Vor etwa dreitausend Jahren begannen die Menschen, die ersten Sandgussteile zu gießen. Bis vor kurzem blieb die Technologie praktisch unverändert:

• Legen Sie eine Kopie oder ein "Muster" des gewünschten Objekts in einen offenen Stahlformkasten.

• Gießen Sie Spezialsand um das Modell herum, klopfen Sie es fest und entfernen Sie es.

• Schneiden Sie den Anguss so, dass das geschmolzene Metall und der Anguss, der den Anguss mit dem Formhohlraum verbindet, in die Form fließen.

• Der Kern wird verwendet, um Teile mit internen Features zu kopieren.

• Gießen Sie geschmolzenes Metall in die Form; wenn das Metall abkühlt, wird das fertige Teil entnommen.

Kurz gesagt, das ist Sandguss. Aber Dave Rittmeyer, ein erfahrener Plattenmacher, wird Ihnen sagen, dass es weit mehr ist. Rittmeyer, Manager für Kundenservice und additive Fertigung bei Hoosier Pattern Inc. in Decatur, Indiana, wird Ihnen auch sagen, dass sich die Branche in den letzten zehn Jahren dramatisch verändert hat, auch dank AM.

Im Vergleich zu anderen Gießverfahren entfallen viele umständliche Schritte im Sandgussprozess, während der Prozess schneller, flexibler und wettbewerbsfähiger wird.

Rittmeyer sagte: "Die Vorlaufzeit des traditionellen Plattenherstellungsprozesses lässt sich am besten innerhalb weniger Wochen und Monate messen." „Der 3D-Druck hat es stark verkürzt, manchmal auf ein oder zwei Tage verkürzt. In einem Beispiel sind wir in drei Ein Krankoffer wurde innerhalb dieser Woche vorbereitet. Wir brauchen normalerweise 14 Wochen. Wir können sonst sehr komplexe Formen und Kerne drucken diese Formen und Kerne werden nicht hergestellt werden können."

Erfolgreich sprühen

1993 erfanden MIT-Forscher ein 3D-Druckverfahren namens Adhäsive Jetting. Drei Jahre später übernahm das heutige Unternehmen ExOne Inc. die Binder-Sprühkugel und operierte damit und veränderte die Sandgussindustrie nachhaltig.

Abbildung 1: Die meisten Sandgussteile bestehen aus zweiteiligen Formen, die in einem Stahlformkasten eingebaut sind. Der Formkasten besteht aus zwei nahezu identischen, offenen Kästen (Schlepp- und Oberdeckel), die durch Stifte aneinander befestigt sind.

Es hat ein kalthärtendes Klebstoffsystem entwickelt, das Sand in Schichten von 0.26 bis 0.38 mm aufbringt und anschließend flüssige Polymere verwendet, die den Sand verfestigen, um ausgewählte Bereiche miteinander zu verbinden.

Hoosier wurde 1997 von drei erfahrenen Modellbauern gegründet, die mehrere CNC-Maschinen verwendeten. 2013 kauften sie ihren ersten Sanddrucker ExEx S-Max.

Rittmeyer sagte: „Heute haben wir mehr als 25 Bearbeitungszentren und 4 S-Max-Sandstrahlmaschinen, und etwa die Hälfte unseres Geschäfts besteht aus 3D-gedruckten Kernen und Formen.“ "Ich habe keine genauen Zahlen, aber wir tun es jedes Jahr. Es werden Tausende von gedruckten Materialien gedruckt."

Das in Indiana ansässige Unternehmen betreibt auch Stratasys Fortus 450mc FDM-Maschinen und 3ntr A2-Maschinen, die zur Herstellung von Prototypen, Kleinserien-Prototypen und verschiedenen Werkzeugen im Geschäft verwendet werden.

Der 3D-Druck hat das Unternehmen von einem regionalen Modellraum zu einem globalen Modellraum gewandelt. Rittmeyer sagte, dass Hoosier Pattern jetzt 3D-gedruckte Sandprodukte "in alle Teile der Welt" liefert.

Um größere Stückzahlen und relativ einfache Werkzeuge herzustellen, werden nach wie vor traditionelle Fertigungsverfahren (Fräsen, Drehen und Erodieren) verwendet, während alles andere an einen der 3D-Drucker des Unternehmens geschickt wird.

Hergestellt in Montrose

Einen ähnlichen Erfolg hat Craft Pattern and Mould Inc. mit Sitz in Montrose, Minnesota, erzielt. Das Unternehmen hat 3D-Druckformen von Hoosier Pattern gekauft, aber vor etwa einem Jahr beschlossen, in ein eigenes System zu investieren.

"Dafür gibt es mehrere Gründe", sagte Tony Cremers, der Präsident des Unternehmens. „Hoosier hat für uns einen tollen Job gemacht, aber wenn man jeden Monat einen gewissen Geldbetrag für externe Dienstleistungen ausgibt, ist es sinnvoller, diese Arbeit irgendwann intern einfließen zu lassen.

"Der andere Teil ist die Lieferzeit. Egal wie gut der Lieferant ist, Ihre eigenen Druckmöglichkeiten bestimmen Ihre Reaktionsgeschwindigkeit gegenüber Kunden."

Der 3D-Druck hat den Designprozess des Sandgusses stark verändert, Ingenieuren mehr Flexibilität verschafft und "kann einige Grundprinzipien des Sandgusses ignorieren".

Craft Pattern wurde vor 35 Jahren als Produktionsmodellgeschäft gegründet. Es erweiterte sich nach und nach auf Prototypen- und Produktentwicklungsarbeiten und begann dann mit dem Gießen einer kleinen Anzahl von Teilen. Seitdem hat es 4-Achs- und 5-Achs-Bearbeitungsdienste, Kunststoffspritzguss und andere Funktionen hinzugefügt.

Das Hinzufügen eines Sanddrucks ist sehr sinnvoll. Die Verwendung dieser Technologie erfordert jedoch, dass Craft Pattern einige Kenntnisse über die Technologie erlernt.

Steve Shade, der General Manager des Ladens, sagte, dass zum Beispiel bei 3D-gedruckten Formen die Oberflächenbeschaffenheit normalerweise nicht so gut ist wie bei Formen aus Mustern. „Wir müssen auch den Arbeitsprozess anpassen und einige Designpraktiken überdenken. Der 3D-Druck ermöglicht es uns, einige der Grundprinzipien des Sandgusses zu ignorieren und traditionelle Werkzeuge zum Zeichnen, Trennen und Kernkonfigurationen zu verwenden.

"Unsere Designer sind ausgebildet und folgen den Regeln der Arbeit des gesamten Berufs, was die Art und Weise, wie wir mit Projekten umgehen, völlig verändert hat."

Es ist nicht erforderlich, die Form physisch herzustellen, was die Lieferzeit für die Lieferung von Metallgussteilen erheblich verkürzt.

Ob aus Metall, Kunststoff oder Sand, alles, was 3D-gedruckt ist, ist in der Regel teurer. „Man kann also nicht einfach sagen ‚Lasst uns alles drucken‘, denn aus Sicht der Gesamtanschaffungskosten ist es noch nicht wettbewerbsfähig.“

Mit herkömmlichen Werkzeugen können die Kosten für Muster und Kernkästen geteilt werden, wodurch die Teilekosten bei steigender Anzahl relativ schnell gesenkt werden. Beim 3D-Druck hingegen sind die Kosten für jedes Teil je nach der Menge des gedruckten Sandes ziemlich fest, sodass noch keine Skaleneffekte erzielt wurden.

„Dennoch, wenn Sie morgen ein paar Teile oder Teile mit komplexen Geometrien kaufen möchten, dann ist der 3D-Druck eine gute Wahl“, sagte Shade.

Kramers stimmte zu. Er sagte: "Das macht uns zweifellos flexibler." Er fügte hinzu, dass die Werkstatt schnell die Richtung ändern kann und sogar Teile am nächsten Tag umdrehen kann. Darüber hinaus: „Es hat unsere Kernherstellung stark verbessert. In der Vergangenheit haben wir vielleicht fünf oder zehn unabhängige Kerne hergestellt und dann zusammengeklebt, und jetzt können wir sie alle als ein Stück drucken Vorteil zwischen der Qualität der Teile und der Kontrolle des gesamten Prozesses."

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Der 3D-Druck erspart die mühsame Arbeit im Sandformgussprozess und verkürzt den Bearbeitungszyklus

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