铸泵行业 应用3D砂型打印的优势

 

Thomas Frank       陈海波译

        当制造叶轮使用传统的方法时,每一个部件有手工整形后处理过程,对劳动者的专注度要求非常高,叶片的一致性和质量控制非常困难。ExOne的3D打印技术的应用取消了手工整形后处理过程,使泵业和他们的铸造厂成为赢家。

 

        与其他任何行业一样,市场对泵的需求取决于成品的价格和质量。即使一些市场上领头的铸泵企业已经领先其竞争对手,成本效益仍然是每一个单泵销售中最主要的影响因素。对于诸如泵之类的复杂产品来说,一方面要提高性能,另一方面要降低生产成本和价格并不是一件容易的事。 
        对于泵体组件,特别是作为核心部件的叶轮,使用三维打印的砂芯砂型生产的铸件不再需要整个后处理步骤。传统方法的后处理步骤需要大量的时间和精力。行业对每个叶轮的后处理时间平均为10至15分钟,如何节省这部分生产时间,对提高生产效率意义重大。这也正是一些聪明的铸泵公司和他们的铸造厂正在转向并依靠工业3D打印技术满足他们需求从而节省生产时间。
        传统铸造过程中,由于砂型脱模产生的限制而导致的后处理整形可以被3D打印技术完全取消。浇铸完成后成品件可以立即转移到质检流程。当然专家们仍然可以进行可能的精细形状调整。

        显而易见,泵业铸造厂都有这样的事实:减少一个完整的生产过程大大降低了每个叶轮的生产价格,3D打印技术使泵的利润大大增加。使用3D打印的砂芯和砂型的好处,不仅在减少工艺过程方面。此外,在整个上游生产过程中还有许多进一步的优势,我们将稍后再具体展开。但首先,必须弄清楚整个生产阶段是如何奇迹般地简化的。答案是:3D打印不需要芯盒。 


传统芯盒限制设计自由


        传统射芯机制作的砂芯,如果需要复杂的几何形状就要求组芯或可以脱模。如果不是这样的话,砂芯无法从芯盒中取出砂。换句话说,这意味着常规的生产方法只能生产尺寸大致相近的叶轮,然后必须整形处理到所需的尺寸。在今天的铸造行业中,这种过程仍然是普遍存在。通过3D砂芯打印技术,打印的砂芯砂型可以完美地匹配设计。


3D砂芯砂型打印技术 实现连续生产工艺


        3D打印中的砂芯砂型是不同的。在这里,CAD数据直接送入3D打印机,不需要昂贵的工装模具。ExOne粘结剂喷射过程打印出高精度的叶轮砂芯,你已经可以在打印的阴模中看到拥有优美曲线的叶轮并把他变为现实, 采用层层立体印刷,层高在0.28 mm到0.38mm。因此,叶轮的阴模在叶尖上的形状应该与最终铸件是完全相同的。因此,与射芯法相比,生产过程大大缩短了。
        第二个主要区别,这是减少整个生产过程的关键——3D打印砂芯和砂型都是由同样的砂与粘结剂混合制成的。特别是有可能打印空心砂芯,浇铸后砂芯可以很容易地从铸件中去除。叶轮的叶片顶端CAD数模设计不必再受到形状限制,在移除砂芯过程中也不会再有任何阻碍。

 

图1: 复杂的几何形状要求组芯和没有负拔模角度


进一步的成本优势


        不仅如此,对于铸造厂来说,3D打印对优化其他环节也起着重要的作用;举几个例子,对于原型机开发阶段,开发时间相比传统方法优势巨大。在零件被最终定型前,CAD数据中的任何变化都可以很容易地转移到3D打印过程中,并在按钮的触摸下立即实现。所有与传统成型工艺有关的麻烦都被简单地消除了。这不仅能最大限度地提高生产率,而且还能节省消耗品、工装模具成本、人力成本、存储成本等,大大加快了客户订单的处理时间。顺便说一句,这里的存储成本不仅仅是铸造厂的话题。随着泵体种类的不断增加,存储成本也变成了铸泵公司心中的一根刺——当你使用3D砂型打印快速生产时这些成本可以大大减少。上述速度也为新业务打开了大门。泵铸件是备件销售和工业独特产品后(逆向工程)生产中的畅销产品。
        提高铸件质量以及最终产品质量也是一个经济因素。在这里,根本不会有组芯而造成的错位,从而增加人力成本,甚至在后处理阶段的报废。对高复杂度的产品而言,3D打印模具无法克服的限制几乎没有。3D打印技术就是为了实现在不需要复杂的模具同时又能实现高度复杂性,并保证高度的可再现性。反过来,这不仅满足了行业的经济期望,而且在工业技术的工程学、效率和可靠性方面创造了竞争力。


图2: 3D打印是如此精确,砂芯和砂型已经揭示了最终产品的形态


        泵业铸造厂多年来一直在努力优化,但在工业生产快速发展的今天,没有人可以避免增材制造的发展。3D打印已经在泵制造市场引起强大的拉力和压力。业界的创新先驱和领导者已经在这场工业革新中获得进步,这自然会增加传统公司的压力。因此,具有区域优势的地方铸造业,既不能逃避日益激烈的竞争压力,也不能忽视现代水泵行业的期望。选择3D砂型打印技术就是这样简单地将更多的利润注入公司的资产负债表中——对每个人来说都是如此。

 

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