3D印刷は、砂型鋳造プロセスでの面倒な作業を排除し、処理サイクルを短縮します

2021-11-03

約XNUMX年前、人間は砂型鋳造の最初のバッチを鋳造し始めました。最近まで、テクノロジーは実質的に変更されていませんでした。

•目的のオブジェクトのコピーまたは「パターン」を、開いたスチール製の成形ボックスに入れます。

•モデルの周りに特殊な種類の砂を注ぎ、しっかりと所定の位置に軽くたたいてから取り外します。

•溶融金属とゲートを金型キャビティに接続するゲートが金型に流入するように、ゲートを切断します。

•コアは、内部機能を備えたパーツをコピーするために使用されます。

•溶融金属を型に流し込みます。金属が冷えると、完成した部品が取り除かれます。

要するに、これは砂型鋳造です。しかし、熟練したプレートメーカーであるデイブ・リットマイヤーは、それがそれをはるかに超えているとあなたに言うでしょう。インディアナ州ディケーターにあるHoosierPattern Inc.のカスタマーサービスおよび積層造形マネージャーであるRittmeyerも、AMのおかげもあり、過去XNUMX年ほどで業界が劇的に変化したことを説明します。

他の鋳造方法と比較して、砂型鋳造プロセスの多くの面倒なステップを排除すると同時に、プロセスをより速く、より柔軟に、よりコスト競争力のあるものにします。

リットマイヤー氏は、「従来の製版プロセスのリードタイムは、数週間から数か月以内に測定するのが最適です」と述べています。「3Dプリントはそれを大幅に短縮し、時には14日かXNUMX日に短縮しました。一例では、XNUMXつのクレーンケースが今週中に準備されました。通常XNUMX週間かかります。それ以外の場合は非常に複雑な金型やコアを印刷できます。これらの金型とコアは製造できなくなります。」

スプレーに成功

1993年、MITの研究者は、接着剤噴射と呼ばれる3D印刷プロセスを発明しました。 XNUMX年後、現在ExOne Inc.として知られている会社がバインダースプレーボールを引き継ぎ、それを使用して操業し、砂型鋳造業界を恒久的に変えました。

図1：ほとんどの砂型鋳造はXNUMXピースの型でできており、鋼の型箱に取り付けられています。モールドボックスは、ピンで固定されたXNUMXつのほぼ同じオープンボックス（ドラッグと上蓋）で構成されています。

厚さ0.26〜0.38 mmの層に砂を堆積させ、次に砂を固化する液体ポリマーを使用して選択領域を結合する冷硬化接着剤システムを開発しました。

Hoosierは、複数のCNCマシンを使用した1997人の熟練したパターンメーカーによって2013年に設立されました。彼らはXNUMX年に最初のサンドプリンターExExS-Maxを購入しました。

リットマイヤー氏は次のように述べています。「現在、25台以上のマシニングセンターと4台のS-Maxサンドブラストマシンがあり、ビジネスの約半分は3Dプリントされたコアとモールドです。」「正確な数はわかりませんが、毎年行っています。何千もの印刷物が印刷されています。」

インディアナに本拠を置くこの会社は、Stratasys Fortus 450mcFDMマシンと3ntrA2マシンも運用しており、これらはプロトタイプ、小ロットのプロトタイプ、および店舗周辺のさまざまなツールの作成に使用されます。

3D印刷により、会社は地域のモデルルームからグローバルなモデルルームに変わりました。リットマイヤー氏によると、フーシャーパターンは現在、3Dプリントされた砂製品を「世界のすべての地域に」出荷しているという。

従来の製造方法（フライス盤、旋削、EDM）は、大量の比較的単純な工具を製造するために今でも使用されていますが、それ以外はすべて会社の3DプリンターのXNUMXつに送られます。

モントローズ製

ミネソタ州モントローズを拠点とするCraftPattern and Mold Inc.も、同様の成功を収めています。同社はHoosierPatternから3D印刷用の金型を購入してきましたが、約XNUMX年前、独自のシステムに投資することを決定しました。

「これにはいくつかの理由がある」と同社の社長であるトニー・クレマーズ氏は語った。「Hoosierは私たちにとって素晴らしい仕事をしてくれましたが、毎月一定の金額を外部サービスに費やす場合、ある時点でこの作業を内部に組み込む方が理にかなっています。

「他の部分は納期です。サプライヤーがどんなに優れていても、独自の印刷機能を持つことで顧客への応答速度が決まります。」

3D印刷は、砂型鋳造の設計プロセスを大幅に変更し、エンジニアに柔軟性を提供し、「砂型鋳造のいくつかの基本原則を無視することができます」。

クラフトパターンは35年前に生産モデルショップとして設立されました。それは徐々にプロトタイピングと製品開発作業に拡大し、その後、少数の部品を注ぎ始めました。それ以来、4軸および5軸の機械加工サービス、プラスチック射出成形などの機能を追加しています。

サンドプリントを追加することは非常に理にかなっています。ただし、このテクノロジーを使用するには、CraftPatternがテクノロジーに関する知識を習得する必要があります。

店のゼネラルマネージャーであるスティーブ・シェード氏は、たとえば、3D印刷された型では、表面の仕上がりは通常、パターンで作られた型ほど良くないと述べました。「また、作業プロセスを調整し、いくつかの設計手法を再検討する必要があります。 3D印刷では、砂型鋳造の基本原則の一部を無視できるため、製図、パーティング、コア構成に従来のツールを使用できます。

「私たちのデザイナーは訓練を受けており、職業全体に取り組むルールに従います。これにより、プロジェクトの扱い方が完全に変わりました。」

金型を物理的に製造する必要がないため、鋳造金属部品の納期が大幅に短縮されます。

金属、プラスチック、砂のいずれで作られていても、3Dプリントされたものは通常より高価です。「だから、『すべてを印刷しよう』とだけ言うことはできません。総購入コストの観点からは、まだ競争力がないからです。」

従来のツールを使用すると、パターンとコアボックスのコストを共有できるため、数が増えるにつれて部品のコストを比較的迅速に削減できます。一方、3D印刷の場合、各部品のコストは印刷される砂の量に応じてかなり固定されているため、規模の経済はまだ達成されていません。

「それでも、明日、複雑な形状の部品や部品をいくつか購入したい場合は、3Dプリントが適しています」とShade氏は述べています。

クレイマーズは同意した。彼は言った：「これは間違いなく私たちをより柔軟にします。」彼は、ワークショップはすぐに方向を変えることができ、翌日部品を回転させることさえできると付け加えました。また、「コアの製造が大幅に改善されました。以前は、XNUMX〜XNUMX個の独立したコアを作成し、それらを接着して、すべてをXNUMXつのピースとして印刷できるようになりました。労力を節約するために、これは非常に大きなことです。部品の品質とプロセス全体の制御の間の利点。」

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