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基于酚醛樹脂的3D打印在鑄造技術(shù)方面 -環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)

特別是對(duì)鑄造業(yè)來說，這項(xiàng)技術(shù)意味著快速和經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)復(fù)雜鑄件的新可能性。有了3D打印技術(shù)，看似不可能的幾何形狀都可以快速、精確和低成本地生產(chǎn)出來–無論涉及的是原型、單個(gè)零件還是小批量。速度和自由設(shè)計(jì)選項(xiàng)是該技術(shù)的核心特征。

此外，使用大尺寸工業(yè)3D打印機(jī)進(jìn)行批量生產(chǎn)，正在為許多行業(yè)開辟越來越多的新應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)，該技術(shù)正被用于汽車工業(yè)、機(jī)械工程、泵業(yè)和航空?；诜尤渲澈蟿┑男虏牧舷到y(tǒng)顯示出優(yōu)勢，特別是在強(qiáng)度、可回收性、減少氣體排放和環(huán)境友好性方面。

經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)原型到小批量產(chǎn)品

由于三維砂模和砂芯的免工具生產(chǎn)，現(xiàn)在可以經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)單件或小批量的幾千個(gè)零件。與傳統(tǒng)生產(chǎn)相比，3D打印對(duì)模具和型芯的復(fù)雜性幾乎沒有限制。這是因?yàn)?D打印所涉及的努力與部件的復(fù)雜性無關(guān)。一方面，不需要注意底槽或拔模角度。另一方面，必要的鑄造技術(shù)，如澆口系統(tǒng)，可以直接設(shè)計(jì)到模具組中，并與之一起打印。此外，組件的變化可以靈活、快速和容易地實(shí)施。

其目的是顯著減少模具和型芯生產(chǎn)的時(shí)間和成本，并經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的幾何形狀?？梢噪S意使用增材制造和傳統(tǒng)制造相結(jié)合的混合施工方法。在制造渦輪機(jī)輪的砂芯的具體案例中，這些因素的作用尤其明顯。在傳統(tǒng)的制造中，葉片輪芯的各個(gè)部分必須在一個(gè)復(fù)雜的過程中進(jìn)行組裝。另一方面，在Binder Jetting 3D打印工藝中，整個(gè)渦輪機(jī)芯是一體生產(chǎn)的。這意味著模塑件可以更容易、更準(zhǔn)確、更有再現(xiàn)性地組裝和鑄造。

砂印中對(duì)新材料工藝的要求

使用冷固化呋喃樹脂作為粘合劑的印刷工藝（有機(jī)直接粘合–簡稱ODB）將石英砂層粘合在一起，提供了一個(gè)經(jīng)過多年嘗試和測試的材料體系，適用于各種合金。然而，這個(gè)過程達(dá)到了它的極限，特別是對(duì)于那些只能通過芯子標(biāo)記來固定的絲狀芯子，因此容易漂浮。鑄造表面不佳，例如由于礦化，總是有理由改用其他特殊砂。例如，Kerphalite和Cerabeads砂，可以進(jìn)一步與添加劑混合，在這里提供了一個(gè)補(bǔ)救措施，但比石英砂貴得多。

一種新開發(fā)的3D沙子打印工藝，代表了ODB工藝的第一個(gè)替代方案，即所謂的苯酚直接結(jié)合，或簡稱PDB工藝。與ODB工藝一樣，最初使用的是一層薄薄的沙子。在砂層被逐層涂抹后，苯酚基裝訂材料通過打印頭選擇性地涂抹在砂上。作為工藝鏈的最后一步，一個(gè)紅外線燈在施工區(qū)域上空移動(dòng)，以加熱沙子，從而使粘合材料硬化。然后，建筑平臺(tái)被降低了一層厚度。隨后，在同時(shí)加熱的情況下，再涂上一層新的顆粒材料，見上文。這個(gè)過程一直持續(xù)到成型的部件完全打印出來。

3D打印過程中的優(yōu)勢酚醛直接裝訂

在直接的比較中，新的PDB工藝顯示出比以前被證實(shí)的ODB工藝有許多優(yōu)勢。

薄而長的磁芯的要求越來越高，這就是為什么我們的代工客戶盡管在呋喃樹脂基3D打印中設(shè)計(jì)自由，但卻越來越多地遇到了他們的極限。在一個(gè)具體案例中，一個(gè)汽缸蓋鑄件的水套芯反復(fù)破裂，因?yàn)槠鋸?qiáng)度無法承受熔融金屬的壓力。即使是 "站立式 "鑄造，以便對(duì)核心施加較低的彎矩，也沒有帶來任何改善。根據(jù)客戶的要求，可以靈活地調(diào)整粘結(jié)劑的含量和點(diǎn)火時(shí)的損耗，最終在提到的芯材的情況下達(dá)到了預(yù)期的效果，用PDB印刷，彎曲強(qiáng)度為390N/cm2。

Alexander Kudernatsch，服務(wù)部副總裁voxeljet AG

特別是在汽車行業(yè)，砂芯的成分越來越復(fù)雜。這方面的例子有水套芯子、液壓部件或復(fù)雜的排氣歧管芯子。正是在這里，與ODB部件（230-330 N/cm2 – 強(qiáng)度取決于安裝空間的方向）相比，印刷的PDB部件（250-500 N/cm2 – 強(qiáng)度取決于安裝空間的方向）的抗彎強(qiáng)度提高了。

此外，新的PDB工藝更加環(huán)保，因?yàn)槎嘤嗟纳匙訋缀蹩梢?00%回收和再利用，而且粘合劑材料的污染物碼含量也有所降低。

Kudernatsch：”在未來，除了以前使用的石英砂之外，我們看到了使用特殊砂的進(jìn)一步潛力。由于我們使用的是熱固性樹脂，我們可以在PDB過程中打印各種顆粒材料。此外，我們?cè)谠紶顟B(tài)下加工合格的鑄造砂，這樣可以節(jié)省額外的加工材料和硬件，如活化劑和混合設(shè)備。機(jī)器客戶也可以在沙子合格后直接在現(xiàn)場購買，這大大減少了物流工作和成本。

由于強(qiáng)勁的需求和最近的機(jī)器交付，目前只有有限的內(nèi)部能力來滿足客戶的PDB訂單（可用尺寸1,000 x 600 x 500毫米）。Kudernatsch說：”盡管如此，我們很樂意為我們的客戶打印測試部件，以了解酚醛部件的鑄造行為，”。2017年的計(jì)劃是進(jìn)一步提高PDB機(jī)器的產(chǎn)能，以滿足不斷增長的需求。