Como a impressão 3D pode beneficiar a fundição de metal? Aqui estão três maneiras

A fundição de metal pode ser um dos métodos de fabricação mais antigos usados para criar peças de metal, mas também é outro setor que pode se beneficiar da impressão 3D.

Com os altos custos envolvidos na produção de auxiliares de ferramentas como moldes, núcleos e padrões, a impressão 3D já se mostra uma alternativa válida para a produção convencional de ferramentas para processos de fundição de metal. Portanto, as fundições estão adotando cada vez mais a impressão 3D em seus fluxos de trabalho como um meio de se manterem competitivas.

Superando as limitações existentes

As fundições dependem de vários processos de fundição de metal, sendo a fundição sob pressão, a fundição em areia e a fundição de precisão os mais comumente usados. No entanto, embora a fundição de metal seja um método de fabricação testado pelo tempo, ainda existem certas limitações, incluindo:

Custos elevados: Criar ferramentas de fundição pode ser incrivelmente caro. Isso significa que, para séries de produção pequenas e médias, os altos custos com ferramentas geralmente não podem ser amortizados facilmente.
Trabalho intensivo: Uma vez que as ferramentas são normalmente produzidas manualmente, o processo intensivo de mão de obra pode facilmente resultar em longos prazos de entrega de até vários meses.

Para superar esses desafios e manter uma vantagem competitiva, as fundições devem buscar maneiras inovadoras de produzir ferramentas para fundição de metal - que é onde a impressão 3D entra em ação.

Como a impressão 3D pode beneficiar fundições e empresas de modelagem

Embora a impressão 3D não sinalize de forma alguma o fim dos métodos tradicionais de fundição, a tecnologia pode ajudar a contornar os aspectos caros e demorados da criação de padrões, núcleos e moldes, permitindo maior flexibilidade e eficácia de custo para volume, peças fundidas altamente complexas e protótipos.

Aqui estão alguns exemplos de como a impressão 3D pode ser integrada ao processo de fundição convencional:

# 1 Produzir matrizes impressas em 3D

Datada do século 19, a fundição sob pressão se refere ao processo de despejar metais fundidos sob alta pressão nas cavidades do molde para produzir peças de metal.

Um dos principais desafios da fundição sob pressão é o projeto de canais de resfriamento, que são usados para evitar o superaquecimento da matriz e controlar o processo de solidificação da peça fundida.

Com métodos de produção convencionais, esses canais geralmente são usinados em linhas retas, o que resulta em um processo de resfriamento mais lento e não uniforme. Como resultado, a ferramenta pode ficar deformada e sua vida útil será reduzida significativamente. Além disso, a dissipação de calor parcialmente deficiente leva a longos tempos de resfriamento para os produtos manufaturados.

No entanto, essas limitações não se aplicam à impressão 3D. Com técnicas de impressão 3D de metal como DMLS ou SLM, os fabricantes de ferramentas podem integrar canais de resfriamento de qualquer complexidade no projeto de uma matriz.

A impressão 3D para fundição, portanto, traz uma série de benefícios, incluindo:

Flexibilidade de design, por ex. geometrias complexas, estruturas internas e cavidades
Um processo de resfriamento mais rápido e uniforme
A vida útil prolongada de uma ferramenta
Desempenho aprimorado

# 2 Considere a impressão 3D para padrões de fundição de investimento

Fundição de investimento usa padrões de cera descartáveis e conchas de cerâmica para criar projetos de peças complexos e detalhados. Tradicionalmente, esses padrões são moldados por injeção. No entanto, o custo dos moldes de injeção pode variar de US $ 3.000 a US $ 30,00, com prazos de entrega de uma a quatro semanas. Isso torna a criação de um molde economicamente inviável para a produção em pequenas séries ou produtos únicos.

Por esse motivo, as empresas de fundição e modelagem podem optar por imprimir os padrões em 3D em um material adequado para fundição de investimento. Por exemplo, a estereolitografia pode ser usada para criar padrões usando um laser UV que cura camadas finas de resina.

Usar a impressão 3D para fundição de investimento pode ajudar a:

Reduza os prazos de entrega de semanas para dias
Elimine altos custos com ferramentas
Dê aos designers mais liberdade ao criar padrões altamente complexos

Muitos fabricantes de impressoras 3D desenvolveram materiais imprimíveis 3D especificamente para fundição, incluindo cera, resinas fundíveis e alguns termoplásticos, com base em PLA e ABS.

Esses materiais são normalmente usados com tecnologias de estereolitografia (resinas) e FDM (plásticos), criando padrões altamente precisos com excelentes características de queima.

# 3 moldes e machos de areia para impressão 3D

A fundição em areia é outra técnica de conformação de metal que está sendo transformada pela impressão 3D.

Normalmente, um processo de fundição em areia envolve a criação de um objeto de metal fundido usando areia como molde. As cavidades do molde são criadas embalando-se manualmente a areia em torno de um padrão de design. O projeto de fundição geralmente requer que os núcleos sejam colocados no molde para criar os contornos internos da fundição.

A impressão 3D pode simplificar esse processo criando moldes de areia e machos diretamente de arquivos CAD, ignorando as etapas de criação de padrões e machos.

Assim como os padrões de impressão 3D para fundição de investimento, a impressão 3D de moldes e núcleos de areia é um processo automatizado sem ferramentas. Isso significa que os custos com ferramentas e mão de obra que aumentam os preços da fundição de metal são eliminados.

Moldes e núcleos de areia são normalmente impressos em 3D usando a tecnologia Binder Jetting, que funciona depositando seletivamente um agente aglutinante na areia de cola, camada por camada.

Desta forma, a impressão 3D oferece um método rápido e eficiente para produção de baixo volume. Atualmente, os sistemas Binder Jetting para impressão 3D de areia podem atingir grandes volumes de até 4.000 x 2.000 x 1.000 mm, produzindo núcleos e moldes de areia em grande escala. Além disso, os moldes de fundição em areia impressos em 3D são fortes o suficiente para resistir ao ambiente hostil da fundição de metal.

Outros benefícios da impressão 3D para moldes de areia e machos incluem:

Tempos de produção mais curtos
Maior liberdade de design para criar peças fundidas geometricamente complexas (o que exigiria padrões e / ou caixas de núcleo)
A capacidade de imprimir núcleos complexos de várias peças (como um impulsor para uma bomba) como um único corpo, eliminando a necessidade de montar componentes separados

Como as empresas estão usando a impressão 3D para fundição de metal

Embora ferramentas de metal de impressão 3D diretamente como matrizes ainda estejam em sua infância, os padrões de fundição de investimento impressos em 3D e núcleos e moldes de areia já são amplamente usados e estão ganhando maior tração.

Padrões de fundição de revestimento

Os padrões de fundição de investimento impressos em 3D, por exemplo, são cada vez mais usados para criar joias personalizadas com designs complexos e produtos odontológicos personalizados e apresentam tempos de execução mais curtos. Em um exemplo, a joalheria canadense Vowsmith - especializada em anéis personalizados - conseguiu reduzir seus tempos de produção e entrega em 50% ao integrar as impressoras 3D de cera da 3D Systems em seu fluxo de trabalho. Em uma única impressão, a empresa produziu entre 35 e 40 padrões de anéis personalizados, prontos para fundição.

Fundição em areia

Quando se trata de fundição em areia, cada vez mais empresas do setor de fundição estão instalando impressoras 3D de areia para economizar dinheiro em ferramentas para pequenas séries de produção e obter prazos de entrega mais rápidos. Por exemplo, a Hazleton Casting Company está usando um sistema robótico de impressão 3D com areia, além de suas operações tradicionais de fundição para produzir machos e moldes de areia geometricamente complexos sob demanda. Para projetos complexos de núcleos, a impressão 3D permite economia de custos de até 50% ao renunciar à produção de ferramentas.

Ferramentas herdadas

No início deste ano, a Danko Arlington, uma fundição especializada em modelagem e fundição em areia, investiu em um grande sistema de impressão 3D de areia, usado principalmente para substituir ferramentas legadas, que são difíceis e caras de adquirir, imprimindo diretamente em 3D núcleos de areia e moldes.

Núcleos de válvula hidráulica

Outro exemplo é a Prospect Foundry, sediada nos Estados Unidos, que escolheu a impressão 3D de areia para a tarefa desafiadora de criar núcleos de válvula hidráulica complexos. No passado, quando a complexidade dos núcleos proibia a produção, a fundição tinha que recusar trabalhos como esse. No entanto, com a impressão 3D, a empresa conseguiu não apenas atender ao pedido, mas também atingiu uma taxa de refugo muito baixa.

Impressão 3D:uma tecnologia complementar para fundição de metal

Contrariamente à crença de que a impressão 3D pode substituir os processos de fundição, é mais realista vê-la como uma adição poderosa aos métodos existentes, que variam da fundição sob pressão à fundição de precisão e fundição em areia. As vantagens são claras - não há necessidade de fresamento CNC ou outras ferramentas que podem aumentar os custos.

A impressão 3D é ideal para trabalhos de fundição de baixo volume e altamente complexos, facilitando uma maior liberdade de design e economia na produção de moldes e padrões.

Dito isso, é importante notar que, embora a impressão 3D não seja a resposta para todos os problemas de ferramentas de fundição, ela permite que tarefas desafiadoras sejam realizadas que não seriam possíveis antes.

Com a impressão 3D - e particularmente a impressão 3D de metal - enfrentando um rápido crescimento, é vital que as fundições continuem a se modernizar com a impressão 3D. Isso ajudará a superar as limitações dos métodos existentes e a permanecer competitivo no cenário de fabricação em constante mudança.

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