چگونه پرینت سه بعدی می‌تواند در ریخته‌گری فلزات مفید واقع شود؟

چگونه پرینت سه بعدی می‌تواند در ریخته‌گری فلزات مفید واقع شود؟ در این جا سه روش را بررسی می‌کنیم.

ریخته‌گری فلز ممکن است یکی از قدیمی‌ترین روش‌های تولید استفاده شده برای ایجاد بخش‌هایی از فلز باشد. اما هنوز هم به عنوان بخش دیگری پرینت سه بعدی می‌تواند مفید واقع شود.

با توجه به هزینه‌های بالا وارد شده در فرآیند تولید ابزارهای کمکی مانند الگوها، قالب‌ها و هسته‌ها، پرینت سه بعدی پیش از این اثبات کرده که روش دیگری برای تولید معمولی ابزارها در فرآیند ریخته‌گری فلز است. ریخته‌گری‌ها، به طور فزاینده‌ای پرینت سه بعدی را در کارشان به عنوان ابزاری برای ماندن در رقابت در این عرصه اتخاذ می‌کنند.

غلبه بر محدودیت‌‌های موجود

ریخته‌گری‌ها  با توجه به چندین فرآیند در ریخته‌گری فلز، به طور معمول، از ریخته‌گری دایکستینگ، ماسه ودقیق استفاده می‌کنند. با این وجود، درحالی که ریخته‌گری فلز آزمون خود را در طول زمان و با روش‌های مختلف تولید آن، پس داده است؛ هنوز هم محدودیت‌های خاصی در این روش‌ها وجود دارد که شامل موارد زیر است:

قیمت بالا: ابزار ایجاد ریخته‌گری به طرز باور نکردنی گران‌قیمت هستند. این یعنی اغلب، اداره کارگاه تولید قطعات کوچک و متوسط با توجه به قیمت بالای ابزار، به راحتی قابل انجام نیست.

کار فشرده: زمانی که ابزار به طور معمول با دست تولید می‌شوند؛  فرآیند تولید، کار فشرده‌ای می‌طلبد که این امکان وجود دارد که نتیجه در مدت زمان طولانی تا حتی پس از چند ماه به دست آید.

برای غلبه بر این چالش­ها و حفظ عرصه رقابت، ریخته­گری­ها باید­ روش­های نوآورانه­ای را بیابند که بتوانند  ابزارهای ریخته‌گری فلز را تولید کنند. در این جا استفاده از پرینت ۳ بعدی به میدان می‌آید.

استفاده ار پرینت سه بعدی چگونه می‌تواند برای ریخته­گری­ها و شرکت­های ساخت الگوها مفید واقع شود؟

در حالی که پرینت ۳ بعدی به معنای اتمام روش­های ریخته­گری سنتی نیست، تکنولوژی می­تواند جنبه‌های قیمت بالا و زمان زیادی که صرف ایجاد الگوها، هسته­ها و قالب­ها با انعطاف‌پذیری بیشتر و قیمت­های تاثیرگذارتر را حدف کند.  همچنین می تواند به روش­های ریخته­گری در تولید نمونه­های اولیه آسان، متوسط و دارای پیچیدگی زیاد و … کمک کند.

در اینجا  چند مثال بیان می­کنیم که چطور استفاده از پرینت ۳ بعدی می­تواند با فرآیندهای ریخته­گری سنتی یکپارچه شود.

  • قالب­های تولید شده با پرینت ۳ بعدی

قدمت ریخته­گری به قرن ۱۹ام برمی­گردد، ریخته‌گری قالب، به فرآیند ریختن فلزات مذاب تخت فشار بالا در داخل حفره­های قالب برای تولید بخش­های فلزی اشاره دارد.

یکی از چالش­های اساسی در ریخته­گری قالب، طراحی کانال‌های خنک‌سازی است که  برای جلوگیری از دمای بیش از حد قالب  استفاده می­شود و فرآیندهای انجماد را در ریخته­گری کنترل می­کند.

با روش­های تولید سنتی، این کانال­ها معمولا در خطوط مستقیم ماشین­کاری می­شوند. در این روش‌ها، تولید محصول با فرآیند خنک­سازی آرام­  و غیر یکنواخت انجام می‌شود؛ در نتیجه ابزار ممکن است بد شکل شده و طول عمر آن به طرز قابل توجهی کم شود. به علاوه تا حدی منجر به تلف شدن گرما می‌شود و باعث طولانی­تر شدن زمان خنک­سازی برای تولید محصولات می‌شود.

با این­حال این محدودیت­ها در پرینت ۳ بعدی وجود ندارد. با استفاده از تکنیک­های پرینت ۳ بعدی فلز مانند DMLS  یا SLM، ابزارسازان می­توانند کانال­های خنک­سازی هرچه­قدر پیچیده را در طراحی قالب ادغام کنند، پرینت ۳ بعدی برای ریخته­گری قالب چندین فایده دارد که شامل موارد زیر است:

  • طراحی انعطاف­پذیر مانند هندسه، ساختار داخلی و حفره­های پیچیده
  • فرآیند خنک­سازی سریع­تر و بیشتر
  • افزایش طول عمر ابزار
  • بهتر شدن عملکرد
  • در نظر گرفتن پرینت۳ بعدی برای الگوهای ریخته­گری دقیق

ریخته­گری دقیق از الگوهای موم مصرف­پذیر و پوسته سرامیکی برای ایجاد و طراحی قسمت­های دارای جزئیات استفاده می­کند. در روش سنتی، این الگوها  دارای قالب­گیری تزریقی هستند. با این­حال قیمت قالب­گیری تزریقی در محدوده ۳۰۰۰ تا ۳۰۰۰۰ دلار با زمان تولید از ۱ تا ۴ هفته است. این موضوع سبب شده ایجاد قالب برای تولید محصولات در اندازه­های کوچک یا محصولات یک­بار مصرف از لحاظ اقتصادی، مقرون به صرفه نباشد.

به همین دلیل، ریخته­گری‌ها وکمپانی‌های سازنده الگو، می­توانند الگوهای پرینت ۳ بعدی را با مواد مناسب برای ریخته­گری دقیق انتخاب کنند.

برای مثال استریولیتوگرافی می­تواند برای ایجاد الگوها با استفاده از لیزرUV  به کار گرفته شود که لایه‌های نازک رزین را بهبود می­بخشد.

با استفاده از پرینت ۳ بعدی برای ریخته­گری دقیق می­توان کمک کرد  به:

  • کاهش زمان تولید از چند هفته به چند روز
  • حذف قیمت­های بالا برای ابزارهای تولید شده
  • دادن آزادی بیشتر به طراح، تا الگوهایی با پیچیدگی بیشتر ایجاد کند.

بسیاری از تولید­کنندگان پرینتر ۳ بعدی موادی که قابلیت پرینت ۳ بعدی دارند و به خصوص برای ریخته‌گری استفاده می‌شوند که شامل موم، رزین ریخته­گری و  بعضی از ترموپلاستیک­ها بر پایه PLA و ABS گسترش می­دهند.

این مواد به طور معمول با استریولیتوگرافی (رزین ها) و تکنولوژی­های  FPM (پلاستیک­ها)، ایجاد الگوهایی بسیار  دقیق با مشخصات فرسودگی شغلی بسیار عالی، استفاده می­شوند.

  • پرینت ۳ بعدی هسته‌ها و قالب‌های ماسه‌ای

 ریخته‌گری ماسه نوع دیگری از تکنیک‌های شکل‌دهی به فلزات است که با استفاده از پرینت ۳ بعدی نیز قابل انجام است. معمولا فرآیند ریخته‌گری ماسه‌ای در رابطه با ایجاد شیئی از فلزات مذاب شده است که در آن  از قالب ماسه‌ای استفاده شده است. حفره‌های قالب با ماسه‌هایی که به صورت دستی بسته‌بندی شده‌اند، در هنگام طراحی الگو، ایجاد می‌شوند. طراحی ریخته‌گری اغلب به هسته‌ها نیاز دارد تا در قالب‌ها قرار بگیرند و کانتور داخلی ریخته‌گری را ایجاد کنند. پرینت سه بعدی می‌تواند به صورت ساده این فرآیند را با ایجاد قالب‌های ماسه‌ای و هسته‌ای به طور مستقیم از فایل‌های CAD ایجاد کند و برای این کار نیازی به مراحل تولید ایجاد الگو و هسته‌سازی ندارد.

درست مثل الگوهای پرینت سه بعدی برای ریخته‌گری دقیق، قالب‌های ریخته‌گری و هسته‌ها در پرینت سه بعدی بدون استفاده از ابزار و فرآیند به صورت خودکار انجام می‌شود. این بدان معنی است که قیمت‌های ساخت و استفاده  ابزار و پرداخت هزینه به نیروی کاری حذف می‌شوند.

 قالب‌ها و هسته‌های ریخته‌گری، معمولاً در پرینت سه بعدی با استفاده از تکنولوژی Binder Jetting انجام می‌شوند که برای ته‌نشینی انتخابی با چسب کار می‌کند و از چسب برای چسباندن شن و ماسه به صورت لایه به لایه استفاده می‌کند.

در این روش، پرینت سه بعدی یک روش سریع و کار آمد برای تولیداتی است که حجم کمی دارند. در حال حاضر، سیستم‌های Binder Jetting که برای ریخته‌گری با استفاده از پرینت سه بعدی، به کار می‌روند قادر به تولید محصولاتی با حجم زیاد تا ۴,۰۰۰ x 2,000 x 1,000 mm و هسته‌ها و قالب‌های ماسه‌ای در مقیاس بزرگ،هستند.

به علاوه، قالب‌های ریخته‌گری ماسه‌ای، آنقدر قوی هستند که بتوانند در شرایط سخت ریخته‌گری فلز، تاب بیاورند.

فواید دیگر استفاده از پرینت سه بعدی برای چاپ قالب‌ها و هسته‌های ماسه‌ای شامل موارد زیر است:

  • زمان تولید کوتاه‌تر
  • دادن آزادی بیشتر به طراح برای ایجاد هندسه‌های پیچیده ریخته‌گری ( که در آن به جعبه‌های هسته و یا الگوها نیاز است)
  • توانایی چاپ‌های پیچیده و هسته‌های چند تکه ( مانند ساخت پروانه پمپ) به صورت یک بدنه واحد، که نیاز به مونتاژ جزئیات مجزا از هم را حذف می‌کند.

چگونه شرکت‌ها از چاپ  سه بعدی برای ریخته‌گری فلزات استفاده می‌کنند

در حالی که ابزارهای ساخته شده به صورت مستقیم  با پرینت سه بعدی مانند  قالب‌ها، هنوز در مراحل اولیه قرار دارد، الگوها و هسته‌ها و قالب‌های ماسه‌ای در ریخته‌گری دقیق با استفاده از پرینت‌های سه بعدی به طور گسترده‌ای استفاده می‌شوند و برمیزان درخواست استفاده از آن‌ها، افزوده می‌شود.

الگوهای ریخته‌گری دقیق

الگوهای ریخته‌گری دقیق که از پرینت سه بعدی استفاده کرده‌اند، به طور فزاینده‌ای برای ساخت جواهرات سفارشی با طراحی‌‌های پیچیده و محصولات دندان‌پزشکی مخصوص استفاده می‌شوند که دراین صورت شخص سازنده برای درست کردن آن‌ها به زمان کمتری احتیاج دارد.

به عنوان یک مثال، کمپانی جواهرسازی کانادایی Vowsmith  که حلقه‌های سفارشی مخصوص تولید می‌کند، توانست زمان تحویل سفارش‌ها را تا ۵۰ درصد با استفاده از سیستم یکپارچه‌سازی سه بعدی، پرینترهای ۳ بعدی wax   کاهش دهد.  با یک پرینت، کمپانی بین ۳۵ تا ۴۰ الگوی حلقه مخصوص را تولید کرد که آماده ریخته‌گری بودند.

ریخته‌گری ماسه‌ای

در حالی که استفاده از ریخته‌گری ماسه‌ای مطرح می‌شود، کمپانی‌های بیشتر و بیشتری در بخش ریخته‌گری در حال نصب پرینترهای سه بعدی ماسه‌ای برای ذخیره سرمایه در تولید ابزارهایی با دسته کوچک هستند که زمان تولید کمتری دارند. برای مثال کمپانی ریخته‌گری Hazleton به علاوه بر انجام عملیات ریخته‌گری سنتی برای تولید قالب‌ها و هسته‌های سفارشی با هندسه پیچیده، از سیستم چاپ سه بعدی ماسه‌ای رباتیکی استفاده می‌کند. برای طراحی‌های هسته پیچیده، چاپ سه بعدی با کنار گذاشتن ابزار در فرآیند تولید، امکان میزان ذخیره‌سازی سرمایه تا ۵۰ درصد  فراهم می‌کند.

ابزارسازی به روش میراثی

 کمی قبل‌تر از امسال، Danko Arlington که کارخانه تخصصی در فرآیند ساخت الگو و ریخته‌گری ماسه‌ای و دقیق است؛ از سیستم چاپ سه بعدی ماسه‌ای بزرگ برای تعویض ابزارهای گذشته استفاده کرد که تولید آن‌ها کاری دشوار و هزینه براست.  برای حذف  استفاده از ابزارهای گذشته، به صورت مستقیم از چاپ سه بعدی قالب‌ها و هسته‌های ماسه‌ای استفاده کرد.

 هسته شیرهای هیدرولیک

مثال دیگری از استفاده از چاپ سه بعدی، کارخانۀ ریخته‌گری Prospect در امریکاست که چاپ سه بعدی ماسه‌ای  را برای کارهای چالش برانگیز مغزه‌های شیرهیدرولیک پیچیده انتخاب کرده است. درگذشته هنگامی که امکان تولید مغزه‌ها به دلیل پیچیدگی دشوار بود، ریخته‌گری‌ها مجبور بودند تا شغل‌هایی مانند مثال فوق را از دست بدهند.  با این حال، با چاپ سه بعدی، کمپانی نه تنها نمی‌توانست به طور کامل چنین سفارشاتی را انجام دهد، بلکه نرخ اوراق بسیار پایینی نیز به دست آورد.

چاپ سه بعدی، تکنولوژی تکمیل کننده ریخته‌گری فلز است و برخلاف این باورکه چاپ سه بعدی می‌تواند جایگزین فرآیندهای ریخته‌گری شود، بهتر است آن را یک افزودنی قدرتمند به روش‌های موجود اعم از دایکستینگ ماسه‌ای و دقیق بدانیم. مزایای استفاده از چاپ سه بعدی  واضح است؛ زیرا نیاز به فرز CNC یا ابزارهای دیگر ندارد که باعث افزایش قیمت ساخت می‌شوند. چاپ سه بعدی برای کارهای ریخته‌گری بسیار پیچیده با حجم کم بسیار مناسب است و آزادی عمل بیشتری در طراحی و هزینه‌های مناسب‌تری در تولید قالب و الگو می‌دهد.

 با توجه به مطالبی که تا کنون گفته شد  باید توجه کنیم که در حالی که چاپ سه بعدی پاسخگوی همه مشکلات ابزار ریخته‌گری نیست، قادر است کارهای چالش برانگیزی را که قبلاً انجام آن امکان‌پذیر نبود، انجام دهد.  سرعت استفاده از چاپ سه بعدی و به خصوص چاپ سه بعدی فلز با رشد زیادی رو به رو شده است. مسئله اساسی این است که ریخته‌گری‌ها به مدرن شدن با استفاده از چاپ سه بعدی ادامه دهن . این کار بر غلبه بر محدودیت‌های روش‌های موجود کمک می‌کند و می‌تواند آن‌ها را در عرصه رقابت با چشم‌انداز  تولید محصولاتی نگه دارد که مدام در حال تغییر هستند.

پیام بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *