Application de la technologie d'impression 3D dans l'industrie de la fonderie

I.Overview de l'industrie de la fonderie et du développement de l'impression 3D

En tant que Fondation industrielle, l'industrie des fonds joue un rôle essentiel dans la fourniture de composants métalliques pour la fabrication de machines, l'automobile, l'aérospatiale et d'autres secteurs. Cependant, les fonderies traditionnelles sont confrontées à des défis importants: les pièces en forme de complexe sont difficiles et coûteuses à produire avec des méthodes conventionnelles; La fabrication de moisissures implique de longs délais de plomb et des coûts élevés, restreignant le développement de nouveaux produits et la production de petits lots; Et l'efficacité de la production a du mal à répondre aux demandes du marché en évolution rapide. Pendant ce temps, la technologie d'impression 3D, émergeant depuis les années 1980, a mûri par l'innovation continue et l'expansion matérielle. Par dépôt de matériaux couches par couche basé sur des données de modèle 3D, il permet des conceptions très complexes sans moules traditionnels, en excellant dans le prototypage rapide, la production de petits lots et la personnalisation. À l'ère de la transformation de la fabrication intelligente, l'intégration de l'impression 3D aux opérations de fonderie offre un potentiel transformateur: surmonter les limites traditionnelles grâce à des gains d'efficacité et à des réductions de coûts, à la conduite de l'innovation de produits pour les composants hautes performances et à l'accélération de la modernisation industrielle.

Ii Fondations techniques: Principes d'impression 3D vs fonderie

(一) Technologies d'impression 3D complètes

1. Principes de base des principaux processus d'impression 3D

• Modélisation des dépôts fusionnés (FDM): File des filaments thermoplastiques à travers une buse chauffée, déposant les couches en fonction de la partie géométrie. Couramment utilisé pour des prototypes en plastique simples comme les jouets et les articles ménagers.

• Stéréolithographie (SLA): Utilise une lumière ultraviolette pour guérir la couche de résine de photopolymère liquide par couche. Idéal pour les motifs de coulée de bijoux et les prototypes d'outils de haute précision.

• Frittage laser sélectif (SLS): Emploie le faisceau laser / électronique en poudres en métal / céramique / plastique en pièces solides. Largement utilisé dans l'aérospatiale pour produire des composants métalliques complexes comme les pièces du moteur.

(二) Processus de fonderie traditionnels

1. Techniques clés de la fonderie

• Coulée de sable: Crée des cavités de moisissure en utilisant des motifs, verse du métal fondu et élimine le sable après solidification. Exemple: production de blocs moteurs automobiles.

• Casting d'investissement: Forme des coquilles en céramique autour des motifs de cire, fait fondre la cire et se remplit de métal. Idéal pour les lames de turbine aérospatiale avec des géométries complexes.

• La dépendance à la moisissure limite la flexibilité de conception pour les canaux / noyaux internes.

• Les temps de plomb à long mois de moisissure (semaines à mois) limitent les lancements de nouveaux produits.

• Les coûts fixes élevés rendent la production de petits lots non rentable.

Iii. Innovations d'application: l'impression 3D transforme le workflow Foundry

(一) Révolution de fabrication de moisissures

1. Processus et avantages

• L'impression métallique directe (SLS) ou la coulée prototype en plastique (FDM) réduit considérablement les délais de moisissures de moisissures de semaines à jours.

• Permet des canaux de refroidissement complexes et des conceptions conformes impossibles aux méthodes traditionnelles.

• Un fabricant de moisissures automobiles chinois a réduit le délai de livraison pour les moules de roue de 4 semaines à 7 jours en utilisant l'impression 3D en métal, atteignant une réduction de 15% des défauts.

(二) Moule de sable / Core Additif Manufacturing

1. Détails technologiques

• Les processus de jet de liant avec des sables revêtus créent des moules / cœurs de précision pour les géométries complexes.

• Exemple: cœurs de culasse du moteur avec des passages de refroidissement intégrés.

• ± 0,1 mm La précision dimensionnelle réduit les exigences d'usinage.

• La porosité personnalisable minimise les défauts de coulée comme le piégeage de gaz.

• Les noyaux de sable imprimés en 3D ont permis la production de buses de carburant du moteur d'avion avec des canaux internes lisses, améliorant l'efficacité énergétique de 8%.

(三) Impression 3D en métal direct

1. Paramètres de traitement

• La fusion de lit de poudre laser (LPBF) sous un environnement de gaz inerte nécessite un contrôle précis de la puissance laser (200-500W), de la vitesse de balayage (500-2000 mm / s) et de l'épaisseur de la couche (20-100 μm).

• Produit des composants en alliage de titane en forme de net avec 90% d'efficacité du matériau.

• Permet des structures de réseau réduisant le poids de 20% pour les applications aérospatiales.

• Implants de hanche personnalisés avec surfaces poreuses pour l'ostéointégration.

• Chambres de combustion pour les moteurs à réaction de nouvelle génération avec une résistance thermique améliorée.

Iv. Impacts transformationnels: Power Power Powers Evolution de la fonderie

(一) Amélioration de l'efficacité

1. Économies de temps

• Le cycle de conception à la production de moisissure réduit de 8 semaines à 2 semaines dans la coulée automobile.

• Motorcycle Engine Block Production Time Coupe de 10 semaines à 3 semaines via Sand 3D Printing.

• Le cycle de fabrication de la lame aérospatiale réduit de 67% en utilisant l'impression en métal direct.

(二) Optimisation des coûts

1. Réduction des coûts de moisissure

• Économies de coûts à 90% pour les outils en petit lots (par exemple, 5000 $ contre 50 000 $ pour les moules métalliques).

• L'utilisation de l'alliage en titane est réduite de 60% de déchets dans la coulée traditionnelle à 10% dans l'impression 3D, ce qui permet d'économiser 2,5 millions de dollars par an pour 1000 parties.

(三) la qualité et l'innovation Leap

1. Améliorations des performances

• La résistance à la température de la chambre de combustion a augmenté de 15% grâce à des canaux de refroidissement optimisés.

• Le poids des composants de suspension automobile réduit de 12% avec les structures de réseau.

• ± 0,05 mm La répétabilité dimensionnelle dans les moules imprimés en 3D assure l'uniformité par lots.

• La fusion du faisceau d'électrons atteint 99,9% de densité de matériau pour les pièces aérospatiales critiques.