[vc_row][vc_column][vc_column_text]
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 3 بعدی به میدان میآید.
استفاده ار پرینت سه بعدی چگونه میتواند برای ریختهگریها و شرکتهای ساخت الگوها مفید واقع شود؟
در حالی که پرینت 3 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 3 بعدی میتواند با فرآیندهای ریختهگری سنتی یکپارچه شود.
- قالبهای تولید شده با پرینت 3 بعدی
قدمت ریختهگری به قرن 19ام 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 3 بعدی وجود ندارد. با استفاده از تکنیکهای پرینت 3 بعدی فلز مانند DMLS یا SLM، ابزارسازان میتوانند کانالهای خنکسازی هرچهقدر پیچیده را در طراحی قالب ادغام کنند، پرینت 3 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 پرینت3 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 3000 تا 30000 دلار با زمان تولید از 1 تا 4 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 3 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 3 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 3 بعدی موادی که قابلیت پرینت 3 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 3 بعدی هستهها و قالبهای ماسهای
ریختهگری ماسه نوع دیگری از تکنیکهای شکلدهی به فلزات است که با استفاده از پرینت 3 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 4,000 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 50 درصد با استفاده از سیستم یکپارچهسازی سه بعدی، پرینترهای 3 بعدی wax کاهش دهد. با یک پرینت، کمپانی بین 35 تا 40 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 50 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.
[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row]