砂型3D打印技術與傳統砂型鑄造對比，維捷Voxeljet助力生產優(yōu)化

砂型鑄造是眾多金屬鑄造方法中最傳統的一種，現在不可避免地迎來了高度工業(yè)化和全球化需求的挑戰(zhàn)。在縮短交貨時間和減少材料消耗的同時，如何生產出形狀更加復雜，數量更龐大的產品將成為競爭勝出的關鍵因素。

砂型鑄造也是大型鑄件批量生產的首選解決方案之一，例如風力渦輪機和現代基礎設施所需的鑄件。同時也適用于汽車、航空航天甚至藝術等相關領域。在數字化時代，世界不是二元的，總有反思和創(chuàng)新的機會，這正是砂型鑄造存在的價值。維捷voxeljet專注于將傳統鑄造工藝與靈活高效的3D砂型打印技術相融合，持續(xù)優(yōu)化和提高生產供應環(huán)節(jié)。

該技術最初是為原型設計和小批量生產而開發(fā)的，如今已經成熟，能為大批量生產提供經濟的解決方案。本期內容，我們帶您深入了解3D打印砂型鑄造。通過這些內容，您可以了解有關維捷voxeljet粘結劑噴射技術的全面概述，各種可用材料，以及和直接金屬激光燒結等其他增材制造技術的差異，探索鑄造廠如何通過采用粘結劑噴射技術來簡化工作流程，節(jié)省高達75％的成本和交貨時間，還有砂型鑄造技術和粘結劑噴射技術的未來發(fā)展趨勢。

傳統砂型鑄造

砂型鑄造是一種金屬成型工藝，先要從木材、塑料、金屬磨銑或雕刻的三維圖案中形成一個模具。

典型的模型套件由三部分組成:

●模型的下半部分(也稱為底板)。

●模型的頂部部分(頂模)。

●砂芯（放在底板和頂模之間，以在所需的金屬零件內形成空腔。例如，用于冷卻發(fā)動機缸蓋的水套芯）。

在鑄造前，在澆注金屬的模具中設計了一個澆口系統，引導金屬液進入模具內的空腔。金屬液凝固后，破殼清砂，取出冷卻后的鑄件。如果有必要的話，可以對其進行再加工，以適應最終的應用。

模具制造的挑戰(zhàn)

在上述所有工藝步驟中，模具制造和澆注系統的設計是成本最高、耗時最長的階段，特別是對于幾何形狀復雜的零件。此外，這些模具還需要在特殊環(huán)境中小心存儲，以便將來使用，這也增加了鑄造廠的整體存儲和運營成本。

隨著復雜的零件需求的日益增加，設計建模過程的成本愈發(fā)高昂。因此，模具生產成為鑄造項目中的一個主要成本因素，使得備件和樣品生產很難控制成本。

除了高昂的成本外，時間因素也起著關鍵作用。根據其幾何形狀的不同，傳統模具制造周期通常至少需要6-8周，而到成品鑄件完成并交付給客戶可能需要10-12周。

鑒于這些事實，現在是引入3D打印砂型鑄造技術的時候了。這項技術可以很好地解決這些挑戰(zhàn)，并為快速且經濟高效地生產復雜鑄件鋪平道路。

3D打印砂型模具和砂芯

維捷Voxeljet 3D砂型打印技術無論是用于原型、備件還是中小批量生產，都可以快速、精確且經濟地制造出模具。設計的速度和自由度是增材制造技術的核心。許多設備制造商很快意識到了3D打印的時間和成本優(yōu)勢，其中就包括寶馬(BMW)和戴姆勒(Daimler)。早在2002年，這兩家公司就投資了名為粘結劑噴射技術的新型3D打印技術，當時該技術的商業(yè)化時間只有三年。

3D砂型打印無需傳統砂型制造所需的硬模型，從而實現了復雜鑄件的快速生產。它還允許實現以前難以想象的設計，包括非均勻的分模線、優(yōu)化澆口和澆注系統設計、集成砂型、隨形排氣口以及局部減重，通常這些是傳統模具制造工藝無法實現的。

△VX4000建構體積

CAD數據是3D打印的基礎，這個模型CAD數據被上傳到3D打印設備，一個軟件將模型切成薄層，每層代表模型的一個橫截面。然后，打印程序開始。成型箱的底板可升降，一開始成型箱底板被完全抬高，鋪砂器開始將適當的顆粒材料（砂子）薄薄地涂在成型箱底板上。砂子打印的標準層厚度為300微米。接下來，一個高清打印頭（200dpi）按照設計要求，在成型箱底板的砂子上打出上傳模型的橫截面的區(qū)域。同時，未被打印的材料保持松散。在每一層之后，成型箱底板按設定的層厚下降。鋪砂器再鋪上一層顆粒材料，而這層材料又有選擇地與前一層粘合在一起。這個過程一直持續(xù)到物體達到所需高度或成型箱被填滿。打印結束后，未被打印的材料被吸走，打印件被取出。最后，還可以根據要求對打印的部件進行精加工。

所有使用的材料都是常見的鑄造材料，傳統砂型鑄造中也會用到這些材料。這些材料包括顆粒大小為140-250微米的各種硅砂，如用于制芯的特殊砂以及各種粘合劑，包括呋喃和苯酚樹脂以及無機粘合劑。

△呋喃直接粘結(FDB)材料規(guī)格

△酚醛-直接粘結(PDB)材料規(guī)格

對于砂型打印，維捷voxeljet提供了三個具有不同構建體積的3D打印機:

●VX1000 (1000x600x500mm)

●VX2000 (2000x1000x1000mm)

●VX4000 (4000x2000x1000mm)

這些系統適用于需要打印大型砂�；蚺�量砂模和型芯的客戶。