Voorwoord：In de moderne fabricage opent het combineren van 3D-printen met traditionele giettechnieken een wereld van mogelijkheden. De mogelijkheid om mallen op maat te maken met complexe ontwerpen en geometrieën door middel van 3D-printen heeft een revolutie teweeggebracht in het gietproces. Door gebruik te maken van additive manufacturing kunnen individuen en industrieën nieuwe wegen bewandelen op het gebied van creativiteit, efficiëntie en kosteneffectiviteit bij het produceren van hoogwaardige gegoten voorwerpen.

Dit artikel is een complete gids voor het maken van 3D-geprinte gietmallen. We zullen onderzoeken hoe je je ideeën tot leven kunt brengen en gietmallen kunt maken met behulp van 3D printen.

Wat is 3D printtechnologie?

3D-printen is een soort snelle prototypingtechnologie. Het ontleedt het driedimensionale digitale model dat door de computer is ontworpen in verschillende lagen van vlakke plakjes en gebruikt vervolgens de 3D-printer om poeder, vloeibare of filamentaire kunststoffen, metalen, keramiek of zand te plakken. Het is een technologie die composietmaterialen laag voor laag stapelt volgens slice patronen en ze uiteindelijk stapelt tot een compleet object.

Deze technologie combineert geavanceerde technische kennis op het gebied van digitale modelleringstechnologie, informatietechnologie, elektromechanische besturingstechnologie, materiaalwetenschap en chemie en is een veelomvattende toepassingstechnologie met een hoog technologisch gehalte.

Wat is metaal gieten?

Metaal gieten bestaat al zo'n 7000 jaar. Het is een proces waarbij je heet vloeibaar metaal in een mal giet en laat afkoelen en uitharden. Vroeger gebruikten mensen het om gereedschap, wapens en beelden te maken. Vandaag de dag gebruiken mensen het nog steeds om dingen als juwelen en auto's te maken.

Het basisidee is dat je heet vloeibaar metaal in een mal giet of forceert. Dan wacht je tot het metaal is afgekoeld en uitgehard en de vorm van de mal heeft aangenomen. Dan haal je het vaste onderdeel uit de mal. Maar er zijn veel verschillende manieren om te gieten. De belangrijkste dingen zijn waar de mal van gemaakt is en hoe je het hete vloeibare metaal in de mal krijgt.

3D printen kan het sneller en goedkoper maken om mallen te maken voor het gieten van metaal. Dit geldt vooral voor verlorenwasgieten en zandgieten. Je kunt de patronen die je gebruikt om de mallen te maken 3D printen. Of je kunt de mallen zelf 3D printen.

Het CAD-model ontwerpen

Eerst moet je een 3D-model van je mal maken met computerondersteunde ontwerpsoftware (CAD). Zorg ervoor dat uw model de juiste ontwerphoeken en deellijnen heeft, zodat u uw mal gemakkelijk kunt verwijderen, en de juiste wanddikte voor uw gietmateriaal. U wilt ook matrijskenmerken zoals poorten, runners en ventilatieopeningen opnemen om het eenvoudiger te maken om uw onderdeel te gieten. U kunt uw mal ontwerpen met CAD-software zoals Autodesk Fusion®, SolidWorks®, Rhino3D®, AutoCAD®, Tinkercad® en meer.

Wanneer je je 3D-geprint schimmelmodelEr zijn een paar dingen waar je rekening mee moet houden. Ten eerste, houd je ontwerp eenvoudig. Ten tweede, vul holle ruimtes niet op met voorwerpen. Ten derde, denk aan de dikte van de muur. Kies ten vierde voor een symmetrisch ontwerp. En tot slot moet je bij het ontwerp rekening houden met de laatste details.

Bepalen of het model hol of massief is

Het gietproces verschilt afhankelijk van of je model hol of massief is. Als je model hol is, wordt het gietproces ingewikkelder. Je moet dan een mal maken die de binnenkant van het model ondersteunt en vervolgens de steunstructuur verwijderen uit het uiteindelijke onderdeel. Je uiteindelijke stuk zal ergens een gat hebben dat groot genoeg is om het steunmateriaal te kunnen verwijderen wanneer de uitgeharde hars wordt uitgerekt.

Als je model massief is, is het gietproces eenvoudiger. Solide objecten hebben geen interne structuur nodig om ze te ondersteunen. In dit geval kun je stap 4 van het gietproces overslaan.

De interne structuur van het holle model genereren

Om de binnenkant van een hol model te maken, moet je een paar dingen doen. Maak eerst een massief blok dat iets kleiner is dan het holle model. Plaats het holle model bovenop het solide blok en centreer het. Verander het holle model zodat het de vorm van een "gat" heeft. Hierdoor wordt de binnenkant van het model massief. Combineer het massieve blok met het gewijzigde holle model.

Nu heb je een exacte kopie van de binnenkant van het holle model. Om de binnenkant van het model op zijn plaats te houden wanneer je de mal maakt, voeg je steunen toe die de binnenkant van het model verbinden met de buitenkant van de mal. Deze steunen haal je er later weer af.

Massieve blokken rond het model genereren

Controleer eerst of je oorspronkelijke model al een solid is of dat het geconverteerd moet worden naar een solid. Als je model al een solid is, kun je doorgaan naar de volgende stap. Zo niet, dan moet je het aanpassen zodat het een gesloten, waterdicht volume wordt. Ontwerp een blok of doosstructuur die veel groter is dan je model. Dit blok wordt de buitengrens van de mal en vormt de wanden die het model omringen. Plaats het model in het blok en zorg ervoor dat het goed gecentreerd en uitgelijnd is.

Het model moet omringd worden door blokken, met ruimte tussen het model en de binnenwanden van de blokken. Combineer of voeg de blokken en het model samen om één enkel object te maken. Dit resulteert in een nieuw 3D-model waarbij de blokken de buitenwanden van de mal vormen en het model zich binnenin de mal bevindt.

Door de massieve blokken van het model in te sluiten, heb je de structuur gecreëerd die nodig is voor de mal. Het blok bepaalt de vorm en grootte van het uiteindelijke gietstuk en biedt ondersteuning en insluiting tijdens het gietproces.

Verdeel het blok in twee of meer stukken volgens het ontwerp

Misschien moet je het blok in delen splitsen om het makkelijker te maken om het gietstuk uit de mal te halen. Dit hangt af van hoe ingewikkeld het model is. Enkele dingen waar je aan moet denken bij het splitsen van blokken zijn: Kijk eerst naar de vorm van het model en bedenk hoe je erbij kunt komen. De belangrijkste reden om het makkelijk te maken om de mal uit elkaar te halen is zodat je het gietstuk eruit kunt halen zonder het te verknoeien.

Maak geen wiggen of vormen die het moeilijk maken om het gietstuk eruit te krijgen. Als je naar de vorm van je model kijkt, bedenk dan waar je het kunt splitsen. Als je model bijvoorbeeld rond is, heb je minstens één split in het midden nodig zodat je de twee helften uit elkaar kunt trekken. Zorg ervoor dat je met de lijnen die je kiest bij de binnenkant van het model kunt komen. Zo kun je het gietstuk eruit halen zonder het model te knijpen of te buigen, omdat het blok rond het model stevig is.

Het model inbedden in het massieve blok

Leg het symmetrische model op zijn kant in het gesplitste blok, gecentreerd. Op deze manier heb je, wanneer je de blokken in elkaar zet, gelijke dekking aan beide kanten van het model. Zet de blokken voorzichtig in elkaar en zorg ervoor dat ze goed om het model passen. Lijn de blokken op de juiste manier uit en gebruik eventuele geleiders of registratietekens om ervoor te zorgen dat ze goed uitgelijnd zijn. Gebruik richtpennen om ervoor te zorgen dat de malhelften goed aansluiten en op één lijn blijven.

Deze pinnen helpen je om de malhelften op één lijn te krijgen als je de mal sluit. Er is een groot kanaal in het midden om het gietmateriaal te laten vloeien. Zorg ervoor dat het kanaal breed genoeg is om de hars te laten vloeien, vooral als de hars dik is. Bredere kanalen laten de hars beter stromen en voorkomen dat het vast komt te zitten of luchtbellen krijgt als je het giet. Maak een kamer die bovenop de mal zit en waar extra hars in past.

De kamer gebruikt de zwaartekracht om de vloeibare hars op natuurlijke wijze in de mal te laten stromen. De grootte van de kamer bepaalt hoeveel hars er in het grote kanaal kan worden geduwd en zorgt ervoor dat er genoeg materiaal is om de mal te vullen.

Beginnen met 3D printen

Nu is het tijd om de mal te gaan printen. Om te beginnen met het 3D printen van uw mal, moet u ervoor zorgen dat uw 3D printer in orde is en goed gekalibreerd. Controleer of het printerbed schoon en vlak is en of er geen obstructies zijn voor de printkop of extruder. Kies het juiste printmateriaal voor uw mal. Houd rekening met factoren zoals het gietmateriaal, de gewenste eigenschappen van de mal (zoals flexibiliteit of hittebestendigheid) en de compatibiliteit met 3D-printers.

Veelgebruikte materialen voor het printen van mallen zijn verschillende soorten harsen en thermoplasten.Gebruik slicing software om uw digitale modellen klaar te maken voor 3D printen. De software neemt een 3D-modelbestand en genereert een reeks instructies die de printer moet volgen, waarbij laaghoogte, vuldichtheid, printsnelheid en andere instellingen worden opgegeven. Pas deze parameters aan volgens uw specifieke eisen. Laad de door u gekozen printmaterialen in de 3D printer.

Dit kan het laden van een rol filament of het gieten van hars in een geschikte container inhouden, afhankelijk van het type printer dat je gebruikt. Start het 3D-printproces door het slice-bestand naar de printer te sturen. De printer zal beginnen met het laag voor laag creëren van je model volgens de instructies van de slicing software. Houd in het begin een oogje in het zeil om er zeker van te zijn dat alles goed blijft plakken en er goed uitziet, en om eventuele problemen op te lossen.

Gebruik de afgedrukte mal en giet de silicone om het gietproces te starten

Om het gietproces te starten, meng je de silicone volgens de instructies van de fabrikant en zorg je ervoor dat je de juiste verhouding basis- en katalysatoringrediënten hebt. Als het siliconenmengsel klaar is, giet je het langzaam en gelijkmatig in de mal. Begin vanaf één kant te gieten zodat de silicone de malholte vult. Zorg ervoor dat er geen luchtbellen ontstaan tijdens het gieten, want die kunnen het uiteindelijke gieten verknoeien.

Tik of schud de mal voorzichtig om alle resterende luchtbellen te verwijderen. Dit zorgt ervoor dat de luchtbellen naar de oppervlakte stijgen, zodat je een glad en luchtbelvrij gietstuk krijgt. Je kunt ook speciale apparatuur gebruiken, zoals een vacuümkamer of druktank die speciaal is ontworpen voor siliconengieten om luchtbellen effectiever te verwijderen.

Laat de silicone uitharden gedurende de door de fabrikant aanbevolen tijd. De uithardingstijd hangt af van het type silicone dat je gebruikt, dus zorg ervoor dat je de instructies volgt. Je moet de silicone genoeg tijd geven om volledig uit te harden voordat je verder gaat.

Als de silicone volledig is uitgehard, haal je het voorzichtig uit de mal. Afhankelijk van de mal die je gebruikt, moet je misschien de helften van de mal scheiden of de mal buigen om het gietstuk eruit te krijgen.

Overtollige onderdelen verwijderen

Als je het gietstuk met succes uit de siliconenmal hebt gehaald, is de volgende stap het overtollige materiaal wegsnijden. Met overtollig materiaal wordt het extra gegoten siliconenmateriaal bedoeld dat mogelijk uit de gewenste vorm is gevloeid of zich langs de randen heeft gevormd.

Bekijk je mal goed en zoek gebieden die bijgeknipt moeten worden. Gebruik een scherp hobbymes of een schaar en begin met het wegsnijden van de overtollige silicone langs de omtrek van de gewenste vorm. Neem de tijd om ervoor te zorgen dat je nauwkeurig bent en om te voorkomen dat je per ongeluk in het gietstuk snijdt.

Afhankelijk van de complexiteit van het gietstuk kan het nodig zijn om verschillende gereedschappen of technieken te gebruiken om het gewenste resultaat te bereiken. Het wegsnijden van overtollig materiaal is een belangrijke stap in het gietproces omdat het helpt het uiteindelijke uiterlijk en de kwaliteit van het gietstuk te verbeteren. Door voorzichtig overtollig siliconenmateriaal te verwijderen, kun je details verfijnen en een schoon en gepolijst resultaat verkrijgen dat sterk lijkt op het originele model.

Voordelen van 3D Printing gietmallen

Het gebruik van 3D-geprinte mallen heeft veel voordelen, waaronder:

Kortere matrijsproductiecyclus

3D-geprinte mallen verkorten de hele productontwikkelingscyclus en worden de bron van innovatie. In het verleden hebben bedrijven er soms voor gekozen om updates van productontwerpen uit te stellen of achterwege te laten vanwege de grote investering die nodig is om nieuwe mallen te maken. Door de productietijd van matrijzen te verkorten en bestaande ontwerptools snel bij te werken, kunnen bedrijven dankzij 3D-printen vaker matrijzen aanpassen en verbeteren. Hierdoor kan de ontwerpcyclus van de matrijs gelijke tred houden met de ontwerpcyclus van het product.

Daarnaast kopen sommige bedrijven hun eigen 3D-printers om mallen te maken, wat de productontwikkeling versnelt en flexibeler en aanpasbaarder maakt. Strategisch gezien maakt het de toeleveringsketen weerbaarder tegen de risico's van lange doorlooptijden en stagnatie in de ontwikkeling, zoals het krijgen van slechte mallen van leveranciers.

Lagere productiekosten

Als de huidige kosten voor het 3D-printen van metaal hoger zijn dan voor traditionele metaalproductie, is het gemakkelijker om geld te besparen met kunststof onderdelen.

Metalen 3D-geprinte mallen zijn economisch voordelig voor het maken van kleine, intermitterende series eindproducten (omdat het moeilijk is om de vaste kosten van deze onderdelen af te schrijven) of voor bepaalde geometrieën (die speciaal geoptimaliseerd zijn voor 3D-printen). Ze zijn vooral kosteneffectief als de materialen erg duur zijn en traditionele matrijsfabricage tot hoge uitvalcijfers leidt.

3D-printen kan ook helpen bij productieprocessen en winst door in een paar uur nauwkeurige mallen te maken. Dit is vooral handig wanneer het duur is om de productie stil te leggen of veel gereedschap op voorraad te houden.

Tot slot gebeurt het soms dat de matrijs moet worden aangepast nadat de productie is gestart. De flexibiliteit van 3D printen stelt ingenieurs in staat om talloze iteraties tegelijk uit te proberen en kan de aanloopkosten door wijzigingen in het matrijsontwerp verlagen.

Verbeteringen in matrijsontwerp voegen meer functionaliteit toe aan eindproducten

De speciale metallurgie van metaal 3D printen verbetert vaak de metaal microstructuur en produceert volledig dicht geprinte onderdelen met mechanische en fysische eigenschappen die even goed of beter zijn dan die van gesmede of gegoten materialen (afhankelijk van warmtebehandeling en testoriëntatie) .

Additive manufacturing geeft ingenieurs onbeperkte mogelijkheden om het ontwerp van mallen te verbeteren. Als het doelonderdeel uit meerdere subonderdelen bestaat, kan 3D-printen het ontwerp integreren en het aantal onderdelen verminderen. Dit vereenvoudigt het productassemblageproces en vermindert de toleranties.

Bovendien kan het complexe productfuncties uitvoeren, zodat je sneller en met minder productdefecten hoogfunctionele eindproducten kunt maken. De algehele kwaliteit van een spuitgegoten onderdeel wordt beïnvloed door de warmteoverdracht tussen het geïnjecteerde materiaal en de koelvloeistof die door de gereedschapopstelling stroomt. Als je het op de oude manier maakt, zijn de kanalen die het koelmateriaal transporteren meestal recht, waardoor het spuitgietproduct langzamer en ongelijkmatig afkoelt.

Met 3D-printen kun je koelkanalen van elke vorm maken, zodat je gelijkmatige koeling krijgt, die meer geoptimaliseerd en uniform is, zodat je onderdelen van hogere kwaliteit kunt maken en minder uitval hebt. Ook kun je de warmte sneller afvoeren, zodat je de spuitgieten cyclustijd korter, omdat de koeltijd meestal ongeveer 70% van de hele spuitgieten cyclus.

Optimaliseer gereedschap om ergonomischer te zijn en de minimale prestaties te verbeteren

3D-printen maakt het eenvoudiger om nieuwe gereedschappen te valideren die inspelen op onvervulde behoeften in de productie, waardoor er meer bewegende en vaste opspanmiddelen in de productie kunnen worden gebruikt. Van oudsher zijn gereedschappen en bijbehorende apparaten ontworpen om zo lang mogelijk mee te gaan vanwege de aanzienlijke kosten en inspanningen die nodig zijn om ze opnieuw te ontwerpen en te produceren. Met 3D-printen kunnen bedrijven elk gereedschap op elk moment opknappen, niet alleen gereedschappen die afgedankt zijn en niet aan de eisen voldoen.

Omdat er weinig tijd en initiële kosten nodig zijn, maakt 3D-printen het voordeliger om gereedschap te optimaliseren voor betere marginale prestaties. Daarom kunnen technici bij het ontwerpen meer rekening houden met ergonomie om het bedieningscomfort te verbeteren, de verwerkingstijd te verkorten en het gereedschap handiger te gebruiken en op te bergen. Hoewel dit misschien maar een paar seconden van de assemblagetijd bespaart, wordt het niet veel. Daarnaast kan het optimaliseren van het gereedschapontwerp ook het uitvalpercentage van onderdelen verminderen.

Aangepaste mallen helpen het eindproduct aan te passen

Met kortere productiecycli, de mogelijkheid om complexere vormen te maken en de mogelijkheid om de uiteindelijke productiekosten te verlagen, kunnen bedrijven veel aangepaste hulpmiddelen maken om onderdelen op maat te maken. 3D-printmallen zijn echt goed voor op maat gemaakte producten, zoals medische apparatuur en medische spullen. Chirurgen kunnen 3D-geprinte aangepaste hulpmiddelen krijgen, zoals gidsen en hulpmiddelen voor operaties, zodat ze betere en snellere operaties kunnen uitvoeren.

Conclusie

Samengevat is 3D-printen voor het maken van metaalgietmallen een revolutie in de productiesector. Je kunt complexe aangepaste mallen sneller en gemakkelijker maken dan ooit tevoren. Vergeleken met het traditionele maken van mallen heeft deze methode grote voordelen. Het maakt mallen sneller, goedkoper en beter. Je kunt mallen maken die meer dingen doen, zoals gereedschappen comfortabeler in gebruik maken en ze beter laten werken. Met op maat gemaakte mallen kun je onderdelen op maat maken.

Ook kun je ontwerpen sneller uitproberen en verbeteren, zodat je betere gietstukken kunt maken. Maar je moet wel nadenken over waar de mal van gemaakt is en hoe je hem print om er zeker van te zijn dat hij goed werkt. Als je het goed plant en doet, kun je 3D-printen gebruiken om beter en sneller metaal te gieten. Naarmate de technologie beter wordt, zullen 3D-printen en metaalgieten de productie veranderen. Je zult dingen op nieuwe manieren kunnen maken en meer dingen kunnen maken.