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焕发新机!3D打印为熔模铸造注入新的生命力

2018/11/30 09:00   |    阅读量:2237   |    来自: ISE

【导语】 3D打印(增材制造)技术作为一种创新型技术,具有实现复杂形状成形的优势,近些年得到广泛关注,发展迅速。将3D打印与熔模铸造工艺相结合,充分发挥两种工艺的技术优势,可以优化传统工艺的技术路线,迎来新的发展机遇。

熔模铸造(又称失蜡铸造)工艺可生产复杂金属铸件,并具有成形精度高,表面质量好,适用多种合金等优点,在航空航天及民用工业中得到广泛应用。

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传统熔炉铸造方式,做复杂零部件所需的工模具还是非常耗时和缓慢的。制作时间得以月计算,费用也可能达到数十万美元。

3D打印(增材制造)技术作为一种创新型技术,具有实现复杂形状成形的优势,近些年得到广泛关注,发展迅速。将3D打印与熔模铸造工艺相结合,充分发挥两种工艺的技术优势,可以优化传统工艺的技术路线,迎来新的发展机遇。

今天小编将带您了解如何使用3D打印技术来为古老的熔模铸造注入新的生命力。

 

3D打印如何应用到精密铸造技术中?

2017年,国内三家企业联合发布了“3D打印+精密铸造”的新应用,在全球范围内向客户提供小批量、复杂结构的金属零部件制造服务。下面一段视频呈现的是FDM 3D打印在熔炉铸造中的应用,我们一起了解一下:


我们可以看到,这一项具备广泛应用前景的工艺流程包括:

第一步:3D打印

利用FDM 3D打印机,使用PolyCast材料打印样件。

第二步:表面抛光 

材料打印完成后对样件进行抛光处理,通过雾化抛光来打磨表面层纹的方法,极大地简化了后处理过程,也为接下来要进行的精密铸造工序,提供了有保障的零件表面质量。

第三步:制壳

当样件的打印和抛光工序都完成后,移步到精密铸造生产车间,开始蜡树的制作,为下一个制造流程制壳做准备,现在用于熔模铸造的壳体模具,就可以开始制作了。

首先,把样件浸没到浆状的液体中,铸造车间采用的是一整套全自动的制壳装置系统,它能确保样件在匀速转动的过程中,获得均匀分布的表面涂层,在对这个工件完成一系列不同粘稠程度的浆液浸润之后,工件表面将会形成第一层壳体,第一层壳体是至关重要的,在浇铸过程中它是高温金属溶液的接触面。

下一步样件会经过沾砂的工序,这是一种以细硅砂为主的混合物,沾砂可以强化模具的坚固程度,同时缩短铸造的干燥时间。样件完全干燥以后,会随着生产线往复循环,进入下一个传送带,它将再一次进行挂浆和沾砂的工序。

上述这个过程会持续重复,直到壳体的壁厚达到我们预期的效果,比方说,进行不锈钢铸造的壳体厚度需要达到30mm,整个制壳的过程将会持续2天时间,样件也会穿梭在车间的传送矩阵中,等待干燥之后再次重复。

接着模具要开始加热的过程,当窑炉内达到900摄氏度时,就可以使样件的模种得到完全汽化。汽化后留下来的壳体,就是用来浇铸金属的模具,这也就意味着,先前采用3D打印制作的样件,会在这个过程中焚烧殆尽。

模具壳体的内部得到完全净化以后,它就可以从窑炉中移走,并进行自然冷却的过程,模具会进行冲洗,以根除残留杂质的可能性,最终,我们得到了一个接触表面光滑的模具壳体。

第四步:铸造

接下来,这个壳体将再次被加热,浇铸的金属是不锈钢。利用电磁感应加热设备,连续改变磁场诱发涡电流,将不锈钢融熔成为液体涡流产生的热效应,将从金属内部发起融熔的过程,这种方式没有使用直接的加热源,大幅降低了混入杂质的可能性,任何表面的浮渣和杂质都会刮去或焚尽。

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当不锈钢将被加热到1612摄氏度而模具则加热到1300摄氏度的时候浇铸过程就可以开始了,把模具从窑炉中移走,抬挂到熔炉的下面,这时,操作人员将融熔的不锈钢溶液,灌入壳体模具中浇灌结束,这个件将被放置在传送机上,进行自然冷却的过程。

冷却后,不锈钢铸件就可以从模具中剥离了,这个剥离的过程将用到气动千斤顶,用千斤顶震碎外部的壳体,使铸件和模具分离,最后,不锈钢铸件的浇铸口和冒口也将被切除,形成最终的铸件产品。

 

3D打印精密铸造技术在航天航空中的应用

Vaupell是一家拥有70年历史的航空航天部件供应商,使用3D Systems的QuickCast 服务,通过SLA技术打印原型进行熔模铸造,不需要制作蜡模所需的工模具,不需要制作蜡模,仅需传统手段的一部分成本和极快的速度就能制作出客户所需的零部件。

一个直径66厘米的零部件原型只需要2-3天,费用仅需约6千-1万5千美元。然而传统手段,单单制作用于这个零部件的蜡模工模具也需要花费数月乃至超过一年的时间,成本也需要耗费2万美元到3万美元。

Vaupell公司快速原型部门经理奥斯丁•王表示:“利用3D打印技术打印的大尺寸部件正是我们所需要的。一次性就可以打印出大尺寸部件,无需使用小型设备打印两次。不但显著缩短了制作时间,大尺寸部件还帮助降低了人力成本,因为部件越少,所需粘接越少。”

3D打印出的部件,其高精度也使Vaupell公司能满足航空业客户的需求。

 

从事航空业的公司已经发现3D打印的妙处,可以减少装配件的数量,另外在保持甚至超出传统制造件强度和耐用性时,还能使部件更轻质。此外因为通过模具制作用于生产的原型很长的周期来设计和制作蜡模过于费时费力,所以3D打印已经为位于新罕布什尔州的Vaupell快速原型部门创造了大量业务。

李维斯表示,Vaupell公司使用3D Systems QuickCas服务来制作复杂的熔模铸造原型,在2天半时间里制作了20个部件,在一个月内迅速完成120个部件。

 

走在先锋工艺行列的3D打印企业们

SIMM深圳机械展3D打印团队在与展商沟通过程了解到,目前有一批3D打印设备厂商将未来的发展重点瞄准在铸造方面,3D Systems、联泰科技、马路科技、EnvisionTEC、铂力特等企业已成功将3D打印技术融入到铸造行业中,为航空航天、珠宝等行业带来新的发展机会。

3D Systems

推出新款用于精密铸造的蜡模3D打印机ProJet MJP 2500 IC

3D Systems是全球3D打印行业中佼佼者,近年来致力于将3D打印技术推进到传统铸造行业,并取得了显著的成效。今年11月,3D Systems最新推出的ProJet MJP 2500 IC是一款契合“市场领先者战略“的工业精密铸造解决方案,该方案适用于从迭代、初始设计阶段到桥接制造和小批量生产方面,跨越生产需求。在数字工作流中工作可以提供完全的设计自由度,使蜡模能够从拓扑优化、轻量化和部件整合中受益。

 

联泰科技

一体化式系统的快速精密铸造应用解决方案

联泰科技作为国内立体光固化(SLA)3D打印设备的领军生产企业,推出的一体化式系统的快速精密铸造应用解决方案,既有效解决传统精密铸造工艺中的痛点问题,又能符合国家对铸造行业环保规范的要求。

运用联泰科技一体化式系统的快速精密铸造应用解决方案制作的叶轮

以精密铸造件常见的零部件叶轮为例,用Lite 600HD-D的立体光固化3D打印设备快速树脂模壳以取代传统熔模精密铸造中的蜡模,免去了传统熔模精密铸造工艺流程中涉及的制作金属模具和制作蜡模这两道工序,不仅节省了成本,也加快了制作周期,整个打印耗时仅为 5小时15分26秒。

2019年第20届深圳机械展(SIMM)暨工业级3D应用方案展区将汇聚众多国内外3D打印品牌展商,紧抓市场热点,带来应用于各行业的最新产品及解决方案,3月28-31日,深圳会展中心,期待您的到来!

 

展会咨询

余先生

电话:0755-82039129

邮箱:yujingfeng@simmtime.com


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