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疾速成形技術在熔模鍛造中的運用:制造熔模、
閱讀: 宣布日期:2017-03-27
  疾速成形技術(Rapid Prototyping,簡稱RP)是20 世紀90 年月發展起來的高新技術。它能令人們腦筋中的設計概念敏捷釀成什物。特殊值得一提的是,全部産品開辟進程不須要任何模具和工藝配備,大大延長樣件和新産品試制周期,敏捷成爲加強企業競爭力的主要手腕和對象。INCAST 2004(11)揭櫫的互聯網問卷查詢拜訪註解,全歐 400多家精鑄廠家中,有 93%以上都曾應用過疾速成形容貌,壹切受訪者都認同,采取此項新技術關於加快新産品開辟和加強企業對市場的疾速反響才能相當主要。

  一.經常使用疾速成形辦法在熔模鍛造中的運用

  疾速成形技術在熔模鍛造中的運用重要有以下幾方面:

  1.制造熔模

  制造容貌時,疾速成形機不只可以輸出由其它 CAD軟件樹立的三維幾何模子,也能夠吸收由工業 CT(盤算機層析射線攝影技術)掃描所得的數據文件。例如,起首經由過程 CT 對零件掃描,取得其斷面的二維圖像。隨後,圖像處置軟件再將各斷面的二維圖像組合起來,組成三維幾何模子。再將它傳送給疾速成形機制成容貌。這類回復復興(逆向)工程辦法不只可以將機械零件回復復興,並且還可以仿造某些人體器官。


  2.制造模具(壓型)和其它工藝配備

  用疾速成形辦法制造精鑄模具有兩種辦法:一種是先制成母模,再翻制環氧樹脂或硅橡膠壓型;另外壹種辦法是將CAD 體系中生成的壓型型塊的三維幾何模子直接輸出疾速成形機制成樹脂壓型。這類壓型重要合適小批量臨盆(幾十件) 。假如在母模外面噴塗約 2mm 厚的金屬層,並在厥後充填環氧樹脂制成金屬-環氧樹脂複合壓型,可以知足臨盆數百件精鑄件的請求。采取 SLS 法時如將加工對象由樹脂粉末換成外面帶一薄層熱固性樹脂的鋼粉,用激光燒結成壓型,再焙燒以除失落樹脂,最初將銅液滲透壓型的孔隙中。由此所得的壓型在強度、導熱等方面的機能與金屬類似。除此以外,疾速成形技術還可用于制造某些外形不規矩的胎具。

  3.直接制造鑄型澆鑄鑄件

  20 世紀 90 年月初美國 Sandiana 國度試驗室展開了一項名爲疾速鍛造(FastCAST)的專門研討,被定名爲直接型殼鍛造法( DSPC)。遺憾的是,後來很少再會報導。
  1994年美國Z Corporation 開辟勝利三維打印技術 3D Printing。該項技術最後由麻省理工學院Ely Sachs 傳授創造並具有專利權。其根本道理與 SLS 法類似,先用滾筒噴鋪一層耐火資料或塑料粉末。跟 SLS 分歧的是,它不是驅動激光發射頭,而是驅動噴墨打印頭,依照成品的截面外形放射膠水‘打印’。反復以上舉措,直至零件制造完成,故被定名爲‘三維打印技術’。其長處是,運轉費用和資料本錢低,速度快。假如噴鋪的粉末是石膏和陶瓷的混雜粉末, 便可直接疾速制成鑄型(石膏型),用于澆鑄鋁、鎂、鋅等有色合金鑄件,稱之爲 ZCast。

  二.經常使用疾速成形辦法運用後果比擬

  今朝現實臨盆中較風行的疾速成形辦法有平面平板印刷法(SLA)、選區激光燒結法(SLS)、熔融聚積法(FDM)、層合物制作法(LOM)和直接型殼鍛造法( DSPC)等。最近幾年來,國外很多研討機構從制造容貌的質量和在熔模鍛造中的表示等方面,對上述辦法停止了比擬,成果以下:

  1) 制成容貌的尺寸精度 SLA 法最高,SLS 和 FDM次之,LOM法最低。

  2) 容貌外面粗拙度 容貌外面經打磨精整後用外面粗拙度儀丈量。可見外面粗拙度以 SLA 和LOM法較細,FDM 法最粗。

  3) 再現精致部位的才能 以齒間距約3mm 的齒條爲對象考核這四種辦法複制精致部位的才能。成果以 SLA 最好,FDM最差。

  4) 在熔模鍛造中的表示 上述四種辦法中,成品自己就是蠟模的辦法(如FDM或SLS),很輕易順應熔模鍛造工藝的請求,無疑表示較好。而樹脂或紙制容貌雖然也可熄滅失落,但究竟不象蠟模那樣輕易順應熔模鍛造的請求,須要賡續改良,以趨利避害。

  從整體看,SLA 法雖然與熔模鍛造工藝也還有某些不順應的地方,但因為制成的容貌尺寸精度和外面質量好而倍受喜愛,在國外,特殊是航空航天和兵工部分的熔模鍛造企業運用相當普遍。SLS 法容貌質量雖較 SLA 略遜一籌,但輕易順應熔模鍛造的工藝請求,所以,國際熔模鍛造中運用愈來愈多。FDM 法雖然最輕易順應熔模鍛造的工藝請求,但制成蠟模的尺寸精度和外面質量尚不盡善盡美;而 LOM法雖容貌質量尚可,但難以順應熔模鍛造,是以,今朝後二種辦法在熔模鍛造中推行運用均遭到必定限制。

  三.熔模鍛造中運用 SLA 和SLS 的新停頓

  1.新型光固化樹脂

  SLA法早在1987年就已貿易化了,它最後是被用來制造實體模子和具有必定功效的樣件。20 世紀90年月早期,美國 3D System Inc 的QuickCast軟件開辟勝利,使SLA 疾速成型性能夠制造出外部呈蜂窩形構造而表面仍堅持滑膩致密的準確容貌,不只節儉了 90%的制模資料,並且在焙燒型殼的時刻,容貌起首向內癱塌而不致將型殼脹裂。除此以外,人們慢慢發明,關於制模用光固化樹脂來講,還須要知足以下一些特別請求:

  粘度—— 假如樹脂粘度太大,容貌制成後內腔中殘剩的樹脂很難排盡,殘余樹脂過量,仍有能夠在焙燒時將型殼脹裂,因此常常不能不采取離心分別等辦法。別的,制成的容貌外面也很難擦淨。

  殘留灰分——這或許是最主要的請求,假如型殼焙燒後殘留灰分多,將招致鑄件外面發生非金屬攙雜及其它缺點。

  重金屬元素含量——這關於鍛造低溫合金特殊主要。例如銻在SLA 光固化樹脂中就是一種較爲罕見的元素,假如它湧現在型殼焙燒後的殘灰中,便可能凈化合金,乃至使鑄件報廢。

  尺寸穩固性——在全部操作過程當中容貌尺寸都應堅持穩固,爲此,樹脂的吸濕性低也長短常主要的。

  最近幾年來,美國 DSM Somos 公司研制勝利一種新型的光固化樹脂Somos 10120,知足了上述重要請求,頗受精鑄臨盆廠家喜愛。這類新産品已在三個分歧精鑄廠鍛造了三種合金(鋁、钛和钴钼合金),獲得了滿足的後果。

  2.采取SLA容貌停止小批量臨盆

  采取 SLA 容貌小批量臨盆精鑄件須要斟酌 2 個重要成績: 一是容貌和鑄件所能到達的尺寸精度,二是臨盆本錢和交貨期能否具有優勢。美國 Solidiform、Nu-Cast、PCC、Uni-Cast 等多家精鑄廠,采取 SLA 容貌鍛造了數百個鑄件,現實丈量鑄件尺寸後,統計剖析註解,采取DSM Somos 公司新開辟的 11120光固化樹脂和QuickCast 技術,制成的SLA容貌,尺寸誤差不跨越鑄件公役值的50%。絕大多半鑄件尺寸相符公役請求,及格率達95%以上。

  雖然制造一個 SLA 容貌的本錢要比制造雷同蠟模高很多,消耗時光也要長一些,但不須要設計制作壓型,所以,在單件小批量臨盆時,在本錢和交貨期方面仍具有優勢。鑄件越龐雜,這類優勢越顯著。以Nu-Cast公司臨盆的外形龐雜的航空精鑄件爲例,其模具制造費用約85000美元,天天臨盆 4個蠟模,每壹個蠟模本錢費(含資料和人工)150美元。假如采取 SLA 法,每壹個 SLA 容貌本錢 2846 美元,但不須要設計制作模具。由此算出,假如産量小于32件,采取SLA 模本錢低于蠟模; 跨越32 件,則本錢高于蠟模;應用蠟模,設計制作模具需耗時 14~16周,而SLA 模不須要模具。是以,假如産量少于 87 件,采取 SLA 模,交付鑄件比蠟模快。但跨越 87 件,則采取蠟模更快。另外壹個須要斟酌的身分是,假如采取蠟模,當産品更新換代時,模具須要從新制造,支付價值大;而采取SLA 容貌,須要做的只是更改CAD幾何模子,比從新制造模具輕便快捷很多。

  3.SLS燒結聚苯乙烯粉末浸蠟容貌

  SLS 最後是用激光將特制的蠟粉燒結成蠟模,很合適熔模鍛造的工藝特色,早在 1990歲尾,美國已有跨越50家鍛造廠,臨盆多達約 3000個蠟模,並勝利鑄出多種金屬鑄件。但是,蠟粉並非最幻想的制模資料,由它制成蠟模的強度缺乏,氣溫高時易硬化變形,氣溫低時又輕易碎斷。是以,1990 年月早期,美國一些 SLA 用戶就測驗考試采取聚苯乙烯(PS)或聚碳酸酯(PC)等熱塑性塑料粉末取代蠟粉。此類資料制成容貌松散多孔(孔隙率達25%以上),加重了脫模時脹裂型殼的風險,型殼焙燒後灰分少,但容貌外面粗拙。是以,容貌制成後須要浸蠟和手工打磨精整,使其外面滑膩致密。今朝這類辦法已在國際外廣泛運用。