Che cos’è il calco di sabbia? Quale vantaggio può presentare la stampa 3D?

3d printing sand casting

Il Sand Casting è una tecnica economica per la produzione di componenti complessi praticamente da qualsiasi lega metallica, che può beneficiare della stampa 3D.

Questa combinazione è estremamente popolare tra i produttori che devono produrre pezzi di grandi dimensioni nel minor tempo possibile.

Quindi, se sei interessato a scoprire di più sul Sand Casting e come i modelli stampati in 3D possono aiutare la tua azienda, sei nel posto giusto.

Il Sand Casting, come suggerisce il nome, è un tipo di processo di fusione che utilizza uno stampo fatto di una sabbia speciale come impressione negativa per produrre la componente desiderata.

E’ dunque possibile ridurre fino al 75% dei costi di Sand Casting sfruttando la stampa 3D.

Se non hai familiarità con il processo di casting, non preoccuparti! L’intero processo verrà spiegato in questa pagina.

Che cos'è il casting?

Il processo di fusione è una delle più antiche tecniche di produzione dei metalli.

Molti degli oggetti che utilizziamo nella nostra vita quotidiana sono prodotti con il processo di fusione.

Sebbene la tecnica alla base sia rimasta sostanzialmente la stessa, le sue modalità si sono evolute per diventare più precise e automatizzate.

Una delle innovazioni del processo è la possibilità di calchi per la stampa 3D. Torneremo su questo dettaglio più avanti.

Il processo stesso è piuttosto semplice.

La forma liquefatta di un materiale metallico viene versata in uno stampo della forma desiderata del componente.

Il metallo fuso viene versato in uno stampo da fusione

Il metallo fuso viene versato in uno stampo da fusione

Il metallo si solidificherà nella forma data dallo stampo.

Dopo di che, l’oggetto è pronto per l’estrazione, che è l’ultimo passaggio del processo.

E questo è il modo in cui avviene un casting.

Per definizione, un cast è un oggetto che è stato creato versando materiale liquefatto in uno stampo.

Tipi di processi di fusione

Nel tempo, il processo di fusione si è evoluto in metodi diversi di fabbricazione.

Ognuno presenta sia vantaggi che svantaggi.

Attualmente, i processi di fusione più comuni sono:

  1. Colata in sabbia
  2. Casting di investimento
  3. Casting in gesso
  4. Die Casting

Quali sono i passaggi del processo di casting?

I passaggi del processo di fusione sono molto simili per ogni tipo di tecnica attualmente disponibile.

Vi sono variazioni nelle fasi coinvolte, tuttavia le operazioni di base sono:

Creazione del cast

Un cast è un modello fisico che viene utilizzato per creare lo stampo e replica l’esterno della fusione.

Ci sono diversi materiali che possono essere utilizzati per realizzare calchi.

In molti casi, l’interno della componente deve essere vuoto. Un esempio possono essere i raccordi per tubi.

Ciò richiede la creazione di ulteriori stampi chiamati core.

Core Making

I nuclei sono una parte separata dello stampo che ha la funzione di impedire al materiale liquefatto di riempire un determinato spazio.
Sono utilizzati per creare cavità interne e altre caratteristiche che non possono essere generate dal singolo stampo.

Gli strumenti utilizzati per creare i core sono chiamati core box, ovvero gli stampi che creano il core.

I materiali utilizzati per creare il nucleo devono soddisfare alcuni requisiti:

  1. Deve essere abbastanza forte da resistere alla turbolenza causata dal materiale fuso;
  2. Buona durezza;
  3. Alta permeabilità in modo che i gas formati durante il processo di fusione possano facilmente fuoriuscire.
  4. In grado di resistere alle alte temperature del materiale fuso.
  5. Abbastanza debole da rompersi mentre il materiale fuso si raffredda e si restringe, facilitando la sua rimozione dopo la solidificazione.
  6. Finitura superficiale liscia.
  7. Generazione minima di gas quando esposto al materiale fuso.

Modanatura

Questo è il processo di sviluppo dello stampo che riceverà il metallo fuso.

Consiste in più operazioni essenziali per formare lo stampo attorno al modello.

Lo stampo è contenuto in un recipiente. Il recipiente è costituito da una cornice composta da due parti: una testata e una puleggia.

Lo stampo attorno al modello viene riempito con sabbia per stampaggio, dopo di che il modello viene rimosso.

I sistemi di gating (canali che consentono al materiale fuso di entrare e fluire attraverso lo stampo) vengono posizionati nella resistenza. Essa riceve anche i nuclei.

Il canale di colata, utilizzato per introdurre il materiale fuso nello stampo, viene inserito nella cappa.

Quindi, per chiudere lo stampo, la cappa viene messa in cima alla puleggia. Entrambe le parti vengono serrate insieme.

Fusione e Versamento

La fusione è il processo di conversione del materiale metallico solido in uno stato liquido in modo da versarlo nello stampo.

Il processo viene eseguito a una temperatura estremamente elevata in una camera di riscaldamento chiamata fornace.

Queste camere sono progettate in base a molteplici fattori, ma principalmente in base al tipo di materiale e carburante che verranno utilizzati per raggiungere le temperature richieste, che possono superare i 1600 ° C.

Solitamente, l’esposizione dei metalli a temperature così estreme genera gas nocivi che possono causare difetti nella fusione.

Questi gas vengono rimossi quando il materiale fuso viene raffinato.

Questo passaggio cruciale purifica anche il materiale metallico estraendo altri elementi indesiderati senza modificarne la struttura chimica.

Dopo la raffinazione, il materiale fuso è pronto per essere inserito nella siviera.

Le siviere sono recipienti usati dalle fonderie per trasportare e versare in sicurezza metalli fusi nello stampo.

Il metallo viene versato nello stampo e lasciato raffreddare fino a raggiungere la temperatura ambiente.

Quando il materiale è di nuovo solido, passerà attraverso un processo chiamato shakeout.

Il shakeout separa e rimuove la sabbia dal cast, vibrando gli stampi.

Pulizia

Ora, il cast è pronto e può essere liberato dallo stampo.

I sistemi di gate ed eventuali materiali residui rimanenti vengono rimossi.

I materiali in eccesso sono stati eliminati.

Il trattamento post-elaborazione può essere effettuato per migliorare l’aspetto e la superficie del calco.

Infine, il cast viene ispezionato per controllarne la qualità.

Che cos'è il Sand Casting?

Il Sand Casting è la tecnica più comune per la produzione di getti di metallo.

Secondo la dott.ssa Ramana Rao, professoressa di ingegneria meccanica all’Università di Osmania in India, insegnante di Metal Casting e CAD / CAM, la tecnica rappresenta oltre il 70% di tutti i componenti fusi prodotti.

Il processo di fusione in sabbia è rinomato per la sua versatilità.

Dopotutto, è capace di produrre getti di tutte le dimensioni e componenti con geometrie complesse e qualità eccezionale, impiegando la maggior parte dei metalli.

La principale caratteristica della tecnica sand casting è che utilizza la sabbia come mezzo di formatura.

La significativa riduzione dei costi ottenuta utilizzando la sabbia per la realizzazione di stampi anziché altri materiali costituisce un grande vantaggio.

Materiali per stampi in sabbia

La realizzazione di uno stampo per fusione in sabbia richiede generalmente i seguenti 4 componenti:

Sabbia di base

La sabbia di base è la sabbia utilizzata per realizzare lo stampo allo stato puro.

Affinché lo stampo non si sfaldi, è necessario un agente legante.

La sabbia di base serve anche per formare il nucleo.

I tipi più comuni di sabbia di base sono:

  1. Sabbia di silice
  2. Sabbia di olivina
  3. Sabbia cromata
  4. Zircone
  5. Sabbia Chamotte

Leganti

Gli agenti leganti servono ad incollare le particelle di sabbia.

Le tipologie più comuni di leganti sono:

  1. Acqua ed argilla
  2. Olio
  3. Resina
  4. Silicato di sodio

Additivi

Gli additivi comportano il miglioramento dello stampo in termini di finitura superficiale, resistenza, ammortizzazione e refrattarietà.

Composti di separazione

Questi sono delle polveri liquide o fini che facilitano la rimozione del calco dallo stampo.

Vantaggi del cast di sabbia

I vantaggi principali del Sand Casting sono:

  • La capacità di essere usata per fabbricare componenti nella maggior parte dei materiali metallici, compresi quelli con un alto punto di fusione;
  • Facile da ridimensionare;
  • Creare geometrie complesse con sezioni a pareti sottili;
  • Stampi di tutte le dimensioni e pesi;
  • Bassi costi di produzione

Limitazioni del cast di sabbia

Le principali limitazioni della fusione in sabbia sono:

  • Le produzioni ad alto volume richiedono un elevato grado di automazione per la realizzazione di stampi;
  • Un grado di precisione inferiore rispetto ad altri metodi;
  • La finitura superficiale ruvida di solito richiede ulteriori trattamenti post-elaborazione.

La reinvenzione del Sand Casting con la stampa 3D

Dopotutto, è capace di produrre getti di tutte le dimensioni e componenti con geometrie complesse e qualità eccezionale, impiegando la maggior parte dei metalli.

 

La principale caratteristica della tecnica sand casting è che utilizza la sabbia come mezzo di formatura.

 

La significativa riduzione dei costi ottenuta utilizzando la sabbia per la realizzazione di stampi anziché altri materiali costituisce un grande vantaggio.

3d print mold for sand casting

Colata in sabbia con stampa 3D Binder Jetting

La tecnologia di stampa 3D utilizzata per creare stampi e calchi dalla sabbia è nota come Binder Jetting.

Le stampanti Binder Jetting costruiscono parti strato per strato, usando un legante per incollare e rafforzare ogni strato.

I materiali di sabbia utilizzati più spesso in questo processo sono la silice e lo zircone.

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Ulteriori vantaggi della stampa 3D dei calchi per il Sand Casting

Il vantaggio principale offerto dalla stampa 3D è la riduzione dei costi.

Stimiamo che, con questa procedura, i nostri clienti risparmiano il 75% dei costi comportati dalla produzione di stampi.

Un altro vantaggio è che mentre le tecniche convenzionali possono richiedere diverse settimane per realizzare stampi e nuclei, la stampa 3D richiede solo pochi giorni e può essere automatizzata.

Questo comporta anche maggiore flessibilità nel migliorare e modificare il design.

Dopotutto, la produzione di stampi e nuclei con stampa 3D richiede solo un file CAD.

La complessità delle geometrie che può produrre e la sua elevata precisione sono ancora più alte con la stampa 3D.

Per quanto riguarda le dimensioni, le parti possono arrivare ad una grandezza di 400 x 200 x 100 cm.

Come realizzerete la vostra prossima componente in metallo?

Fateci sapere!

Prenderete in considerazione la fusione in sabbia con la stampa 3D per la vostra prossima componente metallica?

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