Предисловие：В современном производстве сочетание 3D-печати с традиционными методами литья открывает мир возможностей. Способность создавать индивидуальные формы со сложным дизайном и геометрией с помощью 3D-печати произвела революцию в процессе литья. Используя аддитивное производство, люди и отрасли могут открыть для себя новые возможности для творчества, эффективности и экономичности в производстве высококачественных литых предметов.

Эта статья - полное руководство по созданию 3D-печатных форм для литья. Мы рассмотрим, как воплотить свои идеи в жизнь и создать формы для литья с помощью 3D-печати.

Что такое технология 3D-печати?

3D-печать - это разновидность технологии быстрого прототипирования. Она разлагает трехмерную цифровую модель, разработанную компьютером, на несколько слоев плоских срезов, а затем с помощью 3D-принтера наносится порошок, жидкие или нитевидные пластики, металлы, керамика или песок. Это технология, которая позволяет укладывать композитные материалы слой за слоем в соответствии с шаблонами срезов и в итоге складывать их в законченный объект.

Эта технология сочетает в себе передовые технические знания в области технологии цифрового моделирования, информационных технологий, технологии электромеханического управления, материаловедения и химии и представляет собой комплексную прикладную технологию с высоким технологическим содержанием.

Что такое литье металлов?

Литье металла существует уже около 7 000 лет. Это процесс, при котором горячий жидкий металл заливают в форму и дают ему остыть и затвердеть. Раньше люди использовали его для изготовления инструментов, оружия и статуй. Люди и сегодня используют его для изготовления таких вещей, как ювелирные изделия и автомобили.

Основная идея заключается в том, что вы заливаете горячий жидкий металл в форму. Затем вы ждете, пока металл остынет, затвердеет и примет форму формы. Затем вы извлекаете из формы твердую деталь. Но существует множество различных способов литья. Самое главное - это то, из чего сделана форма, и то, как вы вводите горячий жидкий металл в форму.

3D-печать позволяет быстрее и дешевле изготавливать формы для литья металла. Это особенно актуально для литья по выплавляемым моделям (также называемого литьем с потерей воска) и литья в песчаные формы. Вы можете напечатать 3D-шаблоны, которые используются для изготовления форм. А можно напечатать сами формы.

Разработка модели CAD

Для начала вам нужно будет создать 3D-модель формы с помощью программы автоматизированного проектирования (CAD). Убедитесь, что модель имеет правильные углы наклона и разделительные линии, облегчающие извлечение формы, а также толщину стенок, соответствующую материалу для литья. Также необходимо предусмотреть такие элементы формы, как затворы, бегунки и вентиляционные отверстия, чтобы облегчить отливку детали. Для проектирования пресс-формы можно использовать такие программы САПР, как Autodesk Fusion®, SolidWorks®, Rhino3D®, AutoCAD®, Tinkercad® и другие.

Когда вы разрабатываете свой 3D-печатная модель пресс-формыНо есть несколько моментов, о которых стоит помнить. Во-первых, сохраняйте простоту дизайна. Во-вторых, не заполняйте пустоты предметами. В-третьих, подумайте о толщине стен. В-четвертых, выбирайте симметричный дизайн. И наконец, разрабатывайте дизайн с учетом последних деталей.

Определите, является ли модель полой или цельной

Процесс литья будет отличаться в зависимости от того, полая или цельная ваша модель. Если модель полая, процесс литья усложняется. Вам нужно будет создать слепок, поддерживающий внутреннюю часть модели, а затем удалить поддерживающую конструкцию из конечной детали. В готовой детали будет отверстие, достаточно большое, чтобы можно было удалить поддерживающий материал при растягивании отвержденной смолы.

Если ваша модель твердая, процесс отливки упрощается. Твердые объекты не требуют внутренней структуры для поддержки. В этом случае вы можете перейти к шагу 4 процесса отливки.

Создайте внутреннюю структуру полой модели

Чтобы сделать внутреннюю часть полой модели, нужно выполнить несколько действий. Во-первых, сделайте цельный блок, который немного меньше полой модели. Положите полую модель поверх цельного блока и отцентрируйте ее. Измените полую модель так, чтобы она имела форму "дырки". Это сделает внутреннюю часть модели сплошной. Объедините цельный блок с измененной полой моделью.

Теперь у вас есть точная копия внутренней части полой модели. Чтобы удержать внутреннюю часть модели на месте при изготовлении формы, добавьте опоры, соединяющие внутреннюю часть модели с внешней. Эти опоры вы снимите позже.

Создание сплошных блоков вокруг модели

Сначала проверьте, является ли ваша исходная модель твердым телом или ее нужно преобразовать в твердое тело. Если модель уже является твердым телом, вы можете переходить к следующему шагу. Если нет, то вам нужно будет изменить ее так, чтобы она представляла собой замкнутый, водонепроницаемый объем. Создайте блок или коробчатую структуру, которая будет намного больше вашей модели. Этот блок будет внешней границей формы и сформирует стенки, окружающие модель. Поместите модель внутрь блока, убедившись, что она правильно отцентрирована и выровнена.

Модель должна быть окружена блоками, при этом между моделью и внутренними стенками блоков должно оставаться пространство. Объедините или слейте блоки и модель, чтобы создать единый, унифицированный объект. В результате получится новая 3D-модель, в которой блоки образуют внешние стенки формы, а модель находится внутри формы.

Заключив модель в твердые блоки, вы создали структуру, необходимую для литья. Блок будет определять форму и размер окончательной отливки и обеспечивать поддержку и защиту во время процесса литья.

Разделите блок на две или более частей в соответствии с дизайном

Возможно, вам придется разделить блок на части, чтобы легче было извлекать отливку из формы. Это зависит от того, насколько сложной является модель. Некоторые моменты, о которых следует подумать при разделении блоков: Во-первых, посмотрите на форму модели и подумайте, как до нее добраться. Основная причина, по которой необходимо облегчить разбор формы, заключается в том, чтобы вы могли достать отливку, не испортив ее.

Не делайте никаких клиньев или форм, которые затруднят извлечение отливки. Когда вы посмотрите на форму модели, подумайте, где ее можно разделить. Например, если модель круглая, вам понадобится как минимум один разрез посередине, чтобы можно было раздвинуть две половинки. Убедитесь, что выбранные вами линии позволяют добраться до внутренней части модели. Это позволит вам вытащить отливку, не сдавливая и не сгибая модель, поскольку блок вокруг модели твердый.

Встраивание модели в твердый блок

Положите симметричную модель на бок в разъемный блок, по центру. Таким образом, когда вы соберете блоки вместе, у вас будет одинаковое покрытие с обеих сторон модели. Аккуратно сложите блоки вместе, следя за тем, чтобы они плотно прилегали к модели. Правильно выстройте блоки, используя любые направляющие или регистрационные метки, чтобы убедиться, что они выстроены правильно. Используйте фиксирующие штифты, чтобы убедиться, что половинки формы правильно соединяются и остаются на одной линии.

Эти штифты помогут вам выровнять половинки формы, когда вы будете закрывать форму. В центре есть большой канал, чтобы пропускать материал для литья. Убедитесь, что канал достаточно широк, чтобы пропускать смолу, особенно если смола густая. Более широкие каналы позволяют смоле лучше течь и помогают ей не застревать и не образовывать пузырьки воздуха при заливке. Сделайте камеру, которая будет находиться на вершине формы и вмещать лишнюю смолу.

Камера использует силу тяжести, чтобы жидкая смола естественным образом стекала в форму. Размер камеры определяет, сколько смолы может быть вытеснено в большой канал, и обеспечивает достаточное количество материала для заполнения формы.

Начните 3D-печать

Теперь пришло время приступить к печати формы. Чтобы начать процесс 3D-печати формы, убедитесь, что ваш 3D-принтер находится в рабочем состоянии и правильно откалиброван. Убедитесь, что станина принтера чистая и ровная и что нет никаких препятствий для печатающей головки или экструдера. Выберите подходящий материал для печати вашей формы. Учитывайте такие факторы, как материал отливки, желаемые свойства формы (например, гибкость или термостойкость), а также совместимость с 3D-принтерами.

К распространенным материалам для печати форм относятся различные виды смол и термопластов. Используйте программное обеспечение для нарезки, чтобы подготовить цифровые модели к 3D-печати. Программа берет файл 3D-модели и генерирует серию инструкций, которым должен следовать принтер, указывая высоту слоя, плотность заполнения, скорость печати и другие настройки. Настройте эти параметры в соответствии с вашими требованиями. Загрузите в 3D-принтер выбранные вами материалы для печати.

В зависимости от типа используемого принтера это может быть загрузка рулона нити или заливка смолы в соответствующую емкость. Запустите процесс 3D-печати, отправив файл с нарезкой на принтер. Принтер начнет создавать вашу модель слой за слоем, следуя инструкциям, предоставленным программой для нарезки. Первое время следите за процессом, чтобы убедиться, что все приклеилось и выглядит хорошо, а также для устранения возникающих проблем.

Используйте напечатанную форму и залейте силикон, чтобы начать процесс отливки

Чтобы начать процесс литья, смешайте силикон в соответствии с инструкциями производителя, убедившись в правильном соотношении базовых и катализаторных ингредиентов. Когда силиконовая смесь будет готова, медленно и равномерно вылейте ее в форму. Начинайте заливать с одного конца, чтобы силикон заполнил всю полость формы. Следите за тем, чтобы в процессе заливки не образовывались пузырьки воздуха, так как они могут испортить конечный результат отливки.

Осторожно постучите по форме или встряхните ее, чтобы избавиться от оставшихся пузырьков воздуха. Это поможет пузырькам воздуха подняться на поверхность, обеспечивая гладкое литье без пузырьков. Кроме того, для более эффективного удаления пузырьков воздуха можно использовать специализированное оборудование, например вакуумную камеру или резервуар под давлением, предназначенный для литья силикона.

Дайте силикону затвердеть в течение времени, рекомендованного производителем. Время затвердевания зависит от типа используемого силикона, поэтому обязательно следуйте инструкциям. Необходимо дать силикону достаточно времени, чтобы затвердеть и полностью отвердеть, прежде чем двигаться дальше.

Когда силикон полностью затвердеет, осторожно извлеките его из формы. В зависимости от используемой формы вам может понадобиться разделить половинки формы или согнуть ее, чтобы достать отливку.

Обрежьте лишние детали

После того как вы успешно извлекли отливку из силиконовой формы, следующим шагом будет обрезка излишков. Под излишками понимаются любые дополнительные слепки силиконового материала, которые могли вытечь за пределы желаемой формы или образоваться по краям.

Внимательно осмотрите свой слепок и определите места, которые нужно обрезать. Используя острый нож для хобби или ножницы, начните обрезать излишки силикона, следуя контуру желаемой формы. Не торопитесь, чтобы обеспечить точность и избежать случайных разрезов на самом слепке.

В зависимости от сложности отливки вам могут понадобиться различные инструменты или техники для достижения желаемого результата. Обрезка излишков - важный этап в процессе литья, поскольку он помогает улучшить конечный вид и качество отливки. Аккуратно удалив излишки силиконового материала, вы сможете уточнить детали и добиться чистого и полированного результата, близко напоминающего оригинальную модель.

Преимущества 3D-печати форм для литья

Использование 3D-печатных форм имеет массу преимуществ, в том числе:

Более короткий цикл производства пресс-форм

3D-печатные формы сокращают весь цикл разработки продукта и становятся источником движущей силы инноваций. В прошлом компании иногда предпочитали отложить или отказаться от обновления дизайна продукта из-за больших инвестиций, необходимых для производства новых пресс-форм. Сокращая время изготовления пресс-форм и позволяя быстро обновлять существующие инструменты проектирования, 3D-печать дает компаниям возможность чаще менять и совершенствовать пресс-формы. Благодаря этому цикл проектирования пресс-форм не отстает от цикла проектирования изделий.

Кроме того, некоторые компании приобретают собственные 3D-принтеры для изготовления пресс-форм, что ускоряет разработку продукта и делает ее более гибкой и адаптируемой. В стратегическом плане это делает цепочку поставок более устойчивой к рискам, связанным с длительными сроками изготовления и застоем в развитии, например, получением некачественных пресс-форм от поставщиков.

Снижение производственных затрат

Если текущая стоимость 3D-печати металла выше, чем традиционного производства металла, то проще сэкономить на пластиковых деталях.

Металлические 3D-печатные формы экономически выгодны при изготовлении небольших, периодических партий конечных деталей (поскольку сложно амортизировать постоянные затраты на эти детали) или для определенных геометрических форм (оптимизированных специально для 3D-печати). Они особенно эффективны, когда материалы очень дороги, а традиционное производство пресс-форм приводит к большому количеству брака.

Кроме того, 3D-печать может помочь производственным процессам и прибыли, изготавливая точные формы за несколько часов. Это особенно полезно, когда дорого останавливать производство или держать на складе большое количество инструментов.

Наконец, иногда случается так, что пресс-форму необходимо изменить уже после начала производства. Гибкость 3D-печати позволяет инженерам опробовать бесчисленное количество итераций одновременно и сократить предварительные расходы, связанные с изменением конструкции пресс-формы.

Усовершенствования в конструкции пресс-форм повышают функциональность конечных продуктов

Специальная металлургия 3D-печати металлов часто улучшает микроструктуру металла и позволяет получать полностью плотные печатные детали с механическими и физическими свойствами, которые не хуже или лучше, чем у кованых или литых материалов (в зависимости от термообработки и ориентации теста).

Аддитивное производство дает инженерам неограниченные возможности для улучшения дизайна пресс-форм. Если целевая деталь состоит из нескольких субкомпонентов, 3D-печать способна интегрировать конструкцию и уменьшить количество деталей. Это упрощает процесс сборки изделия и уменьшает допуски.

Кроме того, он может выполнять сложные функции продукта, что позволяет быстрее и с меньшим количеством дефектов производить высокофункциональные конечные продукты. Например, общее качество литая деталь зависит от условий теплообмена между впрыскиваемым материалом и охлаждающей жидкостью, проходящей через приспособление для оснастки. При изготовлении старым способом каналы, по которым проходит охлаждающий материал, обычно прямые, поэтому отформованная деталь охлаждается медленнее и неравномерно.

3D-печать позволяет создавать каналы охлаждения любой формы, что обеспечивает конформное охлаждение, более оптимизированное и равномерное, а значит, позволяет изготавливать детали более высокого качества и иметь меньше брака. Кроме того, вы можете быстрее отводить тепло, что позволяет сделать литьё под давлением сокращение времени цикла, так как время охлаждения обычно составляет около 70% от общего времени цикла. литьё под давлением цикл.

Оптимизируйте инструменты, чтобы сделать их более эргономичными и повысить минимальную производительность

3D-печать облегчает проверку новых инструментов, которые удовлетворяют неудовлетворенные потребности производства, позволяя вводить в производство больше подвижных и неподвижных приспособлений. Традиционно инструменты и соответствующие приспособления разрабатывались так, чтобы прослужить как можно дольше, поскольку их переделка и изготовление требуют значительных затрат и усилий. С помощью 3D-печати компании могут в любое время обновить любой инструмент, а не только тот, который был отправлен в утиль и не соответствует требованиям.

При небольших затратах времени и средств 3D-печать позволяет оптимизировать инструменты для улучшения предельных характеристик. Поэтому технические специалисты могут учесть больше эргономики при проектировании, чтобы повысить комфорт работы, сократить время обработки, сделать инструмент более удобным в использовании и хранении. Хотя это может сэкономить всего несколько секунд времени сборки, это не так уж и много. Кроме того, оптимизация конструкции инструмента может снизить количество брака деталей.

Индивидуальные пресс-формы помогают настроить конечный продукт

Благодаря более коротким производственным циклам, возможности создавать более сложные формы и снижать конечную стоимость производства, компании могут создавать множество специальных инструментов для изготовления нестандартных деталей. Формы для 3D-печати очень хороши для производства на заказ, например, медицинского оборудования и медицинских товаров. С помощью 3D-печати хирурги могут создавать индивидуальные инструменты, например, направляющие и инструменты для хирургии, чтобы они могли проводить операции лучше и быстрее.

Заключение

Таким образом, использование 3D-печати для изготовления форм для литья металлов - это революционное изменение в производстве. Вы можете изготавливать сложные формы на заказ быстрее и проще, чем когда-либо прежде. По сравнению с традиционным изготовлением форм этот метод имеет большие преимущества. Он делает формы быстрее, дешевле и лучше. Вы можете создавать формы, которые делают больше вещей, например, делают инструменты более удобными в использовании и позволяют им лучше работать. Нестандартные пресс-формы помогают изготавливать нестандартные детали.

Кроме того, вы сможете быстрее опробовать и усовершенствовать дизайн, что позволит вам делать более качественные отливки. Но чтобы убедиться, что форма работает правильно, необходимо продумать, из чего она будет сделана и как ее печатать. Если вы все правильно спланируете и сделаете, то сможете использовать 3D-печать, чтобы сделать литье металла лучше и быстрее. По мере совершенствования технологий 3D-печать и литье металлов изменят производство. Вы сможете изготавливать вещи новыми способами и делать больше вещей.