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三维仿真       

案例 l 通过砂型3D打印与仿真、无损检测的团结

铸造行业一直在使用数据,数字化现在带来了数据量、粒度和可处理性的根本性转变,也开辟了新的机会。 尤其是3D打印砂型模具的出现,使得铸造业的数字化特征更加明显。

通过3D打印的砂模与仿真模拟软件,X射线无损检测技术相结合,可以实现以数字化工作流程铸造零件。本期,3D科学谷与谷友通过发动机缸体等产品的小批量和原型铸件制造商TEI的案例,来领略砂型3D打印对实现数字化铸造的价值。

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voxeljet-维捷
工业级3D打印设备与服务的完整解决方案提供商

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 让铸造更简单

TEI每年为数百种新的设计生产首批铝铸件,除了用于试制领域的快速制造服务,TEI还设计、制造工装和自动化系统,帮助其客户将复杂的铸件投入生产。现在,TEI通过3D打印砂模与仿真模拟软件,计算机X射线断层成像(CT)扫描相结合,实现数字化原型零件铸造的工作流程。

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 3D打印搭建竞争优势

TEI擅长低压铸造,低压铸造是指铸型一般安置在密封的坩埚上方,坩埚中通入压缩空气,在熔融金属的表面上造成低压力(0.06~0.15MPa),使金属液由升液管上升填充铸型和控制凝固的铸造方法。这种铸造方法补缩好,铸件组织致密,容易铸造出大型薄壁复杂的铸件,无需冒口,金属成品率达95%。无污染,易实现自动化。但设备费用较高,生产效率较低。一般用于铸造有色合金。

当然,低压铸造是一门由来已久的技术,低压铸造是最早的反重力铸造技术,如今,低压铸造主要用于生产销合金、镁合金件,如汽车工业的汽车轮毂、内燃发动机的气缸体、气缸盖、活塞、导弹外壳、叶轮、导风轮等形状复杂、质量要求高的铸件。

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TEI提供的发动机缸体快速制造服务。来源:TEI

TEI向汽车、航空航天和国防客户提供铝、铁和钢的机加工原型和小批量零部件。在voxeljet-维捷的高效大幅面3D打印系统的帮助下,TEI将提高从设计到制造的速度,为工业生产提供设计、3D打印、铸造、热处理、加工和检测等各个阶段的制造服务。

自2004年以来,TEI就一直在通过3D打印制造砂型模具,3D打印砂型比手工制作的模具具有更复杂的几何形状,并且还可以将多个模具零件作为一个整体打印出来。

在某个案例中,TEI能够重新设计直升机齿轮箱的模具,将砂芯的数量从78个减少到仅五个3D打印零件,消除了许多接缝,并减少了模具的组装。

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 3D打印与仿真结合

TEI拥有美国最大的砂型3D打印机voxeljet-维捷 VX4000,打印头具有超过25000个可单独控制的喷嘴和1100毫米的打印宽度,打印机的打印速度可达每小时172升。可以经济地构建以往带来复杂制造挑战的零件砂型模具:例如发动机缸体缸盖、泵体、阀体、排气歧管、壳体、闭式叶轮、结构件等。

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TEI的VX4000工业级砂型3D打印设备。来源:TEI

为了设计和模拟这些砂型模具,TEI使用了铸造压铸模拟EKK CAPCAST软件。该软件使该公司能够快速迭代模具设计,其特点是计算模拟精确、高效、计算速度快及使用方便。其模拟结果最接近实际铸件,这是当今进行小批量和快速迭代工作的必要工具。

通过将3D打印技术与仿真结合在一起。TEI可以模拟铝填充模具的整个过程,然后查看材料如何固化。无需使用昂贵的3D打印模具进行所有测试迭代,而是在屏幕上进行。设计师可以在几个小时内进行高达10次的迭代,然后完成设计并3D打印整个模具。

仿真和3D打印相结合,有助于缩短交货时间,从而使从CAD设计到金属铸造的过程变得更快、更便宜且更容易。TEI每周要开发约四款新产品,3D打印砂模使TEI能够快速制造零件,而仿真功能则使其能够准确而自信地进行生产。

根据3D科学谷的了解,TEI控制零件最终质量的一种方法是将低压铸造的浇注自动化,无需手动浇铸铝,而是使用计算机控制器将其泵入。这样可以以受控的方式非常快速地填充模具,然后在整个固化过程中对其加压,以消除任何孔隙。



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