3D 打印如何使金属铸造受益？这里有 3 种方法

金属铸造可能是用于制造金属零件的最古老的制造方法之一，但它也是另一个可以从 3D 打印中受益的领域。

由于生产模具、型芯和模型等工具辅助工具的成本很高，因此 3D 打印已被证明是金属铸造工艺工具的常规生产的一种有价值的替代方法。因此，铸造厂越来越多地在其工作流程中采用 3D 打印，以保持竞争力。

克服现有限制

铸造厂依赖多种金属铸造工艺，其中最常用的是压铸、砂型铸造和熔模铸造。然而，虽然金属铸造是一种久经考验的制造方法，但仍然存在一定的局限性，包括：

• 成本高： 创建铸造工具可能非常昂贵。这意味着对于中小型生产运行，高昂的工具成本通常无法轻易摊销。

• 劳动密集型： 由于工具通常是手动生产的，劳动密集型的过程很容易导致长达数月的提前期。

为了克服这些挑战并保持竞争优势，铸造厂必须寻找创新的方法来生产金属铸造模具——这正是 3D 打印发挥作用的地方。

3D 打印如何使代工厂和制模公司受益

虽然 3D 打印绝不会标志着传统铸造方法的终结，但该技术可以帮助绕过创建图案、型芯和模具的昂贵和耗时的方面，从而为低体积、高度复杂的铸件和原型。

以下是一些如何将 3D 打印集成到传统铸造工艺中的示例：

#1 生产 3D 打印模具

压铸可以追溯到19世纪，是指在高压下将熔融金属浇注到模具型腔中以生产金属零件的过程。

压铸的关键挑战之一是冷却通道的设计，用于防止模具过热和控制铸件的凝固过程。

使用传统的生产方法，这些通道通常以直线加工，这导致冷却过程较慢且不均匀。结果，工具可能会变形，其使用寿命将显着缩短。此外，部分散热不足导致制成品的冷却时间过长。

但是，这些限制不适用于 3D 打印。借助 DMLS 或 SLM 等金属 3D 打印技术，工具制造商可以将任何复杂的冷却通道集成到模具设计中。

因此，用于压铸的 3D 打印具有许多优势，包括：

• 设计灵活性，例如复杂的几何形状、内部结构和空腔
• 更快更均匀的冷却过程
• 延长工具的使用寿命
• 提高性能

#2 考虑使用 3D 打印来制作熔模铸造图案

熔模铸造使用一次性蜡模和陶瓷壳来创建复杂而详细的零件设计。传统上，这些图案是注塑成型的。然而，注塑模具的成本从 3,000 美元到 30,00 美元不等，交货时间从一到四个星期不等。这使得为​​小批量生产或一次性产品创建模具在经济上不可行。

因此，铸造和制模公司可以选择使用适合熔模铸造的材料 3D 打印图案。例如，立体光刻技术可用于通过固化树脂薄层的紫外激光来创建图案。

使用 3D 打印进行熔模铸造有助于：

• 将交货时间从几周缩短到几天
• 消除高昂的工具成本
• 在创建高度复杂的图案时给予设计师更多的自由

许多 3D 打印机制造商已经开发出专门用于铸造的 3D 可打印材料，包括蜡、可浇注树脂和一些基于 PLA 和 ABS 的热塑性塑料。

这些材料通常与光固化成型（树脂）和 FDM（塑料）技术一起使用，创建具有出色烧损特性的高精度图案。

#3 3D 打印砂模和砂芯

砂型铸造是另一种被 3D 打印改造的金属成型技术。

通常，砂型铸造工艺涉及使用砂作为模具从熔融金属制造物体。模腔是通过围绕设计图案手工填充沙子而形成的。铸件设计通常需要将型芯放入模具中以形成铸件的内部轮廓。

3D 打印可以通过直接从 CAD 文件创建砂模和砂芯来简化这一过程，绕过图案和砂芯制作步骤。

就像用于熔模铸造的 3D 打印图案一样，3D 打印砂模和砂芯是一个无需工具的自动化过程。这意味着推高金属铸造价格的工具和劳动力成本被消除了。

砂模和砂芯通常使用粘合剂喷射技术进行 3D 打印，该技术通过选择性地沉积粘合剂来一层一层地粘合沙子。

通过这种方式，3D 打印为小批量生产提供了一种快速有效的方法。目前，用于砂 3D 打印的 Binder 喷射系统可以达到高达 4,000 x 2,000 x 1,000 毫米的大体积，生产大型砂芯和模具。此外，3D打印的砂型铸造模具足够坚固，可以承受金属铸造的恶劣环境。

3D 打印砂型和砂芯的其他优势包括：

• 更短的制作时间
• 更大的设计自由度来创建几何复杂的铸件（这需要图案和/或芯盒）
• 能够将复杂的多件芯（例如泵的叶轮）打印为一个整体，无需组装单独的组件

公司如何将 3D 打印用于金属铸造

虽然直接 3D 打印模具等金属工具仍处于起步阶段，但 3D 打印熔模铸造模型和砂芯和模具已经得到广泛应用并获得更大的吸引力。

投资模式

例如，3D 打印熔模铸造图案越来越多地用于制作具有复杂设计和个性化牙科产品的定制珠宝，并且交付周期更短。在一个例子中，专门从事定制戒指的加拿大珠宝公司 Vowsmith 通过将 3D Systems 的蜡 3D 打印机集成到其工作流程中，能够将其生产和交货时间缩短 50%。在一次印刷中，该公司制作了 35 到 40 个个性化的戒指图案，准备铸造。

砂型铸造

在砂型铸造方面，越来越多的铸造行业公司正在安装砂型 3D 打印机，以节省小批量生产的模具费用并缩短交货时间。例如，Hazleton Casting Company 除了传统的铸造业务外，还使用机器人砂 3D 打印系统来按需生产定制的、几何复杂的砂芯和模具。对于复杂的核心设计，3D 打印通过放弃模具生产可节省高达 50% 的成本。

传统工具

今年早些时候，专门从事制模和砂型铸造的铸造厂 Danko Arlington 投资了一个大型砂型 3D 打印系统，主要用于通过直接 3D 打印砂芯和模具来取代难以采购且成本高昂的传统模具。

液压阀芯

另一个例子是美国的 Prospect Foundry，它选择砂 3D 打印来完成创建复杂液压阀芯的挑战性任务。过去，当核心的复杂性禁止生产时，代工厂不得不拒绝这样的工作。然而，通过 3D 打印，该公司不仅能够完成订单，而且还实现了非常低的废品率。

3D 打印：金属铸造的补充技术

与 3D 打印可以取代铸造工艺的信念相反，将其视为对现有方法（从压铸到熔模铸造和砂型铸造）的有力补充更为现实。优势很明显——不需要数控铣削或其他会增加成本的工具。

3D 打印是高度复杂、小批量的铸造作业的理想之选，有助于提高图案和模具生产的设计自由度和成本效益。

话虽如此，重要的是要注意，虽然 3D 打印并不是所有铸造工具问题的答案，但它确实可以完成以前不可能完成的具有挑战性的任务。

随着 3D 打印——尤其是金属 3D 打印——面临快速增长，铸造厂继续通过 3D 打印实现现代化至关重要。这将有助于克服现有方法的局限性，并在不断变化的制造环境中保持竞争力。