了解 3D 沙打印机和粘合剂技术

由于其在生产中提供的灵活性和复杂性,用于型芯和模具的 AM 越来越受欢迎,但生产率对长期前景至关重要
Doug Trinowski | 2019年1月01日
经 Informa 许可再版

Enviroset 3D 是一种低粘度热固性呋喃树脂,专门制造用于所有 3D 打印机,
用于形成砂芯和模具™S 适用于所有类型的金属。

沙芯和模具的增材制造近年来吸引了许多铸造厂的注意,这是由于该过程形成核心形状的独特能力,而这些形状是使用传统的制芯技术无法制造的。它通过一种叫做 “粘合剂喷射” 的过程来做到这一点: 一种反应性树脂,最常见的是,一种为应用而配制的糠醇基粘合剂沉积在基底上。通常,基底是用酸催化剂预处理过的硅砂,但它可以是金属铸造中使用的许多其他聚集体,如锆石和合成陶瓷。

基于 FA 的粘合剂类似于更常见的用磺酸 (通常是水中的对甲苯磺酸) 固化的呋喃无烘烤粘合剂。一旦粘合剂接触催化剂,它就会以与无烘烤铸造应用程序相同的方式进行固化。

首先,预先处理过的基底的一层均匀地分布在通常被称为 “构建盒” 的固定空间上。构建盒的尺寸可以从 300 × 200 × 150毫米一直变化到 4000 × 2000 × 1000毫米。预先处理过的基底的厚度是变化的,但通常大约是 0.3毫米。

接下来,打印头使用类似于普通喷墨打印机的技术,将活性粘合剂 “喷射” 到沙子上。但是,请注意,粘合剂沉积在沙子层上的方式使该过程独一无二。实际零件几何图形是由打印头将粘合剂仅喷射到所需形状的砂层上创建的。重复此过程,直到最终创建 3D 零件几何图形。

这种工艺的优点是众所周知的: 由于对拔模和分模线的需求大大减少,铸造的零件复杂性可能比典型的砂型铸造大得多; 可以创建更复杂的形状; 多个内核可以组合成一个;并且可以将多个不同的核心几何图形组合到构建盒卷中。这些只是一些优势。

也有一些缺点: 粘合剂喷射砂芯和模具的构建盒由粘合和未粘合的基板组成。一旦打印过程完成,从构建空间中移除核心形状可能会既耗时又详细。固化后的形状需要小心处理,未粘合的沙子小心刷或抽真空离开零件。

当核心形状和几何形状被固化时,一些活性的呋喃粘合剂可以从所需的几何形状迁移出去,也可以固化, 制造一种 “粘性” 沙子,这种沙子很难从零件中去除,当然也比完全未固化的沙子更难去除。

与欧洲的其他工艺相比,上面描述的呋喃工艺是美国最常用的粘合剂/催化剂,例如直接压榨和直接硅酸盐, 当印刷过程完成时,粘合剂喷射的呋喃会被固化。虽然强度会随着时间的推移而增加,但形状是可以处理的。直接成型过程需要开发一个可用的 “绿色” 或未固化的强度足以允许部分提取,然后通过后固化达到铸造的可用强度。

几个独立的铸造粘合剂供应商开发了专门配制的呋喃粘合剂,用于粘合剂喷射过程。在喷射过程中成功工作需要完全不同的物理和化学性质。动态粘度和表面张力等特性是必须仔细控制的关键特性。

这些市售的粘合剂和催化剂与原始设备制造商提供的粘合剂和催化剂处于等价期。但是,如果在将任何消耗品替换为 3D 打印时,必须注意 OEM 的保修要求。

3D 砂打印的经济可行性部分取决于生产率,主要是由打印机本身的打印速度驱动的。但是,能够快速提取固化的核心和模具对清空构建盒并开始下一次打印有明显的效果。

持续的开发工作侧重于减少树脂迁移,同时提高零件清晰度和加快零件提取速度。HA International 致力于广泛研究粘合剂喷射过程的新材料。

Doug Trinowski 是 HA 国际的特殊项目研发总监。在 Doug.Trinowski@ha-international.com 联系他,或者访问 www.ralodemalo.com