盐湖特立镁3D打印+熔模铸造的“镁牛”,为镁合金“专精”制造打造样板

镁合金的特点是:密度小(1.8g/cm3左右),强度高,弹性模量大,散热好,消震性好,承受冲击载荷能力比铝合金大,耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要用于航空、航天、运输、化工等工业部门。

镁合金多用作结构件,镁合金的铸造水平成为其应用的关键。熔模铸件有着很高的尺寸精度和表面光洁度,可减少机械加工工作,有些铸件甚至只需要打磨、抛光余量,不必机械加工即可使用。熔模铸造(又称失蜡铸造)是很有应用前景的镁合金成形技术。

如熔模铸造工艺与3D打印技术相结合,为镁合金零部件制造带来全新可能。从理解3D打印的优势来着眼:一是无模化,对应的优势是作为研发试制阶段的捷径,加速迭代过程,减少研发成本;二是对产品的复杂性成本不敏感,对应的优势是适合创新颠覆产品的设计,使得产品设计以功能实现为主导。

镁/铝合金产品压铸企业青海盐湖特立镁有限公司,通过voxeljet 维捷的3D打印PMMA 蜡模与熔模铸造工艺结合,开发了国内首例镁合金材料的精密铸造工艺品。这一与3D打印相结合的镁合金浇铸工艺解决方案为未来“专精”制造、可应用领域提供了一份完美的样板。

block 快速、质量稳定的3D打印+熔模铸造工艺

青海盐湖特立镁有限公司是一家专业从事以镁/铝合金产品制造的压铸企业,隶属于青海盐湖工业股份有限公司,是其全资子公司。公司成立于2010年,位于青海省西宁经济技术开发区甘河工业园西区,拥有年产4000吨镁/铝合金产品压铸能力,根据市场需求主要从事汽车、轨道交通、航空航天、手持电动工具、3C及医疗器械等领域零部件加工制造。

voxeljet_telimei_1特立镁的工业产品-车用转向柱支架

盐湖特立镁公司以青海盐湖丰富的镁资源优势为基础,以盐湖工业股份公司10万吨大规模电解金属镁为原料保障,发挥原料、人工、环境等优势,由原加拿大Trimag工厂整体搬迁至国内恢复重建,工厂布局保持原加拿大工厂基本特色,传承其先进的工艺技术,引进其高端生产设备,形成完善的镁/铝合金生产线。

盐湖特立镁的工艺镁牛计划命名为“盐耕美晟”,意在“盐湖耕耘,镁可日成”。它的主体及底座均采用镁合金材料制成,轻量化特点突出、环保低碳,同时具有可循环利用特性。

voxeljet_telimei_cow亮 古 铜 牛
工艺牛尺寸为:220*110*150mm
底板尺寸:220*110*20mm
工艺牛+底板重量为:2kg

voxeljet_telimei_cow2玫 瑰 金 牛
工艺牛尺寸为:220*110*150mm
底板尺寸:220*110*20mm
工艺牛+底板重量为:2kg

voxeljet_telimei_cow3voxeljet 维捷红牛(PMMA打印原型)

盐湖特立镁在其镁合金浇铸工艺解决方案中应用了3D打印PMMA 蜡模。该模型是由voxeljet 维捷的粘结剂喷射3D打印设备VX1000制造的。

voxeljet_telimei_cow4

图为VX1000 3D打印机的打印排布。VX1000打印机成型尺寸为1000 x 600 x 500;600方向可以排布3件;1000方向可以排布9件;打印高度420mm可排布3层,总计一箱可打印81件;打印时间为30小时,平均每件22分钟。

特立镁在开发“镁牛”的前期,尝试过多种3D 打印工艺,走过许多弯路。了解到voxeljet 维捷PMMA 3D打印蜡型工艺在欧美精密铸造(熔模铸造)行业已成熟应用,并广泛用于汽车工业、航空航天、泵阀叶片等领域,抱着试试看的心情,开始了和voxeljet 维捷的合作。

通过工艺试验,特立镁发现通过voxeljet 维捷的技术制造的PMMA3D打印蜡型,在制壳过程中的不涨壳、灰分残留几乎为零,而且3D打印速度快,产能大,质量稳定,能满足批量生产的要求。

现在,一群群高原之舟——盐湖“镁牛”,完美融合了盐湖股份资源特点与特立镁先进工艺,作为盐湖股份“创新、进取”的工匠精神的代表和名片,步入万千尊贵的客户手中。

block voxeljet 维捷熔模3D打印技术

voxeljet 维捷的粘结剂喷射3D打印技术工作原理是,先铺一层粉末,然后使用喷嘴将粘结剂喷在需要成型的区域,让材料粉末粘接,形成零件截面,然后不断重复铺粉、喷涂、粘接的过程,层层叠加,获得最终打印出来的零件。该技术的优势在于成型速度快、无需支撑结构,而且对于voxeljet 维捷来说,大尺寸正是他们所擅长的。

l 为小批量生产带来经济性

生产蜡模相当繁琐,还需要昂贵的注蜡模具和压蜡机。这使得小批量生产的模具成本比重过高,从而导致单价过高。这种情况下3D打印失蜡模型优势凸显。维捷3D打印机可以精确且高效的生产出塑料模型。这些PMMA模型(塑料模型)可以完全替代传统蜡模,更重要的是,3D打印失蜡模型不需要模具,3D打印机基于CAD数据逐层构建模型即可。

与其他3D打印塑料材料相比,PMMA非常适合用于铸造。其主要原因是粉末材料的负膨胀系数,在烧毁薄壁模型的过程中不会导致涨壳,从而不会导致铸造模具的破损,不仅降低了制造中的风险,还满足了近净形的要求。voxeljet 维捷PMMA 3D打印蜡型工艺已在汽车工业、航空航天、泵阀叶片等领域的精密铸造(熔模铸造)工艺中发挥了其优势。

voxeljet_telimei_pmma3D打印叶轮熔模铸造型芯

3D打印失蜡模型的下游工艺与传统方式相同,首先对模型进行检查,加浇铸系统后给模型涂上陶瓷层,然后将模型放入炉中烧制。由于塑料模型73℃时就会软化收缩,因此陶瓷模壳不会出现破裂,当温度达到700℃以上塑料模具就会完全烧毁,没有任何残留。

无论样件、单个零件或小批量的制造,使用3D打印技术能够经济快速地生产出高复杂度失蜡模型及铸件。对于铸造企业来说,这将带来巨大的竞争优势。

l 颠覆产品的设计

3D打印的最大优势是用来制造那些传统方式实现不了的设计,包括薄壁,复杂的形状这样的设计。例如在汽车领域,可以通过3D打印经过特殊设计的冷却系统(这样的设计通过传统制造工艺无法制造出来),从而实现产品更高的性能。3D打印PMMA熔模与熔模铸造工艺的结合,对应的其中一项优势是实现颠覆性的设计。

voxeljet_telimei_pmma2

例如,欧特克与铸造企业在其创新工厂通过voxeljet 维捷的3D打印PMMA熔模+镁合金熔模铸造的方式,制造飞机的轻量化座椅结构件。该座椅部件由欧特克通过创成式设计生成,适合任何标准的商用喷气式飞机,预计可以通过减重为航空公司节约数百万美元的成本。

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