3D Systems:熔模铸造有新玩法,你get 了吗

国际金属加工网 2017年12月14日

挑战:

花费少量时间和成本制作高品质熔模铸造原型

解决方案:

3D Systems QuickCast®工艺-使用ProX 800打印机(SLA技术)和Accura®CastPro™ Free 无锑材料

成果:

制作复杂熔模铸造原型的时间从几个月缩短至几天

成本从20万-30万美元降低至6千-1万5千美元

支持产品原型多次快速迭代

使部件一体化,减轻重量

无锑材料最佳燃尽率

熔模铸造的前世

关键词:耗时、昂贵

熔模铸造又称失蜡铸造,我国的失蜡法至迟起源于春秋时期,历史悠久。

失蜡铸造是用蜡制作所要铸成零件的蜡模,然后蜡模上涂以泥浆,这就是泥模。泥模晾干后,放入热水中将内部蜡模熔化。将熔化完蜡模的泥模取出再焙烧成陶模。

一经焙烧。一般制泥模时就留下了浇注口,再从浇注口灌入金属熔液,冷却后,所需的金属零件就制成了。

在过去一个世纪里,这个工艺流程经过许多革新,但是制作复杂零部件的所需的工模具还是非常耗时和缓慢的。制作时间得以月计算,费用也可能达到数十万美元。

虽然失蜡法(熔模铸造)饱含老祖宗的智慧,但是在技术不断革新的现代,一旦停止技术的探索和创新,那么企业被淘汰终将是时间问题。

今天我们要聊到的就是如何使用3D打印技术来为古老的熔模铸造注入新的生命力。

案例主人公:Vaupell公司

关键词:小批量复杂金属件、航空市场

Vaupell公司,一家拥有70年历史的航空航天部件供应商,客户包括波音等大型航空公司,同时也是拥有20年丰富3D打印经验的老手,而Vaupell公司制作金属部件的工作流程正因为3D打印而掀起革新浪潮。

Vaupell公司使用3D Systems的QuickCast®服务,通过3D打印SLA技术直接打印原型进行熔模铸造,不需要制作蜡模所需的工模具,不需要制作蜡模,仅需传统手段的一部分成本和极快的速度就能制作出客户所需的零部件。因为航空市场往往需要小批量复杂度高的零部件,QuickCast服务十分贴合航空市场的需求。

不惧怕大尺寸零部件制作

关键词:表面质量、成本

Vaupell新业务发展部门的销售工程师安迪·李维斯估计通过3D Systems的ProX 800打印机制作一个直径66厘米的零部件原型只需要2-3天,费用仅需约6千-1万5千美元。然而传统手段,单单制作用于这个零部件的蜡模工模具也需要花费数月乃至超过一年的时间,成本也需要耗费2万美元到3万美元。

ProX 800的成型尺寸为650 x 750 x550 mm,可以一次性打印大尺寸部件或者同时打印多个部件。

Vaupell公司快速原型部门经理奥斯丁·王表示:“ProX 800可以打印大尺寸部件的属性正是我们所需要的。一次性就可以打印出大尺寸部件,无需使用小型设备打印两次。不但显著缩短了制作时间,大尺寸部件还帮助降低了人力成本,因为部件越少,所需粘接越少。”

ProX 800打印的部件,其高精度也使Vaupell公司能满足航空业客户的需求。

奥斯丁提到:“ProX 800可帮我们侧壁质量高的大尺寸部件,因为打印完的部件表面光洁度很好,所以帮我们省去了后处理的时间,我们也不需要费心力把2片单独的部件粘结在一起做成大尺寸部件。“

3D打印铸造原型满足市场需求

关键词:一体化设计、交货快

李维斯说到,QuickCast熔模铸造极适用于两类需求:无法使用传统方式制作的铸件;部件复杂程度过高,以至于需要花费数年来制作用于生产的模具。

从事航空业的公司已经发现3D打印的妙处,可以减少装配件的数量,另外在保持甚至超出传统制造件强度和耐用性时,还能使部件更轻质。

李维斯还提到:“许多通过3D打印制作的部件都用于涡轮喷气发动机,因为对这些部件的要求非常严苛。如果使用蜡模的方式制作,耗费巨大,交货期过长。”

因为通过模具制作用于生产的原型很长的周期来设计和制作蜡模过于费时费力,所以3D打印已经为位于新罕布什尔州的Vaupell快速原型部门创造了大量业务。

“QuickCast原型可以让我们的客户提早在进入生产前或者在原型制作工具设计、制作、测试和上线前就得到部件。”

李维斯举了一个现实案例,Vaupell公司使用QuickCas服务来制作复杂的熔模铸造原型,在2天半时间里制作了20个部件,在一个月内迅速完成120个部件。

“如果不是采用了3D Systems的QuickCast服务,客户就不能按时完成合同。有时候在一年的时间里,我们已经通过QuickCast原型制作了众多部件,而与此同时客户还忙乱于研发和制作蜡模工具的早期流程中。

3D打印结合熔模铸造,收缩不难解

关键词:收缩率、多次迭代

熔模铸造有一大难点,就是在制造过程的收缩率,通过QuickCast工艺可以显著降低收缩率。

李维斯提到:QuickCast的一大优势就是你只需计算金属收缩率。你不用计算金属和上面的蜡的收缩。QuickCast制作的原型更精确,比蜡模制作原型误差更小。“

通过3D打印制作原型容错能力更高。如果在制作原型的时候出了差错,或者部件未能达到预期标准,也只需花费数天来重新设计和制作原型,不像传统工艺那样需要花费数周或数月来修改蜡模具。

对于原型的应用来说,QuickCast支持更多迭代的能力是关键,所以许多传统熔模铸造的公司已经开始转型,让3D打印技术制作原型取代繁琐的传统手段制作原型。

李维斯表示:“进行多次迭代设计从经济学角度来说是不合理的,但是通过3D打印制作原型的QuickCast工艺自身就是迭代设计中的一部分,就是为了更好更经济地支持产品的研发。”

拒绝灰烬残留损害产品品质

关键词:不含重金属、燃尽率

在3D打印的早期阶段,熔模铸造的一个主要备受关注的重点就是可用材料的质量和性能。3DSystems的Accura CastPro™ Free材料完全破解了这种隐忧。

CastPro Free是一种透明、类聚碳酸酯的材料,不含重金属。所以它是一款极其适合用于熔模铸造的高品质材料。

“因为CastPro Free是一款不含锑的材料,所以在制作最终金属件时候,不容易出现瑕疵问题。“Vaupell公司的高级制造技术经理戴夫·佩莱格里诺如此说到。

CastPro Free烧毁后灰烬残余量极低,保质的同时节省后处理时间。

李维斯提到:“如果树脂不能完全烧尽,对于客户来说就是一个问题,CastPro Free烧毁后几乎没有残余量是确保高质量的关键。“

走在客户的需求前面

关键词:革新技术、先进材料、交货速度

Vaupell与3D Systems合作20多年,通过不断革新技术,通过3D打印技术和先进材料,为客户开辟道路,致力于为客户提供超出期望值的服务。

“增材制造技术取决于谁的技术更先进、谁的品质更好、谁的价格更有竞争力。Vaupell专注于速度和品质。一般部件,我们能承诺您数天内完成,除非是特别大的部件,需要更多时间。来自于3D Systems的技术支持让我们更有信心。“

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