3D打印技术在铸造行业中的应用

I.铸造行业和3D打印开发

作为工业基金会，铸造厂在提供机械制造，汽车，航空航天和其他部门的金属组件中起着至关重要的作用。但是，传统的铸造厂面临重大挑战：使用常规方法的复杂零件很难且昂贵。霉菌制造涉及长时间的交货时间和高成本，限制了新产品开发和小批量生产；和生产效率努力满足快速变化的市场需求。同时，自1980年代以来出现的3D印刷技术通过不断的创新和物质扩展而成熟。通过基于3D模型数据的逐层材料沉积，它可以在没有传统模具的情况下进行高度复杂的设计，在快速原型制作，小批量生产和定制方面表现出色。在智能制造转型的时代，将3D打印与铸造厂运营相结合提供了变革性的潜力：通过效率提高和降低成本来克服传统限制，推动产品创新以进行高性能组件以及加速工业现代化。

ii。技术基础：3D打印与铸造原理

（一）综合3D打印技术

1. 主要3D打印过程的核心原理

• 融合沉积建模（FDM）：通过加热的喷嘴融化热塑性丝，根据部分几何形状沉积层。通常用于简单的塑料原型，例如玩具和家居用品。

• 立体光刻（SLA）：使用紫外线逐层固化液态光聚合物树脂。珠宝铸造图案和高精度工具原型的理想选择。

• 选择性激光烧结（SLS）：将激光/电子束用于烧结金属/陶瓷/塑料粉末。在航空航天中广泛用于生产复杂的金属组件，例如发动机零件。

（二）传统铸造过程

1. 关键的铸造技术

• 沙子铸造：使用图案创建霉菌腔，倒入熔融金属，并在凝固后去除沙子。示例：汽车发动机块生产。

• 投资铸造：在蜡图案周围形成陶瓷壳，融化蜡，并用金属填充。具有复杂几何形状的航空航天涡轮叶片的理想选择。

• 模具依赖性限制了内部通道/核心的设计灵活性。

• 长长的霉菌交货时间（几周到几个月）限制了新产品的推出。

• 高固定成本使小批量生产不经济。

iii。应用程序创新：3D打印转换铸造工作流程

（一）模具制造革命

1. 过程与优势

• 直接的金属印刷（SLS）或塑料原型铸件（FDM）可显着减少霉菌的销售时间，从几周到几天。

• 通过传统方法使复杂的冷却通道和共形设计不可能。

• 中国汽车模具制造商使用金属3D打印将车轮模具的交付时间从4周减少到7天，从而减少了15％的缺陷。

（二）沙模/核心添加剂制造

1. 技术细节

• 用涂层砂的粘合剂喷射过程为复杂的几何形状创造精确的模具/芯。

• 示例：带有集成冷却通道的发动机气缸盖芯。

• ±0.1mm尺寸的精度可降低加工要求。

• 可自定义的孔隙度最大程度地减少了铸造缺陷，例如气体夹带。

• 3D打印的沙芯使飞机发动机发动机喷嘴具有光滑的内部频道，提高了8％的燃油效率。

（三）直接金属3D打印

1. 过程参数

• 惰性气体环境下的激光粉床融合（LPBF）需要精确控制激光功率（200-500W），扫描速度（500-2000mm/s）和层厚度（20-100μm）。

• 生产具有90％材料效率的净形钛合金组件。

• 启用晶格结构可为航空航天应用减少20％。

• 具有多孔表面的自定义髋关节植入物。

• 下一代喷气发动机的燃烧室，具有改善的热电阻。

iv。变革性影响：3D打印力量铸造演化

（一）提高效率

1. 节省时间

• 霉菌设计至生产周期从汽车铸造中从8周减少到2周。

• 摩托车发动机阻滞生产时间从10周减少到3周，通过沙子3D打印。

• 航空叶片制造周期使用直接金属印刷降低了67％。

（二）成本优化

1. 霉菌成本降低

• 小批量工具的成本节省了90％（例如，$ 5000 vs. $ 50,000的金属模具）。

• 钛合金的使用率从传统铸造中的60％浪费减少到3D打印中的10％，每年为1000个零件节省250万美元。

（三）质量与创新飞跃

1. 绩效改进

• 燃烧室温度通过优化的冷却通道增加了15％。

• 用晶格结构降低了汽车悬架组件的重量12％。

• 3D打印模具中的±0.05mm尺寸可重复性可确保批处理均匀性。

• 电子束熔化可实现关键航空航天零件的99.9％材料密度。