砂型3D打印改革鑄造：快速交付&降低供應(yīng)鏈風險

導讀：更換關(guān)鍵零件和采購鑄件通常會耗費大量的人力物力，這主要是由于需要等待傳統(tǒng)模型或芯盒造成的。購買由木材或金屬加工而成的用于小批量或一次性澆注的昂貴工具，通常不具有成本效益。然而，最關(guān)鍵的鑄件，通常用于基礎(chǔ)設(shè)施或運輸應(yīng)用，需求量很大，供應(yīng)鏈延遲越來越普遍。顛覆性技術(shù)正在推動下一代金屬鑄件的增長。


△使用砂粘合劑噴射直接從數(shù)字模型生產(chǎn)鑄造模具和型芯來降低供應(yīng)鏈風險，從而大大減少交貨時間、工具投資和鑄造缺陷。

使用粘合劑噴射 3D 打印的數(shù)字砂鑄消除了傳統(tǒng)鑄造工具的高成本和長達數(shù)月的交貨時間。沙子3D打印過程使用數(shù)字數(shù)據(jù)直接從 CAD 文件中打印沙子中的模具和型芯來代替工具。無需等待創(chuàng)建新模式或修復芯盒，無需創(chuàng)建新工具和大量的前期成本。

與其他工業(yè)部門的生產(chǎn)商一樣，鑄造廠從整合3D 打印以解決供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)中受益，并且通過提供替換零件的快速鑄件來提高運營效率，同時超出客戶的期望。

按需工具支持分散生產(chǎn)，這是一種幫助降低供應(yīng)鏈風險的解決方案。

二十多年來，砂型 3D 打印已在鑄造廠中用于制造金屬鑄造工具，如今的粘合劑噴射系統(tǒng)可生產(chǎn)具有批量輸出的精密模具和型芯。工業(yè)打印頭選擇性地將粘合劑沉積到沙粒床中，一次形成一層薄薄的固體部分，類似于在紙上打印。

●ExOne 致力于幫助量化對砂型 3D 打印技術(shù)的需求，以構(gòu)建用于快速更換金屬鑄件的采購方式。與各種合作伙伴一起，致力于開發(fā)相關(guān)閾值，以建立一種方法，確定何時采購由數(shù)字模具和型芯制成的鑄件是有效和經(jīng)濟的。

●還可以利用 3D 打印的優(yōu)勢來提高難以采購的組件的質(zhì)量，這些組件在鑄造過程中經(jīng)常遇到質(zhì)量和一致性問題。使用粘合劑噴射構(gòu)建模板提供了一種設(shè)計自由度，可以實現(xiàn)鑄造工具的創(chuàng)新——創(chuàng)建復雜、鞏固的幾何形狀，從而實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝無法實現(xiàn)的輕量化和優(yōu)化零件性能。

●增材制造的設(shè)計自由釋放了諸如減少廢料的核心整合或有機索具功能等好處，這些功能有助于首次澆注的順利進行，以使精密關(guān)鍵鑄件快速投入使用。

兩周內(nèi)更換過時的零件 - 3D打印來“救援”

船用發(fā)動機在惡劣的環(huán)境中運行，經(jīng)常暴露在潮濕和水（通常是鹽水）中，這會使發(fā)動機部件劣化。由于柴油發(fā)動機通過高氣缸壓力和熱量產(chǎn)生燃燒，它們必須以高壓縮比運行，以產(chǎn)生足夠的熱量來自動點燃柴油燃料。氣缸蓋是發(fā)動機中的關(guān)鍵部件，它支持其他重要部件，例如燃油噴射器和進氣門和排氣門。它們位于缸套法蘭頂部并用螺母和螺栓固定在氣缸體上，它們暴露在極高的溫度和壓力下，隨著發(fā)動機的快速加熱和冷卻而膨脹和收縮。由于這些環(huán)境條件，船用柴油發(fā)動機必須能夠承受與高冷卻要求有關(guān)的極端壓力。

泰國造船廠 Hi-Tech Marine Engineering 面臨氣缸蓋因過熱產(chǎn)生的大量應(yīng)力而出現(xiàn)裂紋的問題。由于一周中的每一天都在運營，貨船需要快速維修才能恢復使用，但損壞的部件已有近十年的歷史，并且不再由 OEM 供應(yīng)商生產(chǎn)�！敖回洉r間對我們的業(yè)務(wù)至關(guān)重要——我們不能等待零件，因為我們一直在運營，所以我們需要在預算內(nèi)快速周轉(zhuǎn)，”HiTech Marine 的所有者 Aomthep CheinSuwan 說。

傳統(tǒng)更換零件的交貨時間超過 10 個月，而且投資成本非常高。由于氣缸蓋是沒有工具的傳統(tǒng)零件，因此必須首先制造全新的模型和芯盒組才能生產(chǎn)替換鑄件。然而，Hi-Tec Marine 需要在 4 周內(nèi)更換零件，任何海外訂單至少需要 8 周，而且運輸成本增加。

Speed 3D Mold 是一家位于泰國的鑄造和原型開發(fā)車間，其解決方案是提供高質(zhì)量的替換零件，并能快速周轉(zhuǎn)。Speed 3D Mold 工程部主管 Nattinee Valun-araya 說：“對于我們的海事行業(yè)客戶來說，有許多舊零件需要更換，速度是及時維護以保持系統(tǒng)正常運行的最重要因素�！�


△傳統(tǒng)的替換鑄件需要 10 個月的模具交貨時間，使用砂型3D打印生產(chǎn)的，在幾周內(nèi)即可交付。

Speed 3D Mold 的工程部門在提供鑄件模擬支持、砂型 3D 打印以及原型和替換鑄件方面擁有十多年的經(jīng)驗，為 Hi-Tech Marine 提供逆向工程服務(wù)。團隊 3D 掃描原始零件以創(chuàng)建數(shù)字 CAD 文件，該文件可用于開發(fā) 3D 打印模具和核心包以鑄造新組件。使用粘結(jié)劑噴射 3D 打印，不需要硬工具來創(chuàng)建替代鑄件，而是直接從 CAD 文件中在沙子中逐層構(gòu)建模具和型芯。

通過數(shù)字鑄造，Speed 3D Mold 還能夠?qū)α慵�進行快速迭代，以確保 Hi-Tech Marine 的替換氣缸蓋的最佳質(zhì)量。該零件包含許多復雜的特征，包括大的厚度差異和小的冷卻通道，但可以通過數(shù)字鑄造工藝輕松修改。增材制造的設(shè)計自由度還允許 Speed 3D Mold 更新冷卻通道的設(shè)計，并在模具內(nèi)自由放置索具系統(tǒng)，而不受傳統(tǒng)鑄件設(shè)計的限制。

復雜的 725 x 630 x 572 毫米模具包包含 19 件在 S-Max 粘合劑噴射系統(tǒng)上在短短 10 小時內(nèi)打印出來的 3D 部件，尺寸或形狀都可以保證。近 100 公斤的替換氣缸蓋采用灰口鑄鐵鑄造，最終部件在短短兩周內(nèi)交付給 Hi-Tech Marine。只為一個替換零件制造模具的巨額資本投資并不經(jīng)濟，但 Speed 3D Mold 使用 ExOne 砂粘合劑噴射直接打印模具包的解決方案與傳統(tǒng)生產(chǎn)相比可節(jié)省 40%。