三维打印技术在精密铸造工业中的应用

2019-10-24 331

快速成型制造技术是当今世界关注的焦点。铸造作为一种传统工艺,可以获得形状复杂、体积大、制造成本低、柔性高的铸件。充分发挥它们的特点和优势,在新产品的试制中可以取得客观的经济效益。

1.立体印刷包括SLS、SLA、SLM等立体印刷成型方法。与传统的制造方法不同,三维打印是基于零件的CAD几何模型,通过软件分层离散数控成形系统,利用激光束或其他方法堆积材料,形成实体零件,因此又称为配合。铝添加制造方法。由于它将复杂的三维制造转化为一系列二维制造叠加,几乎可以在不使用模具和工具的情况下生成任何复杂形状的零件,大大提高了生产效率和制造灵活性。

2.与NC加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模具等制造方法相结合,快速自动成型已成为现代模具、模具及零件制造的有力手段。实现适合我国国情的金属零件的单批量或小批量敏捷制造是一种有效的方法。它应用于航空航天、汽车、摩托车等领域,家用电器等领域得到了广泛的应用。3D打印技术可以快速地为精密铸造和砂型铸造的木材或砂型提供蜡或消失的泡沫。解决了传统铸件制备周期长、投资大、曲面等复杂零件制造困难的问题。精密铸造技术(包括石膏铸造)和砂型铸造技术是我国非常成熟的技术。这两种技术的有机结合,实现了低成本、高效率的生产,实现了快速制造的目标。

3.三维打印的过程是先生成产品的三维CAD实体模型或曲面模型文件,将其转换为特定的文件格式,然后使用相应的软件从文件中“剪切”一系列厚度的层,或直接从C中剪切一系列层。广告文件。这些层按顺序累积,并保持所设计零件的形状。然后,将各层的数据传输到快速成型机。以材料添加法和激光作为加热源,将每一层依次烧结或熔化,同时连接到每一层,直至整个零件完成。成型材料是可烧结的粉末,如石蜡、塑料、低熔点金属粉末或其混合粉末。与传统方法相比,三维打印技术具有独特的优势。其特点如下:

4.它有利于设计过程与制造过程的集成,使整个生产过程数字化,与CAD模型有着直接的关系。所见即所得零件可以随时进行修改和制造,从而缓解了复杂结构零件CAD/CAM过程中的CAPP瓶颈。

5.传统方法无法制造的零件材料,如梯度材料零件和多材料零件,有利于新材料的设计。

6.大大降低了复杂零件毛坯模具的制造周期和成本。用工程材料直接成形机械零件时,不再需要设计和制造毛坯成形模具。

7.实现了毛坯近净成形,大大减少了加工余量,避免了材料浪费,降低了能耗,有利于环境保护和可持续发展。

8.由于工艺准备的时间和成本大大减少,单次试生产和小批量生产的周期和成本大大减少,特别是新产品的开发和小批量零件的生产。

9.结合传统方法,实现了快速铸造、快速模具制造和小批量零件生产的功能,为传统制造方法注入了新的活力。

10.精密铸造是最精确的铸造方法之一。其精度一般优于0.5%,重复性好。铸件仅需少量机加工即可投入使用。由于压铸模是一次性使用的,所以可以制造内部结构复杂的零件,这些零件可以是锻造的,也可以是不能生产的机械加工零件。精密铸造虽然有许多优点,但其生产工艺复杂而漫长。铝模压制蜡模通常需要几周到几个月的时间,这取决于铝模的复杂性和尺寸。得到铝模后要花几个星期才能得到铸件。这几周主要是用来做模壳的。除了耗时外,精铸也是非常劳动密集的,50%到80%的成本都来自手工。此外,还分摊了小批量生产中模具的成本,使单价昂贵。3D打印和精密铸造是互补的。这两种方法都适用于制造复杂形状的零件。如果没有快速自动成型,铸造模具的生产是精密铸造的瓶颈过程,但是如果没有精密铸造,快速自动成型的应用将有很大的局限性。

一、3D打印技术在精密铸造中的应用可分为三类:

1.是小批量生产的消失模零件(模具)的加工过程。

2.是直接壳法,用于小规模生产。

3.批量生产快速蜡模制造

制造业,特别是航空、航天、国防、汽车等行业,基本核心部件一般是金属零件,相当一部分金属零件是不对称的,表面不规则或结构复杂,内部零件结构精细。这些零件通常是通过铸造或拆卸来生产的。快速铸造是用三维打印机作为母模或过渡模复制金属零件最有吸引力的方法之一。这是因为铸造工艺可以生产形状复杂的零件。在铸造生产中,模板、芯盒、蜡模和压铸模的制造通常采用机械加工方法。有时需要修理工来修理。周期长,成本高。从模具设计到加工制造是一个多环节的复杂过程。轻微的错误可能导致所有的返工。

特别是对于叶片、叶轮、机体、气缸盖等复杂铸件,模具的制造是一个非常困难的过程。即使使用数控加工中心等昂贵的设备,加工技术和工艺可行性仍然存在很大的困难。将3D打印技术与传统技术相结合,充分发挥自身优势,避免自身弱点,事半功倍。采用三维打印技术直接制作蜡模,快速铸造过程无需开模,大大节省了生产周期和成本。图2显示了快速铸造法生产的四缸发动机的蜡模和铸件。按照传统的金属铸造方法,模具的制造周期约为半年,成本几十万元。采用快速铸造法,3天3D打印熔模铸造,10天铸造,整个试生产任务比原计划提前5个月。

精密铸造通常用于从3D打印制作钢零件。但对于低熔点金属零件,如铝镁合金零件和石膏铸件,其效率较高。同时,有效地保证了铸件的质量,提高了铸件的成功率。在石膏模铸造过程中,三维打印仍然是一个消失模,然后得到石膏模以获得所需的金属零件。石膏型铸造是用3D印刷件制作消失模,然后在石膏膏中用3D印花将消失的泡沫埋入石膏模中,然后将石膏模放入培养箱中孵育。

这样,3D打印消失的泡沫被高温分解,最终完全消失。同时石膏模干燥硬化。这个过程通常需要两天左右。在专用的真空铸造设备中,将熔化的铝合金注入石膏模中。冷却后,通过压碎石膏模获得金属零件。这种方法生产金属零件的成本很低,一般只有压铸模生产的2%-5%。生产周期很短,通常只有2-3周。石膏铸件的性能也可与精密铸件相比较。由于石膏铸件是在真空环境下完成的,其性能甚至优于普通精密铸造。