論文：通過3D打印改變金屬砂模的鑄造生產(chǎn)

2020年4月20日，南極熊注意到，最近發(fā)表了一篇博士論文，論文研究了在快速鑄造廠中通過增材制造（噴射粘合3D打�。┥�產(chǎn)砂模的功能特性實(shí)驗(yàn)和數(shù)值表征。

該論文的作者是Saptarshee Mitra ，題目為：“Experimental and numerical characterization of functional properties of sand molds produced by additive manufacturing (3D printing by jet binding) in a fast foundry” ，Mitra致力于混合鑄造和改進(jìn)的制造金屬模具的方法分析，以及各打印參數(shù)對(duì)機(jī)械性能的影響。

作者以提高鑄造廠的生產(chǎn)為中心，研究了利用3D打印的一些最經(jīng)典的好處，以完全自動(dòng)化的方式制造模具，這些好處包括：成本更低，生產(chǎn)時(shí)間更快，原型和零件的質(zhì)量更高。

Mitra說：“由于沒有模具成本，因此該工藝特別經(jīng)濟(jì)，并且可以考慮使用傳統(tǒng)砂型鑄造無法制造的復(fù)雜幾何形狀，3D打印機(jī)通常比其他附加技術(shù)更快，更易于使用且更便宜。也可以制造尺寸非常小的零件非常薄的鑄造砂模�，F(xiàn)代鑄造行業(yè)逐漸使用這種混合鑄造技術(shù)，因?yàn)樗鼈兪股澳３尚妥兊萌菀祝�并且表面光潔度高�！?br />
Mitra論文的目標(biāo)是制造具有更高剛度和滲透性的金屬鑄模，最終用于航空航天和汽車行業(yè)，從汽車零件到火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，增材制造工藝都有著顯著影響，實(shí)現(xiàn)了重要的最終用途零件。

（a）古希臘；青銅雕像鑄造，約公元前450年，（b）歐洲早期的鐵工廠：約1543年，來自英國的鑄鐵大炮[4]

Mitra解釋說：“砂型鑄造是制造業(yè)中使用最廣泛的金屬鑄造工藝，幾乎所有鑄造金屬都可以用砂型鑄造。砂鑄件的尺寸范圍從很小到很大。在現(xiàn)代工業(yè)中，通過砂型鑄造工藝制造的產(chǎn)品中，一些著名的例子是發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，機(jī)床底座，氣缸蓋，泵殼和閥門�！�

金屬鑄造要求：

●適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)
●材料的合適選擇
●生產(chǎn)模具和型芯的圖案
●鑄造工藝的選擇
●后處理
●質(zhì)量控制

Mitra說：“采用粘結(jié)劑噴射技術(shù)的砂模三維打�。�3DP）克服了傳統(tǒng)生產(chǎn)方法面臨的挑戰(zhàn)，例如零件復(fù)雜度和尺寸，生產(chǎn)時(shí)間和成本（取決于數(shù)量和零件復(fù)雜度）方面的限制， 對(duì)任何可鑄造合金的零件設(shè)計(jì)/設(shè)計(jì)自由度進(jìn)行了優(yōu)化。”

顆粒粘合劑粘結(jié)和樹脂的示意圖

粉末粘結(jié)劑噴射工藝

通過燃燒失重（LOI）實(shí)驗(yàn)評(píng)估粘合劑含量，同時(shí)通過標(biāo)準(zhǔn)的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)測(cè)量機(jī)械強(qiáng)度。 滲透率是通過“給定壓力下的樣品”中的空氣流速來衡量的。

Mitra了解到，模具可以在室溫下大量保存，但是樣品的滲透性確實(shí)會(huì)隨著溫度的升高而降低。

在ExOne 3D打印機(jī)上打印配方

3D打印的3PB測(cè)試條和磁導(dǎo)率樣品

作者還指出，粘合劑的含量會(huì)影響模具的強(qiáng)度。

Mitra總結(jié)道：“使用X射線μ-CT圖像來計(jì)算不同粘合劑含量和粒度的3D打印樣品的孔隙率，孔徑，喉道尺寸和滲透率。 將穩(wěn)態(tài)下預(yù)測(cè)的磁導(dǎo)率與層狀二氧化硅晶粒排列的實(shí)驗(yàn)和分析測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了比較。使用X射線CT表征的主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試的無損性質(zhì)。計(jì)算出的磁導(dǎo)率可以用作金屬鑄造數(shù)值模擬的輸入，從而可以預(yù)測(cè)宏觀缺陷。

涉及的步驟：（a）砂模的3D打印，（b）鐵水，（c）鑄造過程

（d）與熱電偶的相應(yīng)位置一起腐蝕成型。

編譯自：3dprint