Applicazioni di prototipazione rapida nella fusione dei metalli

E fino ad ora, il processo degli stampi per colata di metalli era il modo più veloce per produrre un gran numero di parti e pezzi precisi. La tecnologia è in continua evoluzione per far fronte alla crescita costante della domanda del mercato. Oggi, Rapid Casting è uno sviluppo necessario per garantire che l'industria della colata di metalli continui a crescere.

I metodi usuali, come la microfusione e la colata sottovuoto, non sono particolarmente noti per la loro velocità. Dal momento che hanno bisogno di molto materiale pesante e costoso con cui lavorare, possono essere davvero costosi. Quindi, per implementarli, il processo di prototipazione rapida è arrivato con una soluzione. Con le parti prodotte a grande velocità e il volume crescente, il rapporto costo-beneficio viene sicuramente preso in considerazione.

Ma per comprendere meglio come questo processo aiuti il ​​settore su scala più ampia, dobbiamo comprendere le basi. In questo articolo imparerai cos'è la fusione dei metalli, come fondere i metalli e le applicazioni della prototipazione rapida nel processo di fusione dei metalli. Quindi continua a leggere!

Cos'è la fusione di metalli?

Trattamento dei difetti di colata dell'acciaio

La fusione dei metalli è una tecnologia antica. Nel processo dello stampo per colata di metallo, il metallo fuso si riversa in una cavità dello stampo. Può raffreddare e quindi rimuovere lo stampo per creare la forma del metallo.

Con il tempo, le innovazioni nell'automazione nelle operazioni di fonderia hanno semplificato il compito di lavorare grandi quantità di getti migliorandone anche la qualità. La fusione dei metalli in oggetti utilizzabili si è evoluta nel corso di migliaia di anni per diventare più precisa e meccanizzata, ma il processo sottostante è rimasto praticamente lo stesso.

Una breve storia della fusione dei metalli

Circa 4000 aC

La storia degli stampi per colata di metalli è apparsa per la prima volta nel 4000 a.C. L'oro è stato il primo materiale da colata a causa della difficoltà di ottenere minerale puro. Poi, poiché il bronzo era più duro dell'oro, divenne il metallo preferito per la fusione.

Circa 2000 aC

Nel 2800 a.C., la tecnologia della fusione dei metalli aveva trovato la sua strada in Egitto e condurre in modo efficiente questa procedura era enormemente significativa per la loro ascesa al dominio durante l'età del bronzo. La dinastia Shang in Cina fu la prima a utilizzare la colata in sabbia durante la fusione dei metalli intorno al 1300 a.C. La ghisa non fu usata come strumento militare o ornamento fino alla dinastia Qin, oltre 300 anni dopo.

Circa 1000 aC

Oltre mille anni dopo, le religioni hanno avuto un grande impatto nei casting. Poiché lo usavano per l'arte maschile e il prestigio dei loro dei, iniziarono a usarlo per creare le proprie cattedrali. Chiese e cattedrali furono costruite per mano di operai della fusione.

18th secolo

Poi sono iniziate le guerre e le persone hanno imparato a fabbricare pistole e cannoni con la fusione. Durante la prima e la seconda guerra mondiale la colata fu usata per fare il tiro con l'arco militare. Armi e macchine venivano prodotte in serie dall'industria che presto sarebbe stata la nascita di tutta la tecnologia odierna.

Poi è iniziata la rivoluzione

Tutti i settori hanno iniziato a trarre vantaggio dall'industria della fusione dei metalli. Sanità, con macchine e attrezzature sempre in miglioramento. I militari, con nuove armi e dispositivi per la sicurezza. E anche i trasporti, gli autobus e le automobili hanno iniziato a sembrare moderni e ad avere molto più comfort grazie alle parti fuse.

E non solo i gioielli o i grandi trasporti utilizzano questa tecnica. I giocattoli in metallo pressofuso sono stati un successo per molto tempo e sono ancora sul mercato fino ad oggi.

Anche l'industria sanitaria ha avuto la sua rivoluzione con la fusione dei metalli. Nuove macchine e attrezzature, sempre più precise, iniziarono a essere realizzate e a migliorare la salute delle persone ovunque. Un pari nell'estetica e nella qualità della vita, in odontoiatria.

I dentisti hanno iniziato a utilizzare e migliorare le protesi parziali in metallo fuso, per restituire alle persone l'autostima e l'integrità della mascella. Una protesi parziale fusa è una protesi parziale rimovibile costituita da una struttura in metallo fuso con denti finti incorporati in resina acrilica.

Oggi puoi trovare oggetti in fusione di metallo dappertutto. Dal cellulare in mano all'attrezzatura che trasporta il cibo fino al supermercato. Quindi ora capiamo come fondere il metallo!

microfusione vs colata in sabbia
fusione di acciaio al carbonio

Come fondere il metallo?

La fusione del metallo è una tecnica molto unica e antica, ma la differenza fondamentale tra ciascun metodo è solitamente il materiale per lo stampo o l'attrezzatura utilizzata per la fusione. Tuttavia il processo è praticamente lo stesso.
La fusione del metallo, fino ad oggi, viene utilizzata per creare gioielli e opere d'arte. Persone in tutto il mondo esplorano modi diversi per fondere il metallo e trasformarlo in qualcosa di nuovo. Possono usare acqua, materiali diversi e persino cibo per lanciare. Ma per questo articolo tieni presente che la parte più avanti riguarda il processo industriale di fusione dei metalli.

Una guida passo passo

1. Viene creato un modello

In genere, i modelli vengono creati in legno, metallo, plastica o cera. Questa è una parte critica del mondo della fusione di metalli industriali, in cui sono necessari calcoli esatti per garantire che i componenti si adattino e funzionino insieme. Sono ciò che formerà lo stampo dopo la fusione del metallo.

2. A volte le parti devono essere cave

Per questo, viene creato un pezzo centrale. Solitamente dello stesso materiale dello stampo, ma in alcuni casi può anche essere di metallo, ma deve poter uscire dopo. Ciò assicurerà che il pezzo rimanga cavo all'interno e serva al suo scopo.

3. La parte fusa in metallo

Ora, per realizzare lo stampo per colata di metallo, la parte deve essere immersa in una sostanza simile alla ceramica. Questo processo si verifica molte volte fino a raggiungere lo spessore necessario. Dopo che si è asciugato, il getto va in una camera ad alto calore e il modello si scioglie. Ora lo stampo per colata di metallo è vuoto per il passaggio successivo.

4. Versare il metallo

Il metallo o altro materiale utilizzato viene riscaldato fino a scioglimento prima di essere versato o pressato nello stampo e lasciato solidificare. Dopo che è completamente asciutto, inizia il processo di rimozione. Con la pressione, l'agitazione o la rottura completa del modello, la parte viene rilasciata. Alcuni metodi richiedono che il calco venga completamente scartato, ma alcuni possono essere effettivamente riutilizzati, così come gli stampi.

5. Quasi fatto!

Ora per rifinire veramente i metalli pressofusi, i dettagli fini sono stati fissati. Il pezzo viene pulito e lucidato ed ora è pronto per essere commercializzato. Se vengono rilevati difetti, il pezzo viene scartato.

Che differenza fa la prototipazione rapida nella fusione dei metalli?

Fino a non molto tempo fa, avevamo solo pochi modi per realizzare modelli per la fusione dei metalli in modo rapido. Realizzare metalli pressofusi da zero, scolpire da blocchi di metallo o montarli con lamiere.

Riesci a immaginare di realizzare ogni modello ogni volta che hai bisogno di uno stampo? Ciò può richiedere molto tempo e avere anche un costo elevato. Fortunatamente, la tecnologia avanza e finalmente inizia l'evoluzione per essere ogni giorno più veloci e precisi, con il processo di prototipazione rapida.

Il tempo di attesa per la produzione di un modello può essere dimezzato stampando i componenti dello stampo, le metà dello stampo e le anime!

Con la precisione che queste macchine per la stampa 3D possono offrire, meno tempo e risorse vengono sprecati nel processo e possiamo comunque mantenere la qualità e la precisione dello stampo.

E possono avere anche scopi diversi, ci sono 3 tipi di macchine per la stampa 3D utilizzate in diversi scenari. Ad esempio:

Modellazione a deposizione fusa (FDM)

La macchina FDM fonde il filamento termoplastico prima di estruderlo. Il computer controlla attentamente l'estrusione in linea con il design 3D, producendo ogni strato in sequenza. Una volta posizionati tutti gli strati, può iniziare la colata di metallo.

La macchina FDM ha una varietà media di materiali che possono essere stampati ma ha una buona precisione con i dettagli. Purtroppo, non supporta build di grandi dimensioni.

Sinterizzazione laser selettiva (SLS)

Questa macchina utilizza materiale di stampa fornito in polvere. La polvere viene fusa utilizzando un laser per costruire ogni strato del componente. La polvere fresca viene distribuita sulla porzione semifinita e la procedura viene ripetuta fino a quando tutto è finito e pronto per essere colato.

Questa macchina può trasportare una vasta gamma di materiali da stampare, con una precisione sufficientemente buona e dimensioni di costruzione grandi. Sfortunatamente, la finitura superficiale può essere scadente.

stereolitografia

Anche questo, come l'SLS, utilizza un laser, ma in questo caso aiuta a solidificare il materiale. Dopo che ogni strato è stato fuso e posizionato in base al progetto, il laser viene attivato e solidifica quello strato. Quindi la macchina da stampa passa a quella successiva e così via. Questo può essere un po' più veloce man mano che l'asciugatura avviene lungo il percorso.

Questa macchina ha anche una gamma media di materiali da stampare, ma può offrire dimensioni di costruzione più grandi, oltre ad essere una delle più alte precisioni durante la stampa. Tuttavia, la macchina per stereolitografia può essere più costosa delle altre.

Ora possiamo capire come questo viene applicato in ogni tipo di fusione di metallo.

Tipi di fusione di metalli

Ora che conosci la procedura di base per il processo di fusione dei metalli e in che modo la prototipazione rapida può aiutare, possiamo esplorare alcuni dei metodi e ciò che rende ciascuno più unico dell'altro!

sabbia metallica

Colata in sabbia - Sabbia per colata di metalli

Un metodo per realizzare getti di metallo in uno stampo di sabbia (sabbia di colata di metallo). Questo metodo è più adatto per dettagli delicati e motivi perfettamente sagomati. Ha un basso costo soggettivo ed è ampiamente utilizzato con parti e componenti automobilistici.

La colata in sabbia è un metodo popolare per la produzione di componenti fusi. Il metallo fuso viene colato in uno stampo usa e getta fatto di sabbia di fonderia che contiene un legante in questa tecnica. Viene utilizzato principalmente per le sue caratteristiche riutilizzabili. Lo stampo e la colata, dopo essere stati frantumati, possono essere rifatti e riutilizzati!

Per questo metodo (sabbia di colata di metalli), l'uso della prototipazione rapida può aiutare ad accelerare il processo o ad ampliare la gamma di dimensioni della colata di metallo. I modelli possono essere realizzati in gomma, materiali simili alla carta o persino in resina.

levigatura a investimento

Casting d'investimento

Questa è una procedura che include la formazione di modelli in materiali di saldatura come la cera, la copertura della superficie del disegno con vari strati di prodotti ceramici e quindi la fusione del modello fuori dal guscio dello stampo per creare uno stampo che può essere riempito dopo la cottura ad alte temperature .

Lo stampo in questo processo è fatto di materiale che può essere bruciato. Ma il processo di prototipazione rapida può aiutare a creare uno stampo che non ha bisogno di essere smaltito. Oppure il processo di creazione dei modelli può essere accelerato con l'uso di macchine da stampa. Possono essere realizzati più modelli e la produzione aumenta.

Progettazione di sistemi di iniezione per microfusione

Colata permanente in stampo

In questo metodo vengono utilizzati stampi per colata di metallo che possono essere riutilizzati. Gli stampi e le anime metalliche sono gli strumenti immediati nella colata in stampi permanenti perché sono riutilizzabili. Le tecnologie di prototipazione rapida possono essere utilizzate come strumenti diretti o indiretti nel processo di produzione di stampi permanenti. Ciò può aumentare le dimensioni e la velocità del processo, nonché la precisione e la longevità degli stampi.

Tutti i metalli possono essere fusi?

La colata è un processo di solidificazione, il che implica che la maggior parte delle qualità della colata sono controllate dai fenomeni di solidificazione. E, con l'uso del calore, tutti i metalli e le leghe possono essere liquefatti e quindi fluire, generalmente sotto l'influenza della sola gravità. Di conseguenza, quasi tutti i metalli possono essere fusi.

Ma nel corso della storia, abbiamo avuto la tendenza a studiare i materiali che volevamo utilizzare. I metalli pesanti includono i primi metalli scoperti, come ferro, rame e stagno, nonché metalli preziosi come argento, oro e platino. Con loro arrivarono i primi ornamenti, armi e attrezzature. Con il tempo e molte sperimentazioni, le persone hanno iniziato a esplorare altri tipi di metallo e le loro impurità.

Ora, per ogni metodo di fusione dei metalli, ci sono alcuni metalli che funzionano meglio di altri.

La colata in sabbia è compatibile con un'ampia gamma di metalli e leghe, inclusi ferro, acciaio, alluminio, bronzo, magnesio, zinco e stagno. Le aziende manifatturiere potrebbero dover riscaldare fino a 3,000 gradi Fahrenheit a seconda del metallo o della lega utilizzati.

Per quanto riguarda il metodo di microfusione, si possono utilizzare i metalli più comuni, come alluminio, bronzo, magnesio, acciaio al carbonio e acciaio inossidabile. I metalli non ferrosi, in particolare zinco, rame, alluminio, magnesio, piombo, peltro e leghe a base di stagno, sono usati per realizzare la maggior parte delle pressofusioni. Viene utilizzata una macchina a camera calda o a camera fredda a seconda del tipo di metallo da colare.

Abbiamo trovato molti modi diversi per utilizzare materiali diversi. Per ogni tipo di metallo, possiamo trovare la misura perfetta per esso.

Puoi usare il metallo sulla ghisa?

Ora che sai di più sulla fusione e sulla fusione dei metalli. E sì, le padelle in ghisa sono esattamente quello che stai pensando!

Sono stati realizzati con la tecnica della colata, e possono essere anche artigianali. C'è infatti la prototipazione rapida quando si tratta di grandi marchi, ma possono anche essere realizzati da zero. Ma non è fatto di ferro puro, quindi è necessario prestare attenzione.

La ghisa è un tipo di lega ferro-carbonio contenente più del 2% al 4% di carbonio. Contiene anche quantità variabili di silicio e manganese, oltre a tracce di impurità come zolfo e fosforo. Il minerale di ferro viene ridotto in un altoforno per produrre ghisa. Il ferro viene quindi colato o fuso e indurito in lingotti grezzi. Viene quindi rifuso con rottami e materiali di lega. Viene quindi rifuso in stampi per creare una gamma di prodotti.

Puoi trovare la ghisa in costruzioni, tubi, macchine e parti di automobili e anche nella tua cucina. È noto per la sua durata nel tempo, ma allo stesso tempo può essere piuttosto fragile. Può diventare molto fragile, quindi con il tempo è stato sostituito dall'acciaio nelle costruzioni.

Puoi usare una spatola metallica sulla ghisa?

Questa risposta potrebbe sorprenderti, ma sì! Tuttavia, ha alcune condizioni. Non appena ottieni la tua nuova padella in ghisa, devi condirla. In caso contrario, oltre a far rimanere il cibo bloccato su di esso, puoi facilmente creare patatine e rischi.
Questa può essere la padella più resistente con cui cucinerai mai se ti prendi cura di essa. Trattalo male e puoi rovinarlo per sempre!

Quindi ecco come condire una padella in ghisa:

  • Strofina bene sotto l'acqua calda con sapone;
  • Asciugalo completamente;
  • Ricoprire l'intera superficie con olio vegetale;
  • Mettere in forno a cuocere a testa in giù per 1 ora;
  • Lasciatela raffreddare all'interno del forno e ripetete fino a quando non sarà lucida!

Per pulirlo, non usare sapone e fai attenzione al calore. La padella deve essere sempre abbastanza calda per facilitare lo strofinamento, ma non troppo calda per bruciarla. Ricoprilo sempre con olio vegetale prima di cuocere qualsiasi cosa, e con il tempo migliorerà ancora e nulla si attaccherà!

Applicazioni della colata rapida dei metalli

La fusione rapida di metalli può essere utilizzata nella produzione di prototipi e progetti a breve termine. Questo è il processo di creazione di elementi componenti per costruire un modello funzionale di un prodotto e testarne funzionalità e limiti.
Alcuni getti di metallo vengono utilizzati nei motori che richiedono un'estrema resistenza al calore e al freddo. I tubi in ghisa devono evitare la corrosione e l'alta pressione. Altre parti fuse devono essere leggere e robuste. Lo scopo delle parti è fornire tolleranze precise tra espansione e contrazione in numerose applicazioni.
Quindi, per vedere in dettaglio dove possiamo vedere l'applicazione della fusione rapida dei metalli nelle nostre vite, continua a leggere!

automobile

Industrie automobilistiche

I progressi nella stampa 3D stanno avendo un'influenza significativa sulla capacità degli ingegneri di testare concetti e portare rapidamente gli articoli sul mercato. Poiché i prototipi producono risultati di test più velocemente e in quantità maggiori, è possibile apportare semplici modifiche al progetto e riprodurre un nuovo prototipo in tempi relativamente brevi.

Il più delle volte, nell'aerodinamica e nell'industria automobilistica, non è necessario testare gli stessi principi sullo stesso materiale. Ciò offre agli ingegneri la libertà poiché possono testare il prodotto tutte le volte che vogliono utilizzando plastica e cera prima di distribuirlo al pubblico. La stampa 3D sta aiutando gli ingegneri automobilistici ad accelerare lo sviluppo e aumentare l'efficienza.

Possiamo vedere l'uso di queste tecnologie in blocchi motore, ventole di raffreddamento, tappi del carburante, valvole dell'aria di camion/autobus, cambi, pedali, motori e molti altri componenti di veicoli e macchine.

colata in sabbia

Assistenza sanitaria

Man mano che evolviamo, così fa l'ambiente che ci circonda, scopriamo nuove malattie e nuove debolezze nei nostri corpi umani. Per affrontare tutte le sfide che derivano dalla vita, dobbiamo essere preparati. La medicina è la tecnologia più avanzata che abbiamo. Oggi possiamo fare cose che molto tempo prima pensavamo potessero essere solo miracoli. E questo anche grazie all'industria della fusione dei metalli.

Con attrezzature nuove e migliorate possiamo prenderci cura l'uno dell'altro. E con le nuove tecnologie disponibili, possiamo fondere con precisione anche i pezzi più piccoli. Puoi utilizzare procedure e trattamenti delicati in tutto il mondo con lo stesso effetto grazie a questo.

Possiamo vederlo chiaramente nei pacemaker, nei letti d'ospedale, negli stetoscopi, nei monitor, nelle pompe dell'ossigeno e nelle macchine che curano il cancro, eseguono operazioni e ci danno un'altra possibilità di vivere.

sabbia metallica

Dispositivi elettronici

La prova è letteralmente nelle tue mani in questo momento. Leggi questo articolo puoi utilizzare uno smartphone, un computer, un tablet e molto altro. E pensare che non potevamo usare Internet nel palmo delle nostre mani, in nessuna parte del mondo, poco più di un decennio fa.

È qui che si concentra la maggior parte di questo settore, nel portare gioia e qualità della vita per te. Attraverso dispositivi più avanzati ed elettronica per la risoluzione dei problemi, possiamo avere una casa più sicura e intelligente.

Puoi pensare a ogni pezzo presente in dispositivi come tablet, stampante, cuffie, smartwatch e fotocamere.

levigatura dei metalli

Arte

Sì, anche l'arte! Abbiamo già parlato di come artigiani e artisti possono utilizzare i metodi di fusione dei metalli su scala ridotta per realizzare cose straordinarie. E ora con le stampanti 3D che stanno diventando sempre più accessibili, la loro creatività è al culmine.

Non devi cercare troppo lontano per trovare qualcuno che faccia uno stampo in silicone, gomma e molti altri materiali. Le persone si guadagnano da vivere attraverso i propri sistemi di prototipazione rapida. Ci sono stampi per orecchini, gioielli e decorazioni unici di diversi tipi di calchi e persino opere d'arte complete. Hai mai visto quei video di persone che riempiono una colonia di formiche abbandonata con metallo fuso? È una scultura naturale! Oltre al metallo che riempie i suoi stampi in fusione di metallo, riempie ogni angolo del labirinto della formica, dandoci l'opportunità di conoscere meglio il mondo in cui viviamo.

Perché la fusione è preferita al processo di produzione?

Metal Casting produce parti precise riducendo al contempo lo spreco di materiale, il consumo di energia e la successiva lavorazione. Può anche garantire la produzione di componenti molto complicati.

Il processo di fusione del metallo prevede molti metodi a catena. Implica la forgiatura, la saldatura e, più comunemente, lo stampaggio. La produzione è il processo di fusione del metallo per realizzare oggetti utilizzando manodopera, attrezzature, strumenti e elaborazione o formulazione biologica o chimica.

Può riferirsi alla trasformazione su larga scala di materie prime in beni completati o allo sviluppo di oggetti più complicati mediante la vendita di prodotti di base ai produttori per la produzione di articoli come veicoli, aeroplani o elettrodomestici.

Quindi sì. La fusione dei metalli è un tipo di produzione! Il motivo più convincente per i produttori di impiegare la fusione è l'incredibile libertà di progettazione che offre. È un approccio molto adattabile che consente l'uso di processi di progettazione complessi che non sono possibili con altri metodi di produzione. Inoltre, poiché include un processo di produzione relativamente semplice e facile, consente un rapido passaggio dalla materia prima al prodotto finale.

L'atto di versare qualcosa in uno stampo e poi rilasciarlo dopo è ciò che lo rende così buono. Realizzare stampi perfetti, con la precisione di questi metodi, può ridurre i tempi di produzione in modo estremamente economico.

Quando esegui questo processo di fusione dei metalli con i macchinari, puoi aspettarti problemi con esso ed essere preoccupato di assumere personale specializzato per affrontarlo. E una singola macchina può costare più di quanto può produrre in un breve periodo di tempo.

Poiché non ci sono limiti all'assemblaggio di componenti o forme, la colata consente anche la creazione di motivi visivamente piacevoli. Per ottenere la finitura appropriata dalla colata, è possibile utilizzare una varietà di procedure di colata. Lo stampaggio in sabbia ha un aspetto ruvido, mentre lo stampaggio a conchiglia e la microfusione hanno un aspetto più liscio. La colata contribuisce anche alla riduzione delle tensioni residue nel prodotto finito.

Le riduzioni dei costi sono il vantaggio più evidente dell'impiego del processo di colata. La fusione del metallo riduce notevolmente i costi di fabbricazione poiché consente il consolidamento di più elementi in un'unica fabbricazione. Ha anche bisogno di tempi di produzione più brevi, il che porta a prezzi più bassi. Inoltre, la libertà di progettazione e la flessibilità si traducono in una riduzione dei costi di lavorazione e in eccesso dei metalli. E con il processo di prototipazione rapida, questi vantaggi non fanno che aumentare!

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