En este artículo, hablaremos sobre las tecnologías de
moldeo tradicionales y cómo cambian usando
impresoras 3D . Y lo más importante: qué impresoras 3D existentes en el mercado son adecuadas para su implementación en la producción actual.
Tabla de contenidos
Sobre el castingComparación con la tecnología tradicional.Algoritmo de fundición de tecnología aditivaÁreas de aplicaciónImpresoras 3D y tecnología de impresión 3D para modelos de fundición.FDM (FFF): depósitosPICASO 3D Designer XSLS - Sinterización selectiva por láser - Sinterización selectiva por láserSentrol SS600GSLA - Aparato láser de estereolitografía - estereolitografía láserZrapid iSLA1100DLP - Procesamiento digital de luzFlashForge Hunter DLPVoxeljetVoxeljet VX 1000Impresoras 3D para hacer moldesBinder Jet Technology - Aplicación de BinderSentrol SB1000Impresión de moldes SLSImpresión solar 3DResumenSobre el casting
El producto final de la fundición son las piezas fundidas: piezas o piezas de trabajo futuras. Su masa puede ser de varios gramos o varios cientos de toneladas.
Así es como se hace en la planta de máquinas herramienta.
Se pueden distinguir las siguientes características del uso de fundición en la producción:
- la capacidad de obtener productos con un peso de varios gramos a cientos de toneladas, con geometría compleja y una variedad de propiedades mecánicas y operativas;
- la posibilidad de obtener productos cuyos materiales o dimensiones hacen imposible o no rentable crearlos por otros métodos;
- Las piezas fundidas están lo más cerca posible, en tamaño y forma, de los productos terminados, en contraste con los espacios en blanco obtenidos por estampación volumétrica en caliente o forja.
Comparación con la tecnología tradicional.
En el proceso de fundición tradicional, el modelo maestro se puede hacer manualmente o por mecanizado. Es imposible implementar algunos formularios manualmente. Para la fabricación de modelos maestros, se utilizan centros de mecanizado CNC de cinco ejes, lo que aumenta significativamente la posible variedad de formas, pero el costo de tal cera o modelo maestro aumenta notablemente. Esta forma de obtener piezas fundidas es relevante para la producción en masa, en las series pequeñas y medianas a menudo es poco práctica desde el punto de vista económico: aquí el uso de la impresión 3D es más racional.
Un gráfico de la dependencia del costo del modelo con respecto al número de copias producidas muestra la efectividad del uso de tecnologías aditivas.Algoritmo de fundición de tecnología aditiva
Uno de los desafíos que enfrentan los tecnólogos de cualquier fundición: minimizar las operaciones de mecanizado de piezas en bruto que requieren mucho tiempo. Se resuelve por el hecho de que las piezas fundidas deben estar lo más cerca posible de los parámetros de la parte necesaria, lo que también ahorra tiempo y dinero. Aquí las innovaciones vienen al rescate, en la persona de las tecnologías aditivas, que permiten acelerar la tecnología del proceso, evitando los primeros pasos tradicionales en la tecnología de fabricación de fundición. El fabricante puede recibir el modelo o molde de fundición necesarios en una sola operación.
En la región roja, el proceso de fundición tradicional, en verde y azul, moldeado con tecnologías aditivas, el tiempo de producción se reduce de 2 a 6 veces.La impresión directa del producto, que ya se ha introducido en muchas industrias modernas, es más costosa desde el punto de vista económico que el moldeo tradicional. Por lo tanto, la impresión 3D de modelos para fundición y quema, así como la síntesis de moldes y núcleos ya listos para la fundición, es de particular interés.
El moldeo por inyección aditiva es más económico que la impresión directa.Áreas de aplicación
Los modelos maestros y los moldes de inyección impresos en una impresora 3D se utilizan en empresas de joyería, en la producción de productos dentales y ortopédicos, en oficinas de diseño, para investigación y desarrollo, en centros de capacitación y centros de prototipos.
Los moldes geométricamente complejos obtenidos como resultado del uso de tecnologías aditivas se usan en cine y televisión, cuando es necesario producir rápidamente accesorios inusuales de forma compleja.
El modelo Aston Martin 1960 DB 5 agent 007, para la película "Coordinates: Skyfall", fue creado utilizando tecnologías aditivas, para preservar el auto original en escenas de acrobacias.Decoraciones moldeadas con moldes de arena impresos en una impresora 3D.Impresoras 3D y tecnología de impresión 3D para modelos de fundición.
Para obtener modelos de inyección, utilice la tecnología de impresión 3D FDM (FFF), SLS, SLA, DLP. Estas tecnologías le permiten imprimir el modelo necesario para la posterior fundición o quema del molde formado a su alrededor. Para los modelos de cera perdida, se usa cera, para los quemados: PMMA, plástico CAST y fotopolímeros especiales.
La principal ventaja de usar una solución de este tipo es la ausencia de la necesidad de preparar equipos especiales, por ejemplo, moldes, y el bajo contenido de cenizas de los materiales durante el agotamiento. El modelo 3D preparado se envía inmediatamente para su impresión y, después de un pequeño procesamiento posterior, está listo para su uso.
FDM (FFF): depósitos
Ampliamente conocido por profesionales y aficionados a las tecnologías aditivas, un método de impresión 3D que no requiere una descripción adicional.
El material del filamento para la impresión FDM de modelos quemados es un plástico especial o un compuesto con un alto contenido de cera.
El dispositivo principal FDM (FFF) - impresora.Proceso de impresión 3D con tecnología FDM.PICASO 3D Designer X
PICASO 3D Designer X : impresora FDM con un área de construcción de 200x200x210 mm, que puede imprimir con materiales como ABS, PLA, HIPS, PVA, ULTRAN 630, ULTRAN 6130, ASA, ABS / PC, PET, PC, FRICTION, CAST, RELAX , ETERNAL, FLEX, GOMA, SELLADOR, PETG, AEROTEX, CERAMO, WAX, SBS, SBS PRO, PROTOTYPERSOFT, PRO-FLEX, TOTAL PRO, NYLON y PEEK con una velocidad de hasta 100 cm³ / hy un espesor de capa de 10 micras.
SLS - Sinterización selectiva por láser - Sinterización selectiva por láser
Se utiliza para la fabricación de modelos maestros de formas complejas, precisión moderada y dimensiones relativamente grandes.
Cómo funciona: en una cámara de trabajo llena de un gas inerte, como nitrógeno, un rodillo de poliestireno con un tamaño de partícula de 50-150 micras se enrolla sobre la plataforma. La nueva capa se sinteriza con un láser de CO2 (con una temperatura de 100-120 ° C) sobre la sección transversal del "cuerpo" del modelo CAD. Además, la plataforma de trabajo se baja 0.1-0.3 mm, después de lo cual se imprime la siguiente capa.
Dispositivo principal de la impresora SLS.El modelo de impresión no requiere soporte, porque el material en sí es el material de soporte, el polvo circundante. El material no utilizado se reutiliza.
El modelo obtenido en una impresora de este tipo se llena con material de molde, del cual luego se quema en un horno de calcinación. La combustión emite gases inflamables que deben neutralizarse. Existe el peligro de obstruir el molde con la ceniza de un modelo quemado, porque los materiales para su fabricación se toman con bajo contenido de cenizas, en centésimas de porcentaje.
A la izquierda hay un modelo de poliestireno impreso en 3D, a la derecha hay fundición de aluminio.Sentrol SS600G
Sentrol SS600G - Impresora 3D SLS con un área de construcción de 600x400x400 mm, impresión a una velocidad de 26 cm³ / h, precisión de 300 micras en XY y de 250 en Z.
SLA - Aparato láser de estereolitografía - estereolitografía láser
El proceso de impresión es similar al SLS, pero en lugar de material en polvo, líquido. Un láser UV actúa sobre un material que cura selectivamente y capa por capa.
Como material, se utilizan resinas fotosensibles y fotopolímeros. La plataforma de trabajo baja o sube (dependiendo de la ubicación de la fuente de luz) y el líquido es polimerizado por un láser en puntos específicos. El material líquido no utilizado, como es el caso de los polvos, se puede reutilizar para imprimir modelos posteriores.
Proceso de impresión 3D con tecnología SLA.Los modelos resultantes tienen una alta calidad de superficie, lo que elimina la necesidad de un mecanizado adicional.
Modelos de impulsores estereolitográficos de plástico para hélices de chorro (arriba a la izquierda), modelos de cera hechos a partir de ellos (abajo a la izquierda) y fundición de metal terminado (derecha).A la izquierda está el modelo SLA, a la derecha está el bastidor de plata.Zrapid iSLA1100
La impresora láser 3D
Zrapid iSLA1100 imprime objetos de hasta 600x1000x1000 mm de tamaño a una velocidad de 100 ~ 230 gramos / hora.
DLP - Procesamiento digital de luz
Se utiliza un proyector DLP basado en chips DMD para curar el fotopolímero. Esta es la principal diferencia con la tecnología SLA, que utiliza un láser UV. Otra diferencia es que se proyecta toda la capa, todos los píxeles son simultáneos y no son dibujados por un rayo láser, lo que acelera el proceso.
Chip DMD con dos microespejos.Los modelos impresos en una impresora de este tipo requieren la eliminación de soportes y tratamiento UV. Es decir, el posprocesamiento de los modelos obtenidos con esta tecnología no difiere de los que imprimen con la tecnología SLA.
Proceso de impresión DLP.El punto de luz del proyector DLP, dependiendo de la impresión de una capa en particular.La impresión DLP le permite obtener un modelo más rápido, pero con una superficie menos lisa que en una impresora SLA.
SLA (izquierda) y DLP (derecha).La diferencia de detalle al imprimir en tecnología SLA y tecnología DLP.FlashForge Hunter DLP
FlashForge Hunter DLP es una impresora DLP con un espesor de capa de 25-50 micras y un área de impresión de 120x67.5x150 mm.
Modelo impreso y producto terminado realizado con la impresora FlashForge Hunter DLP.Voxeljet
Voxeljet es un método de unión capa por capa de polvo de plástico o arena, desarrollado por la compañía alemana del mismo nombre. Su contraparte, Binder Jet, funciona solo con arena.
Impresoras 3D similares surgieron como resultado de una combinación de tecnologías MJ y SLS. Usando PMMA como material, uno puede obtener modelos quemables. PMMA - polimetilmetacrilato, si es más simple - plexiglás triturado con una fracción de 85 μm. El cabezal de impresión pone en una plataforma de trabajo una capa de polvo de 100 a 150 micras de espesor. A continuación, se aplica un aglutinante, sobre el cual se coloca nuevamente una capa de polvo. Por lo tanto, el proceso se repite hasta que el modelo necesario esté completamente fabricado. En el caso de la arena, obtenemos un molde de inyección.
Al igual que con la tecnología SLA, el modelo Voxeljet es adecuado para fundición de precisión.Fundiciones según modelos PMMA, sin postprocesamiento.Voxeljet VX 1000
Voxeljet VX 1000 proporciona un área de impresión de 1060 x 600 x 500 mm, un grosor de capa de 100 micras, una precisión de 0.3% y una velocidad de hasta 36 mm / h verticalmente.
Impresoras 3D para hacer moldes
Puede obtener rápidamente un molde de alta calidad utilizando las tecnologías Binder Jet y SLS. Las impresoras 3D que utilizan estas tecnologías imprimen moldes de arena de fundición especial.
Binder Jet Technology - Aplicación de Binder
Esta tecnología le permite imprimir una geometría de arena compleja en geometría sin ningún procesamiento adicional. Después de imprimir, puede comenzar a emitir de inmediato. La principal ventaja de la tecnología Binder Jet es que no hay necesidad de condiciones especiales para el funcionamiento de dicha impresora: la impresión es posible a temperatura ambiente.
El proceso de impresión utilizando la tecnología Binder Jet.El material, en este caso, arena, se distribuye en la plataforma de trabajo utilizando un rodillo. Además, el cabezal de impresión aplica un adhesivo adhesivo sobre el polvo. La plataforma desciende a lo largo del grosor de la capa modelo y el objeto se forma donde la arena está asociada con el líquido (es decir, con pegamento). El material no utilizado, por analogía con la tecnología SLS, es soporte para el modelo futuro.
El principal dispositivo de impresión con tecnología Binder Jet.Moldes de moldeo por inyección de aglomerante.Sentrol SB1000
La impresora 3D
Sentrol SB1000 imprime utilizando la tecnología Binder Jet con un grosor de capa de 100 micras, precisión XY de 0.0625 mm y tamaño de modelo de hasta 120x67.5x150 mm.
Impresión de moldes SLS
La principal diferencia con la tecnología SLS mencionada anteriormente es el uso de arena de fundición pre-revestida con polímero como material de impresión. El material se sinteriza con un láser y luego se limpia. La forma resultante se coloca en un horno de calcinación para el curado, que se produce a una temperatura de 300-350 ° C. La principal diferencia de Binder Jet es un mayor detalle del molde terminado. Es cierto que obtener el formulario terminado requiere más tiempo, debido a la necesidad de un procesamiento adicional.
Impresión solar 3D
Por cierto, hay otra tecnología de impresión de arena interesante: Solar Sinter. Fue desarrollado por un ingeniero, diseñador y artista alemán
Marcus Kaiser . La impresión 3D solar es perfecta para crear moldes de arena, aunque de muy baja precisión.
Si va a imprimir en el desierto, debe llevar una oficina con usted. Marcus Kaiser ofrece una tienda piramidal con un revestimiento reflectante, un excelente refugio contra el sol caliente.Si su empresa se encuentra en el desierto, esta es la mejor opción: alrededor de la arena y la luz solar, que están disponibles en un turno estándar de nueve horas. Solo necesita traer la impresora con la computadora. La impresora está equipada con una lente Fresnel, que concentra la luz solar en un haz, lo que permite derretir arena con una temperatura de 1400-1600 ° C; un rastreador solar que rastrea la posición del sol y gira la lente hacia él; y fotocélulas para alimentar los accionamientos eléctricos de la instalación. La principal ventaja es el ahorro en electricidad, materiales y espacio de alquiler. Pero aún más importante, quizás, es el conceptualismo.
El proceso de impresión en una impresora solar 3D.Tal impresora, y debido a los detalles específicos de la aplicación, y debido a la baja precisión de los modelos resultantes, difícilmente puede usarse para necesidades industriales. Pero para artistas y artesanos, se convertirá en un verdadero hallazgo. Imprimir moldes en él, tal vez, es una ocupación dudosa, pero los objetos de arte son la verdadera cosa.
La eliminación del modelo del área de trabajo de la impresora solar 3D se realiza con una cucharada. Puede usar un enchufe, pero la velocidad será menor.Pero en serio, ¿quién sabe a dónde irá la tecnología? A veces los proyectos locos abren nuevas posibilidades.
Resumen
La introducción de
la impresión 3D hace que el proceso de
fundición sea más barato y más rápido, le permite producir modelos y moldes con geometría compleja y varias dimensiones, sin perder la precisión de la fundición resultante.
Se recomienda utilizar impresoras que utilizan las tecnologías FDM (FFF), SLS, SLA / DLP, Voxeljet para obtener modelos perdidos y quemados. Los materiales utilizados tienen un bajo porcentaje de cenizas, y la impresión de modelos es más rápida que la producción manual o el uso de una
máquina CNC .
Un ejemplo de una cadena de proceso para producir una fundición utilizando un modelo de cera perdida.Para moldes, son adecuadas las tecnologías de impresión Binder Jet y SLS con material adecuado.
Las tecnologías aditivas en la fundición son aplicables en aquellos casos en los que es necesario obtener un modelo maestro o molde para futuras fundiciones de la manera más económica y rápida posible, por ejemplo, en oficinas de diseño y plantas piloto. También son aplicables en la producción en masa: si no se requiere precisión de micras, la diferencia en velocidad y costo de trabajo los hace mucho más atractivos que el mecanizado en una máquina fresadora CNC.
Ya puede solicitar un bastidor de
metal o
plástico y ver el resultado de aplicar la impresión 3D en el bastidor.
Puede elegir una impresora 3D para su integración en la fundición o el equipo de fundición en la
Tienda 3D Top .
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