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2019-03-01 【3D列印知識】金屬鑄造八部曲:深入鍛造廠!

【3D列印知識】金屬鑄造八部曲:深入鍛造廠!

用於脫蠟鑄造的3D列印製程逐漸成為工匠、工程師和工業製造的首選,使用3D列印機PolyCast,用戶可以測試設計、減少昂貴的製作費、縮短交期。愈了解3D列印的相關製程愈能避免前期的設計錯誤,並且在同樣的條件下獲得更完美的成品。



以下將按照製程並搭配影片說明從3D列印到金屬零件的技術解析:

第一部:使用PolyCast進行3D列印

PolyCast是專門用於脫蠟鑄造的線材,幾乎能在膜腔內完全燒熔,剩餘灰燼物少於0.003%。(在LulzBot 3D列印機中也能應用Cura LulzBot Edition來選擇PolyCast的自動列印參數。)



.根據原型需求判斷列印時的方向性,支撐結構愈少表面愈美觀、列印時間愈短。
.使用最小填充(即10%)和壁厚(2-3)來進行3D列印,能促進原型在膜腔內完全燒熔。
.在STL檔案加入收縮補償,以縮小熔融狀態和固態金屬間的尺寸誤差。這可以透過金屬/合金相關的補償係數來修改模型尺寸,通常落在1.007-1.030之間。(例如:鋼的補償係數為1.025-1.030、金屬件的尺寸為1米,則印刷圖案的尺寸應為1.025-1.030米。)



.層高0.1-0.2 mm是較理想的設定,同時有助於列印分辨率和後處理。
PolyCast容易吸收水氣,建議在乾燥環境(相對濕度不超過20%)儲存線材,例如防潮箱。
 
第二部:拋光及打磨

脫蠟鑄造的關鍵在於光滑的物體表面,塗覆和噴霧拋光是兩種推薦的方式;建議先使用800號砂紙去除初步的表面痕跡或接縫,並清除物體上的粉塵。

塗覆拋光:

.使用細線懸掛物件。
.將列印的物件浸入異丙醇中5-10秒,並根據需要來增加次數能獲得更多拋光效果。
.期間讓物件乾燥20-30分鐘,判斷是否需重複以上步驟。



噴霧拋光:

.使用 PolymakerPolysher酒精拋光機
.在拋光機內20-40分鐘自動進行酒精噴霧拋光、能同時保持尺寸精度。
以上步驟完成後,將物件放在40℃的烘乾機中約1小時確保完全溶劑蒸發和表面硬化或放置一晚自然風乾。


 
第三部:臘樹

臘樹結構能固定鑄件並確保金屬平穩均勻地流入零件,蠟棒或澆口會形成金屬流動的通道。



.盡量減少澆口中的彎曲度,降低金屬流因減速對零件的影響。
.在最終零件上使用小型割炬來消除焦口或臘樹的孔洞。

第四部:陶瓷浸漬

3D列印原型在燒熔過程中蒸發後,陶瓷外殼即是鑄造金屬的模具。

.模具製成會反覆將臘樹浸入陶瓷漿和二氧化矽,並需確保在兩個步驟中均勻塗覆並減少間隙。
.至少需塗覆5層,複雜物件則建議7-9層,以防止在鑄造過程中損壞模具外殼。
.重複此步驟之前,讓每個塗層完全乾燥至關重要,一旦殼體達到所需厚度(平均約9.525毫米)就能進行燒熔。




第五部:完全燒熔

燒結或硬化陶瓷殼並燒掉內部的3D列印材料以形成模腔。



.將上述的物件放入窯爐中、口徑朝下,並加熱至約1100-1200℃約40-60分鐘。
(注意:確切時間和溫度取決於所用窯爐類型以及被生產的金屬件。)
.完全燒熔3D列印材料後讓膜腔完全冷卻。



第六部:鍛造

膜腔預熱準備鑄入熔融金屬。

.如果膜腔殘留燒熔的灰燼或碎屑,需清除乾淨。
.放入窯中預熱模腔以進行傾倒金屬,溫度一般約介於550-1100°C。
.金屬流會通過澆口並進入模腔,讓模具和鑄件以相同的速率冷卻收縮,形成符合尺寸精度的零件。
.讓金屬冷卻並完全固化,根據不同的材料和物件的厚度,會需要不同的固化時間。



第七部:清理

從陶瓷殼中取出金屬件並進行精密加工。



.鑄造物件完全冷卻後,將模具從金屬件上移除,或使用其他工具如:氣動千斤頂或高壓水柱。
.透過鋸切、切割、打磨或使用等離子切割機來拆除澆口。



第八部:金屬件後處理

成品外觀取決於選用材料和零件的用途,對於某些材料而言,銅綠效果會被處理或保留,有些金屬件則只要一層防腐蝕保護塗層即可。




.對於青銅零件,會塗上一層硫化鉀鹽;放入另一個烤箱烘烤後,加入一層三價鐵,最後塗覆保護劑以保持表面光亮。
.對於鋼製品,特別是功能型零件,只需要一層保護劑即可。





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