利用 3D 打印技术进行工业熔模铸造

使用 SLA 3D 打印技术直接 3D 打印熔模铸造模型已发展成为大型工业 SLA 打印机的主要应用之一。在 20 世纪 90 年代和 2000 年代，3D 打印制造商还引入了材料喷射和粘合剂喷射成型等新技术，成功制造了 PMMA 和蜡基模型。在预铸过程中，这些材料可以轻松附着在传统的浇铸树上。

利用 3D 打印模型，制造商可以避免高昂的前期模具费用，从而减少总体单件成本。这样他们才能进行中小批量生产，并能制造出具有复杂几何形状的部件，否则将无法制造或制造成本过高。许多铸造厂立即就发觉了 3D 打印技术在工业熔模铸造工作流程中的优势，但却无法将其中一些技术引进企业内部。

虽然技术上令人印象深刻，但用于生产熔模铸造模型的传统大型打印机通常要花费数十万美元，而且需要专职技术人员来操作和维护。对于许多中小型铸造厂来说，这些系统的成本和复杂性使得这项技术变得遥不可及。相反，许多公司将 3D 打印模型外包给服务机构，从而增加了单个模型成本并延长了周转时间。

用于铸造应用的 Formlabs 材料

Formlabs 在生产热膨胀系数 (CTE) 低、清洁燃烧的光敏树脂方面拥有丰富的经验。我们的材料制造工厂 Spectra 为熔模铸造行业生产树脂已有十余年历史。

多年来，Formlabs 一直为珠宝行业提供几种专用材料，这些材料以蜡填充，设计用于在砂箱中浇铸。与传统蜡雕模型相比，这些材料（如 Castable Wax Resin 和 Castable Wax 40 Resin）具有良好的燃烧性，并改进了工作流程。

然而，对于大型铸造厂客户来说，这些材料的强度过低，无法用于制造工业金属加工所需的更大、更厚、结构更坚固的部件。为这些客户提供的解决方案必须将 Formlabs SLA 3D 打印机的精度、分辨率和可靠性与 Formlabs 材料库的技术性能结合起来。

推出 Clear Cast Resin

Clear Cast Resin 可生产出细节精细、表面光滑、清洁燃烧、灰分含量极低的模型。

Clear Cast Resin 使不同规模的铸造厂都能以经济实惠的价格轻松实现内部 3D 打印模型生产。Clear Cast Resin 专为工业铸造厂开发，其首要性能是清洁燃烧、灰分含量极低、表面光洁度好，并且实际模型与设计的误差在 0.25mm 以内。

除技术性能外，Clear Cast Resin 还为铸造厂提供了简单便捷的 3D 打印工作流程。无需技术培训或 3D 打印经验，代工厂就能在几分钟内开始打印，然后放心离开去完成更高价值的任务，随后返回取出已完成的高精度模型。较少的人工操作时间减少了总体单件成本，您的客户同样可从该项优势中受益。

业余级打印机，通常为熔融沉积成型 (FDM)，提供的部件表面光洁度差，导致模具精度低，制备和后处理工作量大。高昂的前期成本或低劣的质量会让铸造厂对尝试新的打印机或材料很谨慎。Formlabs Clear Cast Resin 和 Form 系列 SLA 打印机的简易工作流程结合了传统大型 SLA 3D 打印机的质量和 FDM 打印机的易用性。工业铸造厂只需较低的启动成本就能在内部引进该技术。通过少量培训，他们就可以立即开始制作模型。

使用 Clear Cast Resin

在美国北爱荷华大学，使用 Clear Cast Resin 制作的 3D 打印模型可以轻松地融入他们现有的工业熔模铸造工作流程。

Formlabs 与客户合作制造产品，以解决各行各业的问题。对于工业熔模铸造来说，这就意味着要创造出一种可以清洁燃烧、保持严格公差、灰分含量低且不含微量金属的树脂，同时还要使用价格合理、工作流程简便的 3D 打印机。尽管标准很高，但我们发现使用 Form 3+、Form 3L 和 Form 4 打印的 Clear Cast Resin 在所有方面都很出色。

基于与多位测试者一年多的合作，我们开发出了一套工作流程，便于工业熔模铸造厂立即开始使用，几乎无需改变现有流程。

Clear Cast Resin 工作流程

1. 使用晶格软件（如 Materialise Magics*）挖空部件并创建非实心内部几何形状。这将有助于更清洁、快速地燃烧，减少灰分含量，此外还能大限度地减少热膨胀，从而防止熔模开裂。
2. 将晶格部件上传到 Formlabs 预打印软件 PreForm，选择您的打印机，并选择 Clear Cast Resin 材料。
3. 打印部件。
4. 使用 Formlabs Resin Washing Solution（树脂清洗液）、异丙醇 (IPA) 或 TPM，在 Form Wash 中清洗较小的部件，在 Form Wash L 中清洗较大的部件。 
   1. 重要的是，使用压缩空气吹净晶格内部的树脂和溶剂，确保部件内部没有液体残留。
   2. 对于某些部件，甚至有必要清洗两次，并在两次清洗之间将内部的材料排空。
5. 将部件至少风干 30 分钟。在 Form Cure L 中，可在 35°C 下预热 30 分钟。
6. 在 Form Cure 或 Form Cure L 中，在 35°C 下后固化部件 15 分钟。
7. 熔模制备：将部件安装到浇铸树上。
8. 熔模铸造：按照典型工作流程指南将部件浸入熔模铸造浆料中。
9. 燃烧：在 700－900°C 下闪火燃烧两小时。
10. 铸造：遵循典型的铸造工作流程。

实际工业应用：Diversified Metalsmiths 和 Clear Cast Resin

Diversified Metalsmiths 公司使用 Formlabs 工作流程制作 Clear Cast Resin 叶轮模型仅花费 80 美元（包含材料和人工成本），而之前的外包成本为 300 美元。

Diversified Metalsmiths 是美国阿拉巴马州的一家工业铸造厂，主要为航空航天、管路系统、汽车和艺术品行业提供大型金属部件。虽然他们已经使用蜡 3D 打印机近三十年，但最近又引入了 Formlabs 树脂打印机。他们的经验对于测试我们的新型 Clear Cast Resin 和工业熔模铸造工作流程不可或缺。

Diversified 对新的 3D 打印解决方案有以下几个要求：可清洁燃烧的材料、可靠易用的生态圈以及叶轮项目所需的尺寸。在评估解决方案时，他们发现 Formlabs 工作流程对于像他们这类小型铸造厂来说价格低廉，而且工作流程很容易集成，不需要新增步骤就可以开始使用。

“整个生态圈和支持系统对我们很有意义。打印机和软件的安装与完成，在同价位产品中似乎都要好得多。”

Diversified Metalsmiths 技术副总裁 John Farr

在索取样品部件后，Farr 发现 Form 3L 和 Clear Cast Resin 可以立即融入他们的工作流程，无需改变燃烧温度、浆料配方或部件设计。由于 Formlabs 工作流程可以直接在部件中添加浇口特征，使用 Formlabs 打印机制作的模型甚至还能略微改进工艺。“Clear Cast Resin 部件可以直接融入工作流程。而且很好的是，我们可以在部件上直接排列打印浇口，而使用 PMMA 时却做不到这一点，”Farr 表示。

可以轻松转换工作流程，因此需要验证的是燃烧过程。事实证明，Clear Cast Resin 也能有效替代外包的 PMMA 模型，而且成本很低。Farr说：“燃烧与 PMMA 一致，也就是我们可以将其视为 PMMA，没有问题。”

对于在 Form 3L 中使用 Clear Cast Resin 打印单个叶轮模型的情况，Diversified 在材料和人工方面的花费约为 80 美元。与 300 美元的外包成本相比，此价格可快速实现成本回收，同时扩大使用范围并找到新的应用。

“即使摊销 Form 3L 和相关设备，我们目前的订单至少也能实现成本收支平衡，而在未来的订单中，每个部件可节省 200 多美元。在我们的工艺中，PMMA 和 Clear Cast Resin SLA 样品在铸造前后的差别很小。”

Diversified Metalsmiths 技术副总裁 John Farr