Odlewanie elementów jest znane już od tysięcy lat. Dzisiejsze nowoczesne techniki odlewnicze są podstawą wielu gałęzi przemysłu, od przemysłu motoryzacyjnego i lotniczego, po informatykę. Ze względu na jego znaczenie, opracowano wiele różnych technologii do odlewania metali, a druk 3D jest najnowszą technologią, która ma na celu dostarczenie szybszych, dokładniejszych i tańszych metod.
Jeśli zaczynasz swoją przygodę z odlewnictwem, mamy dla Ciebie kilka podstawowych informacji. Każdy proces odlewania metalu składa się z dwóch części – przygotowania formy i samego odlewu. Forma jest ramą, do której wlewa się stopiony metal. Stworzenie formy wymaga uprzedniego wykonania modelu wzorcowego (zwanego również wzorcem), który jest dokładną niemetalową repliką ostatecznej metalowej części. Z tego modelu jest tworzona forma.
Po ochłodzeniu i zestaleniu się metalu wlewanego do formy, proces odlewania jest zakończony. Część może być odlewana z formy w celu dalszej obróbki lub sprzedaży.
W tym artykule badamy w jaki sposób modele wzorcowe do druku 3D, mogą zastąpić tradycyjne procesy w odlewaniu metali. Przyjrzymy się zaletom i wadom drukowanych modeli 3D i sprawdzimy, jakie technologie są najbardziej odpowiednie dla producentów części metalowych.
Wymiana wzorów tradycyjnych
Przed pojawieniem się druku 3D, producenci części metalowych mieli ograniczone możliwości produkcji wzorów. Większość tradycyjnych procesów jest pracochłonna, ponieważ wymagają one ręcznie tworzonego modelu drewnianego lub obrobionego metalu do wykonania odcisków.
Ze względu na możliwość popełnienia błędu przez człowieka w ręcznym wytwarzaniu wzorów, tradycyjne metody często wymagają wielu odlewów, aby uzyskać pozytywne i negatywne formy. Jest rzeczą oczywistą, że może to szybko zwiększyć koszty, szczególnie jeśli odlew kończy się niepowodzeniem z powodu wadliwego wzoru.
Coraz mniej jest również stolarzy i warsztatów, które są w stanie wyprodukować te drewniane wzory.
W związku z tym istnieje realna potrzeba zastąpienia tradycyjnych metod produkcji wzorów, szybszymi i bardziej niezawodnymi procesami. Dziesiątki gałęzi przemysłu zaczęły już wykorzystywać wzory drukowane na drukarce 3D.
Powszechne procesy odlewania metali
Formy w produkcji elementów metalowych mogą być wykonane z wielu materiałów, w zależności od wymagań danego metalu. Typ formy często nadaje nazwę procesowi odlewania.
ODLEWANIE PIASKOWE
W odlewaniu piaskowym, forma jest wykonana z piasku zmieszanego ze środkiem wiążącym, takim jak glina. Gotowe formy powstają przez zagęszczenie piasku wokół wzoru. Po związaniu formy, wzór jest usuwany, a wnętrze formy jest wypełniane stopionym metalem i chłodzone. Następnie odlew piaskowy jest odłamywany i usuwany jest końcowy element. Często piasek może być ponownie użyty do wykonania większej ilości form.
Odlewanie w formach piaskowych jest stosunkowo tanią metodą odlewniczą. Jest to najpopularniejszy proces odlewniczy, stanowiący około 60% wszystkich odlewów metalowych.
ODLEWANIE GIPSOWE
Odlewanie gipsu jest podobne do odlewania w piasku, z tą różnicą, że zamiast piasku, forma jest wykonana z gipsu. Jest to powszechnie stosowana metoda produkcji małych części, takich jak zawory, koła zębate i armatura.
Główną wadą odlewania gipsowego jest to, że nie może być ono stosowane z materiałami żelaznymi, takimi jak stal. Gips nie jest również tak stabilny jak piasek, a jego długi czas chłodzenia ogranicza wielkość produkcji.
ODLEWANIE CIŚNIENIOWE
W tym procesie stopiony metal jest wtłaczany do formy pod ciśnieniem. Jest to powszechna metoda produkcji silników
Podobnie jak w przypadku odlewania gipsowego, odlewanie ciśnieniowe stosowane jest głównie do materiałów nieżelaznych, takich jak aluminium, miedź czy cyna. Formy do odlewania ciśnieniowego są wytrzymałe i są stosowane głównie w branżach, w których wymagana jest duża produkcja małych i średnich odlewów.
Branże i zastosowania
Jedną z głównych zalet wzorów drukowanych w 3D jest wszechstronność metody. Każda branża wykorzystująca odlewy metalowe najprawdopodobniej skorzysta z drukowania 3D w produkcji form.
FINE ARTS
Dla rzeźb, twórców biżuterii i architektów, trójwymiarowe wzory drukarskie, to oszczędność czasu i pieniędzy.
Formy drukowane w 3D zazwyczaj z żywicy, ułatwiają jubilerom tworzenie lepszych projektów w oparciu o życzenia i potrzeby klienta. Technologia ta oferuje również większą swobodę twórczą w projektowaniu i sprawia, że masowa produkcja jest tańsza.
DROBNE CZĘŚCI METALOWE
Oprzyrządowanie metalowe jest często zbyt drogie, zwłaszcza dla małych firm. Druk 3D otwiera drzwi nawet dla nich, aby za rozsądną cenę otrzymać metalowe elementy.
Weźmy na przykład produkcję części do niestandardowych rowerów. Korzystanie z wydruków 3D pozwala na produkcję małych elementów metalowych bez konieczności stosowania drogich narzędzi. W przypadku bardzo małej produkcji seryjnej lub jednorazowych, unikalnych narzędzi metalowych, firmy zwracają się do firm drukujących usługowo.
MASZYNY PRZEMYSŁOWE
Jak już wspomnieliśmy, rozmiar nie jest znaczącym problemem przy drukowanych wzorach odlewniczych. Nawet producenci ciężkich stalowych maszyn przemysłowych zaczęli zaczeli korzystać z druku 3D.
Krótko mówiąc, druk 3D otwiera nowe możliwości dla wszystkich zastosowań w odlewnictwie metali.
Zalety i wady form drukowanych w 3D
Rozmawialiśmy już w tym artykule o niektórych zaletach trójwymiarowych drukowanych wzorów i form, ale ponieważ jest to rzecz, którą producenci i inżynierowie są najbardziej zainteresowani, gwarantuje to bardziej dogłębne spojrzenie.
ZALETY FORM DRUKOWANYCH
Niski koszt: Wszystko, czego potrzebujesz, aby wydrukować wzór w 3D, to plik cyfrowy, materiał do druku i sama drukarka. Nie ma potrzeby korzystania z wielu maszyn, z których każda wyposażona jest w dedykowany personel do tworzenia wzoru. Drukarka 3D również nie musi być monitorowana.
Szybkość produkcji: Tradycyjne procesy produkcji wzorów mogą trwać tygodnie i wymagać intensywnej pracy ręcznej, jak wspomniano powyżej. Dzięki zautomatyzowanemu procesowi drukowania 3D, możesz drukować swoje wzory w ciągu kilku godzin lub dni.
Redukcja surowców i odpadów: Wszystko czego potrzebujesz to materiał z którego jest wytwarzany produkt końcowy.
Chociaż druk 3D oferuje wiele korzyści w porównaniu do tradycyjnych procesów odlewniczych – szybsze, tańsze, bardziej precyzyjne – nie zawsze jest to doskonałe rozwiązanie. Istnieją wady, które należy wziąć pod uwagę.
WADY
Duże koszty początkowe: Druk 3D jest stosunkowo nową technologią, a szczególnie duże drukarki mogą być drogie. Chociaż drukarka 3D może szybko zwrócić koszty inwestycji, trzeba się zastanowić, czy kupno jej dla siebie jest właściwym wyborem, czy też należy rozważyć outsourcing.
Odpowiednie materiały
Jak już wspomniano, materiał do druku jest jednym z podstawowych czynników podczas drukowania wzorów odlewniczych.
W przypadku trójwymiarowych drukowanych modeli do odlewania piaskowego, gipsowego lub matrycowego materiał musi być odporny na ciepło, ścieranie i różne chemikalia używane w procesie, w tym również na wypaczanie form i spoiw. Szeroka gama tworzyw sztucznych, ceramiki, metali i materiałów kompozytowych posiada sprawdzone właściwości, które sprawiają, że są one dobrym wyborem.
Źródło: https://all3dp.com
