文献综述(或调研报告):
1.主要技术
目前来看,3D打印技术用于砂型铸造金属的技术,根据原理的不同,主要分为两种:
(1)激光烧结原理。这种激光烧结技术,又叫做覆膜砂SLS 技术,与其他快速铸造技术相比, 具有高灵活性、高稳定性、不需其余机械辅助设备、适宜于形状复杂的砂型制造等特点,在当前的铸造领域发展比较成熟。SLS工艺原理是由CAD 切片模型作为原动力, 利用铺粉设备将粉逐层铺展, 然后选择性地采取激光束对粉末加以固化,逐渐生成各个截面的轮廓形状,最终整合成一个统一的整体。该工艺主要包括直接烧结与间接烧结两种。
(2)三维打印原理。与SLS 技术相似,快速铸造技术建立在三维打印原理基础上的无模精密砂型技术的理论基础同样是粉末材料分层叠加原理,二者的差别是,后者的成型过程利用的是微滴喷射粘接方式。该方法中,由于型砂间的孔隙被留存于砂型内的粘结剂填充,从而大幅度降低了砂型的透气性,并增加了砂型的发气量, 使得铸件极易出现粘砂或气孔等缺陷。鉴于这些缺陷,人们研制出一种具有低发气量的粘结剂材料, 同时利用降低粘结剂用量而对喷射扫描路径进行优化的方式, 达到砂型性能大幅度提升的目的, 从而进一步减少铸件的缺陷。因为不需要高成本设备如激光器等, 三维打印工艺能够选用水洗砂以及粘结剂等传统工艺中的材料, 不需要进行其他的特殊处理, 所以成本较低且具有广泛的应用前景。
2.主要过程
砂型3D打印铸造生产过程主要分为四部分:
(1)铸件工艺设计。工艺产品、泵体类铸件相对于一般结构类产品而言,产品结构较为丰富,涉及更多的薄壁及角度,所以对模型的精度要求更高,3D打印以其精度高的特点,正好满足要求,因此采用3D打印技术进行模型制作,使用建模软件进行3D图形绘制,把所拥有参数进行图形化处理。这个过程还包括了浇注系统的设计与浇注的模拟。浇注系统的确定关系到铸件的内在质量、尺寸精度及造型工艺过程的难易程度。在创作过程中,可根据人为需求,改变图形样式,尺寸,设计完毕,保存为相应格式,以供3D打印机使用。
(2)砂芯、砂型设计。根据已有的铸件及其浇注工艺设计,绘制出砂芯和砂型的三维模型。设计砂芯时,增加底座可增强芯子强度及便于安放。设计的支撑筋便于打印。设计砂型时,应考虑到实际情况进行分块打印再组装。在实际的生产实践中,由于3D打印砂型价格昂贵,考虑到经济效益,只打印成型部分,外围用树脂砂增厚,人工造型增加冒口高度,可有效节约成本。
(3)3D模样打印。将已经设计好的砂芯砂型3D模型参数,保存相应格式生成3D打印代码,选用合适的技术方案,启动3D打印机进行模型制作,通过与3D打印机配套软件修改模样打印时的密度、支撑等参数,然后将数据导入打印机,设置相应打印参数(温度等),选用合适的砂型材料进行打印。
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