Applicazione della tecnologia di stampa 3D nel settore della fonderia

I.Overview of Foundry Industry e 3D Printing Development

In quanto fondazione industriale, l'industria della fonderia svolge un ruolo fondamentale nel fornire componenti metallici per la produzione di macchinari, il settore automobilistico, aerospaziale e altri settori. Tuttavia, le fonderie tradizionali affrontano sfide significative: le parti di forma complessa sono difficili e costose da produrre con metodi convenzionali; La produzione di muffe prevede lunghi tempi di consegna e costi elevati, limitando lo sviluppo di nuovi prodotti e la produzione di piccoli batch; E l'efficienza della produzione fatica a soddisfare le esigenze del mercato in rapido cambiamento. Nel frattempo, la tecnologia di stampa 3D, emergente dagli anni '80, è maturata attraverso l'innovazione continua e l'espansione materiale. In base alla deposizione di materiale strato per strato basato sui dati del modello 3D, consente progetti altamente complessi senza stampi tradizionali, eccellendo nella prototipazione rapida, nella produzione di piccoli batch e nella personalizzazione. Nell'era della trasformazione della produzione intelligente, l'integrazione della stampa 3D con le operazioni di fonderia offre un potenziale trasformativo: superare i limiti tradizionali attraverso aumenti di efficienza e riduzioni dei costi, guidare l'innovazione dei prodotti per componenti ad alte prestazioni e accelerare la modernizzazione industriale.

Ii. Fondamenti tecnici: Principi 3D Printing vs. Foundry

(一) tecnologie di stampa 3D complete

1. Principi fondamentali dei principali processi di stampa 3D

• Modellazione di deposizione fusa (FDM): Scioglie i filamenti termoplastici attraverso un ugello riscaldato, depositando strati secondo la geometria della parte. Comunemente usato per semplici prototipi di plastica come giocattoli e articoli per la casa.

• Stereolitografia (SLA): Utilizza la luce ultravioletta per curare lo strato di resina del fotopolimero liquido per strato. Ideale per motivi di fusione di gioielli e prototipi di utensili ad alta precisione.

• Sintering laser selettivo (SLS): Impiega il raggio laser/elettrone su polveri di metallo/ceramica/plastica in parti solide. Ampiamente utilizzato nell'aerospaziale per produrre componenti in metallo complessi come parti del motore.

(二) Processi di fonderia tradizionali

1. Tecniche chiave di fonderia

• Casting di sabbia: Crea cavità di muffa usando motivi, versa metallo fuso e rimuove la sabbia dopo la solidificazione. Esempio: produzione di blocchi di motori automobilistici.

• Casting per investimenti: Forma gusci di ceramica attorno ai motivi di cera, scioglie la cera e si riempie di metallo. Ideale per le lame di turbina aerospaziale con geometrie intricate.

• La dipendenza da muffa limita la flessibilità di progettazione per i canali/core interni.

• I lunghi tempi di cadenza (settimane o mesi) limitano i lanci di nuovi prodotti.

• Gli alti costi fissi rendono la produzione di piccoli batch antieconomici.

Iii. Innovazioni dell'applicazione: la stampa 3D trasforma il flusso di lavoro Foundry

(一) Rivoluzione della produzione di stampi

1. Processo e vantaggi

• La stampa di metallo diretta (SLS) o la fusione di prototipo di plastica (FDM) riduce significativamente i tempi di cavo dello stampo da settimane a giorni.

• Abilita impossibili canali di raffreddamento complessi e disegni conformi a metodi tradizionali.

• Un produttore di stampi automobilistici cinese ha ridotto i tempi di consegna per stampi da 4 settimane a 7 giorni utilizzando la stampa 3D in metallo, ottenendo una riduzione del difetto del 15%.

(二) Mastatura di sabbia/produzione additiva centrale

1. Dettagli tecnologici

• I processi di getto di legante con sabbie rivestite creano stampi/core di precisione per geometrie complesse.

• Esempio: nuclei della testata del motore con passaggi di raffreddamento integrati.

• ± 0,1 mm di precisione dimensionale riduce i requisiti di lavorazione.

• La porosità personalizzabile riduce al minimo i difetti di fusione come l'intrappolamento del gas.

• I nuclei di sabbia stampati in 3D hanno consentito la produzione di ugelli di carburante per motori aeronautici con canali interni lisci, migliorando l'efficienza del carburante dell'8%.

(三) Stampa 3D in metallo diretto

1. Parametri di processo

• La fusione del letto in polvere laser (LPBF) in ambiente di gas inerte richiede un controllo preciso della potenza laser (200-500 W), velocità di scansione (500-2000 mm/s) e spessore dello strato (20-100 μm).

• Produce componenti in lega di titanio a forma di rete con efficienza del materiale al 90%.

• Abilita le strutture reticolari che riducono il peso del 20% per le applicazioni aerospaziali.

• Impianti dell'anca personalizzati con superfici porose per osteointegrazione.

• Camere di combustione per motori a getto di prossima generazione con una migliore resistenza termica.

IV. Impatti trasformazionali: Evoluzione della fonderia di Potenze per stampa 3D

(一) Miglioramento dell'efficienza

1. Risparmio di tempo

• Ciclo di design a produzione dello stampo ridotto da 8 settimane a 2 settimane nella fusione automobilistica.

• Tempo di produzione del blocco motore motociclistico da 10 settimane a 3 settimane tramite stampa 3D di sabbia.

• Ciclo di produzione aerospaziale Blade Riducito del 67% utilizzando la stampa di metallo diretto.

(二) Ottimizzazione dei costi

1. Riduzione dei costi della muffa

• Risparmio dei costi del 90% per strumenti per piccoli batch (ad es. $ 5000 contro $ 50.000 per stampi metallici).

• L'utilizzo in lega di titanio è stato ridotto dal 60% di rifiuti nella fusione tradizionale al 10% nella stampa 3D, risparmiando $ 2,5 milioni all'anno per 1000 parti.

(三) Salto di qualità e innovazione

1. Miglioramenti delle prestazioni

• La resistenza alla temperatura della camera di combustione è aumentata del 15% attraverso canali di raffreddamento ottimizzati.

• Componenti di sospensione automobilistica Riduce il peso del 12% con strutture reticolari.

• ± 0,05 mm La ripetibilità dimensionale negli stampi stampati 3D garantisce l'uniformità batch.

• La fusione del fascio di elettroni raggiunge la densità del materiale del 99,9% per parti aerospaziali critiche.