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外表处理延长模具使用寿命橡塑机械,全世界主

2019-11-23 18:15

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近10年来,制造业市场境发生了巨大的变化,迅速将产品推向市场已成为制造商把握市场先机的重要保障。因此,产品的快速开发技术将成为赢得21世纪制造业市场的关键。

导读:近几年,3D打印发展迅速,在模具制造、工业设计等领域都得到利用,目前逐渐用于一些产品的直接制造,现在已经有使用这种技术打印而成的零部件。哪些公司在3D打印工艺上有发展呢?
李克强总理形容3D打印用于铸造业带来的变化,说:“刚才我们看的是‘傻大黑粗’,现在已是‘窈窕淑女’了”,那么,3D打印在铸造业到底有哪些神奇作用?

绿色铸造是指节能环保型铸造,是在传统铸造业的基础上,打造绿色、节能、环保的铸造生产基地,从产品设计、原辅材料、能源消耗、清洁工艺入手,用除尘、除污、除气、降低噪音等设备,减少主要污染物的排放量,同时增大厂区绿化面积,改善厂区自然环境。

快速成形技术是一种集计算机辅助设计、精密机械、数控激光技术和材料学为一体的新兴技术,它采用离散堆积原理,将所设计物体的CAD模型转化成实物样件。由于RP技术采用将三维形体转化为二维平面分层制造的原理,对物体构成复杂性不敏感,因此物体越复杂越能体现它的优越性。

3DP粘接剂喷射3D打印技术
3DP粘接剂喷射3D打印技术中的3DP顾名思义就是3Dprinting,也就是现今3D打印技术的起源技术。3DP工作原理是,先铺一层粉末,然后使用喷嘴将粘合剂喷在需要成型的区域,让材料粉末粘接,形成零件截面,然后不断重复铺粉、喷涂、粘接的过程,层层叠加,获得终打印出来的零件。

快速铸造技术

以RP为技术支撑的快速模具制造RT(RapidTooling)也正是为了缩短新产品开发周期,早日向市场推出适销对路的、按客户意图定制的多品种、小批量产品而发展起来的新型制造技术。由于产品开发与制造技术的进步,以及不断追求新颖、奇特、多变的市场消费导向,使得产品的寿命周期越来越短已成为不争的事实。例如,汽车、家电、计算机等产品,采用快速模具制造技术制模,制作周期为传统模具制造的1/3~1/10,生产成本仅为1/3~1/5。所以,工业发达国家已将RP/RT作为缩短产品开发时间及模具制作周期的重要研究课题和制造业核心技术之一,我国也已开始了快速制造业的研究与开发应用工作。

3DP技术用于铸造业上,我们容易想到的是打印砂模,而忽略另外一个应用:打印PMMA。-德国和日本铸造业的经典案例。

3D打印技术与传统铸造技术相结合形成的铸造工艺称快速铸造技术,快速铸造是利用快速成型技术直接或者间接地打印出铸造用模具、消失模、蜡样、砂型、型芯或型壳,然后结合传统铸造工艺,快捷地铸造出金属铸件。

基于RPM的快速模具制造方法

当然,3DP技术技术的打印材料范围也在不断发展,除了砂模和PMMA,未来有哪些新的材料进入这一领域?

利用3D打印技术进行快速铸造成形,可显著改善传统铸造行业生产环境恶劣、能源利用率低、环境污染严重、安全隐患较多等问题,在保证质量的同时,有效地提高生产效率,车间设计无吊车、“零排放”,降低职工的劳动强度,改善了职工工作环境。

模具是制造业必不可少的手段,其中用得最多的有铸模、注塑模、冲压模和锻模等。传统制作模具的方法是:对木材或金属毛坯进行车、铣、刨、钻、磨、电蚀等加工,得到所需模具的形状和尺寸。这种方法既费时又费钱,特别是汽车、摩托车和家电所需的一些大型模具,往往造价数十万元以上,制作周期长达数月甚至一年。而基于RPM技术的RT直接或间接制作模具,使模具的制造时间大大缩短而成本却大大降低。

代表性企业:
德国Voxeljet
德国Voxeljet公司成立于1999。该公司还通过麻省理工学院的非许可生产三维喷墨打印机。Voxeljet于2013年十月在纽约证券交易所上市。Voxeljet设备的销售额从2014年的19台上升到2015年的25台。其设备的售价在12万到160万欧元之间。Voxeljet主要应用领域是航空航天工业,另外还为铸造厂、汽车工业、艺术家、建筑师,提供原型服务和产品开发服务。

快速铸造工艺流程

1.用快速成形机直接制作模具由于一些快速成形机制作的工件有较好的机械强度和稳定性,因此快速成形件可直接用作模具。例如,Stratasys公司TITAN快速成形机的PPSF制件坚如硬木,可承受300℃高温,经表面处理(如喷涂清漆,高分子材料或金属)后可用作砂型铸造木模、低熔点合金铸造模、试制用注塑模以及熔模铸造的压型。当用作砂形铸造的木模时,它可用来重复制作50~100件砂型。作为蜡模的成型模时,它可用来重复注射100件以上的蜡模。用FDM快速成形机的ABS工件能选择性地融合包裹热塑性粘结剂的金属粉,构成模具的半成品,烧结金属粉并在孔隙渗入第二种金属从而制作成金属模。

美国Exone
工业级3D打印机制造商ExOne主要服务于航空航天、汽车、重型设备、能源等领域,其应用领域主要是小批量、高价值的制造型复合砂模具。2015年还将推出其有史以来大的3D打印系统——Exerial。该Exerial系统能够使客户进行工业化的批量生产,超越了该公司目前可用于快速制造和小批量生产的其它系统。

快速铸造分类

2.用快速成形件作母模,复制软模具(Softtooling)用快速成形件作母模,可浇注蜡、硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等软材料,构成软模具,或先浇注硅橡胶、环氧树脂模,再浇注蜡模。其中,蜡模可用于熔模铸造,而硅橡胶模、环氧树脂模等可用作试制用注塑模或低熔点合金铸造模。

中国峰华卓立
在国内3D砂模打印的技术被称为PCM技术,来源于1997年在清华大学激光成型中心进行的研发及工艺实践,2002年佛山市科技局把该项目引入并落户佛山市。峰华卓立设备特点是无模铸型快速制造,柔性、准确地一体化制造,可制造金属模具毛坯,设备运行成本低,自动化程度高。

快速铸造技术的应用

3.用快速成形件作母模,复制硬模具(Irontooling)用快速成形件作母模,或据其复制的软模具,可浇注石膏、陶瓷、金属基合成材料、金属,构成硬模具(如各种铸造模、注塑模、蜡模的压型、拉伸模),从而批量生产塑料件或金属件。这种模具有良好的机械加工性能,可进行局部切削加工,以便获得更高的精度,或镶入嵌块、冷却系统、浇注系统等。用金属基合成材料浇注成的蜡模的压型,其模具寿命可达1000~10000件。

SLS选择性激光烧结技术
SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面,并刮平;用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面;材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起,得到零件的截面,并与下面已成形的部分粘接;当一层截面烧结完后,铺上新的一层材料粉末,选择地烧结下层截面。SLS工艺大的优点在于选材较为广泛,如尼龙、蜡、ABS、树脂裹覆砂、聚碳酸脂、金属和陶瓷粉末等都可以作为烧结对象。

SLS/SLM 选择性激光烧结/熔融成型

4.用快速成形系统制作电脉冲机床用电极用快速成型件作母体。

SLS技术在铸造行业上的用途包括烧结覆膜砂,替代砂模铸造。烧结塑料材料,用于熔模铸造。

主要材料:金属粉末、尼龙粉、覆膜砂、蜡料;

代表性企业:
德国EOS
EOS成立于1989年,是世界的快速成形设备制造商。EOS提供包括系统、软件、材料以及材料开发和服务在内的模块化解决方案组合。除了被市场熟知的SLM选择性激光熔化技术,其塑料和金属的选择性激光烧结技术在市场上处于领先地位。

主要应用:

中国TPM盈普
中山盈普光电设备有限公司成立于2004年,于2007年打造出国内首台直接制造尼龙塑胶零件的激光烧结成型3D打印系统。2013年,盈普与来自美国的3D打印行业巨头达成合资协议,并且在2014年启动上海合资公司计划,从事以激光烧结高分子材料及金属材料成型为核心工艺的工业级3D打印科技的研发,生产以及销售的业务。

a.样品阶段或单件小批量产品使用金属粉末制作金属产品或者大批量生产时制作模具。

中国Farsoon华曙高科
华曙高科不但具有选择性激光烧结设备制造能力,还具备材料生产技术,华曙高科的SLS尼龙粉末材料在供应国内市场的同时,也成功销往美国、瑞典、意大利等海外市场。

b.样品阶段或单件小批量产品使用尼龙粉制作砂型铸造的模具,代替木模;

中国Huake3D华科三维
武汉华科三维科技有限公司是华中地区投资规模大的专业3D打印装备研发制造平台,注册资本6000万元人民币;由华中科技大学产业集团、华中数控、华工投资、合旭控股及华中科大快速成型技术团队等联合发起设立的高新技术企业。

c.样品阶段或单件小批量产品阶段用覆膜砂制作砂芯,如叶轮砂芯等;

中国AFS隆源自动成型
北京隆源自动成型系统有限公司成立于1994年,为三帝打印科技有限公司(3DPTechnology,Inc.)控股子公司。隆源是中国早开发选区粉末烧结激光快速成型机的企业,目前设备的技术范围包括SLS,SLM以及LENS技术。隆源成型加工服务中心已为航空航天、汽车摩托车、泵业阀体等行业快速制造了大批量的异形复杂制件。

d.样品阶段或单件小批量产品阶段用蜡料制作可融模具;

Binhurp武汉滨湖
武汉滨湖机电技术产业有限公司以华中科技大学快速制造中心为技术依托,是国内早从事3D打印技术自主研发的单位之一。自1991年以来,公司先后研发制造出SLS、SLM等不同成型原理的3D打印设备。

SLA 激光立体固化成型

光敏树脂固化技术
液态光敏树脂通过发生固化反应,凝固成产品的形状。与SLA(StereolithographyApparatus)光固化快速成形技术类似的还有:DLP(DigitalLightProcessing)数字光处理,CLIP连续液界面生产技术。

主要材料:光敏树脂

光敏树脂固化技术用于铸造业主要是用来做熔模,另外还可以替代砂模压铸时用到的木模。另外,3D科学谷认为光敏树脂固化技术本身在飞速发展,包括陶瓷、碳纤维等材料技术与树脂固化技术的结合,未来这一技术将给铸造业带来哪些新的应用,值得关注与期待。

主要应用:

代表性企业:
美国3DSystems
1988年美国3DSystems公司根据该制作并商业化了世界上台快速成型机SLA250。自此,基于SLA成型技术的3D打印机走进大众的视线。3DSystems基于SLA成型技术的3D打印机ProX800适用于多个领域的应用。

a.制作精密铸造用的树脂原型,代替传统的蜡模;

中国UnionTec联泰三维
从2000年起,联泰科技从事工业级3D打印技术研发应用已有十几年的历史,是国内早从事3D打印机SLA激光快速成型技术研发生产的企业。在熔模铸造领域,联泰三维打印的具有特殊中空结构的光敏树脂原型样件,用于金属产品的快速铸造,大大减少了从设计到生产的时间。联泰三维的光固化快速成型3D打印闭环控制系统及方法拥有自主知识产权。

b.制作铸造用的模具,代替木模。

中国PrismaLab普利生机电
上海普利生机电科技使用LCD光学器件,其立体光固化成型技术的3D打印机锐打400,由普利生机电有限公司自主研发,拥有自主知识产权。锐打400基于普利生在曝光设备和感光化学技术研究领域多年的技术积累开发而成,独有的MFP技术已经申请。

3DP 三维印刷

除此之外,光敏树脂固化技术还包括EnvisionTec(在中国通过瑞士大昌洋行提供销售和服务),Carbon3D,Formlab,以及中国的智垒电子科技,珠海西通电子,中山东方博达电子等等。

主要材料:呋喃、酚醛类粘合剂;各种砂材;

另外,除了光敏树脂,FDM熔融挤出式3D打印技术亦可用于熔模铸造,详见3D科学谷发布的桌面3D打印机助力西门子金属部件制造。

主要应用:样品阶段或单间小批量各种规格复杂零件的砂型、砂芯制作;

在产业化方面,光敏树脂固化技术用于饰品、牙科领域的熔模铸造应用正在改变这些行业的传统产业链,并诞生新的用户体验,围绕着个性化规模生产,光敏树脂固化技术势必从用于手扳设计验证的原型应用走向增材制造应用领域。

3D雕刻;

机遇与风险共存,对于设备厂商和材料供应商来说,更精、更快成为能够在光敏树脂固化技术领域占据一席之地的关键词,而技术竞争的激烈也给上游企业带来很大的压力,对于在中国从事光敏树脂固化技术开发和服务的企业来说,如何布局产业链、如何进行品牌战略层面的竞争,这些将更加挑战经营者的智慧。

主要材料:泡沫/木材;

蜡膜铸造技术
蜡模3D打印已经广泛的应用于我们的生活,例如:饰品设计者透过数码设计工具,直接将3D饰品打印成为蜡模,或是牙科医师制作假牙、牙模、齿模等,也大量的应用蜡模的技术,取代传统石膏模,制造出更为坚硬的假牙应用于患者身上。

主要应用:

代表性企业:
美国3DSystems
3DSystems用于蜡模打印的主要机型是ProJet3510系列。

a.用泡沫材料制作一次性模具用于消失法;

美国SolidScape
美国SolidScape公司是Stratasys旗下公司,成立于1994年,其打印的蜡模是理想的脱蜡铸造和模具制作的原型,广泛应用于生物医学产品、骨科、牙科、假肢、珠宝、玩具等领域。

b.制作较大型产品木质模具;

除了上述详细介绍的3D打印技术及企业外,3D打印还用于铸造领域金属模的打印,而LENS近净型成型技术不断突破打印尺寸限制,还带来的多材料打印的材料工艺解决方案应用空间。而当砂模或者熔模打印的尺寸受到打印限制时,还可以采用LOM层压3D打印技术来打印用于替代木模,在这一点,国际上的汽车厂商就曾通过LOM层压3D打印技术来打印大型曲轴的“木模”。

快速铸造技术案例分享

中国的铸造业正在面临转型升级的压力,中铸协预测到2020年铸造企业将减少至1.5万家以内,铸件总产量达到5500万吨,铸件产值约7000亿元的规模。占企业总数量30%的铸造企业的铸件产量将会达到铸件总产量的80%以上。球墨铸铁占铸铁产量的比例将由2014年的37%提高到42%左右,铝、镁等轻合金的铸件产量将由13%提高至20%左右。到2020年,我国的铸造综合能耗将比2015年下降10%,废砂利用率进一步提高,年铸造废砂再生量达到300万吨以上。

砂型铸造

而3D打印在其中将发挥其独特的作用。
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精密铸造

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