Il ritiro, nascosto nella colata della "ferita scura" interna, è il processo di colata tradizionale in un difetto comune e difficile da eliminare. Non solo influisce sulla bellezza della colata, ma minaccia anche direttamente la sua resistenza e le sue proprietà meccaniche. Quando il metallo fuso nel processo di solidificazione contrazione del volume, e non ottenere abbastanza supplemento di metallo liquido, sarà nella colata o la superficie della formazione di vuoti, che è, spesso diciamo ritiro o ritiro! .  

L'eliminazione dei fori da ritiro è sempre stata una sfida complessa per le fonderie e gli ingegneri, con metodi tradizionali che spesso si basano sull'esperienza e sulla regolazione della progettazione degli stampi, dei sistemi di colata e dei processi di raffreddamento attraverso tentativi ed errori. . Tuttavia, con l'avvento delle tecnologie di produzione additiva, in particolare la stampa 3D di sabbia di livello industriale, la progettazione e la produzione di colate sono state rivoluzionate, offrendo nuove modalità senza precedenti per risolvere completamente i problemi di ritiro.  

1. Cause principali del ritiro da colata: limiti geometrici degli stampi convenzionali

Per capire come la stampa 3D risolva i problemi, è necessario prima analizzare a fondo i punti dolenti della fusione tradizionale. Le ragioni principali della formazione del ritiro possono essere attribuite a due fattori:

1. Compensare le carenze di ritiro: Quando una colata si solidifica e si ritira, deve essere costantemente rifornita di metallo liquido attraverso il sistema di colata e il riser. Se i canali di rifornimento non sono progettati correttamente o sono insufficienti, il metallo liquido non può essere trasportato nelle aree in cui il rifornimento è più necessario, con conseguente creazione di vuoti. ?
2. Solidificazione non uniforme: Se la velocità di raffreddamento delle diverse aree della colata non è coerente, il calore fatica a diffondersi efficacemente, con la formazione di giunti caldi (hot spot). Questi punti caldi sono le ultime aree solidificate, quando il metallo circostante si è solidificato, mancano del supplemento di metallo liquido e sono molto facili da formare fori da ritiro. ?

Nella colata convenzionale, gli stampi e le anime sono prodotti da utensili fisici la cui geometria è limitata dalla lavorabilità e dalla sganciabilità. Ad esempio, i fori praticati per i canali di raffreddamento possono essere solo rettilinei. . Ciò rende difficile per gli ingegneri progettare canali di ritiro complessi e curvi o canali di raffreddamento successivi all'interno dello stampo per controllare con precisione il processo di solidificazione, aumentando così il rischio di difetti di ritiro. .  

2. soluzioni di stampa 3D: libertà di progettazione per dare "vita" a stampi e matrici

I vantaggi principali delle stampanti 3D industriali a sabbia sonoLibertà di progettazionerispondere con il cantoProduzione senza stampiStampa stampi in sabbia e anime strato per strato direttamente da file CAD 3D. . Questa proprietà supera radicalmente le limitazioni geometriche dei processi convenzionali e fornisce diversi potenti mezzi per eliminare il restringimento:  

Opzione 1: ottimizzazione del canale di riempimento e contrazione per un'infusione precisa

Utilizzando la tecnologia di stampa 3D, gli ingegneri possono progettare il sistema di ritiro ottimale all'interno dello stampo senza dover considerare la lavorabilità.

• Sistema di versamento integrato: Tradizionalmente, il sistema di canale di colata (compresi il canale di colata e il riser) deve essere fabbricato e assemblato separatamente. La stampa 3D consente di stampare l'intero sistema di canale di colata, il riser di riempimento e lo stampo stesso in un unico pezzo. Questo design integrato garantisce un collegamento perfetto e un allineamento preciso dei canali, riducendo notevolmente il rischio di guasti da ritiro dovuti a errori di assemblaggio. ?
• Rialzi di riempimento progettati con precisione: La stampa 3D consente di progettare e stampare in modo preciso i riseratori di contrazione sopra le aree di giunzione calda della colata, assicurando un flusso costante di metallo fuso per riempire i vuoti creati dal ritiro di solidificazione. è stato dimostrato che i riser di sovraflusso sopra la colata possono efficacemente sfogare i gas, riducendo così i difetti di porosità della colata. ?
• Eliminare le barriere strutturali complesse: Nei processi tradizionali, i complessi sottosquadri e i passaggi interni richiedono l'assemblaggio di più anime, il che non solo aumenta gli errori di assemblaggio, ma può anche portare facilmente ad anime dislocate o disallineate. La stampa 3D consente di combinare più anime individuali in un'unica anima complessa e integrata, eliminando del tutto la necessità di assemblaggio e migliorando l'accuratezza e la qualità della fusione. ?

Opzione 2: raffreddamento conformazionale per una solidificazione uniforme

Per gli stampi stessi, la stampa 3D può essere altrettanto rivoluzionaria. DaRaffreddamento conforme(conformal cooling), che consente di progettare canali di raffreddamento all'interno dello stampo che si adattano ai contorni della superficie del getto. .  

• Principio: I canali di raffreddamento convenzionali sono perforati in linea retta e non coprono tutte le aree da raffreddare, con conseguenti temperature non uniformi dello stampo. Il raffreddamento conforme, invece, utilizza la stampa 3D per integrare nello stampo canali di raffreddamento curvi e a serpentina, che si adattano perfettamente alla superficie della colata. ?
• Vantaggio: Questo design consente un raffreddamento più uniforme e riduce significativamente il rischio di surriscaldamento localizzato dello stampo. Un gradiente di temperatura più equilibrato significa che il processo di solidificazione è più controllato, riducendo radicalmente la formazione di giunti caldi ed evitando così il ritiro. è stato dimostrato che l'uso di uno stampo per il raffreddamento a forma di stampo riduce la variazione di temperatura durante il raffreddamento dello stampo fino a 18°C, riducendo così in modo significativo il rischio di deformazione del getto. ?

Opzione 3: simulazione digitale e iterazione rapida per prevenire i problemi prima che si verifichino

Il flusso di lavoro digitale della stampa 3D offre agli ingegneri preziose opportunità di "prova ed errore" prima di passare alla produzione. .  

• Software di simulazione della colata: Gli ingegneri possono utilizzare un software di simulazione della colata (ad esempio Cimatron) per simulare il flusso e la solidificazione del metallo fuso. Se i risultati della simulazione mostrano un rischio di ritiro, il progetto dello stampo può essere rapidamente modificato, ad esempio cambiando la posizione del canale di colata o dell'alzata, e poi testato di nuovo virtualmente. ?
• Prototipazione e iterazione rapida: Se è necessario un prototipo fisico, la stampa 3D può stampare uno stampo o un'anima in poche ore o giorni. In questo modo, gli ingegneri possono iterare e convalidare i progetti più volte a una frazione del costo e della velocità. Questo modello di sviluppo agile è inimmaginabile con la fusione tradizionale, che richiede la costruzione di stampi costosi e lunghi tempi di attesa. ?

3. Non solo l'eliminazione dei difetti, ma anche un salto di efficienza.

L'uso della tecnologia di stampa 3D per risolvere il problema del ritiro della colata, non porta solo un miglioramento della qualità del prodotto, ma anche una serie di catene di valore commerciale:

• Ridurre i costi: La stampa 3D riduce significativamente i costi di produzione eliminando i costosi aspetti legati alla costruzione di stampi e utensili. Secondo le ricerche, la stampa 3D può far risparmiare fino a 50%-90% rispetto ai metodi tradizionali. ?
• Accorciare i tempi di consegna: I tempi di produzione degli stampi si sono ridotti da settimane o addirittura mesi a ore, consentendo alle aziende di rispondere più rapidamente alle richieste del mercato. In un caso, un'azienda è riuscita a ridurre i tempi di consegna di nove settimane utilizzando una stampante 3D a sabbia. ?
• Riduzione del tasso di scarto: L'accuratezza e la consistenza degli stampi sono state notevolmente migliorate, riducendo i difetti di colata dovuti all'errore umano o all'usura dello stampo, riducendo così in modo significativo il tasso di scarti. ?
• Semplificare il processo: Il consolidamento di più parti in un unico componente integrato semplifica i complessi processi di assemblaggio e riduce la dipendenza da manodopera altamente specializzata. ?

Conclusione: la stampa 3D - una "cura" per l'industria della fonderia

Il ritiro della colata non è un problema tecnico isolato, ma il processo di colata tradizionale, a fronte di una progettazione complessa e di requisiti di alta precisione, presenta delle sfide sistemiche. Le stampanti 3D industriali a sabbia, con i loro vantaggi tecnologici unici, offrono una "cura" per il problema alla sua origine. Eliminano il rischio di ritiro dando agli ingegneri una libertà di progettazione senza precedenti, consentendo loro di costruire strutture interne e sistemi di raffreddamento ottimizzati. .  

Per il perseguimento di una qualità eccellente, di una produzione efficiente e dell'ottimizzazione dei costi delle moderne imprese di fonderia, la stampa 3D non è più un'inutile "opzione aggiuntiva", ma promuove l'aggiornamento industriale, nella feroce competizione sul mercato per conquistare la prima opportunità per le tecnologie chiave. Non si tratta solo di un'attrezzatura, ma anche di un ponte per la "fusione digitale" verso il futuro, in modo da risolvere i precedenti "problemi di fusione"! .