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基于金属3D打印技术成形嵌套零件工艺研究(五)

4 “双喷头”与传统成形具有嵌套结构零件的比较
        传统的制造工艺无法一次成形的结构件,须由多单件组成,如图8(a)所示,该结构件由3 个零件组装而成,这使得安装工艺和工序多重化和复杂化.而采用“双喷头”3D 打印沉积成形技术最大的优点是可以实现复杂构件的一次成形,根据制件的成形结构要求,打印构件如图8(b)所示.这样可以创新制造若干新产品来替代传统的多部件,同时使安装工艺、工序简单化,工程施工省时省力,降低人力物力,具体比较见表6。
图8 传统成形与“双喷头”沉积成形出的具有内部嵌套
 
        成形如图8 所示的具有嵌套结构构件,采用传统方式成形需要7~8 min,但需要开模.从设备寿命分析,传统成形设备寿命平均在15~18 年,生产期间人工操作,作业环境恶劣,安全系数低.3D 打印设备的使用寿命也均在10 年以上,生产环境好.采用“双喷头”沉积成形,图纸可以快速变成实体的东西, 直接生产, 生产效率为(21±0.36) min/ 件,如果加上坯料的准备时间,总时间应该为(33±0.5) min.大批量生产时,可以设计多个喷头,经过前面介绍,其机械性能优于铸件,并实现计算机控制自动化生产,安全系数高.特别是紧急抢修过程中急需的配件,通过原件3D扫描即可实现创新设计,效率高,大幅降低电力金具的储存、管理、损耗及运输等成本,经济效益及社会效益显著,具体如表6 所示.

表6 传统成形与“双喷头”沉积成形比较

5 结 论
        利用3D 打印金属微喷熔滴沉积成形试验平台,在金属微喷熔滴沉积机理研究基础上,针对悬垂嵌套结构,采用“双喷头”3D 打印金属熔滴沉积技术来成形,研制出一种新型支撑材料,通过控制金属喷头和支撑喷头的工艺参数可以一次成形出由若干个部件组合才能实现的功能件.

1)将石膏、陶瓷及砂子通过UV 树脂拌成浆料后,挤出性能较好,在金属熔滴沉积成形时具有好的表面保持性,成形强度足够.在气压0.8 MPa的条件下,选取直径2 mm 的喷嘴进行挤压成形,同时调整喷头的移动速度,测试此条件下成形出丝材的成形性能情况.当喷头运动速度>30 mm/ s时,容易出现拉断现象;喷头运动速度<25 mm/ s时,容易出现丝堆积现象;在速度控制在25 ~30 mm/ s时,成丝效果较好.

2)提出了双喷头协同工作来进行带有悬垂嵌套结构件的打印,零件在成形过程中,在空腔中用支撑材料成形,零件部分用金属熔滴沉积成形,直至成形完成,成形后去除支撑材料,取出工件,
工艺过程完成,通过实验验证,采用双喷头沉积成形的制件,表面精度和内部质量均优于单喷头沉积成形的简单金属制件.

3)采用传统方式成形需要7~8 min,但需要开模.从设备寿命分析,传统成形设备寿命平均在15~18 年,生产期间人工操作,作业环境恶劣,安全系数低.采用“双喷头”沉积成形,图纸可以快速变成实体的东西, 直接生产, 生产效率为(21 ±0.36) min/ 件,如果加上坯料的准备时间,总时间应该为(33±0.5) min.大批量生产时,可以设计多个喷头,实现计算机控制自动化生产,安全系数高。
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