揭秘3D打印技術(shù)之鑄造砂型3D打印(5)
時間：2016-08-22 18:27 來源：南極熊 作者：中國3D打印網(wǎng) 閱讀：次
著名砂型3d打印機(jī)公司Exone
Exone公司就是一家該領(lǐng)域中的領(lǐng)先企業(yè)。早在1999年這家集團(tuán)公司包括今天的企業(yè)負(fù)責(zé)人Rainer Höchsmann先生在內(nèi)的工程師們就研發(fā)成功了砂型和砂芯用的3D打印機(jī)樣機(jī)。今天，作為Exone公司經(jīng)營業(yè)務(wù)的一個組成部分，它們的砂芯鑄模3D打印技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為國際上領(lǐng)先的技術(shù)。
Exone集團(tuán)公司開發(fā)這項技術(shù)的主要目的是：經(jīng)快速制造進(jìn)入實際鑄造生產(chǎn)之中。新一代造型機(jī)的成本和費(fèi)用與傳統(tǒng)造型機(jī)的相同，但卻可以極大的提高鑄件的質(zhì)量和精度。目前，已有兩種型號的設(shè)備可供用戶選用：小型的S-Print和大型的S-Max。由于這一技術(shù)有著非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，因此它具有很強(qiáng)的生命力。ExOne的3D砂型、砂芯打印機(jī)產(chǎn)品具有很大優(yōu)勢，能取代現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)中的復(fù)雜的砂型制作流程，采取的是Binder Jetting Techonolgy(噴墨砂型打印技術(shù))，SLS和SLA兩種技術(shù)主要采用激光熱熔技術(shù)，這種技術(shù)下3D打印機(jī)機(jī)的工作狀態(tài)可以理解為以一個點一個點來成型，然后直接做出產(chǎn)品。噴墨砂型打印技術(shù)則是一個平面一個平面打印，直到做出產(chǎn)品的砂型，然后用傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)和這個砂型制造出需要的產(chǎn)品。
目前S-Max系列產(chǎn)品最大能打印出長1.8米×寬1米×高0.7米的砂型產(chǎn)品，另外，因為只打印砂型而不是直接打印產(chǎn)品，所以可以用砂型制作各種金屬的產(chǎn)品甚至各種合金都可以灌注入砂型成型。傳統(tǒng)制造砂型的過程短則1個月多則需數(shù)月，而3D打印砂型缺耗時很少，比如一臺發(fā)動機(jī)的3D打印砂型也只需11個小時就可制作完成。ExOne成立至今一共賣出72臺3D打印機(jī)，每臺售價在100萬歐元左右，主要銷售市場是美國、歐洲，以及亞洲。
直接鑄型制造工藝和傳統(tǒng)的鑄型制造技術(shù)相比,直接鑄型制造工藝具有無可比擬的優(yōu)越性, 它不僅使鑄造過程高度自動化、 柔性化、 敏捷化, 降低工人勞動強(qiáng)度,而且在技
術(shù)上突破了傳統(tǒng)工藝的許多障礙, 使設(shè)計、 制造的約束條件大大減少, 具體表現(xiàn)在以下幾個方面:
1. 無需模型。在傳統(tǒng)鑄造生產(chǎn)中,模型制造是一個重要環(huán)節(jié)。模樣一般用木材、 塑料、 金屬等材料由手工或機(jī)器加工而成, 有時需要鉗工修理,費(fèi)時耗資, 且精度不易保證。對一些形狀復(fù)雜的鑄件, 例如發(fā)動機(jī)葉片、 船用螺旋槳、 汽車缸體、 缸蓋等,雖然目前有些模樣的加工采用數(shù)控機(jī)床、仿形銑等先進(jìn)的設(shè)備和工藝,但由于編程復(fù)雜以及刀具干涉對幾何形狀的制約都使難度增大, 造成成本高、 周期長;而直接鑄型制造工藝則完全避免了傳統(tǒng)鑄型制造技術(shù)的這一最大缺陷, 從而在縮短砂型制造時間、 降低砂型制造成本等諸多方面, 都使砂型制造技術(shù)有了一個質(zhì)的飛躍。
2. 制造時間短。 鑄型的制造時間是指從鑄型設(shè)計結(jié)束到制造完成用于澆鑄之前的這一段時間。傳統(tǒng)方法制造鑄型必須先加工模樣, 無論是普通加工還是數(shù)控加工, 模樣的制造周期都比較長。 對于大中型鑄件來說, 鑄型的制造周期一般以月為單位計算。 由于采用計算機(jī)自動處理, 直接鑄型制造工藝的信息處理過程一般花費(fèi)幾小時至幾十小時。相對于整個鑄造過程而言, 這一段時間可以忽略。
3.一體化造型。 傳統(tǒng)造型由于需要將模型從鑄型中取出,所以必須沿鑄件最大截面處(分型面) 將其分開,也就是采用分型造型。 這樣往往限制了鑄件設(shè)計的自由度,某些型面和內(nèi)腔復(fù)雜的鑄型不得不采用多個分型面, 使造型、 合箱過程的難度大大增加,易使鑄件產(chǎn)生錯箱、 飛邊等缺陷,加大了清理工作量和機(jī)加工量。直接鑄型制造工藝采用堆積成形原理, 沒有起模過程,所以分型面的設(shè)計并不是主要障礙。分型面的設(shè)計甚至可以根據(jù)需要不設(shè)置在鑄件的最大截面處, 而是設(shè)在鑄件的非關(guān)鍵部位。對于某些鑄件, 完全可以采用一體化造型方法,即上、 下型同時成形。一體化造型的最顯著的優(yōu)點是省去合箱,減少設(shè)計約束和機(jī)加工量,使鑄件的尺寸精度更容易控制。
4.型、 芯同時成形。由于采用離散/ 堆積成形原理, 因此直接鑄型制造工藝很容易實現(xiàn)型、 芯同時成形。傳統(tǒng)工藝出于起�？紤],型腔內(nèi)部一些的結(jié)構(gòu)設(shè)計成型芯,型、 芯分開制造, 然后再下芯將二者裝配起來,裝配過程需要準(zhǔn)確定位,還必須考慮芯子的穩(wěn)定性。直接鑄型制造工藝制造的鑄型,型芯可同時堆積而成, 無需下芯裝配,位置精度更易保證。
5.無拔模斜度。 由于直接鑄型制造工藝是無模樣的直接堆積造型,沒有拔模問題,所以傳統(tǒng)鑄型設(shè)計必不可少的拔模斜度等約束在此失去意義, 因而可減輕鑄件重量。
6.可制造含自由曲面( 曲線)的鑄型。傳統(tǒng)工藝中,采用普通加工方法制造模樣的精度難以保證;數(shù)控加工編程復(fù)雜,另外刀具干涉等障礙無法克服。 所以傳統(tǒng)工藝制造含自由曲面或曲線的鑄件精度不易保證。 而基于離散/堆積成形原理的直接鑄型制造工藝, 不存在成形的幾何約束,因而能夠很容易地實現(xiàn)任意復(fù)雜形狀的造型, 且易保證精度。
7.可制造組合零件( 功能零件)。 由于傳統(tǒng)鑄造工藝的限制,在零件的設(shè)計制造過程中,某功能件需要分成幾個零件,分別進(jìn)行鑄造和加工, 然后裝配而成。 而基于離散/堆積成形原理的直接鑄型制造工藝, 無需模型,不存在起模問題對零件的形狀限制, 可以將傳統(tǒng)工藝下的幾個零件組合成功能零件一次成形,減少了機(jī)加工和裝配工作量,徹底消除了加工和裝配誤差帶來的精度損失�？梢娺@項新工藝還可以帶來設(shè)計思想的變革,可大幅度提高生產(chǎn)效率,降低制造成本。
中國3D打印點評認(rèn)為在當(dāng)今技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)融合的大背景下，將快速成型方法引入傳統(tǒng)鑄造生產(chǎn)中，會產(chǎn)生出更加適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的新型鑄造工藝，也將對傳統(tǒng)鑄造工藝的升級提高起到良好的助力作用，從而使得鑄造行業(yè)獲得科學(xué)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展。
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