砂型3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)砂型鑄造對(duì)比，維捷Voxeljet助力生產(chǎn)優(yōu)化

砂型鑄造是眾多金屬鑄造方法中最傳統(tǒng)的一種，現(xiàn)在不可避免地迎來(lái)了高度工業(yè)化和全球化需求的挑戰(zhàn)。在縮短交貨時(shí)間和減少材料消耗的同時(shí)，如何生產(chǎn)出形狀更加復(fù)雜，數(shù)量更龐大的產(chǎn)品將成為競(jìng)爭(zhēng)勝出的關(guān)鍵因素。

砂型鑄造也是大型鑄件批量生產(chǎn)的首選解決方案之一，例如風(fēng)力渦輪機(jī)和現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施所需的鑄件。同時(shí)也適用于汽車(chē)、航空航天甚至藝術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域。在數(shù)字化時(shí)代，世界不是二元的，總有反思和創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，這正是砂型鑄造存在的價(jià)值。維捷voxeljet專(zhuān)注于將傳統(tǒng)鑄造工藝與靈活高效的3D砂型打印技術(shù)相融合，持續(xù)優(yōu)化和提高生產(chǎn)供應(yīng)環(huán)節(jié)。

該技術(shù)最初是為原型設(shè)計(jì)和小批量生產(chǎn)而開(kāi)發(fā)的，如今已經(jīng)成熟，能為大批量生產(chǎn)提供經(jīng)濟(jì)的解決方案。本期內(nèi)容，我們帶您深入了解3D打印砂型鑄造。通過(guò)這些內(nèi)容，您可以了解有關(guān)維捷voxeljet粘結(jié)劑噴射技術(shù)的全面概述，各種可用材料，以及和直接金屬激光燒結(jié)等其他增材制造技術(shù)的差異，探索鑄造廠如何通過(guò)采用粘結(jié)劑噴射技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化工作流程，節(jié)省高達(dá)75％的成本和交貨時(shí)間，還有砂型鑄造技術(shù)和粘結(jié)劑噴射技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

傳統(tǒng)砂型鑄造

砂型鑄造是一種金屬成型工藝，先要從木材、塑料、金屬磨銑或雕刻的三維圖案中形成一個(gè)模具。

典型的模型套件由三部分組成:

●模型的下半部分(也稱(chēng)為底板)。

●模型的頂部部分(頂模)。

●砂芯（放在底板和頂模之間，以在所需的金屬零件內(nèi)形成空腔。例如，用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的水套芯）。

在鑄造前，在澆注金屬的模具中設(shè)計(jì)了一個(gè)澆口系統(tǒng)，引導(dǎo)金屬液進(jìn)入模具內(nèi)的空腔。金屬液凝固后，破殼清砂，取出冷卻后的鑄件。如果有必要的話，可以對(duì)其進(jìn)行再加工，以適應(yīng)最終的應(yīng)用。

模具制造的挑戰(zhàn)

在上述所有工藝步驟中，模具制造和澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是成本最高、耗時(shí)最長(zhǎng)的階段，特別是對(duì)于幾何形狀復(fù)雜的零件。此外，這些模具還需要在特殊環(huán)境中小心存儲(chǔ)，以便將來(lái)使用，這也增加了鑄造廠的整體存儲(chǔ)和運(yùn)營(yíng)成本。

隨著復(fù)雜的零件需求的日益增加，設(shè)計(jì)建模過(guò)程的成本愈發(fā)高昂。因此，模具生產(chǎn)成為鑄造項(xiàng)目中的一個(gè)主要成本因素，使得備件和樣品生產(chǎn)很難控制成本。

除了高昂的成本外，時(shí)間因素也起著關(guān)鍵作用。根據(jù)其幾何形狀的不同，傳統(tǒng)模具制造周期通常至少需要6-8周，而到成品鑄件完成并交付給客戶可能需要10-12周。

鑒于這些事實(shí)，現(xiàn)在是引入3D打印砂型鑄造技術(shù)的時(shí)候了。這項(xiàng)技術(shù)可以很好地解決這些挑戰(zhàn)，并為快速且經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)復(fù)雜鑄件鋪平道路。

3D打印砂型模具和砂芯

維捷Voxeljet 3D砂型打印技術(shù)無(wú)論是用于原型、備件還是中小批量生產(chǎn)，都可以快速、精確且經(jīng)濟(jì)地制造出模具。設(shè)計(jì)的速度和自由度是增材制造技術(shù)的核心。許多設(shè)備制造商很快意識(shí)到了3D打印的時(shí)間和成本優(yōu)勢(shì)，其中就包括寶馬(BMW)和戴姆勒(Daimler)。早在2002年，這兩家公司就投資了名為粘結(jié)劑噴射技術(shù)的新型3D打印技術(shù)，當(dāng)時(shí)該技術(shù)的商業(yè)化時(shí)間只有三年。

3D砂型打印無(wú)需傳統(tǒng)砂型制造所需的硬模型，從而實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜鑄件的快速生產(chǎn)。它還允許實(shí)現(xiàn)以前難以想象的設(shè)計(jì)，包括非均勻的分模線、優(yōu)化澆口和澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成砂型、隨形排氣口以及局部減重，通常這些是傳統(tǒng)模具制造工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

△VX4000建構(gòu)體積

CAD數(shù)據(jù)是3D打印的基礎(chǔ)，這個(gè)模型CAD數(shù)據(jù)被上傳到3D打印設(shè)備，一個(gè)軟件將模型切成薄層，每層代表模型的一個(gè)橫截面。然后，打印程序開(kāi)始。成型箱的底板可升降，一開(kāi)始成型箱底板被完全抬高，鋪砂器開(kāi)始將適當(dāng)?shù)念w粒材料（砂子）薄薄地涂在成型箱底板上。砂子打印的標(biāo)準(zhǔn)層厚度為300微米。接下來(lái)，一個(gè)高清打印頭（200dpi）按照設(shè)計(jì)要求，在成型箱底板的砂子上打出上傳模型的橫截面的區(qū)域。同時(shí)，未被打印的材料保持松散。在每一層之后，成型箱底板按設(shè)定的層厚下降。鋪砂器再鋪上一層顆粒材料，而這層材料又有選擇地與前一層粘合在一起。這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到物體達(dá)到所需高度或成型箱被填滿。打印結(jié)束后，未被打印的材料被吸走，打印件被取出。最后，還可以根據(jù)要求對(duì)打印的部件進(jìn)行精加工。

所有使用的材料都是常見(jiàn)的鑄造材料，傳統(tǒng)砂型鑄造中也會(huì)用到這些材料。這些材料包括顆粒大小為140-250微米的各種硅砂，如用于制芯的特殊砂以及各種粘合劑，包括呋喃和苯酚樹(shù)脂以及無(wú)機(jī)粘合劑。

△呋喃直接粘結(jié)(FDB)材料規(guī)格

△酚醛-直接粘結(jié)(PDB)材料規(guī)格

對(duì)于砂型打印，維捷voxeljet提供了三個(gè)具有不同構(gòu)建體積的3D打印機(jī):

●VX1000 (1000x600x500mm)

●VX2000 (2000x1000x1000mm)

●VX4000 (4000x2000x1000mm)

這些系統(tǒng)適用于需要打印大型砂�；蚺�量砂模和型芯的客戶。