برای دهه‌ها، قطعاتی مانند پروانه‌ها، پره‌ها، پمپ‌ها و بدنه‌ها با استفاده از یک فرآیند ریخته‌گری دقیق و پرزحمت به نام ریخته‌گری مومی انجام شده که شامل ۱۲ مرحله جداگانه است. این فرآیند دشوار، پرهزینه و زمان‌بر نیازمند مراحل و ابزارهای اضافی برای ساخت هسته‌های محلول یا سرامیکی است که پورت‌ها، گذرگاه‌ها، کانال‌ها و بفل‌های داخلی پیچیده را تشکیل می‌دهند.
با این حال، تولیدکنندگان اکنون از فناوری نوآورانه پرینت سه بعدی استفاده می‌کنند تا قالب‌های پوسته‌ای سرامیکی یکپارچه با هسته‌های داخلی یکپارچه تولید کنند که به‌صورت آماده برای ریخته‌گری به کارخانه‌ها تحویل داده می‌شوند. این قالب‌ها برای ریخته‌گری قطعات بزرگ و یکپارچه مانند پروانه‌ها طراحی شده‌اند یا می‌توانند با چند مرحله اضافی کوچک، قطعات کوچکتر متعددی را تولید کنند.
پوسته‌های یکپارچه چاپ‌شده سه‌بعدی با چندین هسته یکپارچه می‌توانند برای تولید ریخته‌گری پیچیده پمپ‌های روغن بدون نیاز به ابزارها، هسته‌های مومی محلول یا الگوهای مومی استفاده شوند.
در مقایسه با ریخته‌گری مومی سنتی، فناوری پرینت سه بعدی می‌تواند هزینه ساخت قطعات را بیش از ۵۰٪ کاهش داده و زمان تولید قطعات جدید یا اصلاح‌شده را ده برابر کوتاه‌تر کند. هرچه قطعه پیچیده‌تر باشد، کاهش هزینه و زمان تولید بیشتر خواهد بود.
مارک ریکولمه، رئیس شرکت Signicast و OptiMIM، گفت: «مزیت دریافت پوسته خارجی به همراه هسته در یک قالب یکپارچه و آماده برای ریخته‌گری بسیار چشمگیر است. با استفاده از فناوری جدید پرینت سه بعدی، می‌توانیم هندسه‌های بسیار پیچیده داخلی قطعات را ایجاد کنیم که احتمالاً با فرآیند سنتی نمی‌توانستیم بسازیم. برخی از این هندسه‌ها برای ساخت با قالب سنتی یا هر روش دیگری بسیار پیچیده هستند.»
شرکت Signicast، ارائه‌دهنده خدمات ریخته‌گری دقیق تجاری است که در هارتفورد، ویسکانسین مستقر است. این شرکت با داشتن مکان‌هایی در سراسر آمریکای شمالی و اروپا به بخش‌هایی مانند فناوری‌های سیالات، دفاع، هوافضا، پزشکی، سلاح‌های گرم، ابزارهای برقی، معدن و میدان‌های نفتی خدمات می‌دهد.
OptiMIM یک تولیدکننده تزریق فلز برای ساخت قطعات پیچیده و دقیق است.
مشکل اصلی هندسه‌های داخلی پیچیده
چالش ریخته‌گری مومی ایجاد پوسته خارجی نیست بلکه ساخت هسته‌های داخلی است که برای عملکرد قطعه بسیار حیاتی هستند و می‌توانند بسیار پیچیده باشند. در ریخته‌گری مومی سنتی، قطعاتی که نیاز به پیکربندی‌های پیچیده حفره‌های داخلی دارند معمولاً با هسته‌های مومی محلول یا سرامیکی ساخته می‌شوند.
پوسته‌های سرامیکی یکپارچه DDM می‌توانند برای ریخته‌گری قطعاتی مانند پروانه‌ها استفاده شوند.
در بیشتر کاربردها از هسته مومی محلول استفاده می‌شود. برای ساخت هسته، موم محلول به قالب فلزی تزریق می‌شود تا هندسه گذرگاه‌های داخلی شکل بگیرد. سپس هسته از قالب خارج شده و خنک می‌شود. هسته محلول دقیقاً درون حفره قالب فلزی برای کل قطعه قرار می‌گیرد. موقعیت هسته محلول درون این قالب توسط نقاط نگهدارنده‌ای که در طول فرآیند طراحی به قالب اضافه شده‌اند، حفظ می‌شود. سپس قالب بسته شده و موم الگو درون حفره اطراف هسته محلول تزریق می‌شود. پس از خنک‌شدن موم الگو، قطعه از قالب خارج شده و در حمام اسید ملایم هیدروکلریک غوطه‌ور می‌شود تا هسته محلول حل شود.
زمانی که گذرگاه‌ها بسیار پیچیده باشند، ممکن است به جای هسته‌های محلول از هسته‌های سرامیکی پیش‌ساخته استفاده شود. مانند هسته‌های محلول، هسته‌های سرامیکی نیز باید به‌دقت درون قالب پوسته خارجی قرار گیرند. با این حال، آن‌ها تا پس از ریخته‌گری فلز از بین نمی‌روند.
اگرچه هسته‌های مومی محلول می‌توانند مؤثر باشند، اما هزینه فرآیند را افزایش داده و مقدار زیادی ضایعات تولید می‌کنند. غوطه‌وری در اسید هیدروکلریک نیز زمان تولید و هزینه‌ها را افزایش می‌دهد. حتی زمانی که از هسته‌های سرامیکی استفاده شود، تولید محصول نهایی تضمینی نیست؛ زیرا هسته‌ها به‌خاطر ذوب شدن موم معروف به لغزش یا جابجایی هستند.
قالب‌های سرامیکی آماده برای ریخته‌گری
اگرچه شرکت Signicast همچنان برای ریخته‌گری‌های معمولی از هسته‌ها استفاده می‌کند، اما اکنون برای کاربردهای پیچیده از قالب‌های پوسته‌ای سرامیکی آماده برای ریخته‌گری که توسط شرکت DDM Systems مستقر در آتلانتا تولید می‌شود، استفاده می‌کند. سپس Signicast این پوسته‌ها را با استفاده از روش‌های سنتی ریخته‌گری مومی پر می‌کند.
فناوری ریخته‌گری دیجیتال DDM قادر است ریخته‌گری‌های دقیق قطعات مهندسی پیچیده را بدون نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه در ابزارهای سخت، بدون الگو، و با استفاده از قالب‌های پوسته‌ای سرامیکی چاپ‌شده سه‌بعدی با هسته‌های داخلی یکپارچه تولید کند.
سومان داس، بنیان‌گذار و مدیرعامل DDM Systems، در کنار پرینتر سه‌بعدی LAMP که هفت مرحله از فرآیند ریخته‌گری مومی را حذف می‌کند و هزینه و زمان تولید را کاهش می‌دهد. به گفته سومان داس، فناوری LAMP با حذف هفت مرحله اول از ۱۲ مرحله موردنیاز برای تولید پوسته ریخته‌گری مومی سنتی، به‌طور قابل توجهی هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. این هفت مرحله ۹۰٪ از کل ضایعات و تقریباً یک‌سوم یا بیشتر از کل هزینه‌های تولید ریخته‌گری مومی را تشکیل می‌دهند، بسته به پیچیدگی قطعه. این کاهش شامل حذف مراحل اضافی و نیاز به ابزارها برای ساخت هسته‌های محلول یا سرامیکی است که فقط به هزینه‌های زیاد و زمان طولانی منجر می‌شود.
با این روش، DDM می‌تواند پوسته‌های یکپارچه با هسته‌های داخلی را در کمتر از ۱۰ روز طراحی، چاپ، پخت و تحویل دهد. این پوسته سرامیکی چاپ‌شده با همه فرآیندهای ریخته‌گری هوایی سازگار است و می‌تواند قطعاتی از جنس فولاد، آلومینیوم و آلیاژهای نیکل برای جابجایی مایعات تولید کند.
داس گفت: «از آنجا که فرآیند ریخته‌گری دیجیتال می‌تواند پوسته‌های چاپ‌شده و پخته‌شده با هسته‌های یکپارچه‌ای تولید کند که تنها در دو مرحله آماده برای ریخته‌گری هستند و هیچ ابزاری نیاز ندارند، زمان کلی تولید قطعات ریخته‌گری می‌تواند به یک‌پنجم یا کمتر از زمان روش‌های سنتی کاهش یابد.
پوسته‌های سرامیکی یکپارچه می‌توانند برای ریخته‌گری یک قطعه بزرگ، مانند یک پروانه با قطر ۱۰ اینچ، یا چندین قطعه کوچکتر با استفاده از رویکرد ترکیبی کمی اصلاح‌شده ریخته‌گری مومی استفاده شوند. برای چندین قطعه، پوسته‌های چاپ‌شده و پخته‌شده آماده برای ریخته‌گری به یک راهگاه مومی متصل شده و درون یک دوغاب پوشانده می‌شوند تا لایه اضافی سرامیکی ایجاد شود که راهگاه مومی و پوسته‌ها را پوشش می‌دهد. هنگامی که این پوشش خشک شد، یک بدنه سرامیکی یکپارچه ایجاد می‌شود که برای ریخته‌گری مومی ایده‌آل است.
این رویکرد همچنین می‌تواند به طور اقتصادی فرآیند ریخته‌گری مومی برای نمونه‌های سریع را ساده‌سازی کند، زمانی که روش‌های سنتی مناسب نیستند. با حذف بسیاری از هزینه‌ها و زمان تولید، تولیدکنندگان می‌توانند محدوده‌ای از طراحی‌های مختلف را برای انجام تست‌های تاییدی و «چرخ رنگین‌کمان» ریخته‌گری کنند تا طراحی قطعات مختلف را بهینه کنند.
پرینت سه بعدی ساخت قطعات پیچیده را ممکن می‌سازد
