Capítulo 1: Inmersión profunda: el problema de raíz de los defectos de fundición tradicionales

1.1 Defectos comunes de la fundición y sus causas profundas

Los defectos de fundición son la causa directa de las elevadas tasas de rechazo. Estos defectos no son accidentales, sino que vienen dictados por las limitaciones físicas y de proceso inherentes a los procesos de fundición convencionales.

en primer lugarburbuja de airejunto concráter. La porosidad se origina principalmente por la implicación o incapacidad de descargar eficazmente los gases (por ejemplo, hidrógeno, desgasificación del molde) en el metal líquido durante el proceso de colada y solidificación. Cuando el gas disuelto en el metal líquido se libera debido a una solubilidad reducida durante el enfriamiento y la solidificación, se forman burbujas en el interior o en la superficie de la pieza fundida si no se descargan a tiempo. En relación con esto está la contracción, que es un fenómeno natural de contracción del volumen del metal durante la solidificación. Si el sistema de refrigeración no está bien dise?ado, lo que da lugar a temperaturas del molde localmente elevadas, o a una contracción de reposición insuficiente, se formarán huecos o depresiones internas, conocidos como agujeros de contracción.

Siguiente.intercaladojunto conmodelo incorrecto. En la fundición en arena convencional, los moldes de arena y los machos de arena suelen tener que ensamblarse y unirse después de haber sido fabricados a partir de varias piezas por separado. En este proceso, cualquier peque?a rotura del núcleo de arena o una unión inadecuada puede provocar que las partículas de arena queden atrapadas en el líquido metálico, formando defectos de atrapamiento de arena. Además, si la superficie de separación del molde o el núcleo de arena no se colocan con precisión, también pueden producirse defectos de moldeado en los que las partes superior e inferior de la pieza fundida queden desalineadas.

finbarrera contra el fríojunto concrepitaciones. Cuando la fluidez del líquido metálico es deficiente, la temperatura de colada es demasiado baja o el dise?o del canal es estrecho, las dos corrientes metálicas se solidifican antes de poder fusionarse completamente en el borde de ataque, dejando una segregación en frío débilmente conectada. Y durante el enfriamiento y la solidificación, si hay tensiones desiguales dentro de la pieza fundida, pueden producirse grietas térmicas durante la contracción.

1.2 El dilema del "alto coste" y la "baja eficiencia" de la fabricación tradicional de moldes

Otro de los principales puntos débiles del proceso de fundición tradicional es el proceso de fabricación de moldes. La fabricación tradicional de cajas con núcleo de madera o metal es un proceso intensivo en mano de obra, dependiente de trabajadores altamente cualificados, con largos plazos de entrega y costes significativos. Cualquier peque?o cambio en el dise?o obliga a reconstruir el molde, lo que supone elevados costes adicionales y semanas o incluso meses de espera.

Esta dependencia excesiva de los moldes físicos también limita fundamentalmente la libertad de dise?o de las piezas fundidas. Los complejos canales internos y las estructuras huecas no pueden moldearse en una sola pieza mediante los procesos tradicionales de fabricación de moldes, y deben desmontarse en varios núcleos individuales, que se ensamblan después mediante complejas plantillas y trabajo manual. ². Esta limitación del proceso obliga a los dise?adores a hacer concesiones y sacrificar el rendimiento de la pieza en aras de la fabricabilidad, como simplificar los canales de refrigeración para adaptarse a procesos de taladrado que no permiten una refrigeración óptima.

En resumen, la elevada tasa de desechos de la fundición tradicional no es un problema técnico aislado, sino un producto de sus procesos básicos. El modo tradicional de "ensayo y error físico" hace que la fundición en el descubrimiento de defectos, la necesidad de pasar por un largo proceso de modificación del molde y volver a probar, que es un ciclo de alto riesgo y baja eficiencia. valor revolucionario de la impresión 3D es que proporciona una solución "sin molde", fundamentalmente la remodelación de todo el proceso de producción, que será el modo tradicional de "ensayo y error físico". El valor revolucionario de la impresión 3D es que proporciona una solución "sin molde" que reconfigura fundamentalmente todo el proceso de producción, transformando el modelo tradicional de "ensayo y error físico" en un modelo de "verificación por simulación digital", que pone el riesgo por delante del proceso, eliminando así de raíz la mayoría de las causas de obsolescencia.

Capítulo 2: Impresión 3D: un avance revolucionario de la tecnología a la solución

2.1 Producción sin moldes: eliminar las causas profundas de la obsolescencia

La principal ventaja de la impresión 3D es su método de producción "sin molde", que permite evitar todos los problemas relacionados con los moldes inherentes a la fundición tradicional, reduciendo así radicalmente las tasas de desecho.

Directamente del CAD al molde de arena. La inyección de aglutinante en la fabricación aditiva es la clave para conseguirlo. Funciona pulverizando con precisión aglutinante líquido sobre finas capas de polvo (por ejemplo, arena de sílice o cerámica) desde un cabezal de impresión industrial basado en un modelo digital CAD en 3D. Al unir capa por capa, el modelo 3D del archivo digital se construye en forma de molde de arena sólido o núcleo de arena. Este proceso elimina por completo la necesidad de recurrir a moldes físicos. Al no ser necesario un largo proceso de dise?o y fabricación de moldes, el ciclo de fabricación de moldes puede acortarse de semanas o incluso meses a horas o días, lo que permite la "impresión bajo demanda" y una respuesta rápida a los cambios de dise?o, reduciendo significativamente la inversión inicial y los costes de ensayo y error.

Moldeo de una pieza y estructuras complejas. El método de fabricación por capas de la impresión 3D ofrece una libertad de dise?o sin precedentes. Permite moldear en un único conjunto núcleos de arena complejos que tradicionalmente tendrían que dividirse en varias piezas, como los sinuosos canales del interior de un motor. Esto no sólo simplifica el proceso de fundición, sino que, lo que es más importante, elimina por completo la necesidad de ensamblar, pegar y desalinear el núcleo, con lo que se erradican defectos comunes como el atrapamiento de arena, las desviaciones dimensionales y la deformación causada por estos problemas.

2.2 Optimización del proceso: datos para garantizar la calidad de la colada

El valor de la impresión 3D va mucho más allá de la "ausencia de moldes". Lleva el proceso de fabricación a una dimensión digital completamente nueva, permitiendo validar y optimizar los datos antes de que tenga lugar la fabricación física, convirtiendo la "remediación" en "previsión".

Simulación y dise?o digital. Durante la fase de dise?o digital previa a la impresión en 3D, los ingenieros pueden utilizar programas avanzados de análisis de elementos finitos (FEM) para realizar simulaciones virtuales precisas de los procesos de vertido, contracción de maquillaje y enfriamiento. Esto permite anticipar y corregir posibles defectos que podrían provocar porosidad, contracción o grietas antes de la producción real. Por ejemplo, al simular el flujo del metal líquido en los canales, se puede optimizar el dise?o del sistema de colada para garantizar un llenado suave y una ventilación eficaz. Esta previsión digital mejora en gran medida la tasa de éxito de la primera prueba y garantiza el rendimiento de la colada en origen.

Excelentes propiedades de la arena. Los moldes de arena impresos en 3D, gracias a su construcción por capas, pueden lograr densidades uniformes y una permeabilidad al aire difíciles de conseguir con los procesos convencionales. Esto es crucial para el proceso de fundición. La permeabilidad uniforme al gas garantiza que los gases generados en el interior del molde de arena puedan escapar sin problemas durante el proceso de colada, lo que reduce significativamente los defectos de porosidad causados por una ventilación deficiente.

Enfriamiento con forma. La tecnología de refrigeración conforme es otra aplicación revolucionaria de la impresión 3D en el campo de los moldes de fundición. Los insertos de moldes fabricados mediante impresión metálica en 3D tienen canales de refrigeración que pueden dise?arse para imitar exactamente los contornos de la superficie de la pieza fundida. De este modo se consigue un enfriamiento rápido y uniforme, lo que reduce significativamente la deformación y la contracción causadas por la contracción desigual, reduciendo así drásticamente la tasa de desechos. Según los datos disponibles, los moldes con refrigeración de seguimiento pueden reducir la duración de los ciclos de inyección hasta 70%, al tiempo que mejoran notablemente la calidad del producto.

Del "ensayo y error físico" a la "previsión digital". La principal contribución de la impresión 3D es transformar el modelo tradicional de fundición de "ensayo y error" en una "fabricación anticipada". Permite a las fundiciones realizar numerosas iteraciones en un entorno digital de forma rentable, lo que supone un cambio fundamental en la mentalidad y el proceso empresarial. Este modelo de "fabricación híbrida" facilita la adopción de la impresión 3D por parte de las fundiciones tradicionales y permite una producción más eficiente. Por ejemplo, la impresión 3D puede utilizarse para crear los machos de arena más complejos y propensos a errores, que luego pueden combinarse con moldes de arena fabricados con métodos tradicionales, con lo que se "aprovechan los puntos fuertes".

Capítulo 3: SANTI TECHNOLOGY: Un motor digital para potenciar la industria de la fundición

3.1 Equipamiento básico: "potencia dura" para la innovación en fundición

Como pionero y líder en el campo de la fabricación aditiva en China, 3DPTEK proporciona un fuerte apoyo a la industria de la fundición con su equipo central de desarrollo propio.

Las principales líneas de productos de la empresa sonImpresora 3DP de arenaque pone de relieve su liderazgo tecnológico. Dispositivos insignia3DPTEK-J4000Con un tama?o de moldeo extragrande de 4000 x 2000 x 1000 mm, es altamente competitiva en todo el mundo. Este gran tama?o permite moldear piezas de fundición grandes y complejas en una sola pieza sin necesidad de empalmes, lo que elimina aún más los posibles defectos causados por los empalmes. Al mismo tiempo, por ejemplo

3DPTEK-J1600PlusEstos dispositivos ofrecen una alta precisión de ±0,3 mm y velocidades de impresión eficientes para garantizar una calidad superior a la vez que se produce con rapidez.

Además, SANTI TechnologyEquipos SLS (sinterizado selectivo por láser)Series comoLaserCore-6000Las máquinas también son excelentes en el campo de la fundición de precisión. Esta serie de equipos es especialmente adecuada para la fabricación de moldes de cera para fundición a la cera perdida, proporcionando una solución más precisa para piezas finas de gama alta, como piezas aeroespaciales y médicas.

Cabe mencionar que SANDI Technology no es sólo un proveedor de equipos, sino también un experto en soluciones de materiales y procesos. La empresa ha desarrollado más de 20 aglutinantes y 30 formulaciones de materiales compatibles con hierro fundido, acero fundido, aluminio, cobre, magnesio y otras aleaciones de fundición. Esto garantiza que sus equipos puedan integrarse a la perfección en una amplia gama de aplicaciones de fundición, proporcionando a los clientes una asistencia técnica completa.

3.2 Servicios All-link: soluciones integradas de fundición

La ventaja competitiva de SANDY Technology no reside sólo en su hardware, sino también en las soluciones integradas que ofrece a lo largo de toda la cadena. La empresa cuenta con un sólido sistema de innovación "Trinity": "instituto de investigación + centro de trabajo posdoctoral + equipo de I+D". Este modelo garantiza una iteración tecnológica y un impulso innovador continuos, y su acumulación de más de 320 patentes es una prueba fehaciente de su liderazgo tecnológico.

La empresa ofrece un servicio llave en mano "todo en uno", desde el dise?o y la impresión 3D hasta la fundición, el mecanizado y la inspección. Este modelo integrado verticalmente simplifica enormemente la gestión de la cadena de suministro del cliente, reduce los costes y riesgos de comunicación y permite a la fundición centrarse en su actividad principal.

3.3 Caso clásico: prueba de valor basada en datos

Los casos de éxito son la herramienta más persuasiva para convencer a los clientes potenciales. A través de una serie de proyectos reales, SANDY Technology ha cuantificado el importante valor empresarial que aporta la tecnología de impresión 3D.

paraCarcasas de motores refrigerados por agua para automóvilesComo ejemplo, este caso demuestra a la perfección cómo el proceso de fundición en arena 3DP resuelve el problema del moldeo de una pieza de "canales de refrigeración en espiral complejos, de gran tama?o y paredes finas". ²¹. La aplicación con éxito de esta tecnología en el campo de los vehículos de nueva energía ha demostrado sus importantes ventajas en la producción de piezas de fundición de alto rendimiento y estructura compleja.

Por otro ladoCuerpo de bomba industrialEn el caso de SANDI, ésta adoptó el modelo de fabricación híbrido de "molde exterior 3DP + núcleo interior SLS". Esta estrategia complementaria acortó el ciclo de producción en 80% y, al mismo tiempo, mejoró la precisión dimensional de las piezas fundidas hasta el nivel CT7, lo que demostró a la perfección el potente efecto del modo de fabricación híbrido.

El proyecto de empresa conjunta con Xinxin Foundry ofrece el argumento empresarial más sólido. Con la introducción de la tecnología de impresión 3D, la fundición logró un aumento de la facturación de 1.351 TP3T, duplicó sus márgenes de beneficio, redujo a la mitad sus plazos de entrega y redujo sus costes en 301 TP3T, una serie de cifras cuantitativas que constituyen una prueba irrefutable del rendimiento de la inversión de la tecnología de impresión 3D en la industria de la fundición.

La siguiente tabla muestra cómo la impresión 3D puede resolver los problemas del sector de la fundición, tanto a nivel técnico como de valor empresarial:

Capítulo 4: Mirando al futuro: digitalización y sostenibilidad en la industria de la fundición

La tecnología de impresión 3D está llevando a la industria de la fundición de la "fabricación" tradicional a la transformación fundamental de la "fabricación inteligente". Según el informe correspondiente, la escala de la industria de fabricación aditiva de China sigue creciendo a un ritmo elevado, y en 2022 superará los 32.000 millones de RMB. Estos datos muestran claramente que la transformación digital se ha convertido en una tendencia irreversible de la industria.

En el futuro, la impresión 3D se integrará profundamente con la inteligencia artificial (IA), el IoT y otras tecnologías para lograr la automatización total y la gestión inteligente de las líneas de producción. Las fundiciones pueden utilizar algoritmos de IA para optimizar los parámetros de fundición y sensores de IoT para supervisar el proceso de producción en tiempo real, mejorando así aún más las tasas de rendimiento y la eficiencia de la producción.

Además, las ventajas únicas de la impresión 3D en la realización de dise?os ligeros complejos ayudarán a las industrias automovilística, aeroespacial y otras industrias derivadas a mejorar el rendimiento de los productos y reducir el consumo de energía, lo que encaja perfectamente en el desarrollo sostenible global. El modelo de producción bajo demanda de la impresión 3D y la alta tasa de utilización de materiales (el polvo no adherido por encima de 90% puede reciclarse) también reducen significativamente la generación de residuos, aportando a la industria de la fundición una una vía de desarrollo respetuosa con el medio ambiente para la industria de la fundición.

observaciones finales La impresión 3D no es el fin de la fundición, sino su innovador. Aporta a la industria tradicional de la fundición una flexibilidad, eficiencia y garantía de calidad sin precedentes gracias a sus dos ventajas fundamentales: "sin molde" y "digital". Permite a las fundiciones liberarse de las elevadas tasas de desechos y entrar en una nueva era de mayor eficiencia, competitividad y adoptar la innovación. Para cualquier fundición que desee destacar en un mercado competitivo, adoptar la tecnología de impresión 3D, representada por SanDi Technology, ya no es una opción, sino un camino necesario hacia el futuro.

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teoría

La fundición de arena impresa en 3D se basa en un modelo digital tridimensional. En primer lugar, los materiales de arena especiales (normalmente arena de resina que contiene aglutinante, etc.) se apilan capa por capa de acuerdo con la información de la sección transversal del modelo utilizando equipos de impresión 3D, y se imprime el molde de arena (incluidos los moldes de arena superior e inferior, los núcleos, etc.). A continuación, se vierte el líquido metálico en la cavidad formada por el molde de arena y, una vez que el líquido metálico se ha enfriado y solidificado, se retira el molde de arena para obtener la pieza de fundición metálica deseada.

flujos de trabajo

1. Modelado 3DEl modelo de fundición se dise?a utilizando software profesional de modelado en 3D (por ejemplo, SolidWorks, UG, etc.), teniendo en cuenta los requisitos del proceso de fundición, como las superficies de separación, las pendientes de desmoldeo, los márgenes de mecanizado, etc., y, a continuación, el modelo se convierte a un formato de archivo adecuado para la impresión en 3D (por ejemplo, formato STL).
2. Impresión en arenaLos materiales de impresión (arena y aglutinante) se cargan en el silo del equipo de impresión 3D y, bajo el control del ordenador, la boquilla pulveriza selectivamente el aglutinante sobre la capa de arena de acuerdo con los datos de la sección transversal del modelo, de modo que las partículas de arena se adhieren entre sí y se acumulan capa a capa para formar el modelo de arena. Una vez finalizada la impresión, el modelo de arena se somete a un tratamiento posterior adecuado, como la eliminación del exceso de partículas de arena y el refuerzo de las partes débiles.
3. Preparación para la fundiciónLos moldes de arena impresos se montan y se colocan en el equipo de fundición para preparar el metal líquido para la fundición. Al mismo tiempo, la materia prima metálica se funde y se trata para alcanzar la temperatura de colada y los requisitos de composición adecuados.
4. Fundición y refrigeraciónVerter lentamente el metal líquido tratado en la cavidad del molde de arena para asegurarse de que el metal líquido llena completamente la cavidad. Tras la colada, el metal líquido se deja enfriar y solidificar de forma natural.
5. Limpieza de la arena y tratamiento posteriorFundición: Una vez enfriadas las piezas fundidas, se retira el molde de arena mediante vibración, chorro de arena, corte, etc. para obtener las piezas fundidas. A continuación, las piezas fundidas se limpian, pulen, someten a tratamiento térmico, se mecanizan y otros procesos de postratamiento para cumplir los requisitos de calidad del producto final.

vanguardia

1. Gran libertad de dise?o

Capacidad de moldeo de estructuras complejasLa fundición de arena tradicional en la fabricación de formas complejas, tales como con cavidades internas, canales curvos, superficies en forma y otras estructuras del molde de arena, por las limitaciones de la tecnología de fabricación de moldes, es difícil de lograr o extremadamente alto costo. La fundición de arena de impresión 3D se puede basar en el modelo digital tridimensional, fácil y precisa imprimir una variedad de formas complejas de arena, para la producción de piezas de fundición con estructura compleja ofrece una posibilidad. Por ejemplo, los complejos canales de refrigeración de las palas de los motores de aviación, las piezas de automoción con estructura interna fina, etc., pueden realizarse mediante la fundición en arena por impresión 3D.

PersonalizaciónLa fundición en arena con impresión 3D tiene una ventaja única para la producción de algunos lotes peque?os y piezas de fundición personalizadas. Puede basarse en los requisitos específicos del cliente, dise?ar e imprimir rápidamente la arena correspondiente, para satisfacer las necesidades individuales de los diferentes clientes, para evitar las necesidades tradicionales de fabricación de moldes para abrir el molde, la reparación del molde y otros procesos engorrosos, lo que reduce en gran medida el ciclo de producción de productos personalizados.

2. Reducción del tiempo del ciclo de producción::

Simplificación del proceso de fabricación de moldesLa fundición de arena tradicional requiere la producción de moldes, que luego se utilizan para fabricar el modelo de arena, y el proceso de dise?o, fabricación y puesta en marcha de los moldes a menudo lleva mucho tiempo y mano de obra. Y la impresión 3D de fundición en arena directamente basado en el modelo digital para la impresión, sin necesidad de hacer moldes, eliminando el vínculo de la fabricación de moldes, lo que reduce en gran medida todo el ciclo de producción 25.

Repetición y modificación rápidasEn la fase de desarrollo y dise?o del producto, si se descubre que es necesario modificar el dise?o de la pieza fundida, la fundición en arena tradicional requiere volver a fabricar moldes, lo que resulta costoso y lleva mucho tiempo. La fundición en arena mediante impresión 3D sólo requiere modificar el modelo digital en el ordenador y volver a imprimir el modelo en arena, lo que permite iterar y modificar rápidamente el dise?o, acelerando el proceso de desarrollo del producto45.

3. Mayor precisión y calidad::

Gran precisión dimensionalLa tecnología de impresión 3D puede controlar con precisión el tama?o y la forma de los moldes de arena, reduciendo la desviación dimensional de las piezas fundidas causada por errores de fabricación del molde, ajuste de la superficie de separación y otros problemas, y mejorando la precisión dimensional de las piezas fundidas. La superficie lisa del molde de arena impreso mejora la calidad de la superficie de la pieza fundida final y reduce la carga de trabajo de procesamiento y tratamiento posterior4.

Buena calidad internaEl proceso de fundición en arena mediante impresión 3D puede lograr una estanqueidad uniforme del patrón de arena, evitando el aflojamiento local, el atrapamiento de arena y otros defectos que pueden producirse en la fundición en arena tradicional, y mejorando la calidad interna de las piezas fundidas. Al mismo tiempo, mediante un control preciso, se puede optimizar el proceso de solidificación de la pieza fundida para reducir la generación de defectos como agujeros de contracción y aflojamiento por contracción.

4. rentabilidad::

Alto aprovechamiento del materialEl molde de arena impreso en 3D se imprime bajo demanda, utilizando únicamente los materiales necesarios, lo que evita el desperdicio de materiales de la fabricación tradicional de moldes. Además, durante el proceso de impresión, la distribución de los materiales puede controlarse con precisión en función de los requisitos de estructura y resistencia del molde de arena, lo que mejora aún más el aprovechamiento del material.

Reducción de los costes laboralesLa fundición en arena tradicional requiere un gran número de operaciones manuales, como la fabricación de moldes, el moldeo en arena, la reparación de moldes, etc., con elevados costes de mano de obra. Mientras que la fundición en arena con impresión 3D se basa principalmente en equipos automatizados para la impresión, lo que reduce en gran medida la participación de mano de obra y disminuye los costes laborales. Al mismo tiempo, también reduce los errores e incertidumbres provocados por la operación manual, y mejora la estabilidad y consistencia de la producción.

5. verde::

Reducción de las emisiones de residuosFundición en arena: La fundición en arena tradicional produce una gran cantidad de residuos en el proceso de fabricación de moldes y procesamiento de arena, como materiales de molde desechados, arena residual, etc., lo que provoca cierta contaminación del medio ambiente. La fundición en arena con impresión 3D produce menos residuos, y los materiales restantes pueden reciclarse, en consonancia con los requisitos de protección ecológica del medio ambiente.

Mejora del entorno de producciónEl proceso de fundición en arena con impresión 3D no requiere el uso de grandes cantidades de reactivos y aglutinantes químicos, lo que reduce la contaminación medioambiental y los riesgos para la salud de los operarios. Al mismo tiempo, el método de producción automatizado también reduce la generación de polvo y ruido, mejorando el entorno de producción.

ámbitos de aplicación

Aeroespacial: Se utiliza en la fabricación de álabes de motores aeronáuticos, discos de turbina, componentes estructurales de aeronaves y otras piezas complejas, para cumplir los requisitos de alta resistencia, peso ligero y alto rendimiento.

industria del automóvilFabricación de bloques de motor, culatas, cajas de transmisión y otros componentes, especialmente para motores de alto rendimiento y nuevos dise?os de automóviles con componentes estructurales complejos.

EnergíaAplicación en la fabricación de componentes clave para turbinas de gas, equipos de generación de energía, etc. para mejorar el rendimiento y la fiabilidad de los componentes.

Dispositivos médicosFabricación de dispositivos médicos personalizados, como implantes ortopédicos y prótesis dentales, para satisfacer las necesidades de cada paciente.

resúmenes

La fundición en arena impresa en 3D, como tecnología de fundición avanzada, combina las ventajas de la impresión en 3D y la fundición en arena tradicional. Presenta un excelente rendimiento en cuanto a dise?o, ciclo de producción, calidad, coste y protección medioambiental, y aporta nuevas ideas y métodos para la fabricación industrial moderna. Con el desarrollo y la mejora continuos de la tecnología, se espera que la fundición en arena con impresión 3D se utilice ampliamente en más campos y promueva la producción industrial en la dirección de una mayor eficiencia, precisión y respeto por el medio ambiente.

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