Dans cet article, nous parlerons des technologies de
moulage traditionnelles et de leur évolution à l'aide
d'imprimantes 3D . Et le plus important - quelles imprimantes 3D existantes sur le marché conviennent à la mise en œuvre dans une telle production aujourd'hui.
Table des matières
À propos du castingComparaison avec la technologie traditionnelleAlgorithme de coulée de technologie additiveDomaines d'applicationImprimantes 3D et technologie d'impression 3D pour les modèles de fonderieFDM (FFF): DépôtsPICASO 3D Designer XSLS - Frittage laser sélectif - Frittage laser sélectifSentrol SS600GSLA - Appareil de stéréolithographie laser - stéréolithographie laserZrapid iSLA1100DLP - Traitement numérique de la lumièreFlashForge Hunter DLPVoxeljetVoxeljet VX 1000Imprimantes 3D pour la fabrication de moulesTechnologie Binder Jet - Application BinderSentrol SB1000Impression de moule SLSImpression solaire 3DRésuméÀ propos du casting
Le produit final de la fonderie est les pièces moulées - futures pièces ou pièces. Leur masse peut être de plusieurs grammes ou plusieurs centaines de tonnes.
C'est ainsi que cela se fait dans l'usine de machines-outils.
Les caractéristiques suivantes de l'utilisation de la coulée en production peuvent être distinguées:
- la capacité d'obtenir des produits d'un poids de plusieurs grammes à des centaines de tonnes, avec une géométrie complexe et une variété de propriétés mécaniques et opérationnelles;
- la possibilité d'obtenir des produits dont les matériaux ou les dimensions rendent impossible ou non rentable leur création par d'autres méthodes;
- les pièces moulées sont aussi proches que possible, en taille et en forme, des produits finis, contrairement aux ébauches obtenues par emboutissage ou forgeage à chaud volumétrique.
Comparaison avec la technologie traditionnelle
Dans le processus de coulée traditionnel, le modèle maître peut être fait manuellement ou par usinage. Il est impossible d'implémenter certains formulaires manuellement. Pour la fabrication de modèles principaux, des centres d'usinage CNC à cinq axes sont utilisés, ce qui augmente considérablement la variété possible de formes, mais le coût d'une telle cire ou modèle principal augmente considérablement. Cette façon d'obtenir des pièces moulées est pertinente pour la production de masse, dans les petites et moyennes séries, elle est le plus souvent économiquement impossible - ici, l'utilisation de l'impression 3D est plus rationnelle.
Un graphique de la dépendance du coût du modèle sur le nombre de copies produites montre l'efficacité de l'utilisation des technologies additives.Algorithme de coulée de technologie additive
L'un des défis auxquels sont confrontés les technologues de toute fonderie: minimiser les opérations fastidieuses d'usinage des flans. Il est résolu par le fait que les pièces moulées doivent être aussi proches que possible des paramètres de la pièce nécessaire, ce qui permet également d'économiser du temps et de l'argent. Ici les innovations viennent à la rescousse, en la personne des technologies additives, qui permettent d'accélérer la technologie des procédés, en contournant les premières étapes traditionnelles de la technologie de fabrication de pièces coulées. Le fabricant peut recevoir le modèle ou le moule de fonderie nécessaire en une seule opération.
Dans la région rouge - le procédé de coulée traditionnel, en vert et bleu - le moulage utilisant des technologies additives - le temps de production est réduit de 2 à 6 fois.L'impression directe du produit, qui a déjà été introduite dans de nombreuses industries modernes, est plus coûteuse du point de vue économique que la coulée traditionnelle. Par conséquent, l'impression 3D de modèles pour la fusion et la combustion, ainsi que la synthèse de moules et de noyaux déjà prêts pour la coulée, est d'un intérêt particulier.
Le moulage par injection additive est plus économique que l'impression directe.Domaines d'application
Les modèles et moules d'injection imprimés sur une imprimante 3D sont utilisés dans les entreprises de bijouterie, dans la production de produits dentaires et orthopédiques, dans les bureaux d'études, pour la recherche et le développement, dans les centres de formation et les centres de prototypage.
Les pièces moulées géométriquement complexes obtenues grâce à l'utilisation de technologies additives sont utilisées dans le cinéma et la télévision, lorsqu'il est nécessaire de produire rapidement des accessoires inhabituels de forme complexe.
Le modèle Aston Martin 1960 DB 5 agent 007, pour le film "Coordinates: Skyfall", a été créé en utilisant des technologies additives, afin de préserver la voiture d'origine dans les scènes de cascade.Décorations coulées à l'aide de moules en sable imprimés sur une imprimante 3D.Imprimantes 3D et technologie d'impression 3D pour les modèles de fonderie
Pour obtenir des modèles d'injection, utilisez la technologie d'impression 3D FDM (FFF), SLS, SLA, DLP. Ces technologies vous permettent d'imprimer le modèle nécessaire pour la fusion ou la combustion ultérieure du moule formé autour de lui. Pour les modèles à cire perdue, la cire est utilisée, pour les modèles brûlés - PMMA, plastique CAST et photopolymères spéciaux.
Le principal avantage de l'utilisation d'une telle solution est l'absence de la nécessité de préparer un équipement spécial, par exemple des moules, et la faible teneur en cendres des matériaux pendant le grillage. Le modèle 3D préparé est immédiatement envoyé pour impression et, après un petit post-traitement, est prêt à l'emploi.
FDM (FFF): Dépôts
Largement connu des professionnels et amateurs de technologies additives, une méthode d'impression 3D qui ne nécessite pas de description supplémentaire.
Le matériau du filament pour l'impression FDM des modèles brûlés est un plastique spécial ou un composite à haute teneur en cire.
Le périphérique principal FDM (FFF) - imprimante.Processus d'impression 3D utilisant la technologie FDM.PICASO 3D Designer X
PICASO 3D Designer X - Imprimante FDM avec une zone de construction de 200x200x210 mm, qui peut imprimer avec des matériaux tels que ABS, PLA, HIPS, PVA, ULTRAN 630, ULTRAN 6130, ASA, ABS / PC, PET, PC, FRICTION, CAST, RELAX , ETERNAL, FLEX, RUBBER, SEALANT, PETG, AEROTEX, CERAMO, WAX, SBS, SBS PRO, PROTOTYPERSOFT, PRO-FLEX, TOTAL PRO, NYLON et PEEK avec une vitesse pouvant atteindre 100 cm³ / h et une épaisseur de couche de 10 microns.
SLS - Frittage laser sélectif - Frittage laser sélectif
Il est utilisé pour la fabrication de modèles maîtres de formes complexes, d'une précision modérée et de dimensions relativement importantes.
Comment ça marche: dans une chambre de travail remplie d'un gaz inerte, tel que l'azote, une poudre de polystyrène avec une taille de particules de 50-150 microns est roulée sur la plate-forme. La nouvelle couche est frittée avec un laser CO2 (à une température de 100-120 ° C) sur la section transversale du «corps» du modèle CAO. En outre, la plate-forme de travail est abaissée de 0,1 à 0,3 mm, après quoi la couche suivante est imprimée.
Appareil principal de l'imprimante SLS.Le modèle d'impression ne nécessite pas de support, car le matériau lui-même est le matériau de support - la poudre environnante. Le matériel non dépensé est réutilisé.
Le modèle obtenu sur une telle imprimante est rempli de matière de moule, à partir de laquelle il est ensuite brûlé dans un four de calcination. La combustion émet des gaz inflammables qui doivent être neutralisés. Il y a un risque de colmatage du moule avec les cendres d'un modèle calciné, car les matériaux pour sa fabrication sont pris à faible teneur en cendres, en centièmes de pour cent.
À gauche, un modèle imprimé en 3D en polystyrène, à droite, un moulage en aluminiumSentrol SS600G
Sentrol SS600G -
Imprimante SLS 3D avec une zone de construction de 600x400x400 mm, imprimant à une vitesse de 26 cm³ / h, une précision de 300 microns en XY et de 250 en Z.
SLA - Appareil de stéréolithographie laser - stéréolithographie laser
Le processus d'impression est similaire à SLS, mais au lieu d'un matériau en poudre - liquide. Un laser UV agit sur un matériau qui durcit sélectivement et couche par couche.
En tant que matériau, des résines photosensibles et des photopolymères sont utilisés. La plate-forme de travail s'abaisse ou monte (selon l'emplacement de la source lumineuse) et le liquide est polymérisé par un laser à des points spécifiés. Le matériau liquide non dépensé, comme c'est le cas avec les poudres, peut être réutilisé pour imprimer les modèles suivants.
Processus d'impression 3D utilisant la technologie SLA.Les modèles résultants ont une qualité de surface élevée, ce qui élimine le besoin d'usinage supplémentaire.
Modèles stéréolithographiques en plastique d'hélices pour hélices à réaction (en haut à gauche), modèles en cire fabriqués à partir d'elles (en bas à gauche) et moulage de métal fini (à droite).À gauche, le modèle SLA, à droite, le moulage en argent.Zrapid iSLA1100
L'imprimante laser 3D
Zrapid iSLA1100 imprime des objets jusqu'à 600x1000x1000 mm à une vitesse de 100 ~ 230 grammes / heure.
DLP - Traitement numérique de la lumière
Un projecteur DLP basé sur des puces DMD est utilisé pour durcir le photopolymère. C'est la principale différence avec la technologie SLA, qui utilise un laser UV. Une autre différence est que toute la couche est projetée, tous les pixels sont simultanément et non dessinés par un faisceau laser, ce qui accélère le processus.
Puce DMD avec deux micromiroirs.Les modèles imprimés sur une telle imprimante nécessitent le retrait des supports et un traitement UV. Autrement dit, le post-traitement des modèles obtenus à l'aide de cette technologie ne diffère pas de ceux qui impriment à l'aide de la technologie SLA.
Processus d'impression DLP.La tache lumineuse du projecteur DLP, en fonction de l'impression d'une couche particulière.L'impression DLP vous permet d'obtenir un modèle plus rapidement, mais avec une surface moins lisse que sur une imprimante SLA.
SLA (gauche) et DLP (droite).La différence de détail lors de l'impression sur la technologie SLA et la technologie DLP.FlashForge Hunter DLP
FlashForge Hunter DLP est une imprimante DLP avec une épaisseur de couche de 25 à 50 microns et une zone d'impression de 120x67,5x150 mm.
Modèle imprimé et produit fini réalisés à l'aide de l'imprimante FlashForge Hunter DLP.Voxeljet
Voxeljet est une méthode de collage couche par couche de poudre plastique ou de sable, développée par la société allemande du même nom. Son homologue, Binder Jet, ne fonctionne qu'avec du sable.
Des imprimantes 3D similaires sont nées de la combinaison des technologies MJ et SLS. En utilisant le PMMA comme matériau, on peut obtenir des modèles brûlables. PMMA - polyméthacrylate de méthyle, si plus simple - plexiglas concassé d'une fraction de 85 μm. La tête d'impression dépose sur une plateforme de travail une couche de poudre de 100 à 150 microns d'épaisseur. Ensuite, un liant est appliqué, sur lequel une couche de poudre est à nouveau déposée. Le processus est donc répété jusqu'à ce que le modèle nécessaire soit complètement fabriqué. Dans le cas du sable, nous obtenons un moule d'injection.
Comme pour la technologie SLA, le modèle Voxeljet convient à la coulée de précision.Pièces moulées selon les modèles PMMA, sans post-traitement.Voxeljet VX 1000
Le Voxeljet VX 1000 offre une zone d'impression de 1060 x 600 x 500 mm, une épaisseur de couche de 100 microns, une précision de 0,3% et une vitesse verticale de 36 mm / h.
Imprimantes 3D pour la fabrication de moules
Vous pouvez rapidement obtenir un moule de haute qualité en utilisant les technologies Binder Jet et SLS. Les imprimantes 3D utilisant ces technologies impriment des moules à partir de sable de fonderie spécial.
Technologie Binder Jet - Application Binder
Cette technologie vous permet d'imprimer une géométrie de sable complexe en géométrie sans aucun traitement supplémentaire. Après l'impression, vous pouvez immédiatement lancer la coulée. Le principal avantage de la technologie Binder Jet est qu'il n'y a pas besoin de conditions particulières pour le fonctionnement d'une telle imprimante: l'impression est possible à température ambiante.
Le processus d'impression utilisant la technologie Binder Jet.Le matériau, en l'occurrence du sable, est réparti sur la plate-forme de travail à l'aide d'un rouleau. De plus, la tête d'impression applique un adhésif de liaison sur la poudre. La plate-forme descend le long de l'épaisseur de la couche modèle et l'objet est formé là où le sable est associé au liquide (c'est-à-dire à la colle). Le matériel inutilisé, par analogie avec la technologie SLS, prend en charge le futur modèle.
L'imprimante principale dotée de la technologie Binder Jet.Moules de coulée à jet de liant.Sentrol SB1000
L'imprimante 3D
Sentrol SB1000 imprime en utilisant la technologie Binder Jet avec une épaisseur de couche de 100 microns, une précision XY de 0,0625 mm et une taille de modèle jusqu'à 120x67,5x150 mm.
Impression de moule SLS
La principale différence avec la technologie SLS mentionnée précédemment est l'utilisation de sable de fonderie pré-plaqué avec du polymère comme matériau d'impression. Le matériau est fritté par un laser, puis nettoyé. La forme résultante est placée dans un four de calcination pour le durcissement, qui se produit à une température de 300-350 ° C. La principale différence avec Binder Jet est un détail plus élevé du moule fini. Certes, l'obtention du formulaire terminé nécessite plus de temps, en raison de la nécessité d'un traitement supplémentaire.
Impression solaire 3D
Soit dit en passant, il existe une autre technologie d'impression de sable intéressante - Solar Sinter. Il a été développé par un ingénieur, designer et artiste allemand
Marcus Kaiser . L'impression solaire 3D est parfaite pour créer des moules en sable, quoique de très faible précision.
Si vous allez imprimer dans le désert, vous devez prendre un bureau avec vous. Marcus Kaiser propose une tente pyramidale avec un revêtement réfléchissant - excellent abri du soleil chaud.Si votre entreprise est située dans le désert, c'est la meilleure option - autour du sable et de la lumière du soleil, qui sont disponibles en quart de travail standard de neuf heures. Il vous suffit d'apporter l'imprimante avec l'ordinateur. L'imprimante est équipée d'une lentille de Fresnel, qui concentre la lumière du soleil dans un faisceau, ce qui permet de faire fondre du sable à une température de 1400-1600 ° C; un tracker solaire qui suit la position du soleil et tourne l'objectif vers lui; et des cellules photoélectriques pour alimenter les entraînements électriques de l'installation. Le principal avantage réside dans les économies d'électricité, de matériaux et d'espace de location. Mais le plus important est peut-être le conceptualisme.
Le processus d'impression sur une imprimante 3D solaire.Une telle imprimante, et en raison des spécificités de l'application, et en raison de la faible précision des modèles résultants, peut difficilement être utilisée pour des besoins industriels. Mais pour les artistes et artisans, cela deviendra une véritable trouvaille. L'impression de moules est peut-être une occupation douteuse, mais les objets d'art sont la chose même.
Le retrait du modèle de la zone de travail de l'imprimante solaire 3D se fait à l'aide d'une cuillère à soupe. Vous pouvez utiliser une prise, mais la vitesse sera inférieure.Mais sérieusement - qui sait où la technologie ira ensuite? Parfois, des projets fous ouvrent de nouvelles possibilités.
Résumé
L'introduction de
l'impression 3D rend le processus de
coulée moins cher et plus rapide, vous permet de produire des modèles et des moules avec une géométrie complexe et différentes dimensions, sans perdre la précision de la coulée résultante.
Il est recommandé d'utiliser des imprimantes utilisant les technologies FDM (FFF), SLS, SLA / DLP, Voxeljet pour obtenir des modèles perdus et brûlés. Les matériaux utilisés ont un faible pourcentage de cendres et l'impression des modèles est plus rapide que de les produire manuellement ou à l'aide d'une
machine CNC .
Un exemple de chaîne de processus pour produire un moulage en utilisant un modèle de cire perdue.Pour les moules, les technologies d'impression Binder Jet et SLS avec un matériau approprié conviennent.
Les technologies additives dans la coulée sont applicables dans les cas où il est nécessaire d'obtenir un modèle maître ou un moule pour une future coulée aussi bon marché et rapidement que possible, par exemple, dans les bureaux d'études et les usines pilotes. Ils sont également applicables dans la production de masse - si la précision du micron n'est pas requise, la différence de vitesse et de coût de travail les rend beaucoup plus attrayants que l'usinage sur une fraiseuse CNC.
Déjà maintenant, vous pouvez commander une pièce moulée en
métal ou en
plastique et regarder le résultat de l'application de l'impression 3D dans la pièce moulée.
Vous pouvez choisir une imprimante 3D à intégrer dans la fonderie ou l'équipement de fonderie dans le
Top 3D Shop .
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