金屬3D打?。簜鹘y(tǒng)鑄造如何保持競爭力

VOXELJET提供3D打印解決方案，為傳統(tǒng)鑄造提供具有成本效益和未來前景的替代方案。2018年5月-飛機制造商，汽車OEM或設(shè)計師：當(dāng)需要快速生產(chǎn)小批量的復(fù)雜零件時，越來越多的公司開始轉(zhuǎn)向金屬3D打印。這是否預(yù)示著傳統(tǒng)鑄造業(yè)的終結(jié)？一點也不！鑄造廠幾十年來一直在使用3D打?。ㄎ磥淼募夹g(shù)）來打印鑄模和模具，以長期保持競爭力。

近年來，工業(yè)金屬3D打印機的銷售額呈指數(shù)增長。汽車原始設(shè)備制造商，飛機制造商和設(shè)計人員都認識到制造技術(shù)的潛力，該技術(shù)可以使薄薄的金屬粉末層通過激光的輻射粘合到部件中。主要優(yōu)點：更大的設(shè)計自由度和超過99％的組件密度。設(shè)計師可以打印出具有瘋狂幾何形狀的輕型組件，而以前使用傳統(tǒng)的金屬鑄件很難生產(chǎn)。

同時，使用3D打印機生產(chǎn)的組件不僅具有令人興奮的未來派設(shè)計，還可以節(jié)省大量成本，因為它們不僅可以優(yōu)化拓撲結(jié)構(gòu)，還可以大大減輕重量，并減少組件數(shù)量并增強功能。航空業(yè)的一個例子：如果通過安裝3D打印的組件（例如帶有蜂窩狀切口的安全帶扣），使空客A380飛機的重量減輕74.2公斤，這意味著飛機30年的服役期內(nèi)，減少的費用約為670萬美元。節(jié)約的潛力使人們?nèi)菀桌斫鉃槭裁粗圃焐虒⒛抗馔断?D打印和鑄造廠？許多人認為鑄造拓撲優(yōu)化的零件過于昂貴且耗時?？蛻敉ǔ＿€認為鑄造行業(yè)不靈活且創(chuàng)新性不強，并且由于交貨時間長而疲軟。這意味著許多鑄造廠面臨不確定的未來。這是否預(yù)示著傳統(tǒng)金屬鑄造的終結(jié)？

金屬3D打印仍然是無與倫比的競爭者

金屬3D打印，例如直接金屬激光燒結(jié)（DMLS），目前僅在相對較小的領(lǐng)域中與鑄造廠競爭。 DMLS系統(tǒng)的構(gòu)建空間非常適合較小的組件。航空航天業(yè)的3D打印組件需要耗時認證，而金屬鑄件已經(jīng)擁有數(shù)十年的認證。直接金屬3D打印也相對昂貴。這不僅是由于金屬粉末的高成本，而且還因為3D打印機的高成本和相對較慢的構(gòu)建速度。

使用金屬粉末打印的部件通常需要在打印后進行手動后處理。這意味著必須去除支撐結(jié)構(gòu)和基板。此外，需要燒結(jié)爐或熱等靜壓（HIP）以實現(xiàn)高組件密度和足夠的電阻。最重要的是，鋁的3D打印金屬部件的平均價格約為每公斤300歐元，不銹鋼約為400歐元，特殊合金約為1300歐元。直接比較，純鑄鋼的價格大約是每公斤6.50至32歐元。

但是，當(dāng)3D技術(shù)進一步發(fā)展，構(gòu)建空間變大，材料便宜，后處理自動化以及技術(shù)適合某個階段的批量生產(chǎn)時，會發(fā)生什么？屆時，傳統(tǒng)的鑄造廠是否會淘汰？

在自己的游戲中擊敗對手

oxeljet堅信事實并非如此，鑄造廠也能夠經(jīng)濟高效地小批量生產(chǎn)具有復(fù)雜幾何形狀的部件，從而確保其未來的競爭力。只要他們能夠更快，更經(jīng)濟地建造復(fù)雜的模具，而無需昂貴的專用工具。這是3D打印機發(fā)揮作用的地方，因為它們使用粘合劑噴射進行打印以快速生成砂模，無需任何工具！例如，voxeljet VX4000的構(gòu)建尺寸為4000 x 2000 x 1000 mm，是世界上最大的用于生產(chǎn)砂模和型芯的3D打印系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于通過粘合劑噴射程序快速自動生產(chǎn)砂型鑄造模具，由于其顯著更高的成型速度，因此可經(jīng)濟地打印大量印品。工業(yè)平臺可以生產(chǎn)許多小批量或單個的大批量零件。

粘接劑噴射：這是怎么做到的

鋪粉器在構(gòu)建平臺上鋪開300微米石英砂層。然后，可移動打印頭用常用的鑄造粘合劑在應(yīng)形成砂模的區(qū)域中粘結(jié)砂粒。施工計劃需要以CAD文件的形式提供。然后，將構(gòu)建平臺下降每一層，并重復(fù)此過程，直到準備好砂模為止。一旦系統(tǒng)操作員通過壓縮空氣從模具中去除了多余的砂子，即可開始鑄造。與金屬3D打印機的組件不同，無需任何耗時的，昂貴的后處理。

印刷砂型鑄造模具的行為類似于傳統(tǒng)型，并且足夠穩(wěn)定以承受金屬鑄造的苛刻要求。粘合劑導(dǎo)致砂料的抗彎強度在220到500 N /cm2之間，這是常規(guī)制造的砂芯的抗力。

鑄造的另一個主要優(yōu)點是：材料種類繁多，意味著還可以鑄造輕合金，例如鎂。使用3D打印支持的金屬鑄造意味著可以使用任何合金。與金屬打印相反，金屬打印目前仍限于少數(shù)特殊合金。

3D打印鑄模：新的設(shè)計自由度和省時的功能

3D打印鑄模的優(yōu)勢顯而易見：與常規(guī)生產(chǎn)相比，它不需要CNC銑削或任何其他特殊工具，從而可以提高金屬鑄件的利潤。此外，就像金屬3D打印一樣，設(shè)計方面的限制也較少。設(shè)計人員甚至可以實現(xiàn)最精細的內(nèi)部幾何形狀，分辨率高達600 dpi，而不必考慮脫模倒角，分離器或壓痕。與金屬3D打印不同，不需要打印的支撐結(jié)構(gòu)，這會浪費材料。此外，voxeljet打印系統(tǒng)允許在單個打印過程中在彼此之上構(gòu)建多個組件。這樣可以節(jié)省時間并優(yōu)化系統(tǒng)的機箱利用率。 3D打印中使用的材料已經(jīng)在鑄造廠中使用了數(shù)十年，并且可以輕松地組合成混合零件（打印的零件和常規(guī)生產(chǎn)的沙子零件）。

贊成3D打印模具的另一個論點是：節(jié)省時間。鑄造廠報告說，他們在制造復(fù)雜的砂型鑄造模具時，實現(xiàn)了前所未有的時間節(jié)省。此外，與金屬3D打印不同，航空航天等行業(yè)的金屬鑄造是一種合格的認證工藝。因此，金屬鑄造是一種成熟的制造方法，已經(jīng)提供了很高的客戶滿意度，因為幾乎任何尺寸的組件都可以作為一個組件經(jīng)濟地制造。

一公升打印用砂的成本只有九歐元

粘接劑噴射比大多數(shù)其他3D打印工藝更快、更便宜。由于VX4000的打印頭有超過25000個可單獨控制的噴嘴，打印頭寬度為1100毫米，因此，該打印機的構(gòu)建率高達120升/小時。相比之下，使用選擇性激光熔化(SLM)操作并逐點只使用一種激光的打印機則要慢得多。它們的打印速度約為每小時0.1升。

粘合劑噴射程序也比較便宜。根據(jù)部件的復(fù)雜程度和所需的交貨時間，一升打印砂的平均價格約為9歐元。另一方面，一升打印鋼材的價格約為3100歐元。在許多應(yīng)用中，例如航空航天部件，現(xiàn)在可以使用粘合劑噴射與金屬鑄造相結(jié)合的方式，以經(jīng)濟的方式制造幾乎任何尺寸和數(shù)量的部件。例如，泵、驅(qū)動輪、排氣歧管、殼體、框架、大型結(jié)構(gòu)件等已經(jīng)可以通過快速鑄造來生產(chǎn)?？焖勹T造還可以處理各種材料–甚至可以加工輕質(zhì)合金，如鎂。

結(jié)論：鑄造廠應(yīng)該盡快開始現(xiàn)代化

未來幾年，金屬3D打印無疑將變得越來越重要，因為打印機將變得越來越強大，并且投資成本將下降。專家預(yù)測，到2020年，入門級系統(tǒng)的價格將降低60％。

在這種情況下，金屬粉末的直接添加加工實際上可能會在鑄造市場中占據(jù)相當(dāng)大的份額，特別是對于中小型部件。但是，它不會完全替代連續(xù)鑄造工藝。但是它將獲得很大的市場份額。因此，鑄造廠應(yīng)該早日實現(xiàn)其生產(chǎn)現(xiàn)代化。 voxeljet首席執(zhí)行官Ingo Ederer表示：“從成本和可打印復(fù)雜性兩方面來說，3D砂和塑料打印是鑄造廠的理想選擇?！?“鑄造廠可以制造同樣復(fù)雜的組件，而無需更改工藝鏈。鑄造廠不必購買自己的3D打印系統(tǒng)，因為全球范圍內(nèi)都有服務(wù)提供商提供3D砂或塑料印刷?！?/p>

使用當(dāng)今經(jīng)濟的無模鑄造模具，已經(jīng)可以復(fù)制任何尺寸的零件。這意味著客戶可以使用經(jīng)過認證的各種材料。這就引出了使用金屬的3D打印機能趕上多快的問題。