基于酚醛樹脂的3D打印在鑄造技術(shù)方面 -環(huán)境友好和經(jīng)濟
特別是對鑄造業(yè)來說,這項技術(shù)意味著快速和經(jīng)濟地生產(chǎn)復雜鑄件的新可能性。有了3D打印技術(shù),看似不可能的幾何形狀都可以快速、精確和低成本地生產(chǎn)出來–無論涉及的是原型、單個零件還是小批量。速度和自由設(shè)計選項是該技術(shù)的核心特征。
此外,使用大尺寸工業(yè)3D打印機進行批量生產(chǎn),正在為許多行業(yè)開辟越來越多的新應(yīng)用領(lǐng)域。同時,該技術(shù)正被用于汽車工業(yè)、機械工程、泵業(yè)和航空?;诜尤渲澈蟿┑男虏牧舷到y(tǒng)顯示出優(yōu)勢,特別是在強度、可回收性、減少氣體排放和環(huán)境友好性方面。
經(jīng)濟地生產(chǎn)原型到小批量產(chǎn)品
由于三維砂模和砂芯的免工具生產(chǎn),現(xiàn)在可以經(jīng)濟地生產(chǎn)單件或小批量的幾千個零件。與傳統(tǒng)生產(chǎn)相比,3D打印對模具和型芯的復雜性幾乎沒有限制。這是因為3D打印所涉及的努力與部件的復雜性無關(guān)。一方面,不需要注意底槽或拔模角度。另一方面,必要的鑄造技術(shù),如澆口系統(tǒng),可以直接設(shè)計到模具組中,并與之一起打印。此外,組件的變化可以靈活、快速和容易地實施。
其目的是顯著減少模具和型芯生產(chǎn)的時間和成本,并經(jīng)濟地實現(xiàn)復雜的幾何形狀??梢噪S意使用增材制造和傳統(tǒng)制造相結(jié)合的混合施工方法。在制造渦輪機輪的砂芯的具體案例中,這些因素的作用尤其明顯。在傳統(tǒng)的制造中,葉片輪芯的各個部分必須在一個復雜的過程中進行組裝。另一方面,在Binder Jetting 3D打印工藝中,整個渦輪機芯是一體生產(chǎn)的。這意味著模塑件可以更容易、更準確、更有再現(xiàn)性地組裝和鑄造。
砂印中對新材料工藝的要求
使用冷固化呋喃樹脂作為粘合劑的印刷工藝(有機直接粘合–簡稱ODB)將石英砂層粘合在一起,提供了一個經(jīng)過多年嘗試和測試的材料體系,適用于各種合金。然而,這個過程達到了它的極限,特別是對于那些只能通過芯子標記來固定的絲狀芯子,因此容易漂浮。鑄造表面不佳,例如由于礦化,總是有理由改用其他特殊砂。例如,Kerphalite和Cerabeads砂,可以進一步與添加劑混合,在這里提供了一個補救措施,但比石英砂貴得多。
一種新開發(fā)的3D沙子打印工藝,代表了ODB工藝的第一個替代方案,即所謂的苯酚直接結(jié)合,或簡稱PDB工藝。與ODB工藝一樣,最初使用的是一層薄薄的沙子。在砂層被逐層涂抹后,苯酚基裝訂材料通過打印頭選擇性地涂抹在砂上。作為工藝鏈的最后一步,一個紅外線燈在施工區(qū)域上空移動,以加熱沙子,從而使粘合材料硬化。然后,建筑平臺被降低了一層厚度。隨后,在同時加熱的情況下,再涂上一層新的顆粒材料,見上文。這個過程一直持續(xù)到成型的部件完全打印出來。
3D打印過程中的優(yōu)勢 酚醛直接裝訂
在直接的比較中,新的PDB工藝顯示出比以前被證實的ODB工藝有許多優(yōu)勢。
薄而長的磁芯的要求越來越高,這就是為什么我們的代工客戶盡管在呋喃樹脂基3D打印中設(shè)計自由,但卻越來越多地遇到了他們的極限。在一個具體案例中,一個汽缸蓋鑄件的水套芯反復破裂,因為其強度無法承受熔融金屬的壓力。即使是 "站立式 "鑄造,以便對核心施加較低的彎矩,也沒有帶來任何改善。根據(jù)客戶的要求,可以靈活地調(diào)整粘結(jié)劑的含量和點火時的損耗,最終在提到的芯材的情況下達到了預期的效果,用PDB印刷,彎曲強度為390N/cm2。
Alexander Kudernatsch,服務(wù)部副總裁voxeljet AG
此外,新的PDB工藝更加環(huán)保,因為多余的沙子幾乎可以100%回收和再利用,而且粘合劑材料的污染物碼含量也有所降低。
Kudernatsch:”在未來,除了以前使用的石英砂之外,我們看到了使用特殊砂的進一步潛力。由于我們使用的是熱固性樹脂,我們可以在PDB過程中打印各種顆粒材料。此外,我們在原始狀態(tài)下加工合格的鑄造砂,這樣可以節(jié)省額外的加工材料和硬件,如活化劑和混合設(shè)備。機器客戶也可以在沙子合格后直接在現(xiàn)場購買,這大大減少了物流工作和成本。
由于強勁的需求和最近的機器交付,目前只有有限的內(nèi)部能力來滿足客戶的PDB訂單(可用尺寸1,000 x 600 x 500毫米)。Kudernatsch說:”盡管如此,我們很樂意為我們的客戶打印測試部件,以了解酚醛部件的鑄造行為,”。2017年的計劃是進一步提高PDB機器的產(chǎn)能,以滿足不斷增長的需求。
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