通过3D打印提高金属砂

近日，Saptarshee Mitra最近发表了一篇博士论文，“在快速铸造厂中通过增材制造（通过射流粘合进行3D打印）生产的砂模的功能特性的实验和数值表征。”致力于混合铸造和改进的制造金属模具的方法，Mitra分析各种印刷参数及其对机械性能的影响。

作者以提高铸造厂的生产为中心，研究了利用3D打印的一些最经典的优点，以完全自动化的方式制造模具的方法，这些优点包括：价格更高，生产时间更快，原型和零件的质量更高。此外，由于没有模具成本，因此该工艺特别经济，并且可以考虑使用传统砂型铸造无法制造的复杂几何形状，3D打印机通常比其他附加技术更快，更易于使用且更便宜。也可以制造尺寸非常小的零件非常薄的铸造砂模。现代铸造行业逐渐使用这种混合铸造技术，因为它们使砂模成型变得容易，并具有良好的表面光洁度。

Mitra论文的目标是制造具有更高刚度和渗透性的金属铸模（最终用于航空航天和汽车行业），我们看到的应用受到了从汽车零件到火箭发动机的增材制造工艺的显着影响，达到了重要的最终用途零件。

（a）古希腊；青铜雕像铸造，约公元前450年，（b）欧洲早期的铁工厂：约1543年，来自英国的铸铁大炮[4]

金属铸造要求：

.适当的设计

.材料的合适选择

.生产模具和型芯的图案

.铸造工艺的选择

.后期处理

.质量控制

采用粘结剂喷射技术的砂模三维打印（3DP）克服了传统生产方法面临的挑战，例如零件复杂度和尺寸，生产时间和成本（取决于数量和零件复杂度）方面的限制，据中国3D打印网了解，任何浇铸合金的零件设计/设计自由度都得到了优化。

颗粒粘合剂粘结和树脂的示意图

粉末粘结剂喷射工艺

检查了一系列化学键合的3D打印样品。通过燃烧失重（LOI）实验评估粘合剂含量，同时通过标准的三点弯曲试验测量机械强度。渗透率是通过“给定压力下的样品”中的空气流速来衡量的。 Mitra了解到，霉菌可以在室温下大量保存，但是样品的渗透性确实会随着温度的升高而降低。

在ExOne 3D打印机上打印配置

3D打印的3PB测试条和磁导率样品

魔猴网点评： 粘合剂的含量会“深刻影响”模具的强度，因此增加模具量会提高机械强度。使用X射线µ-CT图像来计算不同粘合剂含量和粒度的3D打印样品的孔隙率，孔径，喉道尺寸和渗透率，将稳态下预测的磁导率与层状二氧化硅晶粒排列的实验和分析测量结果进行了比较。使用X射线CT表征的主要优点是测试的无损性质。计算出的磁导率可以用作金属铸造数值模拟的输入，从而可以预测宏观缺陷。

目前的发现代表了朝着改进3DP砂模的传质预测的方向迈出的一步。但是，应使用变化的平均粒径对这种经过加砂处理的砂模的渗透性进行进一步表征，以检查本模型的收敛性。