Método de fabricación directa de moldes metálicos mediante proceso SLS
Recoge esta información e imprímela. Agregado: Desconocido Fuente: Desconocido
Introducción a la tecnología SLS
La tecnología de sinterización selectiva por láser (SLS) utiliza láser infrarrojo como fuente de calor para sinterizar materiales en polvo y formar piezas tridimensionales por capa. mediante superposición de capas. La tecnología SLS se caracteriza por una amplia gama de materiales. Permite fabricar no solo piezas de plástico, sino también piezas de cerámica, polvos metálicos, parafina y otros materiales, especialmente moldes metálicos.
El proceso de sinterización selectiva por láser (SLS) fue desarrollado con éxito en 1989 por C.R. Dechard de la Universidad de Texas en Austin. Actualmente, la empresa alemana EOS ha lanzado su propia máquina de moldeo SLS EOSINT, que se divide en tres tipos: moldes de metal, polímero y arena. Beijing Longyuan Automatic Forming System Co., Ltd. de China y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong también han desarrollado equipos comerciales.
Herramienta bbbbl rápida (RMT).
La tecnología RP ha sido capaz de fabricar con éxito prototipos que incluyen metal, cerámica, plástico, parafina, resina, etc. Debido a las limitaciones de los materiales utilizados, las piezas moldeadas RP solo pueden reemplazar el metal real u otras piezas funcionales para experimentos funcionales en ocasiones limitadas. Con el aumento de la demanda y el continuo desarrollo de la tecnología, RP se está desarrollando en la dirección de RMT. RMT tiene sus ventajas únicas, como un proceso de fabricación simple, una integración especialmente estrecha con la tecnología informática, una fabricación rápida de productos y un enorme potencial para acortar el ciclo de fabricación, ahorrar recursos, aprovechar al máximo las propiedades del material, mejorar la precisión y reducir los costos. , la precisión del molde y el rendimiento son difíciles de controlar, como equipos y procesos especiales de posprocesamiento, lo que aumenta los costos de fabricación y limita en gran medida el tamaño del formado. La clave para la investigación y aplicación de RMT es cómo mejorar la precisión de la superficie y la eficiencia de fabricación del molde y garantizar su rendimiento y calidad integrales, a fin de fabricar directa y rápidamente moldes duraderos, de alta precisión y de calidad superficial que cumplan con la producción industrial en masa. condiciones. La tecnología RMT basada en RP se puede dividir en método directo y método indirecto.
◆Método de fabricación directa de moldes metálicos
El método de fabricación directa consiste en utilizar un prototipo RP para el moldeo directo. El método directo basado en SLS ha atraído mucha atención porque no requiere conversión de proceso y tiene un enorme potencial de aplicación en el ciclo de fabricación de moldes. La formación por deposición de polvo es el método más común para fabricar directamente moldes metálicos en SLS. El proceso de conformado directo SLS implica una cámara de alta temperatura y un láser de alta potencia para fundir el metal. Generalmente hay una atmósfera reductora, gas inerte o vacío dentro de la cámara de trabajo de alta temperatura para evitar la oxidación de los materiales. Antes de la sinterización por láser, el material se calienta cerca de su punto de fusión. Los estudios han demostrado que esto da como resultado una sinterización más eficiente y menos deformación del material. Las piezas fabricadas directamente son fuertes y pueden usarse directamente como moldes. El método directo de acero 20-V1 de la empresa alemana EOS consiste principalmente en polvo de acero con un diámetro de 20 mm, un espesor de capa de 0,02 mm y una densidad de sinterización del 95 % al 99 % de la densidad del acero, lo que resuelve con éxito el problema de Contracción por solidificación del polvo metálico. El molde fabricado directamente por Lohner A. y otros que utilizan polvo de Ni-Cu tiene una densidad del 80% del valor teórico, una resistencia de 100 ~ 200 mpa, una precisión de 0,1 mm y una rugosidad promedio de 10 ~ 15 um. Se ha utilizado para producir cientos de piezas moldeadas por inyección.
◆Método de fabricación indirecta de moldes metálicos
El método de fabricación indirecta utiliza prototipos RP para el moldeo indirecto. Los prototipos de SLS son principalmente no metálicos (como ABS, cera, resina, etc.). En la mayoría de los casos, los prototipos no metálicos no se pueden utilizar directamente como moldes. Es necesario utilizar el prototipo como modelo y realizar modificaciones en el proceso. moldes metálicos. La fabricación indirecta se caracteriza por combinar la tecnología RP con la tecnología de conformado tradicional y aprovechar al máximo sus respectivas ventajas técnicas. Ahora se ha convertido en un punto importante en la investigación y el desarrollo de aplicaciones. Los procesos de fabricación indirecta basados en SLS incluyen pulvimetalurgia, fundición rápida de precisión de prototipos de SLS, fundición de carcasas cerámicas de SLS, fundición rápida de arena de resina, etc.
(1) Conformación por pulvimetalurgia
La conformación por pulvimetalurgia es similar a la conformación por acumulación de polvo metálico, pero los materiales compuestos en polvo generalmente contienen componentes fusibles o aglutinantes a baja temperatura. Se utiliza un láser de baja potencia para sinterizar los componentes fusibles a una temperatura más baja y se obtiene un cuerpo tridimensional mediante el proceso SLS, que se denomina cuerpo verde. Este cuerpo verde tiene poca resistencia pero una forma precisa y requiere un posprocesamiento para obtener piezas metálicas o cerámicas de alta resistencia. El posprocesamiento suele implicar dos pasos: desunión y sinterización. El cuerpo verde se coloca en un horno de sinterización para despegarlo y volver a sinterizarlo para eliminar los componentes fusibles de baja resistencia, y el polvo metálico o cerámico restante se sinteriza en piezas metálicas o cerámicas. Las piezas metálicas acabadas suelen ser de color marrón y se denominan piezas marrones. Para reducir la porosidad o la densidad relativa, las partes marrones también se pueden infiltrar con metal, como epoxi o cobre.
La empresa estadounidense DTM utiliza láser para sinterizar polvo de acero recubierto con aglutinante, y la trayectoria de escaneo del rayo láser está controlada por una computadora. El aglutinante fundido se calienta para unir los polvos metálicos (unidos no metalúrgicamente), lo que da como resultado una pieza con aproximadamente un 45 % de porosidad. Después del secado y la deshumidificación, se coloca en un horno de alta temperatura para sinterización e infiltración de cobre para producir piezas con una superficie densa.
En este momento, la composición del material de la pieza es 65% de acero y 35% de cobre. Después del pulido y otros procedimientos de posprocesamiento, el polvo compuesto utilizado para SLS generalmente tiene dos formas mixtas: una es el polvo aglutinante y el metal o. El polvo cerámico se mezcla mecánicamente en una determinada proporción. La otra es colocar el polvo metálico o cerámico en el diluyente del aglutinante para que el polvo de la matriz y el aglutinante estén en pleno contacto para preparar el producto recubierto con adhesivo. Los experimentos muestran que, aunque la preparación de este polvo recubierto de aglutinante es complicada, el efecto de sinterización es mejor que el del polvo mezclado mecánicamente.
(2) Fundición de precisión de espuma perdida SLS
El prototipo de SLS se sinteriza a partir de plástico, parafina, resina y otros polvos y luego se recubre, se pule y se seca repetidamente hasta que se funde. en el prototipo Forme la carcasa del molde hasta obtener el espesor deseado. Luego, el molde se calienta para derretirlo y vaporizarlo para formar una cubierta de molde, que luego se hornea. Finalmente, el metal fundido se vierte en la carcasa del molde y, después de enfriarlo, se puede obtener el molde requerido. Este proceso puede controlar la precisión, la calidad de la superficie, las propiedades mecánicas y la vida útil del molde, y puede cumplir con los requisitos económicos. Las piezas de moldes metálicos fabricadas con este método suelen tener buena maquinabilidad, pueden procesarse parcialmente, pueden lograr una alta precisión y pueden incrustarse en insertos, piezas de refrigeración y canales. A menudo se utilizan para fabricar moldes de plástico, moldes de fundición a presión y de inyección. moldes, etc.
Molde metálico para carcasa de caja de cambios de tractor de fundición a espuma perdida basado en SLS. El prototipo se fabrica mediante el proceso SLS y luego las piezas se funden con precisión. Desde el diseño CAD hasta la obtención de las piezas sólo se necesitan 15 días, mientras que los procesos tradicionales requieren al menos 45 días y los costes de fabricación se reducen en un 60%. El prototipo se fabrica mediante el proceso SLS. En comparación con el proceso tradicional, el ciclo de fabricación del molde de espuma perdida se acorta en un 40%.
(3) Fundición de carcasa de cerámica SLS
El polvo cerámico recubierto con resina reactiva se sinteriza mediante láser. Después de la sinterización, el polvo se vierte y luego se solidifica para obtener un molde cerámico para fundición. Después del vertido, se pueden fabricar piezas de molde metálicas. Este método elimina muchos procesos tecnológicos de la fundición de precisión tradicional y supone un cambio importante en la fundición de precisión tradicional. Bajo el control de una computadora, el rayo láser sintetra selectivamente el material en polvo mezclado de arena de resina y resina epoxi de acuerdo con la línea de escaneo dentro de la capa para obtener una capa de carcasa de fundición. Después de eso, el banco de trabajo baja una capa de espesor y la mesa de alimentación sube una capa de altura para comenzar a colocar nuevos materiales. De esta manera, el material se extiende capa por capa y se sinteriza capa por capa, y finalmente se obtiene la forma inversa de la forma deseada del molde. Después de la sinterización selectiva por láser, todavía queda aglutinante en polvo sin curar en la carcasa de fundición. El aglutinante está distribuido de manera desigual y tiene poca resistencia. La carcasa de fundición necesita ser horneada y endurecida. Después de hornear y endurecer, la carcasa fundida elimina la acumulación de aglutinante en el prototipo, haciéndolo uniforme y duro. El agua y las sustancias evaporables en el prototipo se volatilizan, lo que mejora la permeabilidad al aire de la carcasa de fundición y reduce la cantidad de gas generado durante la fundición, de modo que la carcasa tiene un buen rendimiento de fundición. Combinado con el proceso tradicional de fundición en arena, se establece un sistema de vertido fuera de la carcasa de fundición para verter las piezas fundidas del molde.
Su mayor ventaja es que es rápido y no requiere moldes ni siquiera trefilado. Los ingenieros de diseño pueden completar el diseño y la fabricación de la carcasa enviando datos al sistema del taller de fundición a través de una red informática. En el entorno CAD, el dibujo de la pieza del molde se convierte directamente en un tipo de carcasa y luego se equipa un sistema de compuerta. El espesor de la carcasa del molde puede ser de 5 a 10 mm. La desventaja de este proceso es la alta rugosidad de la superficie de las piezas. Las tecnologías clave son el espesor de la carcasa, la rugosidad de la superficie de la carcasa del molde y el proceso de curado.
(4) Fundición en arena de resina SLS
Utilice arena de resina de fundición como material de sinterización SLS, diseñe un modelo CAD tridimensional de las piezas del molde de acuerdo con los dibujos o requisitos y analice el proceso de fundición, que incluye principalmente el diseño del sistema de vertido y el tubo ascendente, determinar el margen de contracción por solidificación de la pieza fundida y diseñar el modelo CAD del molde en función del margen de contracción y el tamaño de la pieza. Bajo el control de la computadora, SLS escanea la forma de la sección transversal del polvo basándose en la información del perfil de la sección transversal. La potencia del láser debe ser lo suficientemente grande como para carbonizar completamente el polvo en el límite del contorno y perder el efecto de solidificación. Escanee capa por capa hasta analizar la estructura superficial tridimensional de la pieza. A medida que el banco de trabajo desciende gradualmente, el polvo de arena de resina se extiende capa por capa sobre el banco de trabajo y luego el polvo se compacta con un rodillo nivelador. El espesor de cada capa de polvo corresponde al espesor de corte del modelo CAD. Cada capa de polvo calentada mediante escaneo láser se destruye y pierde su efecto de curado. El polvo que no ha sido escaneado con láser permanece en su lugar como soporte hasta que se escanea toda la pieza. El banco de trabajo se calienta en su conjunto y la temperatura de calentamiento oscila entre 200 y 280 °C dependiendo de la arena resinosa. Dado que la arena de resina en la superficie de la pieza pierde su efecto de solidificación después de la carbonización con láser, la superficie de la pieza es equivalente a una superficie de separación, que separa la pieza de los bloques de desperdicio circundantes, elimina los bloques de desperdicio y finalmente obtiene el molde. . La superficie de la cavidad interior del molde se pule o recubre adecuadamente para reducir la rugosidad de la superficie de la cavidad interior y luego se obtiene la pieza metálica o el molde mediante vertido.
La fundición en arena con resina tiene las siguientes ventajas sobre la fundición a la cera perdida rápida: (a) Buenas propiedades de colapso. En comparación con la fundición a la cera perdida, la fundición en arena con resina puede fundir piezas más complejas. El SLS se utiliza principalmente para procesar canales de aire con camisa de agua y núcleos de arena que no pueden procesarse con CNC. (b) El tiempo de modelado es corto. La combinación de tecnología SLS y CNC acelera enormemente la fabricación de moldes de arena. La fundición a la cera perdida requiere un ciclo fijo de fabricación de la carcasa, mientras que la fundición rápida en arena puede controlar de manera flexible el tiempo de fundición. (c) Se pueden fundir piezas de molde más grandes. La tecnología de fresado CNC puede mejorar la eficiencia del procesamiento, por un lado, y puede procesar moldes de arena más grandes, por otro, para producir piezas de moldes más grandes.