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快速成形技术在熔模铸造中的运用:制造熔模、
欣赏: 公布日期:2017-03-27
  快速成形技术(Rapid Prototyping,简称RP)是20 世纪90 年代生长起来的高新技术。它能使人们头脑中的设计见地机动变成实物。格外值得一提的是,整个一定牛彩票网产品开拓进程不消要任何模具和工艺装备,大大紧缩样件和新一定牛彩票网产品试制周期,机动成为增强企业竞争力的告急技艺和东西。INCAST 2004(11)颁发的互联网问卷观察标明,全欧 400多家精铸厂家中,有 93%以上都曾运用过快速成形样子容颜,全部受访者都认同,采取此项新技术敷衍加快新一定牛彩票网产品开拓和增强企业对市场的快速应声技艺至关告急。

  一.常用快速成形要领在熔模铸造中的运用

  快速成形技术在熔模铸造中的运用紧张有以下几方面:

  1.制造熔模

  制造样子容颜时,快速成形机不但可以输入由别的 CAD软件创立的三维多少模型,也可以吸取由财富 CT(谋略机层析射线照相技术)扫描所得的数据文件。比如,起首颠末 CT 对零件扫描,失失其断面的二维图象。随后,图象处置处分软件再将各断面的二维图象组合起来,构成三维多少模型。再将它传送给快速成形机制成样子容颜。这种再起再起(逆向)工程要领不但可以将呆板零件再起再起,并且还可以仿制某些人体器官。


  2.制造模具(压型)和别的工艺装备

  用快速成形要领制造精铸模具有两种要领:一种是先制成母模,再翻制环氧树脂或硅橡胶压型;另一种要领是将CAD 体系中天生的压型型块的三维多少模型直接输入快速成形机制成树脂压型。这类压型紧张妥当小批量斲丧(几十件) 。要是在母模外貌喷涂约 2mm 厚的金属层,并在其后充填环氧树脂制成金属-环氧树脂复合压型,可以餍足斲丧数百件精铸件的要求。采取 SLS 法时如将加工东西由树脂粉末换成外貌带一薄层热固性树脂的钢粉,用激光烧结成压型,再焙烧以撤除树脂,着末将铜液渗入渗出排泄压型的孔隙中。由此所得的压型在强度、导热等方面的遵从与金属类似。除此之外,快速成形技术还可用于制造某些外形不端正的胎具。

  3.直接制造铸型浇铸铸件

  20 世纪 90 年代初美国 Sandiana 国度实行室展开了一项名为快速铸造(FastCAST)的专门研讨,被定名为直接型壳铸造法( DSPC)。遗憾的是,其后很少再见报道。
  1994年美国Z Corporation 开拓告成三维打印技术 3D Printing。该项技术末了由麻省理工学院Ely Sachs 教授发明并拥有专利权。其基源头基本理与 SLS 法类似,先用滚筒喷铺一层耐火质料或塑料粉末。跟 SLS 差异的是,它不是驱动激光发射头,而是驱动喷墨打印头,依据成品的截面外形放射胶水‘打印’。重复以上方法,直至零件制造完成,故被定名为‘三维打印技术’。其益处是,运转用度和质料资源低,速率快。要是喷铺的粉末是石膏和陶瓷的殽杂粉末, 即可直接快速制成铸型(石膏型),用于浇铸铝、镁、锌等有色合金铸件,称之为 ZCast。

  二.常用快速成形要领运用结果相比

  如今实际斲丧中较盛行的快速成形要拥有平面平板印刷法(SLA)、选区激光烧结法(SLS)、熔融聚集法(FDM)、层合物制造法(LOM)和直接型壳铸造法( DSPC)等。比年来,外洋不少研讨机构从制造样子容颜的质量和在熔模铸造中的表现等方面,对上述要领举行了相比,结果如下:

  1) 制成样子容颜的尺寸精度 SLA 法最高,SLS 和 FDM次之,LOM法最低。

  2) 样子容颜外貌粗糙度 样子容颜外貌经打磨精整后用外貌粗糙度仪丈量。可见外貌粗糙度以 SLA 和LOM法较细,FDM 法最粗。

  3) 再现小气部位的技艺 以齿间距约3mm 的齿条为东西观察这四种要领复制小气部位的技艺。结果以 SLA 最佳,FDM最差。

  4) 在熔模铸造中的表现 上述四种要领中,成品自身便是蜡模的要领(如FDM或SLS),很容易顺应熔模铸造工艺的要求,无疑表现较好。而树脂或纸制样子容颜尽管也可熄灭失,但终究不象蜡模那样容易顺应熔模铸造的要求,需要不绝革新,以趋利避害。

  从总体看,SLA 法尽管与熔模铸造工艺也另有某些不顺应之处,但由于制成的样子容颜尺寸精度和外貌质量好而倍受喜好,在外洋,格外是航空航天和军工局部的熔模铸造企业运用相称普及。SLS 法样子容颜质量虽较 SLA 略逊一筹,但容易顺应熔模铸造的工艺要求,以是,外洋熔模铸造中运用越来越多。FDM 法尽管最容易顺应熔模铸造的工艺要求,但制成蜡模的尺寸精度和外貌质量尚不风雅绝伦;而 LOM法虽样子容颜质量尚可,但难以顺应熔模铸造,因此,如以后二种要领在熔模铸造中推行运用均遭到一定限定。

  三.熔模铸造中运用 SLA 和SLS 的新盼望

  1.新型光固化树脂

  SLA法早在1987年就已贸易化了,它末了是被用来制造实体模型和具有一定结果的样件。20 世纪90年代初期,美国 3D System Inc 的QuickCast软件开拓告成,使SLA 快速成型性可以大约制造出外部呈蜂窝形布局而外表仍对峙腻滑致密的准确样子容颜,不但节流了 90%的制模质料,并且在焙烧型壳的时间,样子容颜起首向内瘫塌而不致将型壳胀裂。除此之外,人们冉冉发现,敷衍制模用光固化树脂来说,还需要餍足以下一些格外要求:

  粘度—— 要是树脂粘度太大,样子容颜制成后内腔中剩余的树脂很难排尽,渣滓树脂过多,仍有约莫在焙烧时将型壳胀裂,因此重复不得不采取离心疏散等步伐。别的,制成的样子容颜外貌也很难擦净。

  残留灰分——这约莫是最告急的要求,要是型壳焙烧后残留灰分多,将招致铸件外貌孕育发生非金属殽杂及别的缺陷。

  重金属元素含量——这敷衍铸造高温合金格外告急。比如锑在SLA 光固化树脂中便是一种较为有数的元素,要是它出如今型壳焙烧后的残灰中,就约莫污染合金,致使使铸件报废。

  尺寸坚定性——在整个应用进程中样子容颜尺寸都应对峙坚定,为此,树脂的吸湿性低也玄色常告急的。

  比年来,美国 DSM Somos 公司研制告成一种新型的光固化树脂Somos 10120,餍足了上述紧张要求,颇受精铸斲丧厂家喜好。这种新一定牛彩票网产品已在三个差异精铸厂铸造了三种合金(铝、钛和钴钼合金),取得了自得的结果。

  2.采取SLA样子容颜举行小批量斲丧

  采取 SLA 样子容颜小批量斲丧精铸件需要思量 2 个紧张标题: 一是样子容颜和铸件所能抵达的尺寸精度,二是斲丧资源和交货期可否具有下风。美国 Solidiform、Nu-Cast、PCC、Uni-Cast 等多家精铸厂,采取 SLA 样子容颜铸造了数百个铸件,实际丈量铸件尺寸后,统计阐宣布明,采取DSM Somos 公司新开拓的 11120光固化树脂和QuickCast 技术,制成的SLA样子容颜,尺寸缺陷不超越跨过铸件公差值的50%。绝大少数铸件尺寸切合公差要求,合格率达95%以上。

  尽管束作一个 SLA 样子容颜的资源要比制造类似蜡模高得多,淹灭时间也要长一些,但不消要设计制造压型,以是,在单件小批量斲丧时,在资源和交货期方面仍具有下风。铸件越庞大,这种下风越明白。以Nu-Cast公司斲丧的外形庞大的航空精铸件为例,其模具制造用度约85000美元,每天斲丧 4个蜡模,每个蜡模资源费(含质料和人工)150美元。要是采取 SLA 法,每个 SLA 样子容颜资源 2846 美元,但不消要设计制造模具。由此算出,要是产量小于32件,采取SLA 模资源低于蜡模; 超越跨过32 件,则资源高于蜡模;运用蜡模,设计制造模具需耗时 14~16周,而SLA 模不消要模具。因此,要是产量少于 87 件,采取 SLA 模,交付铸件比蜡模快。但超越跨过 87 件,则采取蜡模更快。另一个需要思量的要素是,要是采取蜡模,当一定牛彩票网产品更新换代时,模具需要重新制造,付出价钱大;而采取SLA 样子容颜,需要做的只是革新CAD多少模型,比重新制造模具简便快捷得多。

  3.SLS烧结聚苯乙烯粉末浸蜡样子容颜

  SLS 末了是用激光将特制的蜡粉烧结成蜡模,很妥当熔模铸造的工艺特点,早在 1990年底,美国已有超越跨过50家铸造厂,斲丧多达约 3000个蜡模,并告成铸出多种金属铸件。但是,蜡粉并不是最志向的制模质料,由它制成蜡模的强度不敷,气温高时易硬化变形,气温低时又容易碎断。因此,1990 年代初期,美国一些 SLA 用户就实行采取聚苯乙烯(PS)或聚碳酸酯(PC)等热塑性塑料粉末改换蜡粉。此类质料制成样子容颜疏松多孔(孔隙率达25%以上),减轻了脱模时胀裂型壳的毁伤,型壳焙烧后灰分少,但样子容颜外貌粗糙。因此,样子容颜制成后需要浸蜡和手工打磨精整,使其外貌腻滑致密。如今这种要领已在国表里普遍运用。