近日, Fraunhofer IPA的研究人員開發出了一種將3D列印和鑄造結合在一起的新工藝. 在自由增材鑄造(AFFC)中, 第一個零件的殼體就是用FLM工藝列印製造的, 然後再用一個雙組分樹脂填充. 這樣就節省了時間, 增加了部件的穩定性, 並可以印刷新材料.
在自由增材鑄造成型中, 部分外殼採用FDM列印, 然後再用兩組分混合物填滿它. ©弗勞恩霍夫
增材製造, 又稱3D列印, 已經為工業帶來了廣泛的優勢. IPA專家Jonas Fischer解釋說: '你輸入一個工件的CAD數據, 然後就可以得到一個列印好的部件. ' 小批量, 模型和單個零件的製造速度都比注射成型要快, 效率更高. 此外, 還可以建立一些複雜的結構並將一些功能整合在一起. 當然也存在一些缺點.
固化只需三分鐘
FLM(熔融沉積)工藝, 是目前最廣泛使用的3D列印工藝, 一個噴嘴可列印出一條平行線來. 這就產生了縫隙和孔隙. 喬納斯·費舍爾補充道: '這種材料並不是完全以模製的形式出現的. 這意味著部件的機械性能更差. 此外, 在FLM過程中, 噴嘴分別應用在每一層. 要構建一個大型組件則需要很長時間. 第三個缺點是, 只有在加熱時變得柔軟的塑料(稱為熱塑性塑料)才能用於FDM列印. 熱固性塑料則不能列印.
弗勞恩霍夫的研究人員現在已經找到了一種將這些缺點保持在最低限度的方法. 為了做到這一點, 他們將列印過程與成型過程相結合. 第一步是通過FLM過程製作零件外殼. 專家們使用聚乙烯醇(PVA), 一種水溶性合成聚合物, 作為印刷材料. 隨後, 外殼被自動填充, 使用的是精確定量的聚氨酯或環氧樹脂. 用聚氨酯, 只需要三分鐘就可以完成. 接下來, 如果需要, 可以增加組件的數量. 一旦過程完成, 部分硬化, 就將其放置在水浴中. 這樣建立出的3d列印的工件, 其性能與鑄件的性能相似.
小件製造是可能的
為了將填充材料注射到模具中, IPA研究人員在3D印表機中安裝了一個特殊的雙組分材料配料單元. 這意味著有可能完成整個過程——列印外殼和填充. 列印過程不需要被打斷, 可以像傳統的3D列印那樣完全數字化控制.
IPA的研究人員已經證實了這一過程的可行性, 並建立了幾個原型機
此外, 該程序允許使用雙組分樹脂. 耐熱套可以用作建築材料. 並且, 可以更快地製造組件. 喬納斯·費舍爾補充道: '你只需要列印外殼——重力可以完成剩下的工作. ' 最後, 當材料完全填滿時, 這些元件的穩定性會大大提高, 所以不會出現氣孔或孔隙.
這種新方法適用於各種應用領域和行業. 菲舍爾解釋說: '例如, 它可以用於電隔離元件, 比如插座. 泡沫和靠墊, 比如安全方面所需要的, 也適用於這一過程' . 原則上, 大型複雜的組件只需少批量時, 自由增材鑄造工藝是首選. 此外, 它還有利於減重.