In diesem Artikel werden wir über traditionelle
Formtechnologien sprechen und wie sie sich mit
3D-Druckern ändern. Und vor allem: Welche auf dem Markt befindlichen 3D-Drucker eignen sich heute für die Implementierung in einer solchen Produktion?
Inhaltsverzeichnis
Über das CastingVergleich mit traditioneller TechnologieCasting-Algorithmus für additive TechnologieAnwendungsbereiche3D-Drucker und 3D-Drucktechnologie für GießereimodelleFDM (FFF): EinlagenPICASO 3D Designer X.SLS - Selektives Lasersintern - Selektives LasersinternSentrol SS600GSLA - Stereolithographie-Lasergerät - LaserstereolithographieZrapid iSLA1100DLP - Digitale LichtverarbeitungFlashForge Hunter DLPVoxeljetVoxeljet VX 10003D-Drucker zur Herstellung von FormenBinder Jet Technology - Binder-AnwendungSentrol SB1000Formdruck SLS3D-SolardruckZusammenfassungÜber das Casting
Das Endprodukt der Gießerei sind Gussteile - zukünftige Teile oder Werkstücke. Ihre Masse kann mehrere Gramm oder mehrere hundert Tonnen betragen.
So wird es im Werkzeugmaschinenwerk gemacht.
Die folgenden Merkmale der Verwendung von Guss in der Produktion können unterschieden werden:
- die Fähigkeit, Produkte mit einem Gewicht von mehreren Gramm bis Hunderten von Tonnen mit komplexer Geometrie und einer Vielzahl von mechanischen und betrieblichen Eigenschaften zu erhalten;
- die Möglichkeit, Produkte zu erhalten, deren Materialien oder Abmessungen es unmöglich oder unrentabel machen, sie auf andere Weise herzustellen;
- Gussteile sind in Größe und Form den fertigen Produkten so nahe wie möglich, im Gegensatz zu Rohlingen, die durch volumetrisches Heißprägen oder Schmieden erhalten werden.
Vergleich mit traditioneller Technologie
Im traditionellen Gießverfahren kann das Meistermodell manuell oder durch maschinelle Bearbeitung hergestellt werden. Einige Formulare können nicht manuell implementiert werden. Für die Herstellung von Meistermodellen werden fünfachsige CNC-Bearbeitungszentren verwendet, was die mögliche Formenvielfalt erheblich erhöht, die Kosten für ein solches Wachs- oder Meistermodell jedoch deutlich ansteigen. Diese Art der Herstellung von Gussteilen ist für die Massenproduktion relevant, in kleinen und mittleren Serien meist wirtschaftlich unpraktisch - hier ist der Einsatz des 3D-Drucks rationaler.
Ein Diagramm der Abhängigkeit der Kosten des Modells von der Anzahl der produzierten Kopien zeigt die Wirksamkeit des Einsatzes additiver Technologien.Casting-Algorithmus für additive Technologie
Eine der Herausforderungen für Technologen jeder Gießerei: Minimierung des zeitaufwändigen Vorgangs bei der Bearbeitung von Rohlingen. Es wird dadurch gelöst, dass Gussteile so nah wie möglich an den Parametern des erforderlichen Teils sein sollten, was auch Zeit und Geld spart. Hier helfen Innovationen durch additive Technologien, die es ermöglichen, die Prozesstechnologie zu beschleunigen und die traditionellen ersten Schritte in der Technologie der Gussherstellung zu umgehen. Der Hersteller kann das erforderliche Gießereimodell oder die Form in einem Arbeitsgang erhalten.
Im roten Bereich - dem traditionellen Gießverfahren, beim grünen und blauen Formen unter Verwendung additiver Technologien - wird die Produktionszeit um das 2- bis 6-fache reduziert.Der Direktdruck des Produkts, der bereits in vielen modernen Industrien eingeführt wurde, ist aus wirtschaftlicher Sicht teurer als traditionelles Gießen. Von besonderem Interesse ist daher der 3D-Druck von Modellen zum Schmelzen und Brennen sowie die Synthese von Formen und Kernen, die bereits zum Gießen bereit sind.
Additives Spritzgießen ist wirtschaftlicher als Direktdruck.Anwendungsbereiche
Auf einem 3D-Drucker gedruckte Meistermodelle und Spritzgussformen werden in Schmuckunternehmen, bei der Herstellung von zahnärztlichen und orthopädischen Produkten, in Designbüros, für Forschung und Entwicklung, in Schulungszentren und Prototypingzentren eingesetzt.
Geometrisch komplexe Gussteile, die durch den Einsatz additiver Technologien erhalten werden, werden in Kino und Fernsehen eingesetzt, wenn es notwendig ist, schnell ungewöhnliche Requisiten komplexer Form herzustellen.
Das Modell Aston Martin 1960 DB 5 Agent 007 für den Film „Coordinates: Skyfall“ wurde mit additiven Technologien erstellt, um das Originalauto in Stuntszenen zu erhalten.Mit Sandformen auf einem 3D-Drucker gedruckte Dekorationen.3D-Drucker und 3D-Drucktechnologie für Gießereimodelle
Um Injektionsmodelle zu erhalten, verwenden Sie die 3D-Drucktechnologie FDM (FFF), SLS, SLA, DLP. Mit diesen Technologien können Sie das erforderliche Modell für das anschließende Schmelzen oder Ausbrennen der umgebildeten Form drucken. Für Wachsausschmelzmodelle wird Wachs verwendet, für verbrannte - PMMA, CAST-Kunststoff und spezielle Photopolymere.
Der Hauptvorteil der Verwendung einer solchen Lösung besteht darin, dass keine speziellen Geräte, z. B. Formen, vorbereitet werden müssen, und der geringe Aschegehalt der Materialien während des Ausbrennens. Das vorbereitete 3D-Modell wird sofort zum Drucken gesendet und ist nach einer kleinen Nachbearbeitung einsatzbereit.
FDM (FFF): Einlagen
Fachleuten und Amateuren additiver Technologien weithin bekannt, eine 3D-Druckmethode, für die keine zusätzliche Beschreibung erforderlich ist.
Das Filamentmaterial für den FDM-Druck ausgebrannter Modelle ist ein Spezialkunststoff oder ein Verbundwerkstoff mit hohem Wachsgehalt.
Das Hauptgerät FDM (FFF) - Drucker.3D-Druckverfahren mit FDM-Technologie.PICASO 3D Designer X.
PICASO 3D Designer X - FDM-Drucker mit einer Baufläche von 200
x 200 x 210 mm, der mit Materialien wie ABS, PLA, HIPS, PVA, ULTRAN 630, ULTRAN 6130, ASA, ABS / PC, PET, PC, REIBUNG, CAST, ENTSPANNUNG drucken kann , EWIG, FLEX, GUMMI, DICHTMITTEL, PETG, AEROTEX, CERAMO, WACHS, SBS, SBS PRO, PROTOTYPERSOFT, PRO-FLEX, GESAMT PRO, NYLON und PEEK mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 cm³ / h und einer Schichtdicke von 10 Mikron.
SLS - Selektives Lasersintern - Selektives Lasersintern
Es wird zur Herstellung von Meistermodellen mit komplexen Formen, mäßiger Genauigkeit und relativ großen Abmessungen verwendet.
So funktioniert es: In einer Arbeitskammer, die mit einem Inertgas wie Stickstoff gefüllt ist, wird ein Polystyrolpulver mit einer Partikelgröße von 50 bis 150 Mikrometern auf die Plattform gerollt. Die neue Schicht wird mit einem CO2-Laser (mit einer Temperatur von 100-120 ° C) über den Querschnitt des „Körpers“ des CAD-Modells gesintert. Ferner wird die Arbeitsplattform um 0,1 bis 0,3 mm abgesenkt, wonach die nächste Schicht gedruckt wird.
Hauptgerät des SLS-Druckers.Das Druckmodell benötigt keine Unterstützung, da das Material selbst das Trägermaterial ist - das umgebende Pulver. Nicht verbrauchtes Material wird wiederverwendet.
Das auf einem solchen Drucker erhaltene Modell wird mit Formmaterial gefüllt, aus dem es dann in einem Kalzinierungsofen verbrannt wird. Beim Verbrennen entstehen brennbare Gase, die neutralisiert werden müssen. Es besteht die Gefahr, dass die Form mit der Asche eines ausgebrannten Modells verstopft wird, da die Materialien für die Herstellung mit einem geringen Aschegehalt in Hundertstel Prozent aufgenommen werden.
Links ist ein 3D-gedrucktes Modell aus Polystyrol, rechts AluminiumgussSentrol SS600G
Sentrol SS600G - SLS 3D-Drucker mit einer
Baufläche von 600 x 400 x 400 mm, Druckgeschwindigkeit von 26 cm³ / h, Genauigkeit von 300 Mikron in XY und von 250 in Z.
SLA - Stereolithographie-Lasergerät - Laserstereolithographie
Der Druckvorgang ist ähnlich wie bei SLS, jedoch anstelle von Pulvermaterial - flüssig. Ein UV-Laser wirkt auf ein Material, das selektiv und Schicht für Schicht aushärtet.
Als Material werden lichtempfindliche Harze und Photopolymere verwendet. Die Arbeitsplattform senkt sich oder steigt an (abhängig vom Standort der Lichtquelle) und die Flüssigkeit wird an bestimmten Stellen durch einen Laser polymerisiert. Nicht verbrauchtes flüssiges Material kann, wie dies bei Pulvern der Fall ist, zum Drucken nachfolgender Modelle wiederverwendet werden.
3D-Druckverfahren mit SLA-Technologie.Die resultierenden Modelle weisen eine hohe Oberflächenqualität auf, sodass keine weitere Bearbeitung erforderlich ist.
Stereolithografische Kunststoffmodelle von Laufrädern für Strahlpropeller (oben links), daraus hergestellte Wachsmodelle (unten links) und Fertigmetallguss (rechts).Links ist das SLA-Modell, rechts Silberguss.Zrapid iSLA1100
Der 3D-Laserdrucker
Zrapid iSLA1100 druckt Objekte mit einer Größe von bis zu
600 x 1000 x 1000 mm und einer Geschwindigkeit von 100 bis 230 Gramm / Stunde.
DLP - Digitale Lichtverarbeitung
Ein auf DMD-Chips basierender DLP-Projektor wird verwendet, um das Photopolymer zu härten. Dies ist der Hauptunterschied zur SLA-Technologie, bei der ein UV-Laser verwendet wird. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die gesamte Schicht projiziert wird, alle Pixel gleichzeitig und nicht von einem Laserstrahl gezeichnet werden, was den Prozess beschleunigt.
DMD-Chip mit zwei Mikrospiegeln.Modelle, die auf einem solchen Drucker gedruckt werden, müssen entfernt und UV-behandelt werden. Das heißt, die Nachbearbeitung für die mit dieser Technologie erhaltenen Modelle unterscheidet sich nicht von denen, die mit der SLA-Technologie gedruckt werden.
DLP-Druckprozess.Der Lichtpunkt des DLP-Projektors hängt vom Druck einer bestimmten Schicht ab.Mit dem DLP-Druck erhalten Sie ein Modell schneller, jedoch mit einer weniger glatten Oberfläche als auf einem SLA-Drucker.
SLA (links) und DLP (rechts).Der Unterschied im Detail beim Drucken auf SLA-Technologie und DLP-Technologie.FlashForge Hunter DLP
FlashForge Hunter DLP ist ein DLP-Drucker mit einer Schichtdicke von 25 bis 50 Mikrometern und einer Druckfläche von 120 x 67,5 x 150 mm.
Gedrucktes Modell und fertiges Produkt mit FlashForge Hunter DLP-Drucker.Voxeljet
Voxeljet ist eine Schicht-für-Schicht-Verbindung von Kunststoffpulver oder Sand, die von der gleichnamigen deutschen Firma entwickelt wurde. Sein Gegenstück, Binder Jet, arbeitet nur mit Sand.
Ähnliche 3D-Drucker entstanden durch eine Kombination von MJ- und SLS-Technologien. Mit PMMA als Material kann man brennbare Modelle erhalten. PMMA - Polymethylmethacrylat, wenn einfacher - zerkleinertes Plexiglas mit einem Anteil von 85 μm. Der Druckkopf legt auf einer Arbeitsplattform eine Pulverschicht mit einer Dicke von 100 bis 150 Mikrometern auf. Als nächstes wird ein Bindemittel aufgetragen, über das erneut eine Pulverschicht gelegt wird. Der Vorgang wird also wiederholt, bis das erforderliche Modell vollständig hergestellt ist. Bei Sand bekommen wir eine Spritzgussform.
Wie bei der SLA-Technologie eignet sich das Voxeljet-Modell für das Präzisionsgießen.Gussteile nach PMMA-Modellen ohne Nachbearbeitung.Voxeljet VX 1000
Voxeljet VX 1000 bietet eine Druckfläche von 1060 x 600 x 500 mm, eine Schichtdicke von 100 Mikrometern, eine Genauigkeit von 0,3% und eine vertikale Geschwindigkeit von bis zu 36 mm / h.
3D-Drucker zur Herstellung von Formen
Mit Binder Jet- und SLS-Technologien können Sie schnell eine hochwertige Form erhalten. 3D-Drucker, die diese Technologien verwenden, drucken Formen aus speziellem Gießereisand.
Binder Jet Technology - Binder-Anwendung
Mit dieser Technologie können Sie eine komplexe Sandgeometrie in Geometrie ohne zusätzliche Verarbeitung drucken. Nach dem Drucken können Sie sofort mit dem Gießen beginnen. Der Hauptvorteil der Binder Jet-Technologie besteht darin, dass für den Betrieb eines solchen Druckers keine besonderen Bedingungen erforderlich sind: Das Drucken ist bei Raumtemperatur möglich.
Der Druckprozess mit Binder Jet Technologie.Das Material, in diesem Fall Sand, wird mit einer Walze auf der Arbeitsplattform verteilt. Ferner trägt der Druckkopf einen Klebstoff auf das Pulver auf. Die Plattform senkt sich entlang der Dicke der Modellschicht ab und das Objekt wird dort gebildet, wo der Sand mit der Flüssigkeit verbunden ist (d. H. Mit Klebstoff). Nicht verwendetes Material unterstützt in Analogie zur SLS-Technologie das zukünftige Modell.
Das Hauptdruckergerät mit Binder Jet-Technologie.Binder Jet Casting Formen.Sentrol SB1000
Der 3D-Drucker
Sentrol SB1000 druckt mit der Binder Jet-Technologie mit einer Schichtdicke von 100 Mikrometern, einer XY-Genauigkeit von 0,0625 mm und einer Modellgröße von bis zu 120 x 67,5 x 150 mm.
Formdruck SLS
Der Hauptunterschied zur zuvor erwähnten SLS-Technologie besteht in der Verwendung von Gießereisand, der mit Polymer als Druckmaterial vorbeschichtet ist. Das Material wird mit einem Laser gesintert und anschließend gereinigt. Die resultierende Form wird zum Aushärten in einen Kalzinierofen gegeben, der bei einer Temperatur von 300 bis 350 ° C auftritt. Der Hauptunterschied zu Binder Jet besteht in höheren Details der fertigen Form. Das Erhalten des fertigen Formulars erfordert zwar mehr Zeit, da zusätzliche Verarbeitung erforderlich ist.
3D-Solardruck
Übrigens gibt es eine weitere interessante Sanddrucktechnologie - Solar Sinter. Es wurde von einem deutschen Ingenieur, Designer und Künstler
Marcus Kaiser entwickelt . Der solare 3D-Druck eignet sich perfekt zum Erstellen von Sandformen, wenn auch mit sehr geringer Genauigkeit.
Wenn Sie in der Wüste drucken möchten, müssen Sie ein Büro mitnehmen. Marcus Kaiser bietet ein Pyramidenzelt mit reflektierender Beschichtung an - ein ausgezeichneter Schutz vor der heißen Sonne.Wenn sich Ihr Unternehmen in der Wüste befindet, ist dies die beste Option - rund um Sand und Sonnenlicht, die in einer Standardschicht von neun Stunden verfügbar sind. Sie müssen den Drucker nur mitbringen. Der Drucker ist mit einer Fresnellinse ausgestattet, die das Sonnenlicht in einem Strahl konzentriert, wodurch Sand mit einer Temperatur von 1400 bis 1600 ° C geschmolzen werden kann. ein Solartracker, der den Sonnenstand verfolgt und die Linse darauf dreht; und Fotozellen zur Stromversorgung der elektrischen Antriebe der Anlage. Das Hauptplus sind Einsparungen bei Strom, Material und Mietfläche. Aber noch wichtiger ist vielleicht der Konzeptualismus.
Der Druckvorgang auf einem Solar-3D-Drucker.Ein solcher Drucker kann aufgrund der Besonderheiten der Anwendung und aufgrund der geringen Genauigkeit der resultierenden Modelle kaum für industrielle Anforderungen verwendet werden. Aber für Künstler und Handwerker wird es ein echter Fund. Das Drucken von Formen ist vielleicht eine zweifelhafte Beschäftigung, aber Kunstobjekte sind genau das Richtige.
Das Entfernen des Modells aus dem Arbeitsbereich des Solar-3D-Druckers erfolgt mit einem Esslöffel. Sie können einen Stecker verwenden, aber die Geschwindigkeit wird niedriger sein.Aber im Ernst - wer weiß, wohin die Technologie als nächstes gehen wird? Manchmal eröffnen verrückte Projekte neue Möglichkeiten.
Zusammenfassung
Die Einführung des
3D-Drucks macht den
Gießprozess billiger und schneller und ermöglicht es Ihnen, Modelle und Formen mit komplexer Geometrie und verschiedenen Abmessungen herzustellen, ohne die Genauigkeit des resultierenden Gusses zu verlieren.
Es wird empfohlen, Drucker mit FDM- (FFF), SLS-, SLA / DLP- und Voxeljet-Technologien zu verwenden, um verlorene und verbrannte Modelle zu erhalten. Die verwendeten Materialien haben einen geringen Ascheanteil, und das Drucken von Modellen ist schneller als die manuelle Herstellung oder Verwendung einer
CNC-Maschine .
Ein Beispiel für eine Prozesskette zur Herstellung eines Gussstücks unter Verwendung eines Wachsausschmelzmodells.Für Formen eignen sich Binder Jet- und SLS-Drucktechnologien mit geeignetem Material.
Additive Technologien beim Gießen sind in den Fällen anwendbar, in denen es erforderlich ist, ein Meistermodell oder eine Form für das zukünftige Gießen so billig und schnell wie möglich zu erhalten, beispielsweise in Konstruktionsbüros und Pilotanlagen. Sie sind auch in der Massenproduktion anwendbar - wenn keine Mikrometergenauigkeit erforderlich ist, sind sie aufgrund des Unterschieds in Geschwindigkeit und Arbeitskosten viel attraktiver als die Bearbeitung auf einer CNC-Fräsmaschine.
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Metall oder
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Sie können einen 3D-Drucker für die Integration in die Gießerei oder Gießereiausrüstung im
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