Как 3D-печать может помочь в литье металла? Вот 3 способа

Литье металла может быть одним из старейших производственных методов, используемых для создания металлических деталей, но это также еще один сектор, который может извлечь выгоду из 3D-печати.

С учетом высоких затрат, связанных с производством вспомогательных инструментов, таких как формы, стержни и шаблоны, 3D-печать уже оказалась стоящей альтернативой традиционному производству инструментов для процессов литья металлов. Поэтому литейные производства все чаще используют 3D-печать в своих рабочих процессах, чтобы оставаться конкурентоспособными.

Преодоление существующих ограничений

Литейные заводы используют несколько процессов литья металлов, наиболее распространенными из которых являются литье под давлением, литье в песчаные формы и литье по выплавляемым моделям. Однако, хотя литье металла - это проверенный временем метод производства, все же существуют определенные ограничения, в том числе:

• Высокие расходы: Создание инструментов для литья может быть невероятно дорогим. Это означает, что при малых и средних производственных циклах высокие затраты на инструмент часто нелегко окупить.

• Трудоемкие: Поскольку инструменты обычно производятся вручную, трудоемкий процесс может легко привести к длительным срокам выполнения заказа - до нескольких месяцев.

Чтобы преодолеть эти проблемы и сохранить конкурентное преимущество, литейные предприятия должны искать инновационные способы производства оснастки для литья металла - именно здесь в игру вступает 3D-печать.

Как 3D-печать может принести пользу литейным предприятиям и компаниям, производящим модели

Хотя 3D-печать ни в коем случае не станет сигналом об окончании традиционных методов литья, эта технология может помочь обойти дорогостоящие и трудоемкие аспекты создания узоров, стержней и форм, обеспечивая большую гибкость и экономическую эффективность для небольших предприятий. объемные, очень сложные отливки и прототипы.

Вот несколько примеров того, как 3D-печать может быть интегрирована в обычный процесс литья:

№1 по производству штампов для 3D-печати

Литье под давлением, восходящее к XIX веку, относится к процессу заливки расплавленных металлов под высоким давлением в полости формы для производства металлических деталей.

Одной из ключевых проблем литья под давлением является конструкция охлаждающих каналов, которые используются для предотвращения перегрева штампа и управления процессом затвердевания отливки.

При обычных методах производства эти каналы обычно обрабатываются по прямой линии, что приводит к более медленному и неравномерному процессу охлаждения. В результате инструмент может деформироваться, а срок его службы значительно сократится. Кроме того, частично недостаточный отвод тепла приводит к длительному времени охлаждения производимых продуктов.

Однако эти ограничения не распространяются на 3D-печать. С помощью таких технологий 3D-печати металлом, как DMLS или SLM, производители инструментов могут интегрировать охлаждающие каналы любой сложности в конструкцию штампа.

Таким образом, 3D-печать для литья под давлением имеет ряд преимуществ, в том числе:

• Гибкость дизайна, например сложные геометрические формы, внутренние структуры и полости.
• Более быстрый и равномерный процесс охлаждения.
• Увеличенный срок службы инструмента.
• Повышенная производительность.

№2 Рассмотрите возможность 3D-печати моделей для литья по выплавляемым моделям

В литье по выплавляемым моделям используются расходные восковые модели и керамические корпуса для создания сложных и детальных конструкций деталей. Традиционно эти выкройки изготавливаются методом литья под давлением. Однако стоимость форм для литья под давлением может составлять от 3000 до 30,00 долларов, а сроки изготовления - от одной до четырех недель. Это делает создание пресс-формы экономически невыгодным для мелкосерийного производства или единичных изделий.

По этой причине литейные предприятия и компании, производящие модели, могут выбрать для 3D-печати модели из материала, подходящего для литья по выплавляемым моделям. Например, стереолитографию можно использовать для создания узоров с помощью УФ-лазера, отверждающего тонкие слои смолы.

Использование 3D-печати для литья под давлением может помочь:

• Сократите время выполнения заказа с недель до дней.
• Снижение высоких затрат на инструменты
• Предоставьте дизайнерам больше свободы при создании очень сложных узоров.

Многие производители 3D-принтеров разработали материалы для 3D-печати специально для литья, включая воск, литьевые смолы и некоторые термопласты на основе PLA и ABS.

Эти материалы обычно используются с технологиями стереолитографии (смолы) и FDM (пластмассы), создавая высокоточные модели с превосходными характеристиками выгорания.

# 3 3D-печать песчаных форм и стержней

Литье в песчаные формы - еще одна технология обработки металлов давлением, которую преобразила 3D-печать.

Обычно процесс литья в песчаные формы включает создание объекта из расплавленного металла с использованием песка в качестве формы. Полости формы создаются путем ручной укладки песка вокруг рисунка. Конструкция отливки часто требует помещения стержней в форму для создания внутренних контуров отливки.

3D-печать может упростить этот процесс, создавая песчаные формы и стержни непосредственно из файлов САПР, минуя этапы создания выкройки и стержня.

Подобно 3D-печати шаблонов для литья по выплавляемым моделям, 3D-печать песчаных форм и стержней представляет собой автоматизированный процесс без инструментов. Это означает, что исключаются затраты на инструмент и рабочую силу, повышающие цены на металлическое литье.

Формы и стержни из песка обычно печатаются на 3D-принтере с использованием технологии Binder Jetting, которая работает путем выборочного нанесения связующего вещества для склеивания песка, слой за слоем.

Таким образом, 3D-печать предлагает быстрый и эффективный метод для мелкосерийного производства. В настоящее время системы Binder Jetting для 3D-печати на песке могут достигать больших объемов до 4000 x 2000 x 1000 мм, позволяя производить крупномасштабные песчаные стержни и формы. Кроме того, формы для литья в песчаные формы, напечатанные на 3D-принтере, достаточно прочные, чтобы выдерживать жесткие условия литья металла.

Другие преимущества 3D-печати песчаных форм и стержней включают:

• Более короткие сроки изготовления
• Большая свобода проектирования для создания геометрически сложных отливок (для чего потребуются шаблоны и / или стержневые ящики)
• Возможность печатать сложные, состоящие из нескольких частей сердечники (например, рабочее колесо для насоса) как единый корпус, устраняя необходимость в сборке отдельных компонентов.

Как компании используют 3D-печать для литья металла

Хотя прямая 3D-печать металлических инструментов, таких как штампы, все еще находится в зачаточном состоянии, 3D-печатные модели для литья по выплавляемым моделям, песчаные стержни и формы уже широко используются и приобретают все большую популярность.

Литье по выплавляемым моделям

Например, модели для литья под давлением, напечатанные на 3D-принтере, все чаще используются для создания индивидуальных ювелирных изделий с замысловатым дизайном и персонализированной стоматологической продукции с сокращением сроков выполнения заказа. Например, канадская ювелирная компания Vowsmith, специализирующаяся на изготовлении колец по индивидуальному заказу, смогла сократить время производства и доставки на 50% за счет интеграции восковых 3D-принтеров 3D Systems в свой рабочий процесс. За один принт компания произвела от 35 до 40 персонализированных выкроек колец, готовых к отливке.

Литье в песчаные формы

Когда дело доходит до литья в песчаные формы, все больше и больше компаний в литейном секторе устанавливают песочные 3D-принтеры, чтобы сэкономить деньги на инструментах для небольших партий производства и сократить время выполнения заказа. Например, Hazleton Casting Company использует роботизированную систему 3D-печати на песке в дополнение к своим традиционным литейным процессам для производства нестандартных геометрически сложных песчаных стержней и форм по запросу. Для сложных конструкций стержней 3D-печать позволяет сэкономить до 50% за счет отказа от изготовления оснастки.

Устаревшие инструменты

Ранее в этом году Danko Arlington, литейный завод, специализирующийся на изготовлении моделей и литье в песчаные формы, инвестировал в большую систему 3D-печати песком, используемую в основном для замены устаревших инструментов, которые сложно и дорого приобрести, путем прямой 3D-печати песчаных стержней и форм.

Стержни гидравлических клапанов

Другой пример - американская компания Prospect Foundry, которая выбрала трехмерную печать на песке для решения сложной задачи создания сложных сердечников гидравлических клапанов. В прошлом, когда сложность стержней запрещала производство, литейному производству приходилось отказываться от подобных работ. Однако с помощью 3D-печати компания смогла не только выполнить заказ, но и добиться очень низкого процента брака.

3D-печать:дополнительная технология для литья металлов

Вопреки убеждению, что 3D-печать может заменить процессы литья, более реалистично рассматривать ее как мощное дополнение к существующим методам, от литья под давлением до литья по выплавляемым моделям и литья в песчаные формы. Преимущества очевидны - нет необходимости в фрезеровании с ЧПУ или других инструментах, которые могут увеличить затраты.

3D-печать идеально подходит для очень сложных работ по литью небольшими объемами, обеспечивая большую свободу проектирования и экономичность при производстве моделей и форм.

При этом важно отметить, что, хотя 3D-печать не является решением всех проблем, связанных с литьем, она позволяет решать сложные задачи, которые раньше были бы невозможны.

Поскольку 3D-печать - и особенно 3D-печать металлом - переживает стремительный рост, жизненно важно, чтобы литейные заводы продолжали модернизироваться с помощью 3D-печати. Это поможет преодолеть ограничения существующих методов и сохранить конкурентоспособность в постоянно меняющемся производственном ландшафте.