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    3D打印应用于精密铸造 SLA光固化技术展现精准化

    2019-12-03来源:3D帝国网

      精密铸造是相对于传统铸造工艺而言的一种特种铸造工艺,是获得精准尺寸铸件工艺的总称。由于获得铸件尺寸更加精准,表面光洁度更好,它的产品精密、复杂、接近于零件最后形状,无需加工或很少加工就可直接使用,是一种近净形的先进工艺。

      精密铸造在制造业中广泛应用。具体包括:熔模铸造、陶瓷型铸造、金属型铸造、压力铸造、消失模铸造。

      图为:不锈钢铸件

      精密铸造是所有铸造方法中最精确的一种,精度一般优于0.5%,可重复性好,铸件只需少量的机加工就可以投入使用。由于铸模是一次性使用,使得制造内部结构复杂的零件成为可能,能生产锻造或机加工不能生产的零件。

      尽管精密铸造有着很多优越性,但其生产过程复杂且冗长。以压制蜡模的铝模制作为例,视其复杂程度和尺寸大小,一般要花几周时间。得到铝模后,还要几周时间才能得到铸件,这几周主要是用于制作型壳。

      除了耗时外,精密铸造还很费工,50%~80%的费用都出自于人工。此外,小批量生产中的模具费用分摊导致单价昂贵。

      如何能够在保证精密铸造精准性的同时,缩短产品的制造周期,降低生产成本?这是精密铸造亟待突破的技术瓶颈。日趋成熟完善的3D打印技术为精密铸造提供了行之有效的智能制造解决方案。

      图为:3D打印金属铸件

      3D打印结合计算机技术的应用,将产品三维设计图直接导入设备,可以直接得到铸造原型,用于替代传统蜡型。3D打印从铸件的结构设计、工艺制定到压型设计与制造、蜡模成型等环节渗透,给铸件的生产带来巨大变革。

      优势凸显 3D打印应用于精密铸造省时省力

      3D打印突破设计与制造之间的壁垒,只需要三维数据文件即可实现一体化成型打印,使整个制造过程数字化,零件最终呈现无需制造即可通过三维数据看到,实现所见即所得,而三维数据是可以在线直接修改或者优化,缓解了复杂结构零件反复制造反复优化的过程。

      3D打印可以通过更多材料实现精密铸造,一些传统方法很难加工的材质,如梯度材质零件、非单一材质的零件等。更多新材料的加入,能够提高材料使用在精密铸造中的延展性,一些难以实现的零件结构,可以通过3D打印直接实现。

      图为:3D打印铸件展示

      3D打印省去制造模具的环节,时间及成本投入极大降低。传统工艺在做精密铸造时,需要事先制造毛坯模具,耗费大量的资金投入和时间投入。如果零件构造复杂,传统工艺完全无法实现。而3D打印在直接一体成型机械零件的时候,是通过三维数据直接打印,不需要先制造毛坯模具,而且这种一体成型不受复杂程度影响。

      3D打印是一种材料添加制造法,增材制造的优势在于几乎不会出现机械加工的余量,避免了材料的浪费,在提倡可持续发展和环保的大背景下,对制造业发展的社会意义影响更为深远。

      小批量制造优势得以体现,3D打印无需开模使得精密铸造的工艺准备时间大大缩短,几乎为零的材料浪费大幅降低精密铸造的成本,对于单件试制、小批量生产来说,意味着生产周期和成本降低,因而3D打印在新产品的开发和个性化小批量零件生产领域具有极大优势。

      SLA光固化 3D打印快速精密铸造

      在3D打印的技术体系中,精度较高、成型质量较好的SLA(Stereo Lithography Appearance)光固化工艺最适配精密铸造的需求。

      图为:SLA光固化技术原理

      SLA光固化3D打印技术直接打印出树脂模替代传统铸造蜡模用于铸造生产,可省去蜡模开模环节,是一种能够同时满足铸造业对精度以及表面质量要求的快速原型技术,成功率高,且更环保。

      SLA光固化3D打印技术以UV紫外线为光源,液态光敏树脂为原材料,在计算机控制下按照三维图形的截面数据逐层打印累积成型。用于精密铸造的光固化原型须制作成空心状,打印成型后将未固化的树脂倒出,成形中空模样,将树脂排出口密封,然后装上蜡质浇注系统,就可制壳。抽空的原型壁厚可制作成0.6mm薄片状态,烧制时挥发气化,可完全达到无杂质状态。SLA光固化3D打印是一种理想的铸造生产工艺,适用于高强度、大尺寸、高精密度的零件铸造生产。

      图为:工业级SLA 3D打印设备

      何时最适合使用SLA光固化3D打印快速精密铸造?

      相对于成熟完善的精密铸造,3D打印虽然同样能实现制造精准度,但是无法满足大规模生产需求,个性化、小批量生产才是3D打印的主要技能施展空间。因而,SLA光固化3D打印技术可以作为精密铸造的补充制造方式。

      在面对设计尚未最终定型,工艺设计优化,交货时间紧迫,铸件数量太小不适合开模具,测试零件证明概念,以及零件结构特殊无法开模时,SLA光固化3D打印快速精密铸造是更适合的选择。

      SLA光固化3D打印机的分类及区别

      SLA光固化3D打印机分为桌面级3D打印机和工业级3D打印机,它们的打印尺寸、精度、价格不同,应用领域也各有不同。

      打印尺寸:工业级SLA 3D打印机的打印尺寸可超过一米,更适合大件产品的制作,比如原型制作、汽车零件、家用电器、鞋模制作、工业设计、建筑模型制作等。而桌面级 SLA 3D打印机的打印尺寸较小,一般在300mm以内,经常被用于首饰开发、牙齿模型制作。如果需要一台大幅面的SLA 3D打印机,工业级SLA 3D打印机显然更适合。

      精度不同:桌面级SLA 3D打印机相对于工业级SLA 3D打印机具有更高的分辨率,能够打印更精密的产品。前者的打印层厚可达到0.01mm,后者的打印层厚通常为0.05mm。如果对于打印精度有较高的要求,并且打印的产品尺寸较小,那么桌面SLA  3D打印机是不错的选择。

      价格不同:桌面级SLA 3D打印机的价格通常为500-5000美元,而工业级SLA 3D打印机的价格通常要50000美元以上。目前,SLA工业级3D打印机的制造商主要分布在美国、德国和中国,价格更便宜的工业级SLA 3D打印机通常是中国品牌。

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