3D打印（也稱為增材制造 (AM)）在制造方面擁有很多優(yōu)勢(shì)，它的蓬勃發(fā)展也給傳統(tǒng)制造工藝帶來(lái)了很多的變化。近年來(lái)砂型鑄造工藝發(fā)生了巨大變化，但砂型鑄造企業(yè)不會(huì)因?yàn)?/span>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(yù)期最終版本的復(fù)制品或圖案模具

●該模型放置在一個(gè)由兩部分組成的模具中，模具中有型芯以在成型時(shí)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(shí)。

●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(jī)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(gè)"從無(wú)到有"的過(guò)程，只在構(gòu)建體積或構(gòu)建平臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)破舊的模型設(shè)備進(jìn)行逆向工程——在使用增材制造時(shí)，砂型鑄造過(guò)程變得更加精確、自動(dòng)化和可重復(fù)。3D掃描儀用于掃描原始零件或模型設(shè)備。可以使用 3D CAD 軟件調(diào)整或完成設(shè)計(jì)文件，然后根據(jù)適當(dāng)?shù)墓詈褪湛s系數(shù)進(jìn)行 3D 打印。

●用于鑄件設(shè)計(jì)的合金發(fā)生變化時(shí)——當(dāng)合金發(fā)生變化時(shí)，收縮率也會(huì)隨之改變，3D 打印工具可以快速?gòu)?fù)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(shí)間——3D 打印模型可以在短短幾小時(shí)和幾天內(nèi)生產(chǎn)出來(lái)，這在制作原型或交付一批短期零件時(shí)成為一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。

●需要對(duì)模型進(jìn)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(huì)更快、更具成本效益且自動(dòng)化程度更高。

●體積較小的復(fù)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(yīng)用，可以快速生產(chǎn)鑄件，減少成本和時(shí)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(zhǎng)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(shí)，應(yīng)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(jī)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(jì)高效的替代方案。

雖然 3D 打印技術(shù)本身為鑄造工藝帶來(lái)了顯著優(yōu)勢(shì)，但將增材和減材結(jié)合到混合平臺(tái)中時(shí)，砂型鑄造應(yīng)用也有幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。每種3D打印技術(shù)都不是萬(wàn)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(lái)，才能發(fā)揮各自的最大優(yōu)勢(shì)。

△PLA 3D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(shuō)明混合平臺(tái)在砂型鑄造應(yīng)用中的有效性，我們可以看一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的例子。Proveedora de Servicios y Suministros Industriales (PSSI) 希望采用增材制造來(lái)降低制造模型設(shè)備的成本，同時(shí)壓縮時(shí)間。他們的目標(biāo)是在保持圖案尺寸質(zhì)量的同時(shí)將時(shí)間和成本減少 50%。

利用混合平臺(tái)，Titan顆粒擠壓3D打印機(jī)，PSSI 能夠消除典型木模設(shè)備的木材組裝和加工過(guò)程。與 CNC 機(jī)器不同，Titan 3D 打印機(jī)不需要持續(xù)的勞動(dòng)力來(lái)操作設(shè)備，因此可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間制造，并將交付時(shí)間縮短 60% 以上，同時(shí)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(jī)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(guò)程中，需要注意幾個(gè)事項(xiàng)：

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(duì)大多數(shù)高性能聚合物的附著力都很好，專為打印對(duì)象設(shè)計(jì)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(wèn)題的影響，并通過(guò)多臺(tái)打印機(jī)并行而不是串行生成工具。

●始終針對(duì)增材制造 (DfAM) 進(jìn)行設(shè)計(jì)，以最大限度地減少材料、打印時(shí)間、減少支持和打印缺陷，例如遵循45度規(guī)則和設(shè)計(jì)。

●對(duì)于高磨損區(qū)域，該區(qū)域可以組裝到圖案中并在過(guò)度磨損時(shí)更換。

●大力開發(fā)CAD功能。

●設(shè)計(jì)和生產(chǎn)模具設(shè)備，保證與增材制造設(shè)備的無(wú)縫連接。

通過(guò)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(jìng)爭(zhēng)力，與傳統(tǒng)方法相比，能夠以更低的價(jià)格更快地將高質(zhì)量鑄件推向市場(chǎng)。

來(lái)源：南極熊