砂型3D打印改革鑄造：快速交付&降低供應鏈風險

導讀：更換關鍵零件和采購鑄件通常會耗費大量的人力物力，這主要是由于需要等待傳統(tǒng)模型或芯盒造成的。購買由木材或金屬加工而成的用于小批量或一次性澆注的昂貴工具，通常不具有成本效益。然而，最關鍵的鑄件，通常用于基礎設施或運輸應用，需求量很大，供應鏈延遲越來越普遍。顛覆性技術正在推動下一代金屬鑄件的增長。


△使用砂粘合劑噴射直接從數(shù)字模型生產鑄造模具和型芯來降低供應鏈風險，從而大大減少交貨時間、工具投資和鑄造缺陷。

使用粘合劑噴射 3D 打印的數(shù)字砂鑄消除了傳統(tǒng)鑄造工具的高成本和長達數(shù)月的交貨時間。沙子3D打印過程使用數(shù)字數(shù)據(jù)直接從 CAD 文件中打印沙子中的模具和型芯來代替工具。無需等待創(chuàng)建新模式或修復芯盒，無需創(chuàng)建新工具和大量的前期成本。

與其他工業(yè)部門的生產商一樣，鑄造廠從整合3D 打印以解決供應鏈挑戰(zhàn)中受益，并且通過提供替換零件的快速鑄件來提高運營效率，同時超出客戶的期望。

按需工具支持分散生產，這是一種幫助降低供應鏈風險的解決方案。

二十多年來，砂型 3D 打印已在鑄造廠中用于制造金屬鑄造工具，如今的粘合劑噴射系統(tǒng)可生產具有批量輸出的精密模具和型芯。工業(yè)打印頭選擇性地將粘合劑沉積到沙粒床中，一次形成一層薄薄的固體部分，類似于在紙上打印。

●ExOne 致力于幫助量化對砂型 3D 打印技術的需求，以構建用于快速更換金屬鑄件的采購方式。與各種合作伙伴一起，致力于開發(fā)相關閾值，以建立一種方法，確定何時采購由數(shù)字模具和型芯制成的鑄件是有效和經濟的。

●還可以利用 3D 打印的優(yōu)勢來提高難以采購的組件的質量，這些組件在鑄造過程中經常遇到質量和一致性問題。使用粘合劑噴射構建模板提供了一種設計自由度，可以實現(xiàn)鑄造工具的創(chuàng)新——創(chuàng)建復雜、鞏固的幾何形狀，從而實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝無法實現(xiàn)的輕量化和優(yōu)化零件性能。

●增材制造的設計自由釋放了諸如減少廢料的核心整合或有機索具功能等好處，這些功能有助于首次澆注的順利進行，以使精密關鍵鑄件快速投入使用。

兩周內更換過時的零件 - 3D打印來“救援”

船用發(fā)動機在惡劣的環(huán)境中運行，經常暴露在潮濕和水（通常是鹽水）中，這會使發(fā)動機部件劣化。由于柴油發(fā)動機通過高氣缸壓力和熱量產生燃燒，它們必須以高壓縮比運行，以產生足夠的熱量來自動點燃柴油燃料。氣缸蓋是發(fā)動機中的關鍵部件，它支持其他重要部件，例如燃油噴射器和進氣門和排氣門。它們位于缸套法蘭頂部并用螺母和螺栓固定在氣缸體上，它們暴露在極高的溫度和壓力下，隨著發(fā)動機的快速加熱和冷卻而膨脹和收縮。由于這些環(huán)境條件，船用柴油發(fā)動機必須能夠承受與高冷卻要求有關的極端壓力。

泰國造船廠 Hi-Tech Marine Engineering 面臨氣缸蓋因過熱產生的大量應力而出現(xiàn)裂紋的問題。由于一周中的每一天都在運營，貨船需要快速維修才能恢復使用，但損壞的部件已有近十年的歷史，并且不再由 OEM 供應商生產?！敖回洉r間對我們的業(yè)務至關重要——我們不能等待零件，因為我們一直在運營，所以我們需要在預算內快速周轉，”HiTech Marine 的所有者 Aomthep CheinSuwan 說。

傳統(tǒng)更換零件的交貨時間超過 10 個月，而且投資成本非常高。由于氣缸蓋是沒有工具的傳統(tǒng)零件，因此必須首先制造全新的模型和芯盒組才能生產替換鑄件。然而，Hi-Tec Marine 需要在 4 周內更換零件，任何海外訂單至少需要 8 周，而且運輸成本增加。

Speed 3D Mold 是一家位于泰國的鑄造和原型開發(fā)車間，其解決方案是提供高質量的替換零件，并能快速周轉。Speed 3D Mold 工程部主管 Nattinee Valun-araya 說：“對于我們的海事行業(yè)客戶來說，有許多舊零件需要更換，速度是及時維護以保持系統(tǒng)正常運行的最重要因素。”


△傳統(tǒng)的替換鑄件需要 10 個月的模具交貨時間，使用砂型3D打印生產的，在幾周內即可交付。

Speed 3D Mold 的工程部門在提供鑄件模擬支持、砂型 3D 打印以及原型和替換鑄件方面擁有十多年的經驗，為 Hi-Tech Marine 提供逆向工程服務。團隊 3D 掃描原始零件以創(chuàng)建數(shù)字 CAD 文件，該文件可用于開發(fā) 3D 打印模具和核心包以鑄造新組件。使用粘結劑噴射 3D 打印，不需要硬工具來創(chuàng)建替代鑄件，而是直接從 CAD 文件中在沙子中逐層構建模具和型芯。

通過數(shù)字鑄造，Speed 3D Mold 還能夠對零件進行快速迭代，以確保 Hi-Tech Marine 的替換氣缸蓋的最佳質量。該零件包含許多復雜的特征，包括大的厚度差異和小的冷卻通道，但可以通過數(shù)字鑄造工藝輕松修改。增材制造的設計自由度還允許 Speed 3D Mold 更新冷卻通道的設計，并在模具內自由放置索具系統(tǒng)，而不受傳統(tǒng)鑄件設計的限制。

復雜的 725 x 630 x 572 毫米模具包包含 19 件在 S-Max 粘合劑噴射系統(tǒng)上在短短 10 小時內打印出來的 3D 部件，尺寸或形狀都可以保證。近 100 公斤的替換氣缸蓋采用灰口鑄鐵鑄造，最終部件在短短兩周內交付給 Hi-Tech Marine。只為一個替換零件制造模具的巨額資本投資并不經濟，但 Speed 3D Mold 使用 ExOne 砂粘合劑噴射直接打印模具包的解決方案與傳統(tǒng)生產相比可節(jié)省 40%。