Wat is zandgieten? Wat is het extra voordeel van 3D-printen?

Voxeljet_sand-core

Zandgieten is een kosten effectieve techniek voor de productie van complexe metaal componenten.

Met 3D printing kan de doorlooptijd  aanzienlijk worden verkort met kosten besparing als gevolg.

Zandgieten is een gietproces waarbij de mal van speciaal zand is gemaakt.

Door 3D printing in het proces te introduceren kun je tot wel  75% van de kosten besparen.

Maar hoe werkt het casting proces precies?

Wat is gieten?

Gieten is een van de oudste productietechnieken voor het maken van metalen onderdelen.

Veel van de objecten die we in ons dagelijks leven gebruiken, worden door middel van een gietproces geproduceerd.

Hoewel de techniek in essentie hetzelfde is gebleven, is het proces door de jaren steeds preciezer geworden en verregaand geautomatiseerd.

Een van de innovaties is het 3D-printen van de mallen. We komen hier later in dit artikel op terug.

Het proces zelf is vrij eenvoudig.

De vloeibare metaal wordt in een vorm, de mal,  gegoten.

Gesmolten metaal wordt in een gietvorm gegoten

Door afkoeling stolt het metaal en neemt de vorm aan die door de mal wordt gegeven.

Wanneer het metaal is gestold,  wordt de mal verwijderd en is het object klaar.

Gieten is het proces waarbij  een object wordt gemaakt door vloeibaar materiaal in een mal te gieten..

Soorten gietprocessen

In de loop van de tijd zijn wr naar verschillende soorten methoden van gieten ontwikkeld.

Elke methode heeft zijn voor- en nadelen.

De meest voorkomende soorten gietprocessen zijn:

  1. Zand gieten
  2. ‘Investment Casting’
  3. Gips gieten
  4. ‘Die Casting’

Wat zijn de stappen in het gietproces?

De stappen in het gietproces zijn vergelijkbaar voor alle soorten gieten.

Er zijn variaties in de stappen, maar de basisbewerkingen zijn:

Patroon maken

Het patroon is het model dat wordt gebruikt om de mal omheen te maken.

Hiervoor kunnen verschillende materialen worden gebruikt.

Soms heeft een patroon holtes – denk bijvoorbeeld aan buisfittingen.

Dat vereist het creëren van extra patronen, deze worden ‘kernen’ genoemd.

Maken van kernen

De kern is een afzonderlijk onderdeel van de vorm die moet voorkomen dat het vloeibaar materiaal die ruimte opvult.

Het materiaal dat wordt gebruikt om de kern te maken, moeten aan de volgende eisen voldoen:

  1. Het moet sterk genoeg zijn om het gegoten materiaal te weerstaan;
  2. Een zekere hardheid hebben;
  3. Een hoge permeabiliteit hebben zodat de tijdens het gietproces gevormde gassen gemakkelijk kunnen ontsnappen;
  4. Bestand zijn tegen de hoge temperaturen van het gesmolten materiaal;
  5. Zwak genoeg om te breken terwijl het gesmolten materiaal afkoelt en krimpt, waardoor het na stollen gemakkelijker kan worden verwijderd;
  6. Een gladde oppervlakte afwerking hebben;
  7. Minimale gasontwikkeling veroorzaken bij blootstelling aan het gesmolten materiaal.

Het maken van de mal

Het maken van de mal bestaat uit meerdere bewerkingen.

De vorm of patroon bevindt zich in een kolf. De kolf is een frame dat uit twee delen bestaat: een reikwijdte en een sleep.

De kolf rond het patroon wordt gevuld met het vormzand, waarna het patroon wordt verwijderd.

De poortsystemen, ookwel kanalen, waardoor het gesmolten materiaal de mal kan binnenstromen, worden in de weerstand geplaatst. Het is ook de sleep die de kernen ontvangt.

De spruw is het kanaal dat wordt gebruikt om het gesmolten materiaal in de vorm te brengen.

Het sluiten van de mal. Beide helften worden aan elkaar geklemd.

Smelten en gieten

Smelten is het proces waarbij metaal wordt omgezet in een vloeibare toestand zodat het in de mal kan worden gegoten.

Het proces wordt uitgevoerd bij een extreem hoge temperatuur, tot wel boven 1600 ° C, in een verwarmingskamer of oven.

Het blootstellen van metalen aan dergelijke extreme temperaturen genereert meestal schadelijke gassen die defecten in het gietstuk kunnen veroorzaken.

Deze gassen worden verwijderd naarmate het gesmolten materiaal wordt verfijnd.

Deze cruciale stap zuivert ook het metaal door andere ongewenste elementen te verwijderen zonder de chemische structuur ervan te wijzigen.

Na het raffineren is het gesmolten materiaal klaar om in de gietpan te worden getapt.

Gietlepels zijn vaten die door gieterijen worden gebruikt voor het veilig transporteren en gieten van gesmolten metalen in de mal.

Het metaal wordt in de mal gegoten en wordt afgekoeld tot kamertemperatuur.

Wanneer het materiaal weer stevig is, zal het een proces ondergaan dat ‘shakeout’ wordt genoemd.

Tijdens de ‘shakeout’ wordt het zand van de mal verwijderd.

Schoonmaak

Nu de mal is verwijderd is het gieten klaar.

Nu moeten nog de poortsystemen en resterende restmaterialen worden verwijderd.

Eventueel is nabewerking nodig om uiterlijk en het oppervlak van het gietstuk te verbeteren.

En ten slotte wordt het gietstuk geïnspecteerd en ondergaat het een kwaliteitscontrole.

Wat is zandgieten?

Zandgietwerk voor het vervaardigen van een metalen gietstuk is volgens Dr. Ramano Rao, professor aan de Osmania Universiteit in India, die Metal Casting en CAD / CAM doceert de meest gebruikte techniek in malgieten.

Deze techniek is goed voor meer dan zeventig procent van alle geproduceerde gietstukken.

Het zandgiet-proces staat bekend om zijn veelzijdigheid.

Het kan gietstukken in alle afmetingen en gewichten produceren met complexe vormen.

Het belangrijkste kenmerk van de zandgiet-techniek is dat zand wordt gebruikt als vormings medium.

Zandmallen zijn veel goedkoper dan mallen gemaakt van andere materialen. Met zandgieten kan dus een aanzienlijke kostenbesparing worden gerealiseerd.

Vooral als we in aanmerking nemen dat de kosten voor het maken van matrijzen een groot deel van de kosten voor andere giet technieken uitmaken.

Een groot verschil is echter  dat mallen gemaakt van zand niet herbruikbaar zijn.

Het is niet mogelijk om een ​​zandvorm intact te houden bij het verwijderen van een gietstuk.

Aan de andere kant is zandgieten ideaal voor metalen met een hoge smelttemperatuur, zoals titanium, staal en nikkel.

Het is de enige gietmethode die deze hoge temperaturen, noodzakelijk bij deze materialen, aankan.

De techniek wordt vaak gebruikt voor de productie van kleine series onderdelen in de lucht- en ruimtevaartindustrie.

Hoe zand wordt gebruikt als het vorm materiaal wordt verderop uitgelegd.

Zand mal materialen

Voor het maken van een zandgiet matrijs zijn meestal de volgende 4 componenten nodig:

Basiszand

Het basiszand is het type zand dat wordt gebruikt om de mal  te maken.

Om het zand bij elkaar te houden, is een bindmiddel vereist.

Het basiszand wordt ook bebruikt om de kernen te maken.

De meest voorkomende soorten basiszand zijn:

  1. Silica zand
  2. Olivine zand
  3. Chromite zand
  4. Zircon zand
  5. Chamotte zand

Bindmiddelen

De bindmiddelen worden gebruikt om de zanddeeltjes aan elkaar te lijmen.

De meest gebruikte bindmiddelen zijn:

  1. Klei en water
  2. Olie
  3. Hars
  4. Natriumsilicaat

Toevoegingen

Diverse toevoegingen om de oppervlakte afwerking, sterkte, demping en vuurvastheid van de mal te verbeteren.

Afscheidingsverbindingen

Een vloeibaar of fijn poeder om het verwijderen van het patroon uit de mal te vergemakkelijken.

Voordelen van zandgietwerk

De belangrijkste voordelen van zandgieten zijn:

  • Het kan worden gebruikt om onderdelen in bijna alle metalen materialen te produceren, inclusief die met een hoog smeltpunt;
  • Het is eenvoudig te schalen;
  • Mogelijkheid tot het maken van complexe structuren met dunne wandsecties;
  • Gietstukken kunnen worden gemaakt in alle maten en gewichten, en;
  • de lage productiekosten.

De belangrijkste beperkingen van zandgieten zijn:

  • Volume productie vereist een hoge mate van automatisering voor het maken van matrijzen;
  • Een lagere graad van nauwkeurigheid dan andere methoden, en;
  • Ruwe oppervlakte afwerking vereist meestal nabewerking.

De heruitvinding van Casting met 3D-printen

De mogelijkheid om matrijzen te 3D printen voor zandgieten is een game-changer.

De toevoeging van additieve productie als een methode voor het maken van matrijzen, is alsof het gietproces opnieuw wordt uitgevonden waarmee tegelijkertijd een aantal beperkingen worden opgelost.

Dit hybride model biedt een  concurrentievoordeel ten opzichte van het traditionele productieproces vanwege de economische en ontwerpvoordelen.

3d print mold for sand casting

3D-print mal voor zandgieten

De 3D-print technologie die wordt gebruikt voor het maken van mallen en kernen uit zand staat bekend als  Binder Jetting. Binderjet-printers bouwen onderdelen laag voor laag, met behulp van een bindmiddel om elke laag te binden en te versterken. De meest voorkomende zandmaterialen die in dit proces worden gebruikt, zijn Silica en Zircon.

Benieuwd naar de kosten van 3D-printing zandmallen voor gieten?

Laadt uw bestanden op en ontvang prijzen en levertijden. Het is gratis en gemakkelijk.

Extra voordelen van 3D-printen voor gieten

Het belangrijkste voordeel is de kostenreductie door 3D-printen.

We schatten dat onze klanten gemiddeld 75% besparen op de kosten voor het maken van matrijzen.

Een ander voordeel is dat met 3D-printen het maken van de  matrijzen en kernen slechts enkele dagen in beslag neemt en kan worden geautomatiseerd terwijl met conventionele technieken dit meerdere weken kan duren.

Dit betekent ook dat er meer ruimte en tijd is voor verbeteringen en ontwerpwijzigingen. Voor het 3D-printen van matrijzen en kernen is immers alleen een digitaal CAD-bestand nodig.

Met 3D-printen is ook een hogere complexiteit van de modellen mogelijk en kan het proces kan een hoge nauwkeurigheid aan.

Het is al mogelijk mallen te printen van 400 x 200 x 100 cm.

Hoe ga jij je volgende metalen onderdeel maken?

Overweeg jij zandgieten met 3D-printen de volgende keer dat je  metalen onderdelen moet maken?

Laat het ons weten en neem contact op voor meer informatie of upload jouw 3D-model voor een offerte voor een 3D-geprinte mal.

Make the switch to Additive Manufacturing

Find out how your business can benefit from AM. Beamler helps you identifying what parts you should be manufacturing with 3D printing.

Get the latest 3D printing news​

About Beamler

We help manufacturers unlock the full potential of industrial 3D printing.

Trusted by engineers in some of the largest multinationals, Beamler offers 24/7 access to the massive production capacity that only a global network of dedicated manufacturing partners can provide.