基于酚醛树脂的3D打印在铸造技术方面 -环境友好和经济

特别是对铸造业来说，这项技术意味着快速和经济地生产复杂铸件的新可能性。有了3D打印技术，看似不可能的几何形状都可以快速、精确和低成本地生产出来–无论涉及的是原型、单个零件还是小批量。速度和自由设计选项是该技术的核心特征。

此外，使用大尺寸工业3D打印机进行批量生产，正在为许多行业开辟越来越多的新应用领域。同时，该技术正被用于汽车工业、机械工程、泵业和航空。基于酚醛树脂基粘合剂的新材料系统显示出优势，特别是在强度、可回收性、减少气体排放和环境友好性方面。

经济地生产原型到小批量产品

由于三维砂模和砂芯的免工具生产，现在可以经济地生产单件或小批量的几千个零件。与传统生产相比，3D打印对模具和型芯的复杂性几乎没有限制。这是因为3D打印所涉及的努力与部件的复杂性无关。一方面，不需要注意底槽或拔模角度。另一方面，必要的铸造技术，如浇口系统，可以直接设计到模具组中，并与之一起打印。此外，组件的变化可以灵活、快速和容易地实施。

其目的是显著减少模具和型芯生产的时间和成本，并经济地实现复杂的几何形状。可以随意使用增材制造和传统制造相结合的混合施工方法。在制造涡轮机轮的砂芯的具体案例中，这些因素的作用尤其明显。在传统的制造中，叶片轮芯的各个部分必须在一个复杂的过程中进行组装。另一方面，在Binder Jetting 3D打印工艺中，整个涡轮机芯是一体生产的。这意味着模塑件可以更容易、更准确、更有再现性地组装和铸造。

砂印中对新材料工艺的要求

使用冷固化呋喃树脂作为粘合剂的印刷工艺（有机直接粘合–简称ODB）将石英砂层粘合在一起，提供了一个经过多年尝试和测试的材料体系，适用于各种合金。然而，这个过程达到了它的极限，特别是对于那些只能通过芯子标记来固定的丝状芯子，因此容易漂浮。铸造表面不佳，例如由于矿化，总是有理由改用其他特殊砂。例如，Kerphalite和Cerabeads砂，可以进一步与添加剂混合，在这里提供了一个补救措施，但比石英砂贵得多。

一种新开发的3D沙子打印工艺，代表了ODB工艺的第一个替代方案，即所谓的苯酚直接结合，或简称PDB工艺。与ODB工艺一样，最初使用的是一层薄薄的沙子。在砂层被逐层涂抹后，苯酚基装订材料通过打印头选择性地涂抹在砂上。作为工艺链的最后一步，一个红外线灯在施工区域上空移动，以加热沙子，从而使粘合材料硬化。然后，建筑平台被降低了一层厚度。随后，在同时加热的情况下，再涂上一层新的颗粒材料，见上文。这个过程一直持续到成型的部件完全打印出来。

3D打印过程中的优势酚醛直接装订

在直接的比较中，新的PDB工艺显示出比以前被证实的ODB工艺有许多优势。

薄而长的磁芯的要求越来越高，这就是为什么我们的代工客户尽管在呋喃树脂基3D打印中设计自由，但却越来越多地遇到了他们的极限。在一个具体案例中，一个汽缸盖铸件的水套芯反复破裂，因为其强度无法承受熔融金属的压力。即使是 "站立式 "铸造，以便对核心施加较低的弯矩，也没有带来任何改善。根据客户的要求，可以灵活地调整粘结剂的含量和点火时的损耗，最终在提到的芯材的情况下达到了预期的效果，用PDB印刷，弯曲强度为390N/cm²。

Alexander Kudernatsch，服务部副总裁voxeljet AG

特别是在汽车行业，砂芯的成分越来越复杂。这方面的例子有水套芯子、液压部件或复杂的排气歧管芯子。正是在这里，与ODB部件（230-330 N/cm² – 强度取决于安装空间的方向）相比，印刷的PDB部件（250-500 N/cm² – 强度取决于安装空间的方向）的抗弯强度提高了。

此外，新的PDB工艺更加环保，因为多余的沙子几乎可以100%回收和再利用，而且粘合剂材料的污染物码含量也有所降低。

Kudernatsch：”在未来，除了以前使用的石英砂之外，我们看到了使用特殊砂的进一步潜力。由于我们使用的是热固性树脂，我们可以在PDB过程中打印各种颗粒材料。此外，我们在原始状态下加工合格的铸造砂，这样可以节省额外的加工材料和硬件，如活化剂和混合设备。机器客户也可以在沙子合格后直接在现场购买，这大大减少了物流工作和成本。

由于强劲的需求和最近的机器交付，目前只有有限的内部能力来满足客户的PDB订单（可用尺寸1,000 x 600 x 500毫米）。Kudernatsch说：”尽管如此，我们很乐意为我们的客户打印测试部件，以了解酚醛部件的铸造行为，”。2017年的计划是进一步提高PDB机器的产能，以满足不断增长的需求。