)星期的時(shí)候來(lái)創(chuàng)建初始模型。我們?cè)O(shè)定數(shù)天的時(shí)間可以將設(shè)計(jì)變更實(shí)現(xiàn)在鑄造模型上,。

在傳統(tǒng)鑄造工藝中,，制作原型所需的模具隨著設(shè)計(jì)的變更也必須進(jìn)行改變,。進(jìn)行變更所需的成本和時(shí)間也決定于這是一次怎樣的變更,，平均來(lái)說(shuō)即使一個(gè)細(xì)微的變更也需要15%的模具制作成本和2周的時(shí)間。修改過(guò)的模具將被用于制作一個(gè)新的原型,。

在Tech Cast公司的工藝中,，最新的模型將被用于制作新的QuickCast原型，直接用于鑄造,。

下圖總結(jié)了完成第二個(gè)泵輪的2種方式,。

使用傳統(tǒng)鑄造工藝，如果經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)變更,，泵輪性能可以被接受,，那么制造商就有可能進(jìn)入生產(chǎn)。此時(shí)這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)落后于進(jìn)度,，進(jìn)入市場(chǎng)的急切已經(jīng)超過(guò)優(yōu)化泵輪性能的需要,。

使用Tech Cast的工藝，如果在第二個(gè)泵輪之后需要預(yù)定一個(gè)模具,，就需要增加7-9周的時(shí)間和4萬(wàn)美元的成本,，這意味著將泵輪投入生產(chǎn)所需的時(shí)間和成本基本上同傳統(tǒng)鑄造工藝一樣。

但如果還需要進(jìn)行設(shè)計(jì)變更,，制造第三個(gè)泵輪,，對(duì)比如下圖。

如果確認(rèn)了第三個(gè)泵輪設(shè)計(jì),，并確定投入生產(chǎn),，Tech Cast工藝將比傳統(tǒng)鑄造工藝提早一周時(shí)間完成，并節(jié)省約2500美元,。

Tech Cast工藝的其中一優(yōu)勢(shì)是泵輪的設(shè)計(jì)變更可以在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行,。如果制造商已經(jīng)選擇立即嘗試這三種設(shè)計(jì)，并選擇最好的設(shè)計(jì)投產(chǎn),，那么結(jié)果如下圖：

如果制造商選擇最佳性能的設(shè)計(jì)進(jìn)入投產(chǎn),，并訂購(gòu)相關(guān)的模具，那么他們將比傳統(tǒng)鑄造工藝提早6周進(jìn)入生產(chǎn)，還能節(jié)省下2500美元,。

Tech Cast工藝的另一優(yōu)勢(shì)就是模具還在制造的時(shí)候,，鑄件可以繼續(xù)通過(guò)QuickCast原型制造。這可以讓制造商建立實(shí)地實(shí)驗(yàn),，并在模具完成前制作初始生產(chǎn)泵,，這樣產(chǎn)品上市就能更快。

Tech Cast公司的工藝也能用于需要陶瓷型芯的葉輪,。Tech Cast公司可通過(guò)增材制造工藝得到陶瓷型芯,，這樣一來(lái)，在制作模具前就能對(duì)泵輪進(jìn)行優(yōu)化了,。

關(guān)于3D Systems

3D Systems提供全面的3D產(chǎn)品和服務(wù),，包括3D打印機(jī)、打印材料,、云計(jì)算按需定制部件和數(shù)字設(shè)計(jì)工具,。公司的生態(tài)系統(tǒng)覆蓋了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到工廠車間的先進(jìn)應(yīng)用。3D Systems精準(zhǔn)的醫(yī)療解決方案包括模擬,、虛擬手術(shù)規(guī)劃,、醫(yī)療、牙科設(shè)備以及給患者定制的外科手術(shù)器械的打印,。作為3D打印的創(chuàng)始者和未來(lái)3D解決方案的開(kāi)發(fā)者,，3D Systems花費(fèi)了30年的時(shí)間幫助專業(yè)人士和企業(yè)優(yōu)化他們的設(shè)計(jì)、改造工作流程,，將創(chuàng)新產(chǎn)品推向市場(chǎng),、驅(qū)動(dòng)新的商業(yè)模式。

欲了解更多信息,，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)www.3dsystems-china.com

熱線：400-890-7899

郵箱：[email protected]

現(xiàn)在就聯(lián)系我們吧,！