使用3D打印技术进行金属铸造

在2024年AMUG会议期间，Foundry Lab的David Moodie和伊顿增材制造卓越中心的Cameron Peahl讨论了在制造业中使用新技术的问题，特别是在压铸金属生产中。

Moodie分享了他作为初创企业创始人的经验，强调了压铸金属生产所面临的挑战，包括对快速高效系统的需求。对话中谈到了数字铸造和传统铸造的区别，强调了每种工艺的优势和挑战。

Moodie来自新西兰，目前在加利福尼亚州工作，他强调了传统原型制作的局限性，尤其是压铸件。他分享道：“客户需要的不是强度曲线就是散热曲线。问题是原型铸造太昂贵了。他对传统方法的失望导致了一种独特的解决方案，”Moodie解释说，“我把微波炉搬到后院，也能生产出等同的压铸件。”

这一创新演变成了更为复杂的系统。这个过程从设计模具开始，他承认这是一个重大障碍，因为人们不愿意参与模具设计。为了解决这个问题，Foundry Lab为Fusion 360开发了一个插件，可以根据CAD文件自动进行模具设计。模具是通过粘合剂喷射打印机制作的，该打印机可以铺设多层陶瓷粉末和粘合剂。

使用Foundry Lab工艺制作的金属零件

该系统的核心是Moodie所说的“微波系统”，它可以加热粉末使粘结剂凝固，从而制造出薄至2mm的模具。Moodie说：“今天的速度超快。”他展示了自己工艺的效率。微波系统在模具内熔化金属，确保铸件均匀。随后，淬火系统将铸件迅速冷却。

Moodie的方法大大降低了与金属铸造相关的时间和成本。他开玩笑说：“这是傻瓜铸造法。”他强调自己的方法简单易行。这种方法适用于各种金属，温度范围从华氏1100度到2000度不等。

用于汽车后视镜的金属铸件

Moodie强调，他们的技术需要对零件进行一些后处理，这与传统的铸造工艺类似。他解释说：“当你完成后，零件上面会有一个浇口，你需要把它切掉。剩下的部分就像铸件一样处理，因为它就是铸件。正如他所概述的，根据设计的几何形状，这个过程可以多次重复使用模具。”

尽管取得了成功，但Moodie也清楚地认识到持续的挑战和学习曲线。该技术已开始吸引多家公司的评估兴趣，甚至是以前未尝试过的应用，如不锈钢铸造。

压铸件的高性价比成型工艺

来自伊顿增材制造卓越中心的Cameron Peahl就其大型工业电源管理解决方案公司如何将增材制造技术整合到其300多个全球制造基地发表了自己的见解。伊顿公司主要在电气和工业领域开展业务，认为铸件在其众多产品中至关重要。

Peahl概述了伊顿的增材制造方法，该方法围绕四大支柱展开：技术、先进材料和工艺、专利和供应链弹性。他强调了这种整合的重要性，特别是在原型设计方面，他说：“我们需要使用传统材料的零件来保持生产，我们在增材制造方面遇到了很多问题，因为它是一种不同的工艺。”

Peahl强调了在面对供应链问题时为增材制造工艺重新标定零件所面临的挑战，他说：“我们没有那么多资源去为增材制造工艺重新标定这些零件。为了解决这个问题，伊顿正在探索增材制造如何在不影响质量的前提下加快零件生产。”

Peahl分享了伊顿对新技术的评估，重点是铸造气孔、零件公差和微观结构。他们试验了三种复杂程度不同的零件，包括现浇钢销。他注意到了独特的表面光洁度和多射铸造，从而可以在一次运行中生产多个零件。

伊顿还利用CT扫描检查铸件，发现传统铸造工艺和数字铸造工艺之间存在显著差异。Peahl对结果表示惊讶：“数字铸造工艺的致密性令人惊叹。这种致密性在带有现浇销钉的部件中尤为明显，因为该技术可以使金属流动顺畅，冷却均匀。”

在整个实验过程中，伊顿保持了零件的低气孔率，这是确保质量和耐用性的一个重要因素。Peahl的演讲强调了伊顿利用快速成型制造技术提高供应链效率、质量和弹性的承诺。

将快速成型技术用于工业部件

Peahl继续详细介绍了他们在快速成型制造方面取得的进展，特别是重点介绍了零件的尺寸分析、表面光洁度和微观结构特性。

Peahl强调了该工艺在实现精确尺寸方面的潜力。他指出：“我们有一些非常漂亮的绿色表面，非常接近标称尺寸。这表明，虽然该工艺前景广阔，但仍需改进。”

与传统铸造相比，用他们的方法生产的零件表面粗糙，这是一个重大挑战。他认为这可能是采用该方法的一个障碍，因为即使零件的功能不受影响，但其外观和感觉可能会有所不同。

部件单位成本分析

分析还显示，数字铸造工艺中的晶粒结构更粗，可能会影响零件的强度和硬度。Peahl说：“根据晶粒结构，情况很可能是这样。”不过他无法提供确切的硬度数据。不过，他指出了一个重要的优势：铸件的密度可能允许进行有效的热处理，而传统零件可能无法做到这一点。

经济可行性是伊顿公司关注的重点。Peahl强调了其工艺的成本竞争力，他说：“我们或多或少都在以实际铸造成本进行竞争。这一点在多射或多腔模具中更为明显，因为模具成本被分摊到多个零件上，从而大大降低了每个零件的成本。”

展望未来，Peahl概述了伊顿的优先事项：完善微观结构控制、改进表面光洁度、确保加工能力以及验证成本模型假设。他强调说：“我们需要确保我们真正地、真正地了解这一块。”

此外，增材制造工艺还为伊顿提供了机会，使其可以在以前无法实现的规模上试验定制材料。Peahl对这些前景表示兴奋：“它为我们开辟了一些有趣的研究途径。”

总之，伊顿公司看到了这项技术的发展前景，在大规模零件生产的需求与快速成型制造的优势之间取得了平衡。这次演讲让人们再次了解了为什么Foundry Lab会被选为2023年3D打印行业奖的获奖者。

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电力管理公司伊顿（Eaton）增材制造卓越中心（AM CoE）成立于2016年。AM CoE将为金属和非金属应用领域的3D打印增添尖端制造技术，从而开创公司制造能力的新纪元。

伊顿对AM CoE的投资使公司能够满足对复杂的高性能部件、工具和夹具日益增长的需求，同时提高产品上市速度并推进可持续制造工作。

伊顿的全球工程师将在AM CoE接受培训，并最终为进一步开发增材制造技术和促进该技术在实际产品中的快速应用做出贡献。最初的投资包括在伊顿南菲尔德创新中心（Southfield Innovation Center）专门划出3700平方英尺，用于直接金属激光烧结（DMLS）的人员和机器，以及用于聚合物、支持计算和机械车间的一系列3D打印技术。

伊顿AM CoE于2018年获得了AS9100 Rev D认证。该认证是为航空航天业提供安全可靠产品的全面质量体系，将使伊顿能够向民用和军用航空航天客户提供3D打印金属组件。2019年，AM CoE使用增材制造技术为航空工业发展公司（AIDC）的先进喷气教练机制造了空气阀组件的铝制外壳和阀门。通过利用增材制造工艺，伊顿将原本的22个零件合并为2个打印零件，缩短了装配时间，消除了通过密封件和螺纹接头的潜在泄漏途径。增材制造技术的使用还减轻了零件的重量。

作者：Michael Petch

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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