制造周期從數(shù)周縮短至1天
3D打印高效“點(diǎn)砂成模”
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傳統(tǒng)鑄造中,制造金屬零件需模具師傅依圖紙制模后再進(jìn)行澆鑄,制模需耗時(shí)數(shù)周。如今,智能化3D打印正顛覆這一流程,提高制模效率。
日前,康碩電氣集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“康碩集團(tuán)”)自主研發(fā)的智能化無(wú)人3D砂型打印系統(tǒng)投產(chǎn)。其中,打印設(shè)備是其核心裝置。
康碩集團(tuán)董事長(zhǎng)劉斌介紹,智能化無(wú)人3D砂型打印系統(tǒng)以細(xì)砂為打印材料,可實(shí)現(xiàn)從砂型模具(以下簡(jiǎn)稱“砂型”)切片、工藝設(shè)計(jì)到生產(chǎn)執(zhí)行的全流程智能化。其鋪砂與打印速度大幅提升,效率翻倍,打印的砂型精度達(dá)A類鑄件標(biāo)準(zhǔn)。
制模速度、精度提升
在康碩集團(tuán)生產(chǎn)車間,一臺(tái)標(biāo)號(hào)為KSS1800A的“巨型盒子”正在打印“大蝸殼”砂型。這個(gè)“巨型盒子”就是智能化無(wú)人3D砂型打印設(shè)備。在1.8米長(zhǎng)、1米寬的工作臺(tái)上,鋪砂器以每秒400毫米的速度鋪展裹滿固化劑、直徑150微米的細(xì)砂粒,打印噴車滑過(guò),數(shù)千微孔精準(zhǔn)噴射黏結(jié)劑,與砂粒固化劑瞬間反應(yīng)黏合。
“這件模具共打印2010層,每層鋪砂約3億粒,耗時(shí)8小時(shí)。”康碩集團(tuán)副總裁、總工程師白龍介紹,打印前,技術(shù)員在自研軟件中拍圖切片,生成二維圖像,并將其導(dǎo)入打印操作臺(tái)后,設(shè)備軟件會(huì)自動(dòng)生成砂型參數(shù)、材料用量等關(guān)鍵信息。打印后,再經(jīng)過(guò)清砂、烘干等工序即可完成砂型生產(chǎn)。“傳統(tǒng)砂型制造周期達(dá)數(shù)周,我們只需1天,效率大幅提升?!卑堈f(shuō)。
同時(shí),砂型精度和性能顯著提升,鑄件一體化、輕量化成為現(xiàn)實(shí)。制模現(xiàn)場(chǎng)告別“臟亂差”,氣固液排放大幅降低,還實(shí)現(xiàn)了砂與液料的循環(huán)利用,顯著降低了鑄造成本。
智能化無(wú)人3D砂型打印設(shè)備為傳統(tǒng)鑄造打開(kāi)了新大門(mén),且持續(xù)拓展應(yīng)用版圖。目前,康碩集團(tuán)生產(chǎn)的砂型已廣泛用于有色金屬與黑色金屬鑄造,鑄造產(chǎn)品在航空航天、國(guó)防軍工等領(lǐng)域批量應(yīng)用。
“能打印”變?yōu)椤熬蛴 ?/p>
作為國(guó)內(nèi)關(guān)鍵零部件領(lǐng)域智能制造的頭部企業(yè),康碩集團(tuán)曾大量進(jìn)口3D打印設(shè)備?!斑M(jìn)口蠟?zāi)4蛴C(jī)和3D砂型打印設(shè)備價(jià)格昂貴,且使用不便?!眲⒈蠡貞浀?,經(jīng)過(guò)多年應(yīng)用積累,公司決定自主研發(fā)3D砂型打印機(jī)。
從總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)到造出設(shè)備,中間是巨大的技術(shù)鴻溝,三大難題擺在面前:每層3億多粒打印砂如何鋪平、鋪緊?8000多個(gè)微細(xì)噴孔如何精準(zhǔn)、均勻噴射?怎樣實(shí)現(xiàn)比進(jìn)口設(shè)備效率翻倍的雙向鋪砂?
康碩集團(tuán)研發(fā)團(tuán)隊(duì)從底層原理入手,系統(tǒng)研究打印砂成分與技術(shù)指標(biāo)、砂與固化劑混制機(jī)理、下砂與鋪砂流體行為及微細(xì)噴射動(dòng)力學(xué)過(guò)程。基礎(chǔ)研究取得突破后,團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制造了混砂器、鋪砂器和打印噴車等試驗(yàn)裝置,通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù),攻克了鋪砂均勻性和噴射一致性兩大難題。
“打印噴車有8組噴頭,每組有1000多個(gè)微細(xì)噴孔。我們采用高頻電壓控制技術(shù),讓8000多個(gè)噴孔按既定程序有序噴射,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精確均勻噴射。”白龍說(shuō)。
智能化無(wú)人3D砂型打印設(shè)備最具標(biāo)志性的創(chuàng)新是“雙向鋪砂”技術(shù)。國(guó)外同類設(shè)備鋪砂器只能單向作業(yè),效率和精度打折。白龍說(shuō),研發(fā)團(tuán)隊(duì)從“古典座鐘擺錘等半角擺動(dòng)”原理中獲得靈感,研發(fā)出雙向鋪砂器。鋪砂器雙向鋪砂,打印速度達(dá)每秒1200毫米,每層打印時(shí)間僅為10秒,效率較進(jìn)口設(shè)備翻倍。
“這不僅是速度提升,更是從‘能打印’到‘精打印’的跨越?!卑堈f(shuō)。如今,康碩集團(tuán)智能化無(wú)人3D砂型打印設(shè)備擁有雙向高速變層厚無(wú)缺陷智能鋪砂等多項(xiàng)國(guó)際首創(chuàng)核心技術(shù),砂型制造效率和質(zhì)量均達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平?!斑M(jìn)口一臺(tái)國(guó)外高端3D打印設(shè)備動(dòng)輒需花費(fèi)上千萬(wàn)元,我們通過(guò)自主研發(fā)和嚴(yán)格把控成本,將價(jià)格控制在進(jìn)口設(shè)備的三分之一左右。”白龍說(shuō)。
據(jù)了解,智能化無(wú)人3D砂型打印設(shè)備可打印的材料包括硅砂、陶粒砂、碳化硅、含能材料等。未來(lái),康碩集團(tuán)還要讓3D砂型打印設(shè)備向多材料“彩色打印”、超高速砂型打印雙向制造、一體化鑄型高效打印等顛覆性技術(shù)迭代升級(jí)。
智慧系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全流程無(wú)人化
走進(jìn)康碩集團(tuán)展廳,由智能化無(wú)人3D砂型打印設(shè)備制作的各式砂型令人目不暇接。它們有的由不規(guī)則形狀組成,有的由數(shù)十根管道精密交織而成,有的縫隙細(xì)至1毫米。
在數(shù)字化、智能化時(shí)代,3D砂型打印不僅要“打得精”,還要“全流程更可靠”。
“單臺(tái)3D打印設(shè)備雖是核心,但打印后的出芯、清理、轉(zhuǎn)運(yùn)、檢測(cè)、倉(cāng)儲(chǔ)等后處理環(huán)節(jié)存在質(zhì)量差、效率低、人工密集等痛點(diǎn),制約產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程?!卑?zhí)寡?。為此,康碩集團(tuán)研發(fā)團(tuán)隊(duì)集成智能感知、數(shù)字孿生、智能打印、圖像識(shí)別、機(jī)器人及空氣動(dòng)力學(xué)等先進(jìn)技術(shù),研制出智能化無(wú)人3D砂型打印系統(tǒng)?!斑@套系統(tǒng)有智能控制、物料自動(dòng)循環(huán)、高效打印、自動(dòng)出芯清砂、精度檢測(cè)及智能倉(cāng)儲(chǔ)等八大功能,構(gòu)建了‘?dāng)?shù)字孿生+AI算法’閉環(huán),實(shí)現(xiàn)了從模型切片、工藝參數(shù)自優(yōu)化到全流程無(wú)人化生產(chǎn)及智能檢測(cè)的端到端智造。”白龍說(shuō),“有了智能化無(wú)人3D砂型打印系統(tǒng),砂型從設(shè)計(jì)到成品入庫(kù),已全部實(shí)現(xiàn)智能化、無(wú)人化?!?/p>
從單一3D砂型打印服務(wù)到自主研發(fā)3D打印設(shè)備、構(gòu)建鑄造智能生產(chǎn)體系,康碩集團(tuán)的業(yè)務(wù)正加速向復(fù)雜關(guān)鍵零部件智造、智能產(chǎn)線集成等新興領(lǐng)域延伸?!拔覀円鍪澜缱詈玫?D打印裝備,集成最先進(jìn)的系統(tǒng),打造世界級(jí)民族品牌?!眲⒈笳f(shuō)。
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