與3D打印結合:減少砂型鑄造的交貨時間和成本

導讀：3D打?。ㄒ卜Q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部通道
●專用型砂在砂箱或模具室內和模型面上被壓實。
●澆口等關鍵部位仍然保留

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，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，只在構建體積或構建平臺中逐層添加所需的材料。增材制造技術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備。可以使用 3D CAD 軟件調整或完成設計文件，然后根據(jù)適當?shù)墓詈褪湛s系數(shù)進行 3D 打印。

●用于鑄件設計的合金發(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、不斷調整或重大調整——與調整傳統(tǒng)制造的模具設備相比，調整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打印技術都相同
3D 打印技術的數(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備的最佳技術時，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的一種經(jīng)濟高效的替代方案。

雖然 3D 打印技術本身為鑄造工藝帶來了顯著優(yōu)勢，但將增材和減材結合到混合平臺中時，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備的成本，同時壓縮時間。他們的目標是在保持圖案尺寸質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。
●設計和生產(chǎn)模具設備，保證與增材制造設備的無縫連接。

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量鑄件推向市場。