通過3D打印提高金屬砂模的鑄造生產

魔猴君  行業資訊   1642天前

近日，Saptarshee Mitra最近發表了一篇博士論文，“在快速鑄造廠中通過增材制造（通過射流粘合進行3D打印）生產的砂模的功能特性的實驗和數值表征。”致力于混合鑄造和改進的制造金屬模具的方法，Mitra分析各種印刷參數及其對機械性能的影響。

作者以提高鑄造廠的生產為中心，研究了利用3D打印的一些最經典的優點，以完全自動化的方式制造模具的方法，這些優點包括：價格更高，生產時間更快，原型和零件的質量更高。此外，由于沒有模具成本，因此該工藝特別經濟，并且可以考慮使用傳統砂型鑄造無法制造的復雜幾何形狀，3D打印機通常比其他附加技術更快，更易于使用且更便宜。也可以制造尺寸非常小的零件非常薄的鑄造砂模。現代鑄造行業逐漸使用這種混合鑄造技術，因為它們使砂模成型變得容易，并具有良好的表面光潔度。

Mitra論文的目標是制造具有更高剛度和滲透性的金屬鑄模（最終用于航空航天和汽車行業），我們看到的應用受到了從汽車零件到火箭發動機的增材制造工藝的顯著影響，達到了重要的最終用途零件。

（a）古希臘；青銅雕像鑄造，約公元前450年，（b）歐洲早期的鐵工廠：約1543年，來自英國的鑄鐵大炮[4]

Mitra解釋說：“砂型鑄造是制造業中使用最廣泛的金屬鑄造工藝，幾乎所有鑄造金屬都可以用砂型鑄造。砂鑄件的尺寸范圍從很小到很大。在現代工業中，通過砂型鑄造工藝制造的產品中，有一些值得注意的例子是發動機缸體，機床底座，氣缸蓋，泵殼和閥門。”

金屬鑄造要求：

.適當的設計

.材料的合適選擇

.生產模具和型芯的圖案

.鑄造工藝的選擇

.后期處理

.質量控制

采用粘結劑噴射技術的砂模三維打印（3DP）克服了傳統生產方法面臨的挑戰，例如零件復雜度和尺寸，生產時間和成本（取決于數量和零件復雜度）方面的限制，據中國3D打印網了解，任何澆鑄合金的零件設計/設計自由度都得到了優化。

顆粒粘合劑粘結和樹脂的示意圖

粉末粘結劑噴射工藝

檢查了一系列化學鍵合的3D打印樣品。通過燃燒失重（LOI）實驗評估粘合劑含量，同時通過標準的三點彎曲試驗測量機械強度。滲透率是通過“給定壓力下的樣品”中的空氣流速來衡量的。 Mitra了解到，霉菌可以在室溫下大量保存，但是樣品的滲透性確實會隨著溫度的升高而降低。

在ExOne 3D打印機上打印配置

3D打印的3PB測試條和磁導率樣品

涉及的步驟，（a）砂模的3D打印，（b）鐵水，（c）鑄造過程 （d）與熱電偶的相應位置一起腐蝕成型。

魔猴網點評： 粘合劑的含量會“深刻影響”模具的強度，因此增加模具量會提高機械強度。使用X射線μ-CT圖像來計算不同粘合劑含量和粒度的3D打印樣品的孔隙率，孔徑，喉道尺寸和滲透率，將穩態下預測的磁導率與層狀二氧化硅晶粒排列的實驗和分析測量結果進行了比較。使用X射線CT表征的主要優點是測試的無損性質。計算出的磁導率可以用作金屬鑄造數值模擬的輸入，從而可以預測宏觀缺陷。

目前的發現代表了朝著改進3DP砂模的傳質預測的方向邁出的一步。但是，應使用變化的平均粒徑對這種經過加砂處理的砂模的滲透性進行進一步表征，以檢查本模型的收斂性。

來源：中國3D打印網