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?。┥a(chǎn)砂模的功能特性實驗和數(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的制造金屬模具的方法分析，以及各打印參數(shù)對機械性能的影響。

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，以完全自動化的方式制造模具，這些好處包括：成本更低，生產(chǎn)時間更快，原型和零件的質量更高。

Mitra說：“由于沒有模具成本，因此該工藝特別經(jīng)濟，并且可以考慮使用傳統(tǒng)砂型鑄造無法制造的復雜幾何形狀，3D打印機通常比其他附加技術更快，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?！，F(xiàn)代鑄造行業(yè)逐漸使用這種混合鑄造技術，因為它們使砂模成型變得容易，并且表面光潔度高?！?br />
Mitra論文的目標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)動機，增材制造工藝都有著顯著影響，實現(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)動機缸體，機床底座，氣缸蓋，泵殼和閥門。”

金屬鑄造要求：

●適當?shù)脑O計
●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
●質量控制

Mitra說：“采用粘結劑噴射技術的砂模三維打?。?DP）克服了傳統(tǒng)生產(chǎn)方法面臨的挑戰(zhàn)，例如零件復雜度和尺寸，生產(chǎn)時間和成本（取決于數(shù)量和零件復雜度）方面的限制， 對任何可鑄造合金的零件設計/設計自由度進行了優(yōu)化?！?br />

顆粒粘合劑粘結和樹脂的示意圖

粉末粘結劑噴射工藝

通過燃燒失重（LOI）實驗評估粘合劑含量，同時通過標準的三點彎曲試驗測量機械強度。 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會隨著溫度的升高而降低。

在ExOne 3D打印機上打印配方

3D打印的3PB測試條和磁導率樣品

作者還指出，粘合劑的含量會影響模具的強度。

Mitra總結道：“使用X射線μ-CT圖像來計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)下預測的磁導率與層狀二氧化硅晶粒排列的實驗和分析測量結果進行了比較。使用X射線CT表征的主要優(yōu)點是測試的無損性質。計算出的磁導率可以用作金屬鑄造數(shù)值模擬的輸入，從而可以預測宏觀缺陷。

涉及的步驟：（a）砂模的3D打印，（b）鐵水，（c）鑄造過程

（d）與熱電偶的相應位置一起腐蝕成型。

編譯自：3dprint