ریخته گری قطعات فلزی با الگوها و قالب های پرینت سه بعدی
- 1 . مقدمه
- 2 . جایگزینی روشهای سنتی
- 3 . فرآیندهای معمول ریخته گری فلز
- 4 . ریخته گری شن و ماسه
- 5 . ریخته گری سرمایه گذاری
- 6 . ریخته گری گچ
- 7 . ریخته گری تحت فشار
- 8 . صنایع و کاربردها
- 9 . مزایا و معایب قالب های چاپ سه بعدی
- 10 . مزایای الگوهای چاپ سه بعدی
- 11 . عیب
- 12 . ساخت قالب با پرینت
- 13 . فناوری های چاپ
مقدمه
ریخته گری قطعات فلزی هزاران سال است که وجود داشته است. امروزه ریخته گری مدرن ستون فقرات بسیاری از صنایع، از خودروسازی و هوافضا گرفته تا فناوری اطلاعات و کالاهای مصرفی است. با توجه به اهمیت آن، طیف گستردهای از فناوریها برای ریختهگری فلزات توسعه یافتهاند و چاپ سهبعدی آخرین موردی است که با ارائه روشهای سریعتر، دقیقتر و کمهزینهتر نشان خود را نشان داده است.
اگر در ریخته گری تازه کار هستید، در اینجا چند اصل وجود دارد. هر فرآیند ریخته گری فلزی از دو بخش تشکیل شده است: آماده سازی قالب و خود ریخته گری. قالب چارچوبی است که فلز مذاب در آن ریخته می شود. برای ایجاد قالب ابتدا نیاز به ساخت یک مدل اصلی (که به عنوان الگو نیز شناخته می شود) است که یک کپی دقیق غیرفلزی از قطعه فلزی نهایی است. از این مدل قالب ساخته شده است.
پس از سرد شدن و جامد شدن فلز ریخته شده در قالب، فرآیند ریخته گری کامل می شود. این قطعه را می توان برای پردازش بیشتر از قالب خارج کرد یا همانطور که هست استفاده کرد.
در این مقاله، بررسی میکنیم که چگونه مدلها یا الگوهای اصلی چاپ سه بعدی میتوانند جایگزین فرآیندهای سنتی در ریختهگری فلز شوند. ما نگاهی به مزایا و معایب الگوهای چاپ سه بعدی خواهیم داشت و اینکه چه فناوری هایی برای تولیدکنندگان قطعات فلزی مناسب هستند.
جایگزینی روشهای سنتی
فایل دیجیتالی یک قطعه برای ریخته گری
قبل از ظهور پرینت سه بعدی، سازندگان قطعات فلزی گزینه های محدودی برای تولید الگوی اصلی داشتند. بیشتر فرآیندهای سنتی کار فشرده هستند، زیرا نیاز به حک کردن یک مدل چوبی یا ماشینکاری فلز برای الگو دارند.
محصولات دست ساز هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند که ممکن است در زیور آلات و ... مورد استقبال قرار گیرند. اما نتایج بسیار متفاوت از هم برای صنایعی که به نتایج ثابت نیاز است، خوب نیستند.
با توجه به احتمال خطای انسانی در تولید الگوی دست ساز، روش های سنتی اغلب به ریخته گری های متعدد برای تولید قالب های مثبت (به عنوان مثال الگو) و منفی نیاز دارند. ناگفته نماند که این امر می تواند بسیار هزینه ها را افزایش دهد، به خصوص اگر ریخته گری به دلیل یک الگوی معیوب با شکست مواجه شود.
همچنین تعداد کمتری از نجارها و کارگاه ها وجود دارد که قادر به تولید این الگوهای چوبی هستند. تعداد معدودی از سازندگان الگوی باقیمانده شاهد افزایش تقاضا هستند که منجر به زمانهای طولانی میشود. اگر الگوی اولیه به نحوی ناقص بود و یک تولیدکننده قطعات فلزی برای ادامه تولید به سرعت نیاز به یک نمونه جدید داشته باشد، این یک مسئله خاص است.
به این ترتیب، نیاز واقعی به جایگزینی این روشهای سنتی تولید الگو با فرآیندهای سریعتر و قابل اطمینانتر وجود دارد. دهها صنعت قبلاً به الگوهای چاپ سهبعدی رفتهاند تا قالبهای باکیفیت و با دقت بالا را سریعتر و ارزانتر از روشهای سنتی ارائه کنند.
فرآیندهای معمول ریخته گری فلز
ریخته گری قطعات فلزی
قالب های تولید قطعات فلزی را می توان از مواد بسیاری بسته به نیاز فلز ساخت. نوع قالب اغلب نام خود را به فرآیند ریخته گری می دهد.
ریخته گری شن و ماسه
در ریخته گری شن و ماسه، قالب از شن و ماسه مخلوط با یک عامل پیوند مانند خاک رس ساخته می شود. قالب های تکمیل شده با فشرده کردن ماسه در اطراف یک الگو و یک کانال (یا دروازه) برای ریختن در فلز مذاب ایجاد می شوند. پس از سفت شدن قالب، الگوی برداشته شده و حفره قالب با فلز مذاب پر شده و سرد می شود. سپس ماسه ریخته گری جدا شده و قسمت نهایی برداشته می شود. اغلب می توان از شن و ماسه برای قالب های بیشتری استفاده کرد.
ریخته گری شن و ماسه یک روش ریخته گری نسبتا ارزان است که حتی برای کاربردهای ریخته گری فولادهای سنگین مناسب است. این محبوب ترین فرآیند ریخته گری است که حدود 60٪ از کل ریخته گری فلز را تشکیل می دهد.
ریخته گری سرمایه گذاری
علیرغم نام گمراه کننده آن، ریخته گری سرمایه گذاری هیچ ارتباطی با بازار سهام ندارد. این نام از الگویی که با یک ماده، معمولاً موم یا مقداری مواد نسوز، سرمایه گذاری می شود – یا احاطه شده است، گرفته شده است.
سپس نقش موم قبل از ذوب شدن و سوزاندن در یک کوره در موادی مانند دوغاب سرامیکی محصور میشود و به ریختهگری سرمایهگذاری نام رایج دیگر آن «ریختهگری موم گمشده» داده میشود. سپس از قالب باقیمانده برای ریخته گری قسمت فلزی نهایی استفاده می شود. این تکنیک در صنعت جواهرسازی رایج است.
گچ ریخته گری قطعات فلزی
ریخته گری گچ
گچ بری شبیه ریخته گری شن و ماسه است با این تفاوت که به جای ماسه، قالب را از گچ می سازند. این یک روش متداول برای تولید قطعات کوچک مانند شیرها، چرخ دنده ها و اتصالات است.
اشکال عمده گچ ریخته گری این است که نمی توان آن را با مواد آهنی مانند فولاد استفاده کرد. گچ نیز به اندازه شن و ماسه پایدار نیست و زمان خنک شدن طولانی آن حجم تولید را محدود می کند.
ریخته گری تحت فشار
در این فرآیند، فلز مذاب با فشار به داخل قالب رانده می شود. این روش رایج برای تولید بلوک موتور و پروانه کشتی است.
مانند ریخته گری گچ، ریخته گری تحت فشار هم بیشتر با مواد غیر آهنی مانند آلومینیوم، مس، قلع یا اسپند استفاده می شود. قالبهای ریختهگری با ریخته گری تحت فشار انعطافپذیر هستند و بیشتر در صنایعی استفاده میشوند که حجم تولید زیادی از ریختهگریهای کوچک تا متوسط مورد نیاز است.
صنایع و کاربردها
مدل اولیه (سمت چپ) و قطعه آلومینیومی تمام شده (راست)
یکی از مزایای اصلی الگوهای چاپ سه بعدی، تطبیق پذیری این روش است. هر صنعتی که از ریخته گری فلزات استفاده می کند به احتمال زیاد از چاپ سه بعدی در تولید قالب سود می برد.
الگوهای پرینت سه بعدی عملاً بی نهایت مقیاس پذیر هستند - در نهایت، شما نمی توانید قالب های فلزی میکروسکوپی بسازید. سپس، با توجه به اینکه اندازه کوچکترین اشیاء چاپ شده سه بعدی تقریباً یک سوم ضخامت موی انسان است، در صورت نیاز صنعت شما، کاهش مقیاس نباید مشکلی ایجاد کند.
این بدان معناست که اندازه قطعه فلزی نهایی کاربرد الگوهای پرینت سه بعدی را محدود نمی کند - قالب های چاپ سه بعدی برای همه چیز از جواهرات پیچیده و پره های توربین بادی استفاده می شود. بنابراین آنها یک انتخاب عالی برای طیف گسترده ای از صنایع هستند، از جمله:
هنرهای زیبا
برای مجسمهها، سازندگان جواهرات و معماران، الگوهای چاپ سهبعدی صرفهجویی در زمان و هزینه واقعی است. جواهرات به طور سنتی یا با صنایع دستی یا از طریق ریخته گری سرمایه گذاری ساخته می شوند، که هر دو فرآیندهای زمان بری هستند که به راحتی با اشتباهات کوچک از بین می روند.
الگوهای پرینت سه بعدی معمولاً از موم، ساختن طرحهای سفارشیتر بر اساس خواستهها و نیازهای مشتری را برای جواهرسازان آسان میکند. این فناوری همچنین آزادی خلاقانه بیشتری در طراحی ها ارائه می دهد و تولید انبوه را ارزان تر می کند.
صندلی Batoidea که توسط طراح بلژیکی پیتر دوندرز از یک مدل پرینت سه بعدی ساخته شده است.
قطعات فلزی کوچک
ابزار فلزی اغلب بسیار گران است، به خصوص برای شرکت های کوچک. چاپ سه بعدی درها را به روی آنها باز می کند تا قطعات فلزی بسیار قابل تنظیم را با هزینه ای معقول دریافت کنند.
به عنوان مثال، تولید قطعات برای دوچرخه های سفارشی را در نظر بگیرید. استفاده از الگوهای پرینت سه بعدی امکان ساخت قطعات فلزی کوچک سفارشی از مواد مدرن را فراهم می کند، همه اینها بدون فرآیندهای ابزار گران قیمت. برای تولید با حجم بسیار کم یا ابزارهای فلزی منحصر به فرد، شرکت ها به چاپ مستقیم فلزات سه بعدی روی آورده اند.
خودرو
اگرچه سازندگان خودرو به طور کلی سرمایه ای برای انجام قطعات خود به روش سنتی دارند، اما صرفه جویی در هزینه و زمان همیشه مورد استقبال قرار می گیرد. فناوری پرینت سه بعدی به ویژه هنگام ایجاد اتومبیل های آزمایشی جدید و اتومبیل های مسابقه ای مفید است زیرا فایل های طراحی قطعات را می توان به راحتی با تغییر نقشه ها ویرایش کرد.
الگوهای چاپ سه بعدی امکان بهینه سازی سطح بالایی را در طراحی قطعات فراهم می کند. به عنوان مثال، یک تیم طراحی خودروی مسابقه ای توانست وزن جعبه فرمان را با استفاده از چاپ سه بعدی به نصف کاهش دهد.
نمونه اولیه توربو شارژر و قسمت نهایی
ماشین آلات صنعتی
همانطور که اشاره کردیم، اندازه مسئله قابل توجهی با الگوهای ریخته گری پرینت سه بعدی نیست. حتی سازندگان ماشین آلات صنعتی فولاد سنگین شروع به استفاده از قطار پرینت سه بعدی کرده اند و شاهد افزایش قابل توجه بهره وری و صرفه جویی در هزینه هستند.
به طور خلاصه، پرینت سه بعدی امکانات جدیدی را برای همه کاربردهای ریخته گری فلزات باز می کند. مهم نیست که قسمت نهایی برای چه چیزی استفاده می شود، گزینه های چاپ سه بعدی در مقیاس کوچک و بزرگ وجود دارد که می توان از آنها استفاده کرد.
مزایا و معایب قالب های چاپ سه بعدی
طراحی اسپلیتر شیر آب
ما قبلاً در این مقاله در مورد برخی از مزایای الگوها و قالب های چاپ سه بعدی صحبت کرده ایم، اما از آنجایی که این چیزی است که سازندگان و مهندسان بیشتر به آن علاقه دارند، نگاهی عمیق تر را تضمین می کند.
مزایای الگوهای چاپ سه بعدی
آزادی طراحی: چاپ سه بعدی امکان ایجاد هندسه های پیچیده و دیواره نازک را در یک مرحله بدون هیچ ابزاری فراهم می کند. در الگوسازی سنتی، یک قطعه اصلی اغلب از فلز ساخته میشود (چه قالبگیری شده یا ماشینکاری شده) سپس با دست با ابزارهایی که الگوی اصلی قالب نهایی را آسیاب، برش، سنباده یا جوش می دهند، به خوبی تنظیم میشود. ایجاد انواع خاصی از ساختارها از طریق روشهای سنتی غیرممکن است و اغلب میتوان به پیچیدگی و دقت هندسی بالاتر با چاپ سه بعدی نسبت به روشهای سنتی دست یافت.
هزینه کم: تنها چیزی که برای پرینت سه بعدی یک الگو نیاز دارید فایل دیجیتال، مواد چاپی و خود چاپگر است. برای ایجاد الگوی اصلی نیازی به استفاده از چندین ماشین نیست، هر کدام با کارکنان اختصاصی خود. چاپگر سه بعدی در حین کار نیازی به نظارت ندارد و حتی ممکن است نیازی به خرید آن نداشته باشید - فقط به خدمات چاپ سه بعدی شخص ثالث مانند 3Dhub نگاه کنید.
سرعت تولید: فرآیندهای تولید الگوی سنتی میتواند هفتهها طول بکشد و همانطور که در بالا ذکر شد به کار دستی فشرده نیاز دارد. با فرآیند چاپ سه بعدی خودکار، می توانید الگوهای خود را در عرض چند ساعت یا چند روز چاپ کنید. و اگر الگوی کار نکرد، طرح دیجیتال را می توان به راحتی تغییر داد و بارها و بارها چاپ کرد.
مواد خام و کاهش ضایعات: از آنجایی که پرینت سه بعدی یک فرآیند افزودنی است، تنها چیزی که نیاز دارید موادی است که در محصول نهایی چاپ شده قرار می گیرد. این را با ماشین کاری مقایسه کنید، جایی که شما یک تکه بزرگ از مواد، به عنوان مثال آلومینیوم، را به شکل دلخواه خرد می کنید و ضایعات آلومینیومی ایجاد می شود.
حذف موجودی مدل: به خصوص برای صنایع سنگین، قالب های اصلی برای قطعات صنعتی اغلب در صورت نیاز به قطعه جایگزین ذخیره می شوند. استفاده از فایلهای دیجیتال نیاز به ذخیرهسازی مدلها را از بین میبرد، زیرا نمونه جدید را میتوان سریع و مقرون به صرفه به صورت سه بعدی چاپ کرد.
اگرچه پرینت سه بعدی در مقایسه با فرآیندهای ریخته گری سنتی مزایای زیادی دارد - سریع تر، ارزان تر، دقیق تر - همیشه راه حل کاملی نیست. اشکالاتی وجود دارد که باید در نظر گرفت.
عیب
سرمایه گذاری اولیه: چاپ سه بعدی یک فناوری نسبتا جدید است و به ویژه چاپگرهای مقیاس بزرگ می توانند مقداری گران باشند. اگرچه یک چاپگر سه بعدی می تواند به سرعت هزینه های سرمایه گذاری را پس انداز کند، اما باید در نظر بگیرید که آیا خرید یک چاپگر برای خودتان انتخاب درستی است یا اینکه باید به برون سپاری فکر کنید. برای انتخاب دستگاه مناسب برای فعالیت خود می توانید با مشاوران ما تماس بگیرید.
ساخت قالب با پرینت
یک قالب شن و ماسه با چاپ سه بعدی و قطعه فلزی ساخته شده از آن.
تا به حال، ما در مورد پرینت سه بعدی مدل اصلی یا الگوی قطعه فلزی صحبت می کردیم که از آن برای ساخت یک قالب سنتی استفاده می کنید. با این حال، کارخانههای ریختهگری فلزات، سالهاست که قالبهای خود را مستقیماً چاپ سه بعدی میکنند و مرحله ساخت یک الگوی اولیه را حذف میکنند.
هنگامی که قطعات در نرم افزارها طراحی می شوند، ایجاد یک نگاتیو از طرح (یا یک قالب) یک فرآیند نسبتاً مستقیم است. سپس فایل دیجیتالی قالب مستقیماً به چاپگر سه بعدی شما ارسال می شود تا در هر نوع پلاستیک، سیلیکون، فلز، مواد کامپوزیت یا معمولاً ماسه چاپ شود.
برای مثال Voxeljet VX4000 بزرگترین سیستم پرینت سه بعدی جهان برای چاپ مستقیم قالب ها و هسته های ریخته گری شن و ماسه است. پس از فرآیند چاپ، قالب از بسته بندی خارج می شود و ماسه اضافی خارج می شود. هیچ ابزار یا فرآیند دیگری وجود ندارد. از آنجایی که قالبهای شنی مستقیماً بر اساس دادههای دیجیتال تولید میشوند، به جزئیات و دقت بالایی دست مییابند.
صرفه جویی در هزینه، زمان و نیروی کار صرفه جویی در یک مرحله و قالب های چاپ سه بعدی به طور مستقیم واضح است، اما هزینه یک چاپگر ریخته گری شن و ماسه صنعتی می تواند یک مانع بزرگ باشد.
مواد مناسب
ریخته گری قطعات فلزی ساخته شده
همانطور که گفته شد، مواد چاپ یکی از ملاحظات اولیه هنگام چاپ سه بعدی الگوهای ریخته گری است.
برای مدلهای پرینت سهبعدی برای شن، گچ یا ریختهگری، این ماده باید بتواند در برابر گرما، سایش و مواد شیمیایی مختلف مورد استفاده در این فرآیند، از جمله رهاکنندههای قالب و کلاسورها، بدون تاب برداشتن یا آسیبدیدگی مقاومت کند. طیف وسیعی از پلاستیک ها، سرامیک ها، فلزات و مواد کامپوزیت دارای ویژگی های ثابت شده ای هستند که آنها را به انتخاب های خوبی برای الگوها تبدیل می کند.
برای ریختهگری سرمایهگذاری، مدل نیاز به ذوب شدن و سوختن تمیز دارد بدون اینکه بقایایی در داخل حفره قالب باقی بماند. که بهترین مواد برای ریخته گری سرمایه گذاری PLA ها هستند که برای آشنایی کامل با این روش می توانید مقاله ریخته گری Lost- PLA را مطالعه کنید.
فناوری های چاپ
نمونه ای از جزئیات دقیق ممکن با چاپگرهای رزینی.
وقتی نوبت به انتخاب چاپگر می رسد، تا زمانی که مواد مناسب باشد، عملاً می توان از هر فناوری چاپ سه بعدی برای تولید الگوها استفاده کرد. چاپ مستقیم قالبهای ریختهگری فلز به تعداد کمی از شرکتها محدود میشود که چاپگرهای سهبعدی شن و ماسه را با فناوری جت چسبان تولید میکنند، که با قرار دادن انتخابی یک عامل چسبنده برای چسباندن ماسه کار میکند.
با این حال، چاپگرهای رزینی و SLS جزئیات چاپی ریزتری نسبت به چاپگرهای FDM به طور کلی تولید می کنند ولی هزینه های بالاتری نسبت به FDM دارند. چاپگرهای FDM خطوط لایهای قابل مشاهده را در چاپ نهایی ایجاد میکنند که میتوان با سمباده زدن یا عملیات شیمیایی کاهش داد.
خدمات پرینت سه بعدی، مانند 3Dhub، مدل های پرینت سه بعدی را برای هر کسب و کاری قابل دسترس می کند؛ تنها چیزی که نیاز است یک فایل دیجیتالی از قطعه فلزی است.
ترجمه و جمع آوری : واحد خدمات و تحقیق و توسعه پرینتر های سه بعدی ثمین samin3d