La fabricación indirecta de celosía Los metales con secciones delgadas Uso de fundición centrífuga

El objetivo general de este video es demostrar el proceso de llenado de una microcavidad celular con metal fundido para la fabricación de metales en red mediante fundición centrífuga. Este contenido puede ayudar a responder preguntas clave, como cómo los parámetros del proceso, las propiedades del material del metal fundido y la geometría de la cavidad del molde en red se relacionan con el flujo y la solidificación en la fundición rápida a microescala. Esta técnica complementa la impresión 3D directa masiva de metales en la fabricación de metales en red, y amplía la selección de materiales en el espacio de diseño de estos metales.

Hoy, estaré demostrando el procedimiento junto con la estudiante de doctorado Jiwon Mun. Como preparación, dibuje un patrón sacrificial de una estructura de celosía octet con un sistema de bebedero utilizando software de diseño asistido por computadora. Este patrón integrado de una estructura de celosía octet con un sistema de bebedero se funde durante la colada.

Utilizando el software CAD, registre el volumen del patrón sacrificial para calcular la masa de metal requerida. Después de imprimir el modelo acrílico, continúe con el proceso de fundición, que se describe detalladamente en el protocolo escrito. El siguiente paso es la fusión del material de soporte.

A continuación, se elimina aún más el residuo del material de soporte. Luego, se ensambla el patrón. Tras su ensamblaje, se realiza un proceso de mezclado de revestimiento.

Asegúrese de eliminar todos los grumos en la mezcla de agua de inversión. A continuación, realice el proceso de calcinación. Para comenzar, ajuste el tiempo en el horno según el programa de calentamiento y enfriamiento.

Para un crisol de este tamaño, la eliminación por calcinación tomará seis horas. Ahora, encienda el horno e inicie el programa de eliminación por calcinación. Durante la eliminación por calcinación, el modelo sacrificable se derrite y se disocia en un gas.

Ahora, continúe con el proceso de colado descrito en las siguientes dos secciones. Antes de comenzar, asegúrese de que el brazo de la máquina de colado centrífugo gire con una velocidad angular de 425 RPM. Encuentre el ajuste necesario para esta velocidad utilizando un tacómetro.

Seleccione un crisol de cerámica para fundir cada aleación. Con una cortadora de metal, corte las aleaciones en trozos de 10 a 20 milímetros. Corte aproximadamente 150 gramos de cada aleación, que en este caso son aluminio y cobre.

Ahora, pese la masa precisa de cada aleación necesaria para el diseño de la red. La cavidad del molde debe llenarse exactamente hasta su capacidad con la aleación fundida. Ahora, prepare un recipiente con agua a temperatura ambiente.

30 litros es suficiente. A continuación, póngase ropa ignífuga y colóquese guantes y gafas de protección. Ahora, saque temporalmente el molde de yeso del horno.

Colóquelo en el soporte del matraz de la máquina de fundición centrífuga y equilibre el brazo de la centrífuga. Luego, devuelva el molde de yeso al horno e inicie el calentamiento de la máquina hasta 482 grados Celsius. Mientras tanto, coloque el crisol en el portacrisol y cargue la aleación cortada dentro del crisol.

A continuación, prepare la antorcha de acetileno. Abra la válvula del tanque de oxígeno conectado y mantenga la presión del gas cerca de 96,5 kilopascales o 14 PSI. Luego, encienda cuidadosamente la antorcha y controle la intensidad de la llama mediante la presión del gas.

Tenga mucho cuidado. La llama alcanza hasta 1.200 grados Celsius. Ahora, derrita cuidadosamente la aleación picada en el crisol hasta que esté completamente líquida.

Utilice una varilla de carbono para agitar la aleación y fundirla con la parte neutra de la llama del soplete. La fusión adecuada del metal es fundamental, ya que si el metal está demasiado frío, no llenará completamente la forma. Sin embargo, si está demasiado caliente, el aumento de la porosidad causará problemas estructurales.

Ahora, tome el molde de yeso precalentado del horno y colóquelo en el brazo portaboten que sostiene el frasco, ubicado junto al crisol con la aleación fundida. Cierre la tapa de la máquina y deje que el brazo gire durante al menos tres minutos. La máquina comienza a girar automáticamente cuando se cierra la tapa.

Aproximadamente 420 RPM generan una velocidad de entrada en la cavidad del molde de 8,03 metros por segundo, según lo calculado mediante la dinámica de partículas macroscópica y la velocidad angular. Después de tres minutos, corte la energía de la máquina de fundición centrífuga. Luego, abra la tapa y, utilizando pinzas, retire el molde de yeso del soporte del recipiente.

Deje enfriar el molde a temperatura ambiente durante 15 a 20 minutos, hasta que el color de la aleación recupere el de su fase sólida. Luego, utilizando pinzas, sumerja el molde de yeso en el cubo de agua durante aproximadamente cinco minutos. Cuando el molde alcance una temperatura cercana a la ambiente, se habrá enfriado completamente.

Ahora, para obtener el metal reticulado dentro del molde, simplemente disuelva el molde en agua. El molde Jibsen se disolverá fácilmente en dos minutos. Ahora es posible realizar procesos posteriores, como la limpieza mediante chorro de arena, que se describe en el protocolo del texto.

Asegúrese de utilizar la presión de chorro de arena descrita, ya que los moldes son algo frágiles, especialmente la celosía de octetos de aluminio, que tiene paredes delgadas. Mediante la fabricación aditiva indirecta descrita en la sección del protocolo, se utilizaron aleaciones de aluminio y cobre para fabricar metales con celosía de octetos. El proceso de calcinación se llevó a cabo durante seis horas para fundir el patrón sacrificable.

Después del proceso de fundición centrífuga, los productos finales fueron metales con celosía octaédrica fabricados con aleaciones de aluminio y cobre. La aleación de aluminio fundido llenó completamente toda la cavidad del molde de celosía sin presentar falta de llenado. Por otro lado, la aleación de cobre fundido pareció presentar un defecto de fundición causado por la solidificación prematura en la etapa inicial de inyección del metal fundido en la entrada.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión del efecto de los parámetros del proceso sobre el llenado de metal fundido en microcavidades celulares, mediante la fabricación indirecta de metales con estructura reticular utilizando fundición centrífuga. Tras su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de los metales reticulados exploraran la fabricación indirecta, combinando la impresión 3D de polímeros con la fundición centrífuga.