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    SLA3D打印快速精密铸造技术

    文章出处:未知 责任编辑:admin 人气:发表时间:2017-09-26 08:16【

    司马建高:各位领导各位嘉宾大家好,我是来自DSM中国公司的司马建高。今天我给大家带来的题目是《SLA3D打印快速精密铸造技术》。

    DSM中国公司经理司马建高先生在第四届世界3D打印大会作专题演讲

    第一是我们DSM公司的介绍。DSM公司是一家有110多年的跨国公司,总部在荷兰,部分在全球都有分布,在中国国内也是发展多年了,目前在国内大概有三四千名员工,各种生产场地大概有40多个。DSM主要的业务是三个方面,一个是健康、营养还有材料,在很多方面都是全球的比较影响力的公司。在材料这一块就包括工程塑料,工程塑料也是在全球比较领先的地位。第二个也就是超高分子聚乙烯。第三个就是3D打印的材料,都是属于这个功能性材料范畴。

    这个是我们3D打印材料的事业部,所以说从3D打印的第一天开始,他们就做出了一定的贡献。左边这个图是公司最早期的一款产品,其中用到的树脂就是我们DSM的树脂。右边这一张图是SOMAS,不过后来放弃机械这一块,专攻材料。

    目前关于3D打印组织架构包括后期的规划,可能就是分成聚合物这一块还有金属这一块,聚合物包括光固化和热塑料的,光固化涵盖了,在这个热塑性材料这一块也涵盖了FDM和MGF。

    现在我们回到我们的主题,就是来介绍快速精密铸造系统。这一张图片就是铸造的现场,热火朝天。国内现在的铸造行业大的背景大概是怎么样子呢,我们统计的是2015年我国铸件总量是达到了456万吨,占全球铸件总量的45%左右,相当于排名第二到第十的铸造大国。这个就是来自于中国铸造协会的副会长,可以看到中国铸造这一块市场是非常大。我们很多同行在说3D打印怎么找到更多的应用,这也是一个非常大的市场。我国的铸造行业仍然是大而不强,在产业结构,质量效应等方面都需要更多的升级。所以在业界也有一点的认识,就是3D打印会成为铸造业突围的一个重要方向。

    我们在推广3D打印快速精密铸造的时候首先面对的就是铸造厂,他们可能会问到我们第一个3D打印快速精密铸造是什么技术,第二个为什么要用这个技术,再一个问题就是什么时候可以用到这项技术。我们来一一回答这些问题。

    他们是什么?快速铸造模型可以被定义为一种熔模铸造模型,刚才都提到有熔模铸造这一块。它就是不需要用模具就可以制造一个模型。大多数常用的快速模型都可以用3D打印的方式来做,这里面可能是各种,包括SLA,SLS,用到的材料也很多,有的金属粉末,包括郭教授的生物技术材料。但是哪一种3D打印的技术是最适合用来做快速铸造呢?其实SLA应该是比较理想的方式,因为必须能够满足熔模铸造业和模型精度和表面质量的一些要求。同时在这个铸造的环节里面,这个SLA铸造技术的成功率是比较高的,同时烧它的时候污染也是比较小的。

    铸造厂为什么要用它?当然是这个技术能给他带来一定的价值,能够提高他的附加值,为他带来更多的意义。主要可以在四个方面体现,第一是铸造厂在做原件铸造的时候,第二个可以做工艺设计和优化,第三个就是铸件在初始生产和小批量生产的时候可以用到这一项技术。

    中档客户的益处不需要花很多的时间和费用来制作这个中大型的模具,同时可以进行多次的反复,不需要多次修改模具。对于铸造厂来讲可以利用这项技术获得更多的生产订单,可以提高获得实际的数据,也能够大大提高铸造厂与客户的互动。

    在工艺设计和优化这个环节,铸造厂可以用SLA来识别和优化浇道的设计,优化模组的设计,判定最后的收缩率等等。其实一定规模的铸造厂一年要做的这个铸件数量是比较多的,5000款产品这种都很正常。所以就算他不是去推广这个小批量的生产,单独给自己内部使用也可以把这个SLA技术用在上面。

    铸件的初始生产可以给客户带来一些好处,因为这种铸件在全面生产之前就可以拿到测试件,而且可以在早期就看到设计上的一些问题,可以提高铸造厂交货的周期,然后满足客户的需求。在小批量生产这一块,可以让客户允许一些复杂形状的设计,对铸造厂来讲可以开拓更大的市场或者利润空间,也是提高自身的竞争力。

    第三个问题就是什么时候可以用到这一项技术?可能在当交货时间很快很紧,或者是当你的设计还没有定型的时候,或者还需要一些测试的零件,这些概念验证的时候,都可以用到这个3D打印快速铸造技术。

    可能在座一些专家都接触过3D打印熔模铸造,可能他们经常遇到这个问题,就是这个技术在实际铸造厂那边会遇到这样那样的问题。这里就把铸造的工艺简单介绍一下。

    这就是一个简单的工艺流程,大概分成七步,与我们传统的熔模铸造是大同小异,第一步用3D打印的方式把这个型模制作出来然后进行相关的处理。第二步我们型模要进行一些预处理,接下来制壳,然后把这个型模除掉,再把这个灰烬清理掉,最后就可以预热和浇铸了,最终就得到一个铸造的零件。

    我们来看这个型模的制造和处理,这个就用常规的3D打印的方式打印出来。但是要根据一些铸造经验,对这个浇铸的金属的缩水率要做一个缩放,以及它考虑这种毛坯件的加工容量,这些在原型件就要做好。右边的图纸就是一个案例,这是我们用3D打印的方式打印出来的一个。看到这个其实是经过空心化的处理,我们用Magics软件可以对这些模型进行处理,这里有一个好处,第一个是可以减少树脂的使用量,可以减少成本,这样的重量跟实心的零件对比可能只有四分之一到五分之一。第二个可以消除了后期树脂在去烧它的一些膨胀问题,可以提高成功率。第三因为重量轻,所以烧完之后身上的灰也是比较少的。

    做好零件之后要进行相关的后处理,包括是蜂窝型的结构要把里面的留出来,然后进行常规的清晰。接下来后处理包括后固化,包括一些打磨,如果客户对表面质量要求高的话就要进行打磨。然后这个零件就可以被送到铸造厂那边去了,要做一些预处理。第一个要检查气密性,因为这个零件拿去用的,所以不能有裂的地方,保证气密性是好的。这里可以用一个真空棒来检查是不是能保压。第二个就是装上通风口,这是一个必要也是一个比较关键的步骤,可能会决定你后面铸造工序的成功率。

    然后做好之后就可以去装配组树,跟传统的是一样的。接下来就是制壳,就是挂浆,根据你要做的这个材料可能选择不同的浆料或者砂料,可能选择不同的层数。

    接下来就要去脱蜡,因为这个蜡都是蜡塑,要脱掉,就是要把刚才的通风口打通。一般用热的铁丝把里面的蜡和表皮烫穿。脱蜡的方法有很多。这也是到了这个去除型模也是很关键的一步,因为这个3D打印的模型不能够像蜡一样被熔化,所以需要在高温下烧干净。我们看到左边这一张图就是空气从口这边进去,上面两个小的箭头就是通风口,这样类似于一个烟囱的结构。

    右边这个图就是比较典型的去除型模的工艺,首先要把这个型模保持在800到1000的温度下两个小时,接下来冷却。这里就是怎么去灰烬,型模冷却到室温下就可以用气吹或者水洗,但是比较可靠的方法就是用水来洗。

    前面做完了之后就是预热和浇铸了,这个跟常规的方式一样。但是要注意的是因为刚才有通风孔了,一定是要先堵上,堵好了再去做预热。

    归纳一下,就是说这个技术还用到的设备,包括打印机,甩干机,手动真空棒,用到的材料是两款,一个是叫做11122。这个介绍一下,这是我们公司推出的针对铸造行业11122和Element,同时这个液态的产品在那个机器里面也是非常的稳定。特别提出来就是我们一款产品叫Element,是不含T的材料,因为T会污染钛合金这些比较活跃的材料,T会污染他们,会影响这个机械性能。

    这里面有我们提到的Element的11122的数据表,可以看到黏度是非常低的,是有利于模型流出来,这两个材料的拉伸都是比较好的,同时它的吸水率非常好,锑含量和灰烬含量也非常低。11122可以满足大部分常规的铸造需求。

    下面我们简单来看一看一些国内外的案例,目前在国内其实掌握这一门其他的厂家也不少,他们也做了很多成功的案例。这个是一个铝合金的汽车部件,我们看到第一张图,最后得到的是一个金属的原件,其实这是一个相对来说结构还是比较复杂,在行业可能看模具,包括一些很多要去处理。然后我们记得上上周有一个铸造展会,我们有带这个零件去展会上做一些交流。我们走过那个展馆的时候,就被一个客户直接叫过去了,他说他手上有一个订单,就是要做这样的产品,感觉常规的企业对这个难度比较多。他觉得3D打印给他带来很大的帮助。

    这个案子是航空部件,铝合金做的同样的流程,左边是原型件,最右边得到就是我们的金属铸件,可以看到表面质量和精度都是非常好的。这是一个汽车部件,铸造完还没有做后处理的。这也是一个不锈钢做的汽车部件,可以看到他一次做了八个,成功率都是非常高的,最终出来的成品质量也非常好。我们也可以看到这边有一个案例。这是梅赛德斯做的一个案例,这是奔驰的,这是大众。这是一个变速箱壳梯,这个箱子比较复杂的。这边有一些其他的案例。这个案例是一个导弹的壳体,这样做了一个统计,就是第一是把这个零件数,对这个项目的成本进行了评估,应该带来经济效应是非常巨大的。这是一个导弹尾体,等等这些。其实在波音这边在767的上面也用到了3D打印的技术,这是一个驾驶员的座舱铸件,按照以前的方式需要800个零件才能组装这样一个产品,现在可以减少到11个铸件了。

     
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