Литьё начинается с формирования полости, которая определяет наружную форму и внутреннюю геометрию металлической детали. Затем следуют заливка, охлаждение, выбивка и последующая обработка. Традиционное изготовление форм часто требует деревянных или металлических моделей, стержневых ящиков и опытных формовщиков и сборщиков. При сложной геометрии, малых объёмах или частых изменениях конструкции изготовление оснастки нередко становится этапом, сроки которого труднее всего сократить.
3D-печать песком меняет технологию изготовления форм и стержней, но не сам принцип плавления металла. На основе 3D-данных система струйного нанесения связующего распределяет литейный песок тонкими слоями и выборочно наносит связующее, формируя нужную геометрию. Нанесение покрытия, сушка, сборка стержней, заливка, очистка и контроль по-прежнему выполняются в соответствии с требованиями процесса. При этом изготовление физической модели и части стержневых ящиков может не потребоваться.
Если вы оцениваете процесс, начните с нашего руководства по применению песчаных форм и стержней, чтобы увидеть, какое место печать занимает в рамках всего рабочего процесса отливки.
Что на самом деле печатает песочный 3D-принтер?
Песчаный 3D-принтер обычно не производит окончательную металлическую деталь. Он печатает песчаную форму, содержащую расплавленный металл, и песчаные стержни, образующие внутренние полости. После печати рыхлый несвязавшийся песок необходимо удалить. В зависимости от песка, связующего вещества, сплава и процесса литья форма или стержень также могут нуждаться в отверждении, нанесении покрытия, сушке или сборке, прежде чем ее можно будет закрыть и разлить.
Типичный цифровой рабочий процесс включает в себя:
- Задайте припуски на усадку и механическую обработку, затем спроектируйте литниковую систему, прибыли, вентиляционные каналы и стержневые знаки с учётом модели отливки.
- Проверьте и разделите данные пресс-формы или стержня, а затем вложите детали в объем сборки принтера.
- Распределите послойно формовочный песок и струйное связующее согласно данным нарезки.
- Удалите напечатанные детали, очистите от рыхлого песка и завершите необходимое отверждение или покрытие.
- Проверьте критические размеры, целостность поверхности и прочность при обращении.
- Соберите стержни или закройте форму, залейте сплав, затем выполните выбивку, очистку, термообработку и механическую обработку.
Отказ от инструментов не означает отказ от литейного производства. Что становится короче, так это путь от утвержденного цифрового проекта до готовой к заливке песчаной формы.
Почему он хорошо работает для сложной геометрии и быстрой итерации
Возможности традиционных стержней ограничены способом раскрытия стержневого ящика, направлением извлечения, формовочными уклонами и доступным пространством для сборки. Извилистый канал, замкнутую полость или пересекающиеся элементы иногда приходится разделять на несколько стержней, а затем соединять их клеем или с помощью установочных элементов. Каждая дополнительная часть увеличивает трудоёмкость сборки и риск накопления размерных отклонений.
Прямая печать стержня позволяет пересмотреть разъёмы и формовочные уклоны, предусмотренные исключительно ради изготовления оснастки. Несколько традиционных стержней можно объединить в меньшее число печатных элементов, включив вентиляционные каналы, установочные поверхности и вспомогательные элементы для заливки в цифровую модель. Изменения вносят преимущественно в файл, поэтому при каждой новой итерации не нужно заново изготавливать стержневой ящик.
Эта возможность особенно полезна для:
- прототипы новых продуктов и инженерная проверка;
- отливки со сложными внутренними путями течения, криволинейными каналами или сложными многоядерными узлами;
- разовые, мелкосерийные заказы и заказы на запасные части;
- устаревшие компоненты, инструменты для которых отсутствуют, но геометрию которых можно восстановить по чертежам или сканам; и
- проекты, которые требуют нескольких итераций проектирования, прежде чем использование жесткого инструмента станет оправданным.
Чтобы поближе познакомиться с этой возможностью проектирования, прочитайте наше руководство по объединению сложных песчаных сердечников и сокращению сборки.
Прирост времени и затрат не являются фиксированными процентами.
Проекты в автомобилестроении, насосах, клапанах и тяжелом оборудовании демонстрируют потенциал цифровых пресс-форм для снижения стоимости оснастки и сокращения времени разработки. Фактическая экономия зависит от размера пресс-формы, использования сборочной коробки, системы материалов, последующей обработки, расстояния доставки, уровня брака и количества повторных использований обычных инструментов.
Более надежная оценка сравнивает два полных маршрута для одной и той же целевой части:
- Обычный маршрут: проектирование образца и стержневого ящика, изготовление, испытания, модификация, хранение и обслуживание.
- Маршрут печати: подготовка данных, машинное время, песок и связующее, обеспыливание и отверждение, нанесение покрытия, обработка и проверка качества.
Распечатанный маршрут часто более ценен, когда объемы невелики, геометрия сложна или изменения часты, поскольку это позволяет избежать предварительного использования инструментов. Для простых деталей со стабильным спросом и проверенных многоразовых инструментов традиционное формование может оставаться более экономичным. 3D-печать песком лучше всего рассматривать как еще одну возможность в наборе инструментов литейного производства, а не как универсальную замену каждого установленного процесса.
Чтобы провести практическое сравнение, ознакомьтесь с нашим руководством по стоимости 3D-печати, времени выполнения заказа и рентабельности инвестиций.
Принтер — это только часть возможностей
Производство повторяемых форм требует, чтобы машина, материал, окружающая среда и система качества работали вместе. Размер и форма зерен песка влияют на повторное покрытие, проницаемость и качество поверхности. Дозировка связующего влияет на прочность, газообразование и удаление песка из затвердевшей отливки. Температура и влажность окружающей среды, состояние печатающей головки и способ отверждения также могут влиять на консистенцию от партии к партии.
Руководство Американского литейного общества по печатным формам и стержням также рассматривает цифровой файл, параметры печати, свойства песка, характеристики напечатанных деталей, условия обращения, хранения и повторной квалификации как контролируемые элементы. Принтер может превратить цифровую модель в деталь из песка, но повторяемые отливки по-прежнему получаются в результате проверенного сквозного процесса.
Система 3D-печати песком Cprint 3D SJ-1200 предназначена для производства промышленных форм и стержней. Оцените текущую конфигурацию в соответствии с целевым литьем, системой подачи песка и требованиями к производительности, а не рассматривайте общее описание процесса как фиксированную спецификацию машины.
Какая информация помогает при быстром рассмотрении проекта?
Для оценки возможности печати, риска раскроя и последующего литья подготовьте:
- 3D-файлы отливки и предлагаемых форм или стержней;
- сплав, температура заливки, целевая масса отливки и габаритные размеры;
- критические допуски, исходные данные обработки, требования к поверхности и контролю;
- запланированное количество, периодичность поставок и ожидаемое количество изменений конструкции;
- текущий маршрут формования, стоимость оснастки, время выполнения заказа и основные дефекты; и
- доступные пески, связующие вещества, покрытия и условия последующей обработки на месте.
Чем полнее информация, тем легче перейти от вопроса «Можно ли это распечатать?» на «Как его можно составлять последовательно и работает ли экономика?» Чтобы сравнить традиционные инструменты с цифровой формой для конкретного компонента, отправьте нам файлы вашего проекта для проверки процесса.
Заявленные результаты по эффективности и затратам
Опубликованные отраслевые примеры иллюстрируют потенциальную ценность. Сообщается, что один немецкий автопроизводитель сократил разработку основного инструмента для блока цилиндров с четырех недель до пяти дней и повысил эффективность производства примерно на 80%. Другой поставщик автомобилей сократил цикл обработки блока цилиндров с 28 дней до семи дней, одновременно улучшив уровень приемки на 40%.
В аэрокосмической отрасли НАСА использовало аддитивное производство для производства компонентов ракетных двигателей со сложными охлаждающими каналами, которые трудно реализовать традиционным способом. Производитель насосов и клапанов сообщил о снижении стоимости оснастки на 60% и ежегодной экономии производства более 2 миллионов юаней. Китайский производитель тяжелого оборудования сообщил о сокращении стоимости оснастки для крупной отливки со 150 000 до 60 000 юаней, а времени выполнения заказа с 45 до 10 дней.
Эти примеры включают различные компании, компоненты и методы учета. Результаты будут меняться в зависимости от размера, объема, материала и рабочего процесса литейного производства. В совокупности они показывают, как отказ от подготовки к использованию жестких инструментов, быстрая правка цифрового файла и создание сложных ядер могут создать большую ценность для бизнеса.
Часто задаваемые вопросы
Для чего в основном используется 3D-печать при литье металлов?
В основном он используется для непосредственного изготовления песчаных форм и стержней, а также позволяет быстро изготовить выбранную оснастку. Напечатанный песок определяет внешнюю полость или внутренние проходы. Окончательная отливка металла по-прежнему требует плавки, заливки, охлаждения, удаления песка из затвердевшей отливки и контроля.
В чем разница между печатной песчаной формой и печатным песчаным стержнем?
Форма обычно формирует внешнюю форму отливки, а стержень создает отверстия и внутренние каналы. Оба могут быть спроектированы и напечатаны в одном и том же цифровом рабочем процессе, но их требования к прочности, вентиляции, расположению, покрытию и очистке могут различаться.
Когда 3D-печать песком лучше подходит, чем обычные инструменты?
Он часто привлекателен для разовых или небольших объемов работ, сложной геометрии, срочной доставки, итеративного проектирования и устаревших деталей с отсутствующим инструментом. Простые детали, производимые в больших объемах в течение длительного периода, следует сравнивать с амортизированной стоимостью традиционных инструментов многократного использования.
Может ли песочный 3D-принтер изготовить готовую металлическую деталь?
Нет. Он изготавливает песчаную форму или стержень, а не готовую металлическую деталь. Сборка формы, заливка, удаление песка из затвердевшей отливки, термообработка и механическая обработка могут потребоваться после печати.
Что я должен предоставить для оценки проекта песочной печати?
Как минимум предоставьте 3D-данные, литейный сплав, количество, критические размеры, требования к доставке и текущие проблемы процесса. Концепция системы желобов из расплавленного металла, пескоструйная система, история дефектов и стандарты контроля сделают техническую проверку более точной.