Cum modernizează imprimarea 3D producția modelelor pentru turnarea în forme de nisip

În multe fluxuri de lucru de turnare în forme de nisip, adevăratul blocaj nu este procesul de turnare, ci realizarea modelului.

 

Un model tradițional din lemn sau metal prelucrat poate necesita săptămâni pentru a fi fabricat, poate costa mii de dolari și presupune intervenția unui modelier cu experiență. Din păcate, astfel de specialiști devin tot mai greu de găsit. Mai mult, orice modificare de proiect înseamnă reluarea întregului proces de fabricație.

 

Imprimarea 3D de mari dimensiuni schimbă complet această ecuație. Modelele pentru turnarea în nisip sunt generate direct din fișierul CAD și pot fi produse intern în doar câteva zile, în loc să fie externalizate timp de săptămâni, la o fracțiune din cost. Dacă este necesară o revizie, modelul CAD se modifică și se imprimă din nou. Nu mai este nevoie de comandarea unor scule noi și nici de așteptarea disponibilității unui furnizor.

O scurtă recapitulare a procesului de turnare în forme de nisip

Probabil cunoașteți deja etapele turnării în forme de nisip, însă merită să evidențiem locul exact în care intervine imprimarea 3D. Pe scurt, aceasta influențează o singură etapă: realizarea modelului.

 

Procesul clasic include următoarele etape:

 

  • fabricarea modelului;
  • realizarea formei de nisip;
  • turnarea metalului;
  • răcirea;
  • dezbaterea piesei.

 

Toate etapele ulterioare depind de prima. Modelul reprezintă piesa de referință în jurul căreia este compactat nisipul pentru realizarea cavității formei. Dacă realizarea modelului este lentă și costisitoare, întregul proces va fi afectat.

 

În producția tradițională a modelelor apar cele mai frecvente provocări:

 

  • Modelierii experimentați ies la pensie într-un ritm mai rapid decât pot fi înlocuiți. În industrie, fabricarea modelelor este considerată deja o „meserie pe cale de dispariție”.
  • Modelele din lemn sunt sensibile la umiditate, putându-se deforma, umfla sau degrada în timp.
  • Orice modificare de proiect presupune refacerea modelului existent sau realizarea unuia complet nou.
  • Externalizarea producției modelelor înseamnă dependență de programul furnizorului și termene de livrare care se pot întinde pe mai multe săptămâni.

Unde intervine imprimarea 3D în turnarea în forme de nisip

Singura etapă care se schimbă este fabricarea modelului.

 

În loc ca un modelier să sculpteze sau să prelucreze mecanic un model din lemn sau metal pe parcursul mai multor săptămâni, un inginer proiectează modelul în CAD și îl imprimă pe o imprimantă FFF industrială de mari dimensiuni în doar câteva zile. Modelul imprimat, realizat din materiale precum PLA, PETG sau ABS, este utilizat exact la fel ca unul din lemn: este introdus în nisipul de turnare pentru realizarea cavității formei.

 

În schimb, toate etapele ulterioare rămân neschimbate. Realizarea formei, turnarea metalului, răcirea și dezbaterea piesei se desfășoară exact ca înainte. Personalul turnătoriei nu trebuie să învețe un proces nou, deoarece modelul imprimat înlocuiește pur și simplu modelul tradițional.

 

Este importantă și o clarificare care generează deseori confuzii. Există două modalități complet diferite de utilizare a imprimării 3D în turnarea în forme de nisip:

 

Imprimarea modelelor prin tehnologia FFF (abordarea BigRep)
O imprimantă FFF de mari dimensiuni produce un model din material polimeric care este utilizat ulterior în procesul clasic de turnare în forme de nisip. Modelul provine dintr-un fișier digital, însă procesul de turnare rămâne neschimbat.

 

Imprimarea directă a formelor de nisip prin Binder Jetting
Această tehnologie imprimă direct forma de nisip, eliminând complet necesitatea modelului. Este un proces diferit, cu avantaje și limitări proprii, și nu reprezintă tehnologia utilizată de sistemele BigRep.

 

Ambele tehnologii sunt valide, însă acest articol se concentrează exclusiv asupra imprimării FFF.

 

Dimensiunea imprimantei este esențială.

 

Turnarea în forme de nisip este utilizată frecvent pentru piese de mari dimensiuni, precum elice, corpuri de vane, carcase de pompe și multe alte componente industriale, care necesită modele pe măsură. O imprimantă desktop nu poate produce modele cu dimensiuni de 600–800 mm sau mai mari, însă un sistem industrial cu un volum de construcție de ordinul metrului cub poate face acest lucru.

 

Acesta este motivul pentru care echipamente precum BigRep ONE, cu un volum de imprimare de un metru cub, sunt concepute special pentru realizarea modelelor industriale la scară reală și nu doar pentru piese mici de precizie.

Argumentele economice pentru producerea internă a modelelor

Pentru cei care decid investițiile în echipamente, avantajele sunt evidente.

 

Viteză

Realizarea unui model tradițional din lemn prin externalizare durează, în general, între 3 și 8 săptămâni, în funcție de complexitate. Prin imprimare 3D internă, același model poate fi gata în câteva zile.

În cazul comenzilor urgente, al modificărilor de proiect pe parcursul execuției sau al pieselor de schimb unicat, această diferență poate determina respectarea sau pierderea termenului de livrare.

Costuri

Un model tradițional din lemn sau metal prelucrat poate costa de la câteva sute până la câteva mii de dolari, în funcție de complexitate.

Imprimarea internă reduce semnificativ costul per model.

Compania Kennedy Valve, producător de hidranți și vane pentru rețele de apă, a înlocuit frezarea tradițională cu modele imprimate pe sisteme BigRep și a redus costurile cu aproximativ 22%, economisind într-un singur caz aproximativ 13.000 USD pentru o singură piesă.

Flexibilitate în proiectare

În cazul modelelor tradiționale, orice modificare presupune recondiționarea modelului existent sau fabricarea unuia nou.

În cazul modelelor imprimate 3D, este suficientă modificarea fișierului CAD și reluarea imprimării.

Acest avantaj devine și mai important atunci când sunt dezvoltate variante ale aceleiași piese sau prototipuri înaintea lansării în producția de serie.

Control

Externalizarea înseamnă că termenele de livrare, calitatea și capacitatea de producție depind de un furnizor extern.

Prin producția internă, toate aceste aspecte rămân sub controlul companiei.

Atunci când întregul proces este integrat și realizat intern, timpul necesar producerii modelelor poate fi redus cu până la 80% comparativ cu un flux tradițional externalizat.

Este important de menționat că această reducere este posibilă doar într-un proces complet integrat și nu doar prin achiziționarea unei imprimante fără adaptarea întregului flux de lucru.

Rezultate obținute în practică

Valoarea acestei tehnologii este demonstrată de rezultatele obținute de companiile care utilizează deja soluțiile BigRep pentru producția modelelor destinate turnării în forme de nisip.

Ce trebuie evaluat înainte de implementare

Imprimarea FFF de mari dimensiuni nu reprezintă soluția optimă pentru orice aplicație. Înainte de investiție, merită analizate câteva aspecte.

Dimensiunea piesei

Sistemele FFF de mari dimensiuni își justifică investiția în special pentru modele care depășesc aproximativ 300–400 mm într-una dintre dimensiuni. Pentru piese foarte mici, o imprimantă desktop poate fi suficientă și mai economică.

Volumul de producție

Modelele imprimate sunt ideale pentru serii mici și medii, prototipuri și geometrii complexe.

În schimb, pentru producția în volum foarte mare a unor piese simple, unde un model metalic rezistent poate fi utilizat de sute de ori, soluția tradițională poate rămâne mai avantajoasă din punct de vedere al costului per piesă turnată.

Finisarea suprafeței

Modelele realizate prin tehnologia FFF necesită, în general, operații de post-procesare precum șlefuire, aplicarea unui chit de umplere și a unui strat de vopsea de separare pentru matriță.

Aceste operații sunt standard și trebuie integrate în planificarea procesului.

Materiale

PLA, PETG și ABS acoperă majoritatea aplicațiilor pentru realizarea modelelor.

Pentru aplicații cu utilizare repetată sau condiții mai solicitante din turnătorie, sunt disponibile și filamente tehnice cu proprietăți mecanice superioare.

Un avantaj suplimentar este faptul că sistemele BigRep utilizează o platformă deschisă pentru materiale. Astfel, utilizatorii nu sunt limitați la un singur filament proprietar, ci pot alege materialul care răspunde cel mai bine cerințelor aplicației.

Concluzie

Procesul de turnare în forme de nisip nu s-a schimbat. Acesta rămâne una dintre cele mai fiabile metode de producție pentru componente metalice de mari dimensiuni din industria grea și va continua să fie utilizat.

 

Ceea ce s-a schimbat este modul de realizare a modelului.

 

Imprimarea 3D de mari dimensiuni transformă o etapă lentă, dependentă de forță de muncă specializată, într-un proces digital controlat intern. Modelele pot fi produse în doar câteva zile, iar modificările de proiect sunt realizate direct în CAD, fără costurile și întârzierile asociate refacerii sculelor tradiționale.

 

Dacă doriți să evaluați dacă această tehnologie este potrivită pentru aplicațiile dumneavoastră, explorați soluțiile BigRep dedicate turnării în forme de nisip sau discutați cu specialiștii BigRep despre cerințele specifice ale proiectului dumneavoastră.

Pentru mai multe informații:

Contactați-ne