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千禧年金属铸造行业发生的重大变革:机器人3D打印技术

Hazleton铸造公司在东部的宾夕法尼亚州,目前能够进行快速铸造,不用给他的特种设备制造商昂贵的硬模制造费。

改变一个已经超过了5000年的制造工艺不是一朝一夕就能完成的,现在金属铸造工业正在逐步使用3D打印。

铸造是人类已知的最古老的制造工艺之一,是将一种流动的材料倒进模具里面然后凝固。即使这么多年里这项工艺有所提高,但是金属铸造实质上并没有发生什么改变。

但在最近几年,随着铸造厂出现3D打印砂模和型芯的技术,所有事情都发生了改变,铸造厂以前需要几个星期或者几个月完成的工作,现在只需要几个小时就能完成了,整个过程减少了不少的成本。

以在宾夕法尼亚州黑泽尔顿的Hazleton铸造公司为例,他们目前在使用Viridis3D的3D打印系统。

“我们大概在3年前就已经开始使用增材制造技术了,”Tony Badamo说道,他现在是Hazleton铸造公司和Weatherly铸造和机器公司的总裁。

这两家几十年的姐妹公司都位于东部的宾夕法尼亚州,距离大约9公里,Viridis 3D 系统们提供略为不一样的铸造服务。Viridis 3D 系统们都是一站式的,可以提供全套服务的铸造厂,生产各种含铁的和不含铁的特殊合金,包括铸造超过700布式硬度的耐磨合金。

而在3D打印方面 ,Badamo解释道,起初,他们公司只是好奇这项新技术是怎么制造模具的,“为了提高我们的制模能力。”因此这家公司开始着眼于光固化机器和可以直接打印金属的3D打印机。

Badamo说,一开始他们对这种直接打印金属的技术有些怀疑:“我们认为,‘那是铸造行业一个重大的变化。’”但在了解情况之后,这个团队意识到那些工艺“很快就会成为主流”。

自从那时,他们迅速转移注意力到新工艺上,使用粘结剂喷射技术来3D打印砂模和型芯,大大地减少了硬模制造的步骤,而这个步骤为了给顾客交付原型或者最终部件需要几个月的时间,成本巨大。

很快,Hazleton开始把Viridis 3D 系统的一些业务外包出去,让专门做3D打印的公司来帮他们快速打印砂模和型芯,这种机器售价超过一百万,对使用环境也有非常严苛的要求。

虽然零件的质量有时候不那么令人满意,但Badamo说这项工艺已经非常好,他们公司很清楚必须要时刻关注3D打印市场。“我们觉得应该掌握这项技术,”Badamo解释道,很大程度上是由于这个铸造团队对顾客需求的了解。

然而,在不能确定投资回报的情况下,用来3D打印砂模和型芯的机器太贵了,而且这些机器对一个铸造厂的环境要求极高,不仅仅是要干净,还需要一个真正适合生产的环境。

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Tony Badamo是Hazleton铸造公司和Weatherly铸造和机器公司的总裁,在2016年夏天,位于俄亥俄州斯普林菲尔德的Trident Alloys公司展示了他们的Viridis3D系统,那是他第一次看到Viridis3D系统。

随后,在2016年,Badamo去了俄亥俄州的斯普林菲尔德,受邀参加一个帕尔默制造和供应公司和Viridid3D合作的招待会,在那里他看到了这种3D打印砂模和型芯的新技术。

Viridid3D机器人增材制造技术

与传统机器的使用粘接剂喷射系统不一样,Viridis3D的RAM 123系统是一个非常简洁的系统,Viridis 3D 系统能够在ABB的IRB260工业机器人上安装宽达28英寸的巨型打印头部,在一个宽敞的工作空间下,直接在工作桌子上打印砂模和型芯。

以传统的CAD文件为指引,机器人的手臂沿着传统的笛卡尔轴运动,打印Viridis 3D 系统可以伸展的范围。目前,Viridis3D RAM机器有三种尺寸的机型,分别是RAM123 (1’x 2’x 3’)、 RAM 224 (2’x 2’x 4’)和 RAM 336 (3’x 3’x 6’)。

这个系统先把沙子放在一个漏斗输送系统中与催化剂混合,然后填充到在打印头部后面的托盘。这个机器人把打印头部放在桌子上,掉砂,然后从一个通道洒出来,再用呋喃粘接剂喷射液粘接砂粒。

当设置下一个通道时,这个机器人通过升降来打印下一层想要的层厚,一直重复这个过程知道完成最终的产品。

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用Viridis3D RAM 123机器3D打印的模具的一部分。

这个系统相对较快,打印速度为1.5到25垂直英寸/小时,精度为+/- 0.010。各种砂基都可以使用,从硅砂、GFN Oklahoma到Wedron,并使用预混合的干酸系催化剂。在打印完成之后,这个系统在一小时内现场固化密封,然后再铸造。

这个系统的简便、易于使用的特性吸引了Badamo。Viridis 3D 系统看起来很简单,花费的成本减少了很多,仅仅需要ExOne这样的公司的竞品系统的三分之一的成本,这对Badamo来说很重要。

他相信在不久的将来,随着技术的发展,用一个更大的机器人可以打印出更大的零件。Viridis3D在马萨诸塞州的沃本,Viridis 3D 系统也是属于EnvisionTEC的,EnvisionTEC一家致力于发展R&D的跨国3D制造商。目前,Viridis3D RAM机器衍生出了另外三种尺寸的机型,分别是RAM123、 RAM 224和 RAM 336。Viridis3D可以用可扩展的解决方案为不同客户需求开发定制的独特的应用方案。

Trident Alloys公司位于马萨诸塞州的斯普林菲尔德,这家公司正在使用第一台Viridis3D打印机,在那里视察完然后回家的路上,他对同事开玩笑说:“我告诉她她很幸运,因为她没有递给我一本支票簿。”

在2016年的12月,Hazleton铸造公司安装了Viridis3D 的RAM 123,然后马上就投入使用了,给一个客户打印了模具。

为未来做的决定

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在2016年9月,Badamo很低调地从Viridis3D公司购买了RAM 123系统。12月,Viridis3D的技术应用主管亲自安装了这个系统。

接下来,没有经过重重很多测试或者仔细计划,这个公司为一个商家客户,第一次使用这个系统来工作。

Badamo说,一开始他们对这种直接打印金属的技术有些怀疑:“我们认为,‘那是铸造行业一个重大的变化。’”但在了解情况之后,这个团队意识到那些工艺“很快就会成为主流”。

“我们有一个和水泵公司合作的项目,”Badamo说道,“我们需要做一个零件,实际上是由5个小零件合成。Viridis 3D 系统给了我们使用新机器的机会,我们卖出了这台机器打印出来的第一批零件。”

从那时起,“那台机器打印出来的每件物品都是商品。”

Badamo说,把公司的各种运作整合在一个变得简单了,这在官方上称为Hazleton增材制造的铸造中心(HCC-AM)。

“我们对Viridis 3D 系统十分满意,Viridis 3D 系统打印出来的产品的表面光洁度和普通产品一样甚至更好。”Badamo说道。

另外,这个系统还给制造商近净成形提供一个平价的方法,这些制造商可能会还想要使用减数法。

迎接新机遇

虽然仅仅使用了RAM 123三个月,但是Badamo说这台机器的全新的商业模式和生产方式让人们对未来产生无限的畅想,改变了传统的铸造行业。

“Viridis 3D 系统给我们带来了新工作,迎来了新机遇。”他说道。

例如,一个工作以前是要使用弯曲的焊合板制造的,现在可以通过铸造来增加强度,因为这个新型的Viridis3D打印机可以提供无限的设计选择。

“在制造一个铸件的过程中,我们可以把金属放到他们需要的地方,”Badamo解释道,“无论他们画出什么样的形状,我们都能照着做出来。设计上需要硬或者轻的地方都可以做到。”

最后,新型的3D打印系统对公司来说是一个转折点。“Viridis 3D 系统是一个力量倍增器,”Badamo解释道。“作为一个工程师和倡导改变的人,我们激动我能拥有Viridis 3D 系统。很开心能够看到人们拥抱这项技术,迎接Viridis 3D 系统带来的新机遇。

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