Schnelles Herstellungsverfahren für komplexe Gussteile

Schnelle Herstellung in China hat sich rasant entwickelt.Viele kleine und mittlere Unternehmen setzen schon lange auf die Herstellung einfacher Gussteile mit geringer Wertschöpfung, haben aber Angst vor komplexen Gussteilen mit höheren technischen Schwierigkeiten.Denn bei komplexen Gussteilen, insbesondere bei dünnwandigen Gussteilen mit komplexen Formen und in Kleinserien hergestellt, war das Gießen schon immer ein Problem.

Darüber hinaus stellen die Kunden heute hohe Anforderungen an kurze Durchlaufzeiten und niedrige Kosten, und traditionelle Handwerkskunst ist schwierig zu handhaben.Das Aufkommen und die Entwicklung der Schnellfertigung bieten einen vielversprechenden Weg zur Lösung der oben genannten Probleme. Daher sollten wir diese fortschrittliche Technologie sinnvoll nutzen, um die Gießereiindustrie zu bedienen.

Die Rapid Manufacturing-Technologie ist eine aufstrebende Technologie, die computergestütztes Design, Präzisionsmaschinen, CNC-Lasertechnologie und Materialwissenschaft integriert.Es nutzt die Prinzipien der Software-Diskretisierung und Materialakkumulation, um das CAD-Modell des entworfenen Objekts in ein physisches Muster umzuwandeln.Da die RP-Technologie das Prinzip der Umwandlung dreidimensionaler Formen in zweidimensionale Ebenen und der schichtweisen Fertigung nutzt, kann sie beliebig komplexe Komponenten verarbeiten, und je komplexer die Komponenten, desto mehr kann sie ihre Überlegenheit widerspiegeln.

→Auswahl und Vergleich der Rapid Manufacturing-Methoden von Master Mould←

Derzeit eine Vielzahl von schnelle Herstellung Methoden wurden im In- und Ausland studiert.Die ausgereifteren und praktischeren sind hauptsächlich LOM, SLA, SLS, FDM und 3DP.Jede dieser Technologien hat Vor- und Nachteile.Die spezifischen Prinzipien und Merkmale sind wie folgt:

1. Stereolithographie (SLA):

SLA wird gebildet, indem ein UV-Laser zum Scannen des lichtempfindlichen Harzes verwendet wird, und das lichtempfindliche Harz wird unter der Wirkung des Lasers Schicht für Schicht ausgehärtet.Der SLA-Prototyp kann Holzformen beim Guss und Wachsformen beim Feinguss ersetzen.

Die SLA-Technologie zeichnet sich durch eine schnelle Umformgeschwindigkeit und hohe Präzision aus.Da es sich bei dem in SLA verwendeten Harz um ein wärmehärtendes lichtempfindliches Harz handelt, kann es nicht durch Erhitzen, sondern nur durch Verbrennen verloren gehen.Daher ist der Brennprozess beim Feinguss relativ hoch und der Prototyp wird am besten in eine Hohlstruktur umgewandelt.Der SLA-Prototyp reagiert empfindlicher auf Wasser und nimmt in einer feuchten Umgebung über einen längeren Zeitraum leicht Feuchtigkeit auf und verformt sich. Achten Sie daher auf Feuchtigkeit.Die Ausrüstungs- und Betriebskosten von SLA sind relativ hoch und es eignet sich für die Herstellung dünnwandiger Präzisionsgussmodelle mit feinem Profil.

2. Layered Entity Manufacturing (LOM):

Beim LOM-Verfahren handelt es sich um eine dreidimensionale Einheit, die Schicht für Schicht durch Laserschneiden dünner Materialien entsprechend den durch das Schichten der Teile erhaltenen Konturinformationen gestapelt wird.Die Hauptmerkmale von LOM sind niedrigere Geräte- und Materialpreise sowie niedrigere Betriebskosten.Nach der Verarbeitung des Prototyps weist er eine gute Festigkeit, hohe Präzision und keine Verformung auf.Es kann komplexe Holzformen beim Gießen ersetzen und eignet sich besonders für die Einzelstück- oder Kleinserienfertigung in kleinen und mittleren Gießereien.

3. Selektives Lasersintern (SLS):

Das Prinzip besteht darin, dass der Laserstrahl das Pulver computergesteuert scannt und die Einheit scannt, die durch das Schmelzen und Verkleben eines Teils des Pulvers entsteht.Das größte Merkmal der SLS-Technologie ist die große Auswahl an Umformmaterialien.Kunststoffe, Keramik, Metalle, Wachspulver, Peritonealsand und deren Verbundmaterialien können alle als Formmaterialien für SLS zur Herstellung entsprechender Funktionsteile, Metallteile, Wachsformen und Sandformen (Kerne) verwendet werden. Daher ist die Anwendbarkeit groß.SLS ist derzeit in China die am weitesten verbreitete Methode zur Herstellung von Wachsformen für den Feinguss.Es ist nicht nur relativ kostengünstig, sondern verfügt auch über eine hohe Präzision, eine gute Oberflächenqualität und keine Unterstützung.Es können Wachsformen mit extrem komplexen Formen hergestellt werden, um komplexe Gussteile herzustellen.

4. Sicherungsabscheidung (FDM):

Beim Schmelzauftrag wird das Material verflüssigt und durch eine Düse Schicht für Schicht zu Teilen abgeschieden.Zu den Formmaterialien gehören Kunststofffäden, Wachsfäden usw., sodass Kunststoffprototypen und Wachsformen hergestellt werden.Bei diesem Verfahren gibt es keinen teuren Laser, daher ist die Ausrüstung günstig und da das Material vollständig geschmolzen ist, ist die Festigkeit des Teils hoch.Allerdings ist die Umformgeschwindigkeit langsam, die Präzision der Teile schlecht, die Oberflächenqualität schlecht und die Düse der Spinndüse neigt zum Gießen und Verstopfen.

5. Dreidimensionaler Druck (3DP):

Das Funktionsprinzip des 3D-Drucks ähnelt dem von Tintenstrahldruckern.Zu den Materialien dieser Technologie gehören Keramik, Metall/organische Verbundwerkstoffe und so weiter.Diese Technologie zeichnet sich durch niedrige Kosten, schnelle Umformgeschwindigkeit und hohe Präzision aus, aber die Oberfläche des Teils ist rau, die Festigkeit ist nicht hoch und die Druckdüse kann leicht verstopfen.Im Guss eignet es sich zur Prüfung und Herstellung von Prototypen oder zur Herstellung von Gipsformen.

→Auswahl schneller Fertigungs- und Gießverfahren←

1. Feinguss:

Das durch SLS-Rapid-Prototyping erhaltene Wachsmodell kann direkt für den Feinguss zur Herstellung von Metallteilen verwendet werden.Diese Art von Rapid-Prototyping-Prozess erfordert keine Profilierung, verkürzt den Produktionszyklus des Rohlings erheblich und kann eine Kleinserienfertigung realisieren.

SLS stellt nicht nur Wachsformen schnell und relativ kostengünstig her und weist eine hohe Oberflächenqualität auf, sondern auch die Eigenschaften des verwendeten Wachses ähneln denen von Hochtemperaturwachs oder Mitteltemperaturwachs beim allgemeinen Gießen.Dies kann durch eine geringfügige Änderung des aktuellen Backprozesses beim Feinguss erreicht werden.Das Rösten von SLS-Wachsmaterial ist freigegeben.SLS-Wachsformen werden häufig beim Feinguss verwendet.Mit ihnen können sowohl kleine Präzisionsgussteile als auch große komplexe Gussteile gegossen werden.Insbesondere können sie mit herkömmlichen niedrigschmelzenden Wachsmodulen zu Verbundwachsformen verschweißt, also mit gewöhnlichen Wachsmaterialien geformt werden.Der einfache Teil des Gussteils wird mit SLS hergestellt, der komplizierte Teil wird hergestellt, was die Produktionseffizienz erheblich verbessert und die Kosten für die Herstellung von Wachsformen senkt.

Auch im Feingussverfahren hergestellte Kunstharzteile können im SLA-Verfahren verwendet werden.SLA-Harzteile weisen eine hohe Festigkeit und eine gute Oberflächenqualität auf, sodass sie zum Gießen sehr feiner kleiner Gussteile verwendet werden können.Allerdings sind aufgrund des komplexen Brennprozesses und der Anforderung, ein leicht brennbares SLA-Spezialharz zu verwenden, auch die Herstellungskosten für Prototypenteile hoch, sodass es in China nicht so weit verbreitet ist wie das SLS-Verfahren.FDM kann auch Wachs extrudieren, allerdings ist die Formgeschwindigkeit von FDM langsam und die Oberflächenqualität nicht hoch, sodass es in diesem Bereich nicht viele Anwendungen gibt.

2. Präzisionsguss vom Typ Gips und Keramik:

Gips- und Keramikgussteile zeichnen sich durch hohe Präzision und niedrige Oberflächenrauheitswerte aus.Es gibt viele Möglichkeiten, mithilfe von Rapid Prototyping gegossene Keramik- oder Gipsformen herzustellen:

(1) Verwenden Sie den von LOM, SLA, SLS und 3DP erstellten Prototyp als Masterform und verwandeln Sie ihn direkt in eine Keramik- oder Gipsform.Für Teile mit komplexen Formen, die schwer zu zeichnen sind, können Sie sie zunächst in eine Silikonkautschukform umwandeln.Dieses Verfahren zeichnet sich durch geringe Kosten aus und kann in kleinen Mengen hergestellt werden. Dieses Verfahren ist jedoch nicht für Teile mit komplexen Formen geeignet und kann nicht gezogen werden.

(2) Ähnlich wie beim Feingussverfahren werden Wachsformen mithilfe von SLS, SLA, 3DP oder FDM hergestellt und dann geschmolzen oder ausgebrannt.

3. Sandguss:

Beim traditionellen Sandguss müssen im Allgemeinen zunächst Holzformen hergestellt werden, und die manuelle Methode zur Herstellung von Holzformen ist oft schwierig, die Anforderungen hinsichtlich Technologie, Produktionszyklus, Präzision und Material vollständig zu erfüllen.Das durch Rapid Prototyping erhaltene LOM-Modell kann anstelle von Holzformen direkt in der Gussproduktion verwendet werden.Durch die spezielle Behandlung ist die Papierform so hart wie Hartholz und die Oberfläche ist glatt, was sich gut für den Sandguss eignet.Es funktioniert unter 200 °C und kann 50 bis 200 Sandformen reproduzieren.

Seine Vorteile sind niedrige Kosten, schnelle Herstellungsgeschwindigkeit, hochpräzise Modelle können in kurzer Zeit ohne hochentwickelte Holzformer und entsprechende Holzbearbeitungsmaschinen hergestellt werden, und seine Vorteile kommen besonders bei großen und mittelgroßen Gussteilen mit komplexen Formen zum Tragen.Mit diesem Verfahren können beispielsweise Motorblock, Zylinderkopf, Ansaug- (Auslass-)Luftrohr und Fahrgestell-Getriebekupplungsgehäuse usw. hergestellt werden.

Der Ersatz von Holzformen durch Papierformen oder Harzformen reduziert den Herstellungszyklus und die Kosten für Metallformrohlinge erheblich, und die Verbesserung der Präzision kann die Bearbeitungszugabe und die Verarbeitungskosten reduzieren.Mit SLS-Sinter beschichteter Sand kann direkt zum Formen von Sandformen (Kernen) zum Gießen verwendet werden.Dieses Verfahren ist wirtschaftlich und schnell, insbesondere bei Gussteilen mit besonders komplexen inneren Hohlraumkanälen, die Vorteile haben, die andere Verfahren nicht bieten können.