熔模鑄造最大的優(yōu)點(diǎn)就是由于熔模鑄件有著很高的尺寸精度和表面光潔度，所以可減少機(jī)械加工工作，只是在零件上要求較高的部位留少許加工余量即可，甚至某些鑄件只留打磨、拋光余量，不必機(jī)械加工即可使用。采用熔模鑄造方法可大量節(jié)省機(jī)加工設(shè)備的工作時(shí)間，并大幅度節(jié)約金屬原材料。

影響鑄件尺寸精度的因素較多，例如模料的收縮、熔模的變形、型殼在加熱和冷卻過程中的線量變化、合金的收縮率以及在凝固過程中鑄件的變形等，再加上鑄造大尺寸產(chǎn)品容易發(fā)生的裂變問題，熔模鑄造是個(gè)技術(shù)加經(jīng)驗(yàn)的學(xué)問。

總部位于美國(guó)的Alliant Casting是一家歷史悠久的鑄造企業(yè)，最近這家公司挑戰(zhàn)了通過FDM技術(shù)打印ABS材料用于大尺寸熔模鑄造的項(xiàng)目。這為ABS這種經(jīng)濟(jì)又普遍的工程塑料通過3D打印進(jìn)入到工業(yè)級(jí)大型零件的試制應(yīng)用打開了想象空間。

解決熱膨脹和熱裂缺陷

成立于1885年的Alliant鑄造企業(yè)長(zhǎng)期為客戶提供優(yōu)良的鑄件，這得益于Alliant Casting 對(duì)鑄造技術(shù)的不斷革新。最近，這家百年鑄造廠將3D打印技術(shù)引入到了鑄造工藝流程中，讓鑄造的成本得到顯著下降，鑄造周期顯著縮短。

為了解決大型零件的熔模鑄造需求，Alliant使用的3D打印機(jī)是Tian 3D Robotics 公司的Altas 2.0 FDM 3D打印機(jī)，這臺(tái)3D打印機(jī)的主要任務(wù)是進(jìn)行熔模的3D打印。Altas 2.0 3D打印機(jī)的構(gòu)建空間為915 x 915 x 1220mm。

在購(gòu)買Altas 2.0 3D打印機(jī)之前，Titan 3D 公司為 Alliant 鑄造廠3D打印了一個(gè)ABS 熔模，用時(shí)12個(gè)小時(shí)。3D打印的ABS 熔模在交付給鑄造廠之后將作為失蠟鑄造工藝中的熔模母模，鑄造廠將為母模覆耐火材料，并在燒掉熔模之后獲得型殼，最終通過砂模進(jìn)行金屬零部件的鑄造。從制模到完成金屬件的鑄造總計(jì)花費(fèi)的時(shí)間為2個(gè)工作日，而通過傳統(tǒng)工藝進(jìn)行失蠟鑄造，首先需要通過模具來(lái)制造熔模，僅是熔模的制造就是一個(gè)繁瑣的過程。

當(dāng)然，我們知道ABS熱膨脹率在100攝氏度時(shí)為0.35%，此后保持穩(wěn)定，在125度時(shí)開始液化。如何保證熔模鑄造過程中容易出現(xiàn)的漲殼問題，這也需要在3D打印建模的過程中針對(duì)材料的特點(diǎn)考慮進(jìn)去。通過3D打印技術(shù)，Alliant能夠在24小時(shí)之內(nèi)完成以往需要花費(fèi)2周時(shí)間才能完成的鑄造工作，鑄造成本由35,00美元下降至1300美元。

除了材料的熱膨脹，熔模在大型零部件的鑄造應(yīng)用中容易產(chǎn)生熱裂缺陷，Alliant 鑄造廠在將大尺寸熔模用于鑄造的時(shí)候也面臨著同樣的挑戰(zhàn)，而憑借多年積累的know how，Alliant成功克服了這一問題。所以說駕馭3D打印技術(shù)的應(yīng)用，不僅僅是3D打印技術(shù)本身，這項(xiàng)技術(shù)還需要跟應(yīng)用領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)深度結(jié)合才能綻放出其商業(yè)價(jià)值。

除此之外，Alliant逐漸開發(fā)了FDM 3D打印技術(shù)在鑄造領(lǐng)域的更多應(yīng)用,例如將具有良好力學(xué)性能和耐熱性的ABS 3D打印部件應(yīng)用于大型零部件的壓鑄模鑄造工藝中，將3D打印的PLA 部件用于消失模鑄造工藝中，以及用在小型零部件的自硬法造型工藝中。