金屬3D打印與金屬鑄造:如何選擇?

3D打印通常被稱為新工業革命。從3D打印汽車零件到飛機或房屋,3D打印正在改變我們周圍的世界。但是,與已經使用了數百年的金屬鑄造相比,創新且相當「年輕」的3D打印技術表現如何?

傳統金屬鑄造

金屬鑄造方法的歷史可以追溯到中世紀。該過程涉及幾個步驟。首先,你需要生產最終產品的複製品。要製作複製品,可以使用不同的材料,其中一種是木材,複製本的設計還必須包括填充系統。然後,你需要基於此複製品製作模具。有幾種處理成型的材料,其中最流行的是砂子。

金屬鑄造方法的歷史可以追溯到中世紀。該過程涉及幾個步驟。首先是複製品的準備。你可以使用不同的材料,其中一種是木材,對於不同的材料,此過程將有所不同。然後,你需要基於此複製品製作模具。有幾種處理成型的材料也合適使用,其中最流行的是砂子。複製本的設計必須包括填充系統 (讓液體金屬流入模具的入口)。重要的是,複製品必須能從砂模中倒出來,所以不能有底切(undercut),即底部的寬度必需大於整個成品 ,而又沒有任何突出的部分會把模具的形狀「勾」在模具裡面。

在設計零件和填充系統時,你還必須考慮以下事實:液態金屬會快速硬化,可能在達到模具之前,液態金屬便冷卻凝固。為避免這種情況,你必須設計一個進料頭。

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金屬3D打印技術

選擇性激光熔化

選擇性激光熔化 – SLM(Selective Laser Melting)是其中一種3D打印技術,使用金屬粉末來製造零件。3D打印機在打印平台上鋪上一層薄金屬粉末,然後用激光將金屬熔化,從而形成3D模型的形狀。之後再放置下一層粉末,然後重複這過程。金屬在高溫下熔化,因此3D打印的零件需要有一定的時間冷卻。

使用SLM技術,你可以將多個組件集成到單次打印作業中一併打印,從而降低成本並節省了組裝零件的時間。SLM 技術所使用的金屬材料主要由鋁,矽和鎂組成,能令成品變得非常堅固及耐高溫。同時,薄壁可以減輕零件的重量,但又能承受高壓。

直接金屬激光燒結

直接金屬激光燒結 – DMLS(Direct Metal Laser Sintering)技術使用金屬粉末3D打印功能部件。該過程與SLM相同: 在3D打印機打印平台上放置一層金屬粉末,然後用激光束將粉末燒結成3D模型的形狀。 DMLS 金屬3D打印技術對於那些需要生產金屬零件以進行原型製作或小批量生產的人來說非常有利,因為它消除了費時的工具。而且它還可以製作複雜和高度詳細的設計,其他技術都無法實現,打破了傳統金屬鑄造的局限性。

使用SLM和DSML打印的零件金屬的特性十分相似。它們具有良好的機械特性,迷你的模型也可以造得相當仔細。

Binder Jetting – 黏著劑噴塗成型技術

像上面提到的技術一樣,Binder Jetting是使用粉末材料的3D打印方法。但是,使用這種3D打印製造方法,不會涉及激光。這技術是將金屬粉末與粘結劑混合,並在每層之間輕輕作品固化。Binder Jetting是眾多3D打印金屬過程中最快,最便宜的。 Binder Jetting的主要優點是能高度定制和快速生產。所以該技術比大批量生產更適合原型需求,製作裝飾零件或珠寶。Binder Jetting的3D打印金屬粉末有鋼/青銅420SS / BR和不銹鋼316。

何時使用傳統金屬鑄件

傳統金屬鑄造適合大型零件

如果你打算生產大型機械的零件,例如發動機部件或用於機器的大型齒輪,那麼金屬鑄造就是一個很好的選擇。由於3D打印機有打印尺寸的限制,使用3D打印製作大型零件的效果會不佳。如果大尺寸對於生產很重要,那麼傳統的金屬鑄造將造出更出色的零件。

金屬鑄造可以便宜地生產大量零件

如果你需要一次過製作出大量零件,那麼金屬鑄造便有優勢。金屬鑄造的生產能因批量生產而減低成本,但使用3D打印時,成本保持不變。

何時使用傳金屬3D打印

高度定制3D打印零件

3D打印提供了更大的設計自由度及仔細度。如果精度對你的設計很重要,請選擇3D打印。此外,借助3D打印,你可以設計傳統的金屬鑄造無法做到的外形。它不僅節省了組裝時間,還提供了全新的設計機會。

3D打印更快

金屬3D打印比傳統的金屬鑄造要快得多。金屬鑄造不僅需要設計零件,填充系統和進料頭,而且還需要製作模具。相反,3D打印可以節省大量時間,你只需要一個打印檔,便能打印成品。3D打印出的金屬零件,後期製作,例如拋光和電鍍這兩項表面處理過程很變快。

3D打印可製造更輕的零件

3D打印能減輕零件的重量,你3D打印零件可以使用填充晶格結構(lattice structure),你的3D模型可以挖空,所以零件會變輕。而金屬鑄造過程則必需是實心的,所以相對較重。

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