Prefazione：Nella produzione moderna, la combinazione della stampa 3D con le tecniche di fusione tradizionali apre un mondo di possibilità. La capacità di creare stampi personalizzati con disegni e geometrie complesse attraverso la stampa 3D ha rivoluzionato il processo di fusione. Utilizzando la produzione additiva, i singoli e le industrie possono esplorare nuove strade di creatività, efficienza ed economicità nella produzione di oggetti fusi di alta qualità.

Questo articolo è una guida completa alla creazione di stampi per colata stampati in 3D. Esploreremo come dare vita alle vostre idee e creare stampi per colata utilizzando la stampa 3D.

Che cos'è la tecnologia di stampa 3D?

La stampa 3D è un tipo di tecnologia di prototipazione rapida. Scompone il modello digitale tridimensionale progettato dal computer in diversi strati di fette piane, e poi utilizza la stampante 3D per incollare polveri, plastiche liquide o filamentose, metalli, ceramiche o sabbia. È una tecnologia che impila i materiali compositi strato per strato secondo i modelli di fetta e infine li impila in un oggetto completo.

Questa tecnologia combina conoscenze tecniche all'avanguardia nella tecnologia di modellazione digitale, nella tecnologia dell'informazione, nella tecnologia di controllo elettromeccanico, nella scienza dei materiali e nella chimica, ed è una tecnologia applicativa completa ad alto contenuto tecnologico.

Che cos'è la fusione dei metalli?

La fusione dei metalli esiste da circa 7.000 anni. Si tratta di un processo in cui si versa il metallo liquido caldo in uno stampo e lo si lascia raffreddare e indurire. Un tempo si usava per costruire utensili, armi e statue. Ancora oggi la si usa per realizzare oggetti come gioielli e automobili.

L'idea di base è quella di versare o forzare il metallo liquido caldo in uno stampo. Poi si attende che il metallo si raffreddi e si indurisca, assumendo la forma dello stampo. Poi si estrae il pezzo solido dallo stampo. Ma ci sono molti modi diversi di fare la fusione. Le cose più importanti sono il materiale di cui è fatto lo stampo e il modo in cui si introduce il metallo liquido caldo nello stampo.

La stampa 3D può rendere più veloce ed economica la realizzazione di stampi per la fusione del metallo. Questo vale soprattutto per la microfusione (detta anche fusione a cera persa) e la fusione in sabbia. È possibile stampare in 3D i modelli da utilizzare per creare gli stampi. Oppure si possono stampare in 3D gli stampi stessi.

Progettazione del modello CAD

Innanzitutto, è necessario creare un modello 3D dello stampo utilizzando un software di progettazione assistita da computer (CAD). Assicuratevi che il modello presenti i giusti angoli di sformo e le linee di divisione per facilitare la rimozione dello stampo e lo spessore delle pareti adatto al materiale di colata. È inoltre opportuno includere caratteristiche dello stampo come porte, guide e sfiati per facilitare la colata del pezzo. È possibile progettare lo stampo utilizzando software CAD come Autodesk Fusion®, SolidWorks®, Rhino3D®, AutoCAD®, Tinkercad® e altri ancora.

Quando si progetta la propria Modello di stampo stampato in 3DMa ci sono alcune cose che dovrete tenere a mente. Innanzitutto, mantenete un design semplice. In secondo luogo, non riempite gli spazi vuoti con oggetti. In terzo luogo, pensate allo spessore delle pareti. Quarto, scegliere un design simmetrico. Infine, progettate tenendo conto dei dettagli finali.

Determinare se il modello è cavo o solido

Il processo di fusione varia a seconda che il modello sia cavo o solido. Se il modello è cavo, il processo di fusione diventa più complicato. È necessario creare un calco che sostenga l'interno del modello, quindi rimuovere la struttura di supporto dal pezzo finale. Il pezzo finale avrà un foro in qualche punto abbastanza grande da consentire la rimozione del materiale di supporto quando la resina polimerizzata viene stesa.

Se il modello è solido, il processo di fusione è più semplice. Gli oggetti solidi non hanno bisogno di una struttura interna che li sostenga. In questo caso, si può passare alla fase 4 del processo di fusione.

Generare la struttura interna del modello cavo

Per realizzare l'interno di un modello cavo, è necessario fare alcune cose. Innanzitutto, si crea un blocco solido un po' più piccolo del modello cavo. Mettere il modello cavo sopra il blocco solido e centrarlo. Modificare il modello cavo in modo che abbia la forma di un "buco". Questo renderà solido l'interno del modello. Unire il blocco solido con il modello cavo modificato.

Ora si ha una copia esatta dell'interno del modello cavo. Per tenere in posizione l'interno del modello durante la realizzazione dello stampo, aggiungere dei supporti che colleghino l'interno del modello all'esterno dello stampo. Questi supporti verranno tolti in seguito.

Generare blocchi solidi intorno al modello

Per prima cosa, verificare se il modello originale è già un solido o se deve essere convertito in un solido. Se il modello è già un solido, si può passare alla fase successiva. In caso contrario, è necessario modificarlo in modo che sia un volume chiuso e stagno. Progettare un blocco o una struttura scatolare molto più grande del modello. Questo blocco sarà il confine esterno dello stampo e costituirà le pareti che circondano il modello. Inserite il modello all'interno del blocco, assicurandovi che sia centrato e allineato correttamente.

Il modello deve essere circondato da blocchi, con uno spazio tra il modello e le pareti interne dei blocchi. Unire o fondere i blocchi e il modello per creare un unico oggetto. Si otterrà così un nuovo modello 3D in cui i blocchi formano le pareti esterne dello stampo e il modello è all'interno dello stampo.

Racchiudendo i blocchi solidi del modello, si crea la struttura necessaria per lo stampo. Il blocco definirà la forma e le dimensioni della colata finale e fornirà supporto e contenimento durante il processo di colata.

Dividere il blocco in due o più pezzi in base al disegno

Potrebbe essere necessario dividere il blocco in sezioni per facilitare la rimozione della colata dallo stampo. Ciò dipende dalla complessità del modello. Alcuni aspetti a cui pensare quando si dividono i blocchi sono: Innanzitutto, osservate la forma del modello e pensate a come raggiungerlo. Il motivo principale per cui è facile smontare lo stampo è che si può estrarre la colata senza rovinarla.

Non create cunei o forme che rendano difficile l'estrazione del getto. Quando osservate la forma del vostro modello, pensate a dove potete dividerlo. Ad esempio, se il modello è rotondo, è necessario almeno uno spacco al centro per poter separare le due metà. Assicuratevi che le linee scelte vi permettano di raggiungere l'interno del modello. In questo modo sarà possibile estrarre la colata senza schiacciare o piegare il modello perché il blocco intorno al modello è solido.

Incorporare il modello nel blocco solido

Posizionare il modello simmetrico su un lato nel blocco diviso, al centro. In questo modo, quando si uniscono i blocchi, si avrà una copertura uguale su entrambi i lati del modello. Unire con cura i blocchi, assicurandosi che aderiscano perfettamente al modello. Allineare correttamente i blocchetti, utilizzando eventuali guide o segni di registrazione per assicurarsi che siano allineati correttamente. Utilizzare i perni di posizionamento per assicurarsi che le metà dello stampo si uniscano correttamente e rimangano allineate.

Questi perni vi aiuteranno ad allineare le metà dello stampo quando lo chiuderete. Al centro c'è un grande canale per far scorrere il materiale di colata. Assicuratevi che il canale sia abbastanza largo da far scorrere la resina, soprattutto se la resina è spessa. I canali più larghi permettono alla resina di scorrere meglio e di evitare che si blocchi o che si formino bolle d'aria quando la si versa. Creare una camera che si trovi in cima allo stampo e che contenga la resina extra.

La camera sfrutta la gravità per far fluire naturalmente la resina liquida nello stampo. La dimensione della camera determina la quantità di resina che può essere spinta nel canale grande e assicura che ci sia abbastanza materiale per riempire lo stampo.

Avviare la stampa 3D

Ora è il momento di iniziare a stampare lo stampo. Per iniziare il processo di stampa 3D del vostro stampo, assicuratevi che la vostra stampante 3D sia in buone condizioni e correttamente calibrata. Controllate che il letto della stampante sia pulito e in piano e che non vi siano ostruzioni alla testina di stampa o all'estrusore. Scegliere il materiale di stampa adatto allo stampo. Considerate fattori quali il materiale di fusione, le proprietà dello stampo desiderate (come la flessibilità o la resistenza al calore) e la compatibilità con le stampanti 3D.

I materiali più comuni per la stampa di stampi includono vari tipi di resine e materiali termoplastici. Il software prende un file di modello 3D e genera una serie di istruzioni che la stampante deve seguire, specificando l'altezza degli strati, la densità di riempimento, la velocità di stampa e altre impostazioni. Regolate questi parametri in base alle vostre esigenze specifiche. Caricare i materiali di stampa scelti nella stampante 3D.

Ciò può comportare il caricamento di un rotolo di filamento o il versamento di resina in un contenitore appropriato, a seconda del tipo di stampante utilizzata. Avviare il processo di stampa 3D inviando il file slice alla stampante. La stampante inizierà a creare il modello strato per strato seguendo le istruzioni fornite dal software di slicing. All'inizio tenete d'occhio la situazione per assicurarvi che tutto aderisca e abbia un bell'aspetto e per risolvere eventuali problemi.

Utilizzare lo stampo stampato e versare il silicone per avviare il processo di fusione

Per iniziare il processo di colata, mescolare il silicone secondo le istruzioni del produttore, assicurandosi di avere il giusto rapporto tra ingredienti base e catalizzatore. Quando la miscela di silicone è pronta, versarla lentamente e uniformemente nello stampo. Iniziare a versare da un'estremità in modo che il silicone riempia la cavità dello stampo. Fate attenzione a non introdurre bolle d'aria durante il processo di colata, perché potrebbero rovinare la colata finale.

Battere o scuotere delicatamente lo stampo per eliminare le bolle d'aria residue. In questo modo le bolle d'aria salgono in superficie, garantendo una colata liscia e senza bolle. In alternativa, è possibile utilizzare un'apparecchiatura specializzata, come una camera a vuoto o un serbatoio a pressione progettato per la colata di silicone, per rimuovere più efficacemente le bolle d'aria.

Lasciare indurire il silicone per il tempo consigliato dal produttore. Il tempo di polimerizzazione dipende dal tipo di silicone utilizzato, quindi è bene seguire le istruzioni. È necessario dare al silicone il tempo necessario per indurire e polimerizzare completamente prima di procedere.

Una volta che il silicone è completamente indurito, estrarlo con cautela dallo stampo. A seconda dello stampo utilizzato, potrebbe essere necessario separare le metà dello stampo o piegare lo stampo per estrarre la colata.

Rifinitura delle parti in eccesso

Una volta che si è riusciti a sformare la colata dallo stampo in silicone, il passo successivo è quello di tagliare l'eccesso. L'eccesso si riferisce a qualsiasi colata aggiuntiva di materiale siliconico che può essere fuoriuscita dalla forma desiderata o che si è formata lungo i bordi.

Osservate bene il calco e individuate le aree che devono essere rifilate. Con un coltello affilato per hobby o con le forbici, iniziare a rifilare il silicone in eccesso seguendo il contorno della forma desiderata. Prendete il tempo necessario per garantire l'accuratezza ed evitare di tagliare accidentalmente la colata vera e propria.

A seconda della complessità della fusione, potrebbe essere necessario utilizzare strumenti o tecniche diverse per ottenere i risultati desiderati. L'eliminazione delle eccedenze è una fase importante del processo di fusione, in quanto contribuisce a migliorare l'aspetto finale e la qualità della fusione. Rimuovendo con cura il materiale siliconico in eccesso, è possibile perfezionare i dettagli e ottenere un risultato pulito e lucido, molto simile al modello originale.

Vantaggi della stampa 3D degli stampi per colata

L'utilizzo di stampi stampati in 3D presenta numerosi vantaggi, tra cui:

Ciclo di produzione dello stampo più breve

Gli stampi stampati in 3D abbreviano l'intero ciclo di sviluppo del prodotto e diventano la fonte dell'innovazione. In passato, le aziende hanno talvolta scelto di ritardare o abbandonare gli aggiornamenti della progettazione dei prodotti a causa degli ingenti investimenti necessari per la produzione di nuovi stampi. Riducendo i tempi di produzione degli stampi e consentendo di aggiornare rapidamente gli strumenti di progettazione esistenti, la stampa 3D permette alle aziende di permettersi modifiche e miglioramenti degli stampi più frequenti. In questo modo, il ciclo di progettazione degli stampi può tenere il passo con il ciclo di progettazione dei prodotti.

Inoltre, alcune aziende acquistano le proprie stampanti 3D per realizzare gli stampi, il che accelera lo sviluppo del prodotto e lo rende più flessibile e adattabile. Dal punto di vista strategico, ciò rende la catena di fornitura più resistente ai rischi di lunghi tempi di consegna e di stagnazione dello sviluppo, come ad esempio l'ottenimento di stampi scadenti da parte dei fornitori.

Costi di produzione inferiori

Se il costo attuale della stampa 3D del metallo è superiore a quello della produzione tradizionale di metallo, è più facile risparmiare con le parti in plastica.

Gli stampi in metallo stampati in 3D sono economicamente vantaggiosi per la produzione di piccole serie intermittenti di parti finali (perché è difficile ammortizzare i costi fissi di queste parti) o per determinate geometrie (ottimizzate specificamente per la stampa 3D). Sono particolarmente convenienti quando i materiali sono molto costosi e la produzione tradizionale di stampi comporta un'alta percentuale di scarti.

Inoltre, la stampa 3D può aiutare i processi produttivi e i profitti realizzando stampi precisi in poche ore. Questo è particolarmente utile quando è costoso interrompere la produzione o tenere molti strumenti in magazzino.

Infine, a volte capita che lo stampo debba essere modificato dopo l'avvio della produzione. La flessibilità della stampa 3D consente agli ingegneri di provare innumerevoli iterazioni contemporaneamente e può ridurre i costi iniziali causati dalle modifiche alla progettazione dello stampo.

I miglioramenti nella progettazione degli stampi aggiungono più funzionalità ai prodotti finali

La speciale metallurgia della stampa 3D in metallo spesso migliora la microstruttura del metallo e produce parti stampate completamente dense con proprietà meccaniche e fisiche pari o superiori a quelle dei materiali forgiati o fusi (a seconda del trattamento termico e dell'orientamento del test).

La produzione additiva offre agli ingegneri opzioni illimitate per migliorare la progettazione degli stampi. Quando la parte di destinazione è composta da diversi sottocomponenti, la stampa 3D ha la capacità di integrare il progetto e ridurre il numero di parti. Ciò semplifica il processo di assemblaggio del prodotto e riduce le tolleranze.

Inoltre, è in grado di svolgere funzioni di prodotto complesse, in modo da realizzare prodotti finali altamente funzionali in tempi più rapidi e con un minor numero di difetti. Ad esempio, la qualità complessiva di un pezzo stampato a iniezione è influenzato dalle condizioni di trasferimento del calore tra il materiale iniettato e il fluido di raffreddamento che scorre attraverso l'attrezzatura. Se si realizza in modo tradizionale, i canali che trasportano il materiale di raffreddamento sono solitamente diritti, quindi il pezzo stampato si raffredda più lentamente e in modo non uniforme.

La stampa 3D può creare canali di raffreddamento di qualsiasi forma, in modo da ottenere un raffreddamento conformale, più ottimizzato e uniforme, che consente di realizzare pezzi di qualità superiore e di ridurre gli scarti. Inoltre, è possibile estrarre il calore più velocemente, in modo da poter realizzare i pezzi di qualità superiore e ridurre gli scarti. stampaggio a iniezione Il tempo di ciclo è più breve, poiché il tempo di raffreddamento è di solito circa 70% dell'intero ciclo. stampaggio a iniezione ciclo.

Ottimizzare gli strumenti per renderli più ergonomici e migliorare le prestazioni minime

La stampa 3D facilita la convalida di nuovi utensili che rispondono a esigenze non soddisfatte nel settore manifatturiero, consentendo l'introduzione di un maggior numero di attrezzature mobili e fisse nella produzione. Tradizionalmente, gli utensili e i dispositivi corrispondenti sono stati progettati per durare il più a lungo possibile, a causa delle spese e degli sforzi considerevoli necessari per riprogettarli e fabbricarli. Con la stampa 3D, le aziende possono rimettere a nuovo qualsiasi utensile in qualsiasi momento, non solo quelli che sono stati rottamati e non soddisfano i requisiti.

Con tempi e costi iniziali ridotti, la stampa 3D rende più economica l'ottimizzazione degli strumenti per ottenere migliori prestazioni marginali. Pertanto, i tecnici possono considerare una maggiore ergonomia in fase di progettazione per migliorare il comfort operativo, ridurre i tempi di lavorazione e rendere più comodo l'uso e lo stoccaggio. Anche se questo può far risparmiare solo pochi secondi di tempo per le operazioni di assemblaggio, il risultato non è poi così elevato. Inoltre, l'ottimizzazione della progettazione degli utensili può anche ridurre il tasso di scarto dei pezzi.

Gli stampi personalizzati aiutano a personalizzare il prodotto finale

Grazie a cicli di produzione più brevi, alla capacità di realizzare forme più complesse e alla possibilità di ridurre i costi di produzione finali, le aziende possono realizzare molti strumenti personalizzati per realizzare pezzi su misura. Gli stampi per la stampa 3D sono molto utili per la produzione personalizzata, come le apparecchiature mediche e i dispositivi medici. È possibile fornire ai chirurghi strumenti personalizzati stampati in 3D, come guide e strumenti per la chirurgia, in modo che possano eseguire interventi migliori e più rapidi.

Conclusione

In sintesi, l'utilizzo della stampa 3D per la realizzazione di stampi per la colata di metallo rappresenta una svolta per la produzione. È possibile realizzare stampi personalizzati complessi in modo più rapido e semplice che mai. Rispetto alla costruzione di stampi tradizionali, questo metodo presenta grandi vantaggi. Gli stampi sono più veloci, più economici e migliori. È possibile creare stampi che fanno più cose, come rendere gli utensili più comodi da usare e farli funzionare meglio. Gli stampi personalizzati consentono di realizzare pezzi su misura.

Inoltre, è possibile provare e migliorare i progetti più velocemente, in modo da realizzare fusioni migliori. Ma è necessario pensare a come è fatto lo stampo e a come stamparlo per assicurarsi che funzioni correttamente. Se si pianifica e si opera nel modo giusto, è possibile utilizzare la stampa 3D per migliorare e velocizzare la fusione dei metalli. Con il miglioramento della tecnologia, la stampa 3D e la fusione di metalli cambieranno la produzione. Sarà possibile creare cose in modi nuovi e produrre più cose.