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    公司新聞

      SLA3D打印快速精密鑄造技術

      文章出處:未知 責任編輯:admin 人氣:發表時間:2017-09-26 08:16【

      司馬建高:各位領導各位嘉賓大家好,我是來自DSM中國公司的司馬建高。今天我給大家帶來的題目是《SLA3D打印快速精密鑄造技術》。

      DSM中國公司經理司馬建高先生在第四屆世界3D打印大會作專題演講

      第一是我們DSM公司的介紹。DSM公司是一家有110多年的跨國公司,總部在荷蘭,部分在全球都有分布,在中國國內也是發展多年了,目前在國內大概有三四千名員工,各種生產場地大概有40多個。DSM主要的業務是三個方面,一個是健康、營養還有材料,在很多方面都是全球的比較影響力的公司。在材料這一塊就包括工程塑料,工程塑料也是在全球比較領先的地位。第二個也就是超高分子聚乙烯。第三個就是3D打印的材料,都是屬于這個功能性材料范疇。

      這個是我們3D打印材料的事業部,所以說從3D打印的第一天開始,他們就做出了一定的貢獻。左邊這個圖是公司最早期的一款產品,其中用到的樹脂就是我們DSM的樹脂。右邊這一張圖是SOMAS,不過后來放棄機械這一塊,專攻材料。

      目前關于3D打印組織架構包括后期的規劃,可能就是分成聚合物這一塊還有金屬這一塊,聚合物包括光固化和熱塑料的,光固化涵蓋了,在這個熱塑性材料這一塊也涵蓋了FDM和MGF。

      現在我們回到我們的主題,就是來介紹快速精密鑄造系統。這一張圖片就是鑄造的現場,熱火朝天。國內現在的鑄造行業大的背景大概是怎么樣子呢,我們統計的是2015年我國鑄件總量是達到了456萬噸,占全球鑄件總量的45%左右,相當于排名第二到第十的鑄造大國。這個就是來自于中國鑄造協會的副會長,可以看到中國鑄造這一塊市場是非常大。我們很多同行在說3D打印怎么找到更多的應用,這也是一個非常大的市場。我國的鑄造行業仍然是大而不強,在產業結構,質量效應等方面都需要更多的升級。所以在業界也有一點的認識,就是3D打印會成為鑄造業突圍的一個重要方向。

      我們在推廣3D打印快速精密鑄造的時候首先面對的就是鑄造廠,他們可能會問到我們第一個3D打印快速精密鑄造是什么技術,第二個為什么要用這個技術,再一個問題就是什么時候可以用到這項技術。我們來一一回答這些問題。

      他們是什么?快速鑄造模型可以被定義為一種熔模鑄造模型,剛才都提到有熔模鑄造這一塊。它就是不需要用模具就可以制造一個模型。大多數常用的快速模型都可以用3D打印的方式來做,這里面可能是各種,包括SLA,SLS,用到的材料也很多,有的金屬粉末,包括郭教授的生物技術材料。但是哪一種3D打印的技術是最適合用來做快速鑄造呢?其實SLA應該是比較理想的方式,因為必須能夠滿足熔模鑄造業和模型精度和表面質量的一些要求。同時在這個鑄造的環節里面,這個SLA鑄造技術的成功率是比較高的,同時燒它的時候污染也是比較小的。

      鑄造廠為什么要用它?當然是這個技術能給他帶來一定的價值,能夠提高他的附加值,為他帶來更多的意義。主要可以在四個方面體現,第一是鑄造廠在做原件鑄造的時候,第二個可以做工藝設計和優化,第三個就是鑄件在初始生產和小批量生產的時候可以用到這一項技術。

      中檔客戶的益處不需要花很多的時間和費用來制作這個中大型的模具,同時可以進行多次的反復,不需要多次修改模具。對于鑄造廠來講可以利用這項技術獲得更多的生產訂單,可以提高獲得實際的數據,也能夠大大提高鑄造廠與客戶的互動。

      在工藝設計和優化這個環節,鑄造廠可以用SLA來識別和優化澆道的設計,優化模組的設計,判定最后的收縮率等等。其實一定規模的鑄造廠一年要做的這個鑄件數量是比較多的,5000款產品這種都很正常。所以就算他不是去推廣這個小批量的生產,單獨給自己內部使用也可以把這個SLA技術用在上面。

      鑄件的初始生產可以給客戶帶來一些好處,因為這種鑄件在全面生產之前就可以拿到測試件,而且可以在早期就看到設計上的一些問題,可以提高鑄造廠交貨的周期,然后滿足客戶的需求。在小批量生產這一塊,可以讓客戶允許一些復雜形狀的設計,對鑄造廠來講可以開拓更大的市場或者利潤空間,也是提高自身的競爭力。

      第三個問題就是什么時候可以用到這一項技術?可能在當交貨時間很快很緊,或者是當你的設計還沒有定型的時候,或者還需要一些測試的零件,這些概念驗證的時候,都可以用到這個3D打印快速鑄造技術。

      可能在座一些專家都接觸過3D打印熔模鑄造,可能他們經常遇到這個問題,就是這個技術在實際鑄造廠那邊會遇到這樣那樣的問題。這里就把鑄造的工藝簡單介紹一下。

      這就是一個簡單的工藝流程,大概分成七步,與我們傳統的熔模鑄造是大同小異,第一步用3D打印的方式把這個型模制作出來然后進行相關的處理。第二步我們型模要進行一些預處理,接下來制殼,然后把這個型模除掉,再把這個灰燼清理掉,最后就可以預熱和澆鑄了,最終就得到一個鑄造的零件。

      我們來看這個型模的制造和處理,這個就用常規的3D打印的方式打印出來。但是要根據一些鑄造經驗,對這個澆鑄的金屬的縮水率要做一個縮放,以及它考慮這種毛坯件的加工容量,這些在原型件就要做好。右邊的圖紙就是一個案例,這是我們用3D打印的方式打印出來的一個?吹竭@個其實是經過空心化的處理,我們用Magics軟件可以對這些模型進行處理,這里有一個好處,第一個是可以減少樹脂的使用量,可以減少成本,這樣的重量跟實心的零件對比可能只有四分之一到五分之一。第二個可以消除了后期樹脂在去燒它的一些膨脹問題,可以提高成功率。第三因為重量輕,所以燒完之后身上的灰也是比較少的。

      做好零件之后要進行相關的后處理,包括是蜂窩型的結構要把里面的留出來,然后進行常規的清晰。接下來后處理包括后固化,包括一些打磨,如果客戶對表面質量要求高的話就要進行打磨。然后這個零件就可以被送到鑄造廠那邊去了,要做一些預處理。第一個要檢查氣密性,因為這個零件拿去用的,所以不能有裂的地方,保證氣密性是好的。這里可以用一個真空棒來檢查是不是能保壓。第二個就是裝上通風口,這是一個必要也是一個比較關鍵的步驟,可能會決定你后面鑄造工序的成功率。

      然后做好之后就可以去裝配組樹,跟傳統的是一樣的。接下來就是制殼,就是掛漿,根據你要做的這個材料可能選擇不同的漿料或者砂料,可能選擇不同的層數。

      接下來就要去脫蠟,因為這個蠟都是蠟塑,要脫掉,就是要把剛才的通風口打通。一般用熱的鐵絲把里面的蠟和表皮燙穿。脫蠟的方法有很多。這也是到了這個去除型模也是很關鍵的一步,因為這個3D打印的模型不能夠像蠟一樣被熔化,所以需要在高溫下燒干凈。我們看到左邊這一張圖就是空氣從口這邊進去,上面兩個小的箭頭就是通風口,這樣類似于一個煙囪的結構。

      右邊這個圖就是比較典型的去除型模的工藝,首先要把這個型模保持在800到1000的溫度下兩個小時,接下來冷卻。這里就是怎么去灰燼,型模冷卻到室溫下就可以用氣吹或者水洗,但是比較可靠的方法就是用水來洗。

      前面做完了之后就是預熱和澆鑄了,這個跟常規的方式一樣。但是要注意的是因為剛才有通風孔了,一定是要先堵上,堵好了再去做預熱。

      歸納一下,就是說這個技術還用到的設備,包括打印機,甩干機,手動真空棒,用到的材料是兩款,一個是叫做11122。這個介紹一下,這是我們公司推出的針對鑄造行業11122和Element,同時這個液態的產品在那個機器里面也是非常的穩定。特別提出來就是我們一款產品叫Element,是不含T的材料,因為T會污染鈦合金這些比較活躍的材料,T會污染他們,會影響這個機械性能。

      這里面有我們提到的Element的11122的數據表,可以看到黏度是非常低的,是有利于模型流出來,這兩個材料的拉伸都是比較好的,同時它的吸水率非常好,銻含量和灰燼含量也非常低。11122可以滿足大部分常規的鑄造需求。

      下面我們簡單來看一看一些國內外的案例,目前在國內其實掌握這一門其他的廠家也不少,他們也做了很多成功的案例。這個是一個鋁合金的汽車部件,我們看到第一張圖,最后得到的是一個金屬的原件,其實這是一個相對來說結構還是比較復雜,在行業可能看模具,包括一些很多要去處理。然后我們記得上上周有一個鑄造展會,我們有帶這個零件去展會上做一些交流。我們走過那個展館的時候,就被一個客戶直接叫過去了,他說他手上有一個訂單,就是要做這樣的產品,感覺常規的企業對這個難度比較多。他覺得3D打印給他帶來很大的幫助。

      這個案子是航空部件,鋁合金做的同樣的流程,左邊是原型件,最右邊得到就是我們的金屬鑄件,可以看到表面質量和精度都是非常好的。這是一個汽車部件,鑄造完還沒有做后處理的。這也是一個不銹鋼做的汽車部件,可以看到他一次做了八個,成功率都是非常高的,最終出來的成品質量也非常好。我們也可以看到這邊有一個案例。這是梅賽德斯做的一個案例,這是奔馳的,這是大眾。這是一個變速箱殼梯,這個箱子比較復雜的。這邊有一些其他的案例。這個案例是一個導彈的殼體,這樣做了一個統計,就是第一是把這個零件數,對這個項目的成本進行了評估,應該帶來經濟效應是非常巨大的。這是一個導彈尾體,等等這些。其實在波音這邊在767的上面也用到了3D打印的技術,這是一個駕駛員的座艙鑄件,按照以前的方式需要800個零件才能組裝這樣一個產品,現在可以減少到11個鑄件了。

       
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