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亚马逊采用3D技术打印铸型

本站原创 2017-12-4 8:35:50 点击 0
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[导读]CAD可满足铸件模拟,而3D打印能有效地将其他复杂装配件改造为更高效、更轻量化的铸件。在一二个技术周期之前,金属铸件生产者采用模拟程序识别铸造生产中出现质量问题的原因。这种技术仍然在持续发展,结果出现了优化铸件设计CAD程序。当前铸造技术的发展趋势是采用CAD文件指

CAD可满足铸件模拟,而3D打印能有效地将其他复杂装配件改造为更高效、更轻量化的铸件。
在一二个技术周期之前,金属铸件生产者采用模拟程序识别铸造生产中出现质量问题的原因。这种技术仍然在持续发展,结果出现了优化铸件设计CAD程序。当前铸造技术的发展趋势是采用CAD文件指导增材制造程序,如3D打印砂型和砂芯。
 


落砂后待清理的带浇、冒口的转向架底盘铸件
 

这些发展趋势,由于铸造技术中的另一项创新仍在发展,也就是重新设计和制造使其成为更轻、功能更强的车辆和机器设备的结构铸件。这些发展能够加速完成客户定制设备的设计以使市场潜力最大化。
这家制造商就是H.Dreyer Gmbh&Co.G,一家农业设备供应商。与其他制造商一样,都存在一个重新评估、重新设计其机器和设备的循环。如钉耙这样一种接触地面和土壤的工具,由拖拉机在土壤里牵引以便播种。装置有一个持续的目的,就是使钉耙更稳固,使用时间更长、更轻,以便与调节轴的载荷一致从而便于道路运输。
家族企业亚马逊(Amazone)生产卡斯特罗系列带转向架底盘的紧凑圆盘耙。该装置连接到拖拉机上,可用于不同的配置,用于浅耕作,以及深度达15 cm的密集土壤深耕作。
转向架底盘将钉耙装置连接到驱动轴上使钉耙装置从农场存放处运送到田地里。最初这是一个重达245 kg,焊缝长16.5 m的焊接结构件,结构复杂,生产制造工作量很大。为了减少制造费用,并使其结构更轻、更稳定,亚马逊决定取代这个焊接转向底盘。采用Altair Inspire的“拓扑优化软件(topology optimization software)”,亚马逊的开发人员重新将其设计为一个铸件,优化了该零件在生产使用中需要的结构和生产效率。
由于可以根据受力条件(如耕地)将零件材料分布优化,转向架底盘较之焊接件减轻了45 kg。评估的服役时间是原来焊接件的272%,因为新的铸件较之焊接件刚度更加均匀。
对于铸件设计,Altair工程师模拟了金属流动以识别和消除充型时气体造成的内部缺陷。关于这一点,亚马逊的Sebastian Kluge说道:“采用3D打印铸型能够很快找到原型零件,从而显著减少了开发时间。”
总之,制造这种复杂零件的砂型是非常耗时的。Altair选择采用voxeljet VX4000 3D打印系统打印复杂形状的砂型,打印体积为4 000mm×2000mm×1 000mm。
voxeljet生产和应用总监Tobias King 说道:“这是世界最大的工业3D砂型铸型打印机,因为零件的复杂性并不影响3D打印的成本,即使是很复杂的几何体也能够低成本地打印出来。”
首先voxeljet将零件的CAD文件转换成数字化表示四部件砂型反CAD文件。表示这个新的重复设计的数据安装到3D系统,然后开始打印。
一个“布砂机(coater)”将打印介质(石英砂)均匀分布在打印平台上。然后打印头按CAD定义的模型在平台上运动,并将这层砂子与粘结剂粘结在一起。打印头的分辨率为300dpi,相当于高分辨率的照片。虽然构建平台是静止的,布砂机和打印头是在空间中运动的,而且按照每层300μm逐渐上升,直到铸型完成为止。
打印完成后,工作人员去掉构建平台的侧板和未被打印的石英砂。留下的铸型可以马上使用。
在德国居特斯洛(Gütersloh, Germany)的Pro Cast Guss,铸型涂上一层涂层作为砂子和金属液之间的阻隔层,保护砂子不受热应力。虽然所有的铸型寿命都不长,但是铸型设计之前所做的铸件模拟保证了铸件铸造的成功。
其他操作大家都熟知:重新开始,制造新的铸型,浇注等。成功就在于利用所有新生的和正在发展的技术设计新的生产过程,优化铸件设计,缩短开发时间,保证低成本和生产的可靠性。

(如需转载,请注明来自《铸造》201711期)

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