Capitolo 1: Approfondimento: la sfida alla radice dei difetti della colata tradizionale

1.1 Difetti di fusione comuni e loro cause profonde

I difetti di fusione sono la causa diretta degli alti tassi di scarto. Questi difetti non sono accidentali, ma sono dettati dalle limitazioni fisiche e di processo insite nei processi di fusione convenzionali.

in primo luogobolla d'ariainsieme acratere. La porosità deriva principalmente dal coinvolgimento o dall'incapacità di scaricare efficacemente i gas (ad esempio idrogeno, degassamento dello stampo) nel metallo liquido durante il processo di colata e solidificazione. Quando il gas disciolto nel metallo liquido viene rilasciato a causa della ridotta solubilità durante il raffreddamento e la solidificazione, si formano bolle all'interno o sulla superficie del getto se non vengono scaricate in tempo. A ciò è collegato il ritiro, che è un fenomeno naturale di contrazione del volume del metallo durante la solidificazione. Se il sistema di raffreddamento non è progettato correttamente, con conseguenti temperature dello stampo localmente elevate o un ritiro insufficiente, si formeranno vuoti interni o depressioni, noti come fori da ritiro.

Il prossimo.incastratoinsieme amodello errato. Nella colata in sabbia convenzionale, gli stampi e le anime di sabbia devono essere assemblati e incollati dopo essere stati realizzati separatamente da più pezzi. In questo processo, qualsiasi piccola rottura dell'anima di sabbia o un incollaggio non corretto può portare alla cattura di particelle di sabbia nel liquido metallico, formando difetti di intrappolamento della sabbia. Inoltre, se la superficie di separazione dello stampo o il nucleo di sabbia non sono posizionati con precisione, possono verificarsi difetti di stampaggio in cui le parti superiori e inferiori del getto sono disallineate.

finebarriera al freddoinsieme acrepitiiQuando la fluidità del liquido metallico è scarsa, la temperatura di colata è troppo bassa o il design del canale di colata è stretto, i due flussi metallici si solidificano prima di potersi fondere completamente sul bordo d'attacco, lasciando una segregazione fredda debolmente collegata. Inoltre, durante il raffreddamento e la solidificazione, se le sollecitazioni all'interno della colata sono disomogenee, possono verificarsi cricche termiche durante il ritiro.

1.2 Il dilemma "alto costo" e "bassa efficienza" nella produzione di stampi tradizionali

Un altro punto dolente del processo di fusione tradizionale è il processo di produzione degli stampi. La produzione tradizionale di casse in legno o metallo è un processo ad alta intensità di manodopera, dipendente da personale altamente qualificato, con tempi di consegna lunghi e costi significativi. Ogni minima modifica al progetto comporta la necessità di ricostruire lo stampo, con conseguenti costi aggiuntivi elevati e settimane o addirittura mesi di attesa.

L'eccessiva dipendenza da stampi fisici limita inoltre in modo sostanziale la libertà di progettazione dei getti. Le guide interne complesse e le strutture cave non possono essere modellate in un unico pezzo con i processi tradizionali di costruzione degli stampi e devono essere smontate in più anime individuali, che vengono poi assemblate con attrezzature complesse e lavoro manuale. ². Questa limitazione del processo costringe i progettisti a scendere a compromessi e a sacrificare le prestazioni del pezzo per la sua producibilità, ad esempio semplificando i canali di raffreddamento per adattarli a processi di foratura che non consentono un raffreddamento ottimale.

In sintesi, l'alto tasso di scarti della fusione tradizionale non è un problema tecnico isolato, ma un prodotto dei suoi processi fondamentali. La modalità tradizionale di "prova ed errore fisico" fa sì che la fonderia, nel momento in cui scopre dei difetti, debba affrontare un lungo processo di modifica dello stampo e di ritestatura, un ciclo ad alto rischio e a bassa efficienza. Il valore rivoluzionario della stampa 3D è quello di fornire una soluzione "senza stampo", che rimodella fondamentalmente l'intero processo produttivo, che sarà la modalità tradizionale di "prova ed errore fisico". Il valore rivoluzionario della stampa 3D è che fornisce una soluzione "senza stampo" che rimodella fondamentalmente l'intero processo produttivo, trasformando il tradizionale modello di "prova ed errore fisico" in un modello di "verifica di simulazione digitale", che mette il rischio davanti al processo, eliminando così alla fonte la maggior parte delle cause di obsolescenza.

Capitolo 2: Stampa 3D: una svolta rivoluzionaria dalla tecnologia alla soluzione

2.1 Produzione senza stampi: eliminare le cause principali dell'obsolescenza

Il vantaggio principale della stampa 3D è il suo metodo di produzione "senza stampo", che le consente di aggirare tutte le sfide legate agli stampi insite nella fusione tradizionale, riducendo così radicalmente i tassi di scarto.

Direttamente dal CAD allo stampo in sabbia. Il Binder Jetting nella produzione additiva è la chiave per raggiungere questo obiettivo. Funziona spruzzando con precisione il legante liquido su strati sottili di polvere (ad esempio sabbia di silice, sabbia ceramica) da una testina di stampa industriale basata su un modello digitale CAD 3D. Incollando strato per strato, il modello 3D contenuto nel file digitale viene costruito sotto forma di uno stampo o nucleo di sabbia solido. Questo processo elimina completamente la necessità di ricorrere a stampi fisici. Poiché non sono necessarie lunghe fasi di progettazione e produzione dello stampo, il ciclo di produzione dello stampo può essere ridotto da settimane o addirittura mesi a ore o giorni, consentendo il "print-on-demand" e una risposta rapida alle modifiche del progetto, riducendo in modo significativo gli investimenti iniziali e i costi di prova ed errore.

Stampaggio di pezzi unici e strutture complesse. L'approccio alla produzione a strati della stampa 3D offre una libertà di progettazione senza precedenti. Consente di modellare in un unico pezzo complesse anime di sabbia che tradizionalmente dovrebbero essere suddivise in più parti, come i meandri di un motore. Questo non solo semplifica il processo di fusione, ma soprattutto elimina completamente la necessità di assemblare, incollare e disallineare le anime, eliminando così i difetti più comuni, come l'intrappolamento della sabbia, le deviazioni dimensionali e le forme errate causate da questi problemi.

2.2 Ottimizzazione del processo: dati per garantire la qualità della colata

Il valore della stampa 3D va ben oltre il concetto di "senza stampo". Porta il processo di produzione a una dimensione digitale completamente nuova, consentendo di convalidare e ottimizzare i dati prima che avvenga la produzione fisica, trasformando la "riparazione" in "previsione".

Simulazione e progettazione digitale. Durante la fase di progettazione digitale che precede la stampa 3D, gli ingegneri possono utilizzare un software avanzato di analisi agli elementi finiti (FEM) per eseguire accurate simulazioni virtuali dei processi di colata, ritiro e raffreddamento. In questo modo è possibile anticipare e correggere potenziali difetti che potrebbero causare porosità, restringimenti o crepe prima della produzione effettiva. Ad esempio, simulando il flusso del metallo liquido nei canali, è possibile ottimizzare la progettazione del sistema di colata per garantire un riempimento regolare e uno sfiato efficace. Questa previsione digitale migliora notevolmente il tasso di successo della prima prova e garantisce la resa della colata all'origine.

Eccellenti proprietà della sabbia. Gli stampi in sabbia stampati in 3D, grazie alla loro costruzione a strati, possono raggiungere densità e permeabilità all'aria uniformi, difficili da ottenere con i processi convenzionali. Questo aspetto è fondamentale per il processo di fusione. La permeabilità uniforme ai gas garantisce che i gas generati all'interno dello stampo in sabbia possano fuoriuscire senza problemi durante il processo di colata, riducendo in modo significativo i difetti di porosità causati da uno scarso sfogo.

Raffreddamento con forma. La tecnologia di raffreddamento conformazionale è un'altra applicazione rivoluzionaria della stampa 3D nel campo degli stampi per colata. Gli inserti per stampi realizzati con la stampa 3D in metallo sono dotati di guide di raffreddamento che possono essere progettate per imitare esattamente i contorni della superficie della colata. In questo modo si ottiene un raffreddamento rapido e uniforme, riducendo in modo significativo la deformazione e il ritiro causati da una contrazione non uniforme, riducendo così drasticamente il tasso di scarto. Secondo i dati, gli stampi dotati di raffreddamento a flusso continuo possono ridurre i tempi del ciclo di iniezione fino a 70%, migliorando al contempo in modo significativo la qualità del prodotto.

Da "prova ed errore fisico" a "previsione digitale". Il contributo principale della stampa 3D è quello di trasformare il modello tradizionale di fonderia "per tentativi ed errori" in "produzione anticipata". Consente alle fonderie di eseguire numerose iterazioni in un ambiente digitale in modo economicamente vantaggioso, il che rappresenta un cambiamento fondamentale nella mentalità e nei processi aziendali. Questo modello di "produzione ibrida" facilita l'adozione della stampa 3D da parte delle fonderie tradizionali e consente una produzione più efficiente. Ad esempio, la stampa 3D può essere utilizzata per creare le anime di sabbia più complesse e soggette a errori, che possono poi essere combinate con gli stampi di sabbia realizzati con metodi tradizionali, "costruendo sui punti di forza".

Capitolo 3: TECNOLOGIA SANTI: un motore digitale per potenziare l'industria delle fonderie

3.1 Attrezzature di base: "hard power" per l'innovazione della colata

In qualità di pioniere e leader nel campo della produzione additiva in Cina, 3DPTEK fornisce un forte supporto "hard power" all'industria delle fonderie con le sue attrezzature di base sviluppate in proprio.

Le linee di prodotti principali dell'azienda sonoStampante 3DP a sabbiache evidenzia la sua leadership tecnologica. Dispositivi di punta3DPTEK-J4000Con una dimensione di formatura extra large di 4000 x 2000 x 1000 mm, è altamente competitiva a livello mondiale. Queste grandi dimensioni consentono di modellare getti grandi e complessi in un unico pezzo senza la necessità di giuntare, eliminando ulteriormente i potenziali difetti causati dalla giunzione. Allo stesso tempo, ad esempio

3DPTEK-J1600PlusDispositivi come questi offrono un'elevata precisione di ±0,3 mm e velocità di stampa efficienti per garantire una qualità superiore e una produzione rapida.

Inoltre, la tecnologia SANTIApparecchiature SLS (sinterizzazione laser selettiva)Serie comeLaserCore-6000Le macchine sono eccellenti anche nel campo della fusione di precisione. Questa serie di apparecchiature è particolarmente adatta alla produzione di stampi in cera per la microfusione, offrendo una soluzione più accurata per i componenti di alta gamma e di pregio, come quelli aerospaziali e medici.

Vale la pena ricordare che SANDI Technology non è solo un fornitore di attrezzature, ma anche un esperto di soluzioni per materiali e processi. L'azienda ha sviluppato oltre 20 leganti e 30 formulazioni di materiali compatibili con ghisa, acciaio fuso, alluminio, rame, magnesio e altre leghe di colata. Ciò garantisce che le sue attrezzature possano essere integrate senza problemi in un'ampia gamma di applicazioni di colata, fornendo ai clienti un'assistenza tecnica completa.

3.2 Servizi All-link: soluzioni di fusione integrate

Il vantaggio competitivo di SANDY Technology non risiede solo nel suo hardware, ma anche nelle soluzioni integrate che fornisce lungo l'intera catena. L'azienda dispone di un solido sistema di innovazione "Trinity" - "istituto di ricerca + postazione di lavoro post-dottorato + team di R&S". Questo modello garantisce un'iterazione tecnologica continua e uno slancio innovativo, e l'accumulo di oltre 320 brevetti è una forte prova della sua leadership tecnologica.

L'azienda offre un servizio "one-stop" chiavi in mano, dalla progettazione e stampa 3D alla fusione, alla lavorazione e all'ispezione. Questo modello integrato verticalmente semplifica notevolmente la gestione della catena di fornitura del cliente, riduce i costi e i rischi di comunicazione e consente alla fonderia di concentrarsi sulla sua attività principale.

3.3 Caso classico: prova del valore basata sui dati

I casi di successo sono lo strumento più persuasivo per convincere i potenziali clienti. Attraverso una serie di progetti reali, SANDY Technology ha quantificato il significativo valore commerciale della tecnologia di stampa 3D.

secondoAlloggiamenti per motori raffreddati ad acqua per autoveicoliA titolo di esempio, questo caso dimostra perfettamente come il processo di fusione in sabbia 3DP risolva il problema dello stampaggio in un unico pezzo di "canali di raffreddamento a spirale complessi, di grandi dimensioni e con pareti sottili". ²¹. L'applicazione di successo di questa tecnologia nel campo dei veicoli a nuova energia ha dimostrato i suoi vantaggi significativi nella produzione di getti ad alte prestazioni e a struttura complessa.

Dall'altroCorpo pompa industrialeNel caso di SANDI, SANDI ha adottato il modello di produzione ibrido "stampo esterno 3DP + nucleo interno SLS". Questa strategia complementare ha ridotto il ciclo di produzione di 80% e allo stesso tempo ha migliorato l'accuratezza dimensionale dei getti fino al livello CT7, dimostrando perfettamente il potente effetto della modalità di produzione ibrida.

Il progetto di joint venture con la Xinxin Foundry fornisce l'argomentazione commerciale più forte. Con l'introduzione della tecnologia di stampa 3D, la fonderia ha ottenuto un aumento del fatturato di 1.351 TP3T, ha raddoppiato i margini di profitto, ha dimezzato i tempi di consegna e ha ridotto i costi di 301 TP3T, una serie di cifre quantitative che forniscono una prova inconfutabile del ritorno sull'investimento della tecnologia di stampa 3D nell'industria della fonderia.

La tabella seguente mostra come la stampa 3D possa risolvere i problemi del settore delle fonderie sia a livello tecnico che di valore commerciale:

Capitolo 4: Guardare al futuro: digitalizzazione e sostenibilità nell'industria della fonderia

La tecnologia di stampa 3D sta portando l'industria delle fonderie dalla tradizionale "produzione" alla "produzione intelligente". Secondo il rapporto in questione, la scala dell'industria cinese della produzione additiva continua a crescere a un ritmo elevato e nel 2022 supererà i 32 miliardi di RMB. Questi dati dimostrano chiaramente che la trasformazione digitale è diventata una tendenza irreversibile del settore.

In futuro, la stampa 3D sarà profondamente integrata con l'intelligenza artificiale (AI), l'IoT e altre tecnologie per ottenere la completa automazione e la gestione intelligente delle linee di produzione. Le fonderie potranno utilizzare algoritmi di intelligenza artificiale per ottimizzare i parametri di fusione e sensori IoT per monitorare il processo di produzione in tempo reale, migliorando così ulteriormente i tassi di rendimento e l'efficienza produttiva.

Inoltre, i vantaggi unici della stampa 3D nella realizzazione di progetti complessi e leggeri aiuteranno l'industria automobilistica, aerospaziale e altre industrie a valle a migliorare le prestazioni dei prodotti e a ridurre il consumo di energia, il che si adatta perfettamente allo sviluppo sostenibile globale. Il modello di produzione on-demand della stampa 3D e l'elevato tasso di utilizzo del materiale (la polvere non legata superiore a 90% può essere riciclata) riducono anche in modo significativo la generazione di rifiuti, portando l'industria della fonderia a un percorso di sviluppo ecologico. un percorso di sviluppo ecocompatibile per l'industria della fonderia.

osservazioni conclusive La stampa 3D non è la fine della fusione, ma il suo innovatore. Offre all'industria tradizionale della fonderia una flessibilità, un'efficienza e una garanzia di qualità senza precedenti, grazie ai suoi due vantaggi fondamentali: "senza stampo" e "digitale". Consente alle fonderie di liberarsi dagli alti tassi di scarto e di entrare in una nuova era di maggiore efficienza, competitività e innovazione. Per qualsiasi fonderia che voglia distinguersi in un mercato competitivo, l'adozione della tecnologia di stampa 3D, rappresentata da SanDi Technology, non è più una scelta opzionale, ma un percorso necessario verso il futuro.

3D打印如何解決鑄造高報(bào)廢率問題：革新鑄造工藝，提升品質(zhì)與效率最先出現(xiàn)在三帝科技股份有限公司。

I. Vantaggi della fusione in sabbia con stampa 3D

La colata in sabbia tradizionale si basa spesso su stampi fatti a mano, un processo che richiede tempo, manodopera e un alto livello di abilità da parte dell'operatore. Al contrario, la colata in sabbia con stampa 3D genera stampi di sabbia direttamente da modelli digitali, offrendo i seguenti vantaggi:

Miglioramento dell'efficienza produttivaNon è necessario creare uno stampo, ma è possibile stampare direttamente il modello di sabbia, riducendo notevolmente i tempi di produzione.
Elevata flessibilità di progettazioneè possibile realizzare strutture complesse, difficilmente realizzabili con i processi tradizionali.
alta precisioneLa produzione digitale garantisce la coerenza e l'accuratezza del prodotto.
efficacia dei costiAdatto alla produzione di piccoli lotti e alle esigenze di personalizzazione con una maggiore economia.

II. Dettagli del flusso di processo

1. Preparazione del modello digitale

In primo luogo, è stato progettato un modello 3D del pezzo con un software CAD e sono state effettuate le seguenti ottimizzazioni:

Considerare i requisiti del processo di fusioneAggiungere i margini di contrazione appropriati.

Progettazione di sistemi di colata e riserAssicura il flusso regolare dei fluidi metallici.

Esecuzione di analisi di simulazione del riempimento dello stampo e della solidificazione: Previsione della qualità e delle prestazioni dei getti.

Ottimizzazione della struttura del modelloGarantire la vitalità della stampa.

2. Selezione del dispositivo di stampa

Esistono due tecnologie principali sul mercato per la stampa 3D di modelli di sabbia:

Sinterizzazione laser selettiva (SLS)Adatto per pezzi di precisione.

Getto di leganteAdatto per getti di grandi dimensioni. Da considerare nella scelta dell'attrezzatura:

Dimensione di stampaSelezionare l'attrezzatura giusta per le dimensioni del pezzo.

Precisione di stampaGarantire il rispetto dei requisiti di progettazione.

efficienza produttivaSelezionati in base alle esigenze di produzione.

Compatibilità dei materialiAssicurarsi che la periferica supporti il materiale di stampa richiesto.

3. Preparazione del materiale

I materiali per la stampa su sabbia includono principalmente:

Sabbia speciale per colataDimensione uniforme delle particelle e buona fluidità.

agente leganteAssicurare la resistenza della sabbia.

catalizzatoriAccelera il processo di indurimento. La scelta del materiale ha un impatto diretto sulla qualità del getto e deve essere ottimizzata in funzione dello specifico scenario applicativo.

4. Controllo del processo di stampa

Durante il processo di stampa è necessario tenere presente i seguenti punti chiave:

Controllo della temperatura e dell'umidità dell'ambiente di stampaAssicurarsi che l'ambiente di stampa sia stabile.

Uniformità di spargimento della sabbiaAssicura la densificazione dello stampo in sabbia.

Regolazione del dosaggio del leganteAssicurare la resistenza della sabbia.

Controllo del tempo di polimerizzazioneEvitare una polimerizzazione eccessiva o insufficiente.

5. Processi di post-trattamento

Il modello di sabbia deve essere eseguito dopo il completamento della stampa:

Pulizia della sabbia scioltaAssicurare una superficie liscia.

Test di resistenzaAssicurarsi che lo stampo in sabbia sia in grado di resistere alla pressione di colata.

Ispezione dimensionaleGarantire la conformità alle specifiche di progetto.

trattamento della superficieMigliorare la qualità della superficie dei getti.

III. Punti di controllo della qualità

Per garantire la qualità del getto, è necessario concentrarsi su di esso:

1. Controllo qualità della sabbia

Test di compattazioneAssicurarsi che la sabbia sia densa.

Test di resistenza alla compressioneAssicurarsi che lo stampo in sabbia sia in grado di resistere alla pressione di colata.

Controllo della traspirabilitàPer evitare la porosità dei getti.

Verifica della precisione dimensionaleGarantire la conformità ai requisiti di progettazione.

2. Controllo del processo di fusione

Monitoraggio della temperatura di colataAssicurare il flusso del liquido metallico.

Controllo della velocità di versamentoEvitare l'impatto di liquidi metallici sullo stampo in sabbia.

Controllo delle condizioni di raffreddamentoAssicurare un raffreddamento uniforme del getto.

Giudizio sui tempi di rilascio dello stampoEvitare la deformazione dei getti.

IV. Problemi e soluzioni comuni

Fessurazione della sabbia

razionaleLegante non correttamente dosato o non adeguatamente polimerizzato.

risolvere (una controversia)Regolazione dei rapporti per ottimizzare i parametri di polimerizzazione.

Deviazioni dimensionali

razionaleParametri di stampa impostati in modo errato o restringimento del materiale.

risolvere (una controversia)Ottimizzare i parametri di stampa per compensare il restringimento.

Scarsa qualità della superficie

razionaleGranulometria della sabbia inadeguata o distribuzione non uniforme della sabbia.

risolvere (una controversia)Selezione della graniglia adatta e miglioramento del processo di posa della sabbia.

V. Prospettive di applicazione

La tecnologia di fusione in sabbia con stampa 3D si sta evolvendo rapidamente e in futuro svolgerà un ruolo importante nei seguenti settori:

Produzione di parti aerospazialiPer soddisfare le esigenze di alta precisione e di strutture complesse.

Sviluppo di prototipi per l'industria automobilisticaAccorciare il ciclo di R&S.

Produzione di componenti chiave per macchine da costruzioneAumentare la produttività.

Fusione artistica e altre personalizzazioniRealizzare progetti complessi.

osservazioni conclusive

La tecnologia di colata in sabbia con stampa 3D è il prodotto di una profonda integrazione tra la produzione tradizionale e la moderna tecnologia digitale, che non solo migliora l'efficienza produttiva, ma offre anche nuove possibilità di innovazione del prodotto. Con il continuo progresso della tecnologia, questo processo sarà ampiamente utilizzato in più campi. Le imprese che utilizzano questa tecnologia devono considerare pienamente le proprie esigenze, scegliere le attrezzature e i parametri di processo giusti e, in pratica, ottimizzare e migliorare continuamente, per sfruttare appieno i suoi vantaggi.

Domande frequenti:

Qual è il principio della stampa 3D a sabbia?

Il principio della stampa 3D della sabbia è un metodo di produzione che trasforma un modello digitale tridimensionale in un modello solido di sabbia. Nello specifico, prevede l'uso di apparecchiature di stampa 3D per costruire strati di polvere di sabbia, che vengono uniti con un legante specifico o un agente indurente per formare un modello di sabbia con una struttura interna complessa. Lo stampo di sabbia viene quindi essiccato o polimerizzato per renderlo abbastanza resistente da affrontare il successivo processo di fusione.

Il vantaggio di questa tecnologia è che risponde all'esigenza di una produzione rapida, personalizzata e in piccoli lotti, apportando maggiore efficienza e qualità al processo di fusione.

利用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速砂型鑄造的指南最先出現(xiàn)在三帝科技股份有限公司。