Summary
원심 주조와 중합체의 3 차원 인쇄를 불러 간접 첨가제의 제조 방법은 0.5 mm의 벽 두께 5mm의 단위 셀 길이를 갖는 제조 3 차원 옥 테트 트러스의 금속 (알루미늄 및 구리 합금)에 대해 설명한다.
Abstract
3D 격자 금속을 제조하는 전형적인 방법 중 하나는 선택적 레이저 용융 (SLM) 및 전자빔이 (EBM) 용융으로 직접 금속 첨가제 제조 (AM) 공정이다. 잠재적 인 처리 능력에도 불구하고, AM 직접적인 방법은 높은 비용, 최종 생성물의 불량한 표면 마무리 제한 재료의 선택에있어서, 높은 열 응력 및 부품의 이방성 특성과 같은 몇 가지 단점이있다. 우리는 3 차원 격자 금속을 제조하는 비용 효율적인 방법을 제안한다. 예 옥텟 트러스 5 mm의 단위 셀 길이의 셀 벽 두께를 갖는 알루미늄 및 구리 합금으로 만들어진,이 연구의 목적은 복잡한 형상의 얇은 두께를 갖는 3 차원 격자 금속의 제조에 대한 상세한 프로토콜을 제공하는 것이다 0.5 mm의. 전반적인 실험 절차 8 개의 섹션으로 분할되어, 희생 패턴 (a) 3 차원 프린팅 (b)지지 물질 (c) 지지체 물질의 잔류 물을 제거 아웃 용융 (d) 패턴 assemblY (E) 투자 (f)는 최종 제품에 대한 희생 패턴 (g) 원심 주조 (시간) 후 처리의 레코딩 아웃. 제안 간접 AM 기법은 초경량 금속 격자를 제조 할 가능성을 제공한다. 예를 들어, 격자 구조의 Al 합금. 이는 공정 변수가 적절히 간접 AM 기술에 의해 옥텟 트러스 금속의 최종 생성물을 관찰 재료, 격자 구조에 따라 조절되어야 함을 보인다.
Introduction
셀룰러 금속은 고체 스트럿 또는 판의 상호 연결된 네트워크로 구성 금속이며, 1 공극 복잡한 마이크로 아키텍처를 가지고있다. 예는 모두 I) 임의로 구조 확률 발포체를 포함 II)의 주기적 2 차원 넓어짐과 3 차원 격자 형 트러스 구조를 지시. 그들은 그들의 높은 비 강성과 강도 1-3과 높은 비 탄력성 4-5, 충격 하중 6, 음향 절연 7, 열 dissipaters 및 열교환 기 (8)의 가능한 디자인에 대한 우수한 에너지 흡수에주의를 받았습니다. 특히, 주기적으로 정렬 격자 구조 내부 다공성 네트워크 구조를 제어하는 기능이 우수한 특성을 설계 할 수있는 잠재력을 가지고있다.
그들의 복합 다공성 내부 네트워크 구조로, 종래의 서브 트랙 티브 machinin 금속을 사용하여 세포를 제조하기가 어렵다지. 이러한 연구 결과는 세포 금속을 제조하는 다른 방법을 찾고 시작으로 : 액체 금속의 가스를 형성 또는 발포제와 금속 분말을 혼합 확률 금속 형태 (9)를 제조 탐구 하였다. 인해 셀 토폴로지 제어의 부족, 그 기계적 특성을 조정하기 어렵다. 또한, 정기적으로 주문 휴대 금속의 제조 방법을 탐구했다 : 정기적 인 구조 (10)를 생성하도록 결합 다음에 물결 모양으로 금속의 얇은 시트를 스탬핑, 접합 섬유 (13)를 제조하는 금속 시트 (11), 압출 (12), 직물 및 타오르는 금속 필라멘트를 슬롯. 이러한 제조 방법은, 반복 패턴을 제공하는 경우에도 패턴은 여전히 평면 방향으로 제한된다. 3D 패턴의 반복을 생성하기위한 노력의 일환으로, 연구자들은 첨가제 제조 (AM) 사용하기 시작, 예를 선택적 레이저 용융 (SLM) (14), 전자빔 용융 (EBM)
금속 주조에 기초하여 중합체 AM 결합하면 격자 금속을 제조하는 대체 방법을 제공 할 수있다. 하나는이 "간접 AM"을 호출 할 수 있습니다. 경유 AM 위에서 언급 한 금속의 직접 AM의 기술적 과제를 해결하기위한 솔루션을 제공 할 수있다. 여러 가지 노력은 엄마왔다샌드 분말과 함께 격자 합금 22-25 모래 캐스팅을 제조하기 위해 예를 들면, 융착 모델링 (FDM)과 결합 인베스트먼트 주조, 드 간접 중력 기반 주조 22-25로 중합체의 3D 인쇄 함께 AM하여 격자 금속을 제조 오전 23 기반. 그들은 격자 구조 금형 25 ~ 26의 날카로운 모서리와 네트워크 구조를 만날 때 용융 금속의 급격한 응고에 의한 misrun 및 기공 - 중력을 기반으로 캐스팅 극복하기 위해 기술적 인 도전을 계속 나타납니다. 격자 형 구조의 상대적으로 큰 표면 영역은 조기 고화 25-26 결과, 급격한 냉각에 기여하는 것으로 보인다.
3 차원 인쇄 희생 중합체 격자 패턴으로 이루어지는 격자 형의 캐비티 원심 주조 - 본 연구는 격자 금속의 제조시 misrun을 극복 할 수있다 다른 간접 AM을 제안한다. 우리는 디지털을 사용광 처리 (DLP) Al 및 구리 합금의 원심 주조 하였다 격자 구조 희생 패턴을 구축하는 기반 3D 인쇄 방법. 이 연구의 목적은 복잡한 형상의 얇은 두께를 갖는 3 차원 격자 금속의 제조에 대한 상세한 프로토콜을 제공하는 것이다. 이 프로세스의 주요 기여는 격자 금속을 제조하기위한 낮은 제조 비용을 갖는 물질의 선택을 확장 할 수있는 기회를 제공하는 것이다.
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Protocol
실험 1. 계획
- 도 1에 도시 된 바와 같이, 희생 패턴 (a 탕구 시스템 옥텟 트러스 구조) 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 소프트웨어를 이용하여 그리기와 STL 파일 포맷과 CAD 모델을 저장한다.
주 : 희생 패턴 결국 용융 주조 될 탕구 시스템 옥텟 트러스 구조의 통합 패턴이다. 희생 패턴이 옥텟 트러스 구조와 스프 루 시스템을 모두 포함하기 때문에, 그것은 정확히 옥텟 트러스 자체를 나타내지 않습니다. 희생 패턴의 STL 파일이 제공된다. 금속 '질량을 계산하기 위해 사용되는 CAD 소프트웨어에 의해 제공되는 상기 희생 패턴의 양을 기록한다. - 패턴을 인쇄하기위한 3 차원 프린터에 연결된 3D 인쇄 소프트웨어에 희생 패턴의 CAD 도면을 연다.
- 3 차원 프린터는 왁스로 만들어진만큼 UV 경화형 / 스트 아크릴 플라스틱 및 지지체 물질이 있는지 확인프린터 카트리지입니다.
희생 패턴 2. 제작
- 옥텟 트러스 구조와 3 차원 프린터 (- C도 2a)를 이용하여 탕구 시스템 이루어진 희생 패턴 제조.
참고 : 2.1.3의 프로세스 - 지원 자료를 생성하지 않는 3D 프린터를 사용하는 경우 2.1.7은 필요하지 않습니다.- 희생 패턴 (그림 2A)를 인쇄하는 3D 프린터로 희생 패턴의 STL 파일을 전송합니다.
- 2 시간 (도 2B)에 대한 - (70 ℃ 60), 지지체 물질의 용융 온도 이상의 오븐에서 희생 패턴의지지 재료를 용융.
참고 : 지원 물질을 제거하는 온도가 너무 높은해서는 안됩니다. 그렇지 않으면, 상기 희생 패턴에 손상을 줄 수있다. 희생 패턴은이 연구에서 약 80 ℃에서 손상하기 시작합니다.
주 : 지원 절의 용융 온도t 물질은 다른 지지체 물질을 사용할 수있다 3 차원 프린터에 따라 달라진다. - 2.5 L에 베이비 오일을 위로 디지털 초음파 세척기를 작성, 클리너가 포함 할 수있는 최대 볼륨 (그림 2C).
주 : 왁스와 같은 지지체 물질의 잔류 물을 용해 베이비 오일을 사용하는 3 차원 프린터의 공급자가 권장되었다. - 디지털 초음파 세척기로 희생 패턴을 넣고 청소기 (그림 2C)의 전원을 켭니다. 희생 패턴이 완전히 기름에 침수되어 있는지 확인합니다.
- 40 분 동안 65 ℃ (그림 2C)에서 오일에 희생 패턴을 찍기에 의해지지 물질의 잔류 물을 제거합니다.
- 지지체 물질이 완전히 제거되면 청소기에서 희생 패턴을 꺼내.
- RT (~ 20 ℃) (그림 2C)에서 팬 희생 패턴 건조 있습니다.
참고 : 약 2 시간 소요희생 패턴의 표면에 오일까지 완전히 건조된다. 표면이 끈적하지 않은 경우, 상기 희생 패턴이 완전히 건조되도록 고려한다.
금형 3. 제작
- 패턴 어셈블리
- 희생 패턴 (스프 루 시스템과 옥텟 트러스)에 고무 가스켓을 부착하고 6.35 cm의 높이 6.35 cm (그림 2D)의 직경의 실린더 형 플라스크의 바닥에 배치.
참고 : 각 금속 주조 두 플라스크를 준비; 알루미늄 및 구리 합금. - 더블 체크 희생 패턴 고무 개스킷 완전히 플라스크의 바닥에 부착된다.
- 그 과정은 다음 섹션에서 설명 될 것이다 투자 분말 - 물 혼합물은 플라스크로부터 누출되지 않도록 덕트 테이프로 감싸 플라스크.
- 희생 패턴 (스프 루 시스템과 옥텟 트러스)에 고무 가스켓을 부착하고 6.35 cm의 높이 6.35 cm (그림 2D)의 직경의 실린더 형 플라스크의 바닥에 배치.
- 투자 금형의 제조
- 투자 분말을 준비 (CASO 4 3) 87.16 ml 인 것을 89g,의. 투자 분말을 계량 규모를 사용합니다.
주 : 투자 분말의 물성을 표 1에 나타내었다. - 믹싱 그릇 (1 L)에 투자 분말을 따르십시오.
- 믹싱 그릇에 물 (114 ml)에 따르십시오. 물의 부피를 측정 비커를 사용한다.
- 3 분 동안 그릇에 물과 투자 가루를 섞는다. 투자 분말 - 물 혼합물에는 덩어리가 없어 질 때까지 잘 섞는다. 그렇지 않으면, 투자 금형의 불량 표면 품질의 원인이 될 수 있습니다. 도 3에 도시 된 바와 같이, 워크 플로우를 따른다.
- 기포가 육안 (도 3)와, 혼합물을 볼 수 없을 때까지 90 초 동안 진공 챔버에서 그릇을 혼합물 중에 기포를 제거하기 위해 배치.
- 희생 패턴 및 고무 가스켓 (도 2e)을 매립 플라스크에 혼합물을 붓는다.
- FLA는 배치혼합물을 (도 3)의 내부에 기포가 잔류 물을 제거하기 위해 90 초 동안 다시 진공 챔버 내에서 케이.
- 이 RT (그림 3)에서 경화 될 때까지 플라스크 내부의 혼합물을 건조.
주 : 일반적으로는 약 10 소요 - 혼합물을 실온에서 경화 될 때까지 15 분. - 혼합물을 (도 3) 경화 후 플라스크 내의 혼합물의 하단 플라스크 고무 가스켓을 제거한다. 이 제품은 석고 몰드 호출 할 수 있습니다.
- 투자 분말을 준비 (CASO 4 3) 87.16 ml 인 것을 89g,의. 투자 분말을 계량 규모를 사용합니다.
- 태워
- 2.1 ℃ / 분에서 150 ° C에 23 (그림 4) 가열 가열을 다음과 일정을 냉각하는 동안 노에 화상 아웃 시간을 설정; 3.7 ℃ / 분에서 370 C 150; 1.85 ℃ / 분에서 480 ℃로 370; 4.17 ℃ / 분에서 730 C 480; 1 시간 동안 730 C; -4.17 ℃ / 분에서 480 ℃로 (730)를 냉각.
참고 : 번 아웃 var에 시간을플라스크의 크기 이거 야. 본 연구에서는 6 시간에 번 아웃 시간을 설정합니다. - 노 (그림 2 층)에서 석고 몰드를 놓습니다.
- 노 켜고 석고 몰드 내부의 희생 패턴을 제거하기 위해 노에서 온도를 증가시킨다. 그림 4의 온도 조건을 따릅니다.
주 : UV 경화 / 주조 아크릴 수지는, 상기 희생 패턴의 재료, 열경화성 아크릴계 중합체 수지이기 때문에,이 유동하지 않고 노 내의 기체 상으로 분해된다.
- 2.1 ℃ / 분에서 150 ° C에 23 (그림 4) 가열 가열을 다음과 일정을 냉각하는 동안 노에 화상 아웃 시간을 설정; 3.7 ℃ / 분에서 370 C 150; 1.85 ℃ / 분에서 480 ℃로 370; 4.17 ℃ / 분에서 730 C 480; 1 시간 동안 730 C; -4.17 ℃ / 분에서 480 ℃로 (730)를 냉각.
- 원심 주조 (그림 2G)
- 원심 주조 기계의 팔은 원심 주조 기계의 전원을 켠 후 회전 속도계를 사용하여 425 rpm으로의 각속도로 회전 있는지 확인합니다.
- 150 그램 합금을 용융 저장할 수있는 두 개의 세라믹 도가니를 준비합니다. 전자에 오염되는 것을 유지하기 위해 알루미늄과 구리 합금에 대한 별도의 도가니를 사용하여ACH 다른.
- 원심 주조 기계의 전원을 켭니다.
- 길이 20mm - 금속 커터를 사용하여, 10 개로 합금 들어온다. 완전히 용적 희생 패턴과 같아야 몰드 캐비티를 채울만큼을 준비한다.
주 : 몰드 캐비티의 동일한 부피를 작성하기 위해 필요한 금속의 질량에 대한 각 금속 농도를 변화 고려 달라진다. - 난연 옷, 장갑, 고글을 착용 할 것. 실온에서 물 한 양동이 (30 L)를 준비합니다.
- 3.3 절에 일시적으로 아웃로의 석고 주형을 플라스크 크래들에 설치하고, 원심 주조 기계 (그림 5)의 팔을 균형.
- 주조하기 전에 다시 482 ° C까지 가열로 및 예열 최대 석고 몰드를 놓습니다.
- 도가니 홀더 (그림 5)에서 도가니를 놓습니다.
- 도가니에 다진 합금을 넣습니다.
- 산소의 밸브를 열고탱크는 산소 - 아세틸렌 토치 접속 및 96.5 kPa로 (14 PSI)의 탱크 내의 압력 레벨을 유지한다.
- 라이터와 산소 - 아세틸렌 토치 착화 가스의 혼합을 조절하여 화염의 세기를 제어한다.
참고 : 산소 아세틸렌 토치를 사용할 때주의가 필요하다. 토치의 최대 온도는 약 1200 ° C이다. - 합금이 완전히 액체가 될 때까지 도가니의 성화와 다진 합금 (Al 합금 또는 구리 합금)을 용융.
- 다진 합금이 완전히 용해 될 때까지 탄소 막대와 도가니의 합금을 교반한다.
- 다시 다음 용융 합금 (그림 5)를 포함 도가니에 플라스크 크래들의 석고 몰드를 놓습니다.
- 원심 주조 기계의 덮개를 닫습니다 원심 팔의 회전을 허용하고 3 분 이상 기다립니다.
주 : 원심 주조기 즉시 주조기의 덮개가 폐쇄로 작동 시작한다. 원심 팔희생 패턴의 금형 캐비티에 유입 속도에 대응하고 425 rpm의 속도로 회전 브이 R = 8.03 m / 입구-속도가 각도에서 육안 입자 역학을 사용하여 계산도 5 초 28 29 원심 주조의 속도는 29, 28를 팔. - 팔의 3 분 회전 후 원심 주조 기계의 전원을 끄십시오.
- 주조 기계의 커버를 엽니 다.
- 집게를 사용하여 플라스크 받침대에서 석고 몰드를 가져 가라.
- 합금 용탕의 색이 고체상 원래 하나로 될 때까지 20 분 - 15 RT에서 금형을 유지.
- 집게를 사용하여 약 5 분 동안 RT에서 버킷 (30 L)에 넣고, 물에 석고 주형을 급냉. 석고 몰드의 온도가 담금질 후 RT 가까이 있는지 확인합니다.
- 주형 내부 금속 격자를 얻기 위해서는, 용해물에 곰팡이. 석고로 만든 금형은 물에 쉽게 녹는다.
옥 테트 트러스 금속의 최종 제품에 대한 처리 4. 포스트
- 모래를 분사의 전원을 켭니다.
- 모래를 분사하는 내부의 플랫폼에서 옥텟 트러스 금속을 놓고 기계의 문을 닫습니다.
- 장갑에 넣고 모래를 분사하는 권총을 잡아.
- 상기 금속 제품의 탕구 부분을 잡고 2 시간 용 모래를 분사하여 격자 금속 잔류 석고 불어.
참고 : 모래를 분사의 강도는 자동으로 550 kPa의 대략 고정되어있다. 모래를 분사가 조작되면, 그 공기는 권총 자동 나온다. - 옥텟 트러스 금속 내부의 투자 석고 잔류 물이 완전히 육안으로 확인하면서 제거 될 때까지 모래를 분사하는 실행 상태로 유지.
참고 : 석고 잔류 물 제거에 미세한 기준이 없습니다. 이는 본 연구의 범위를 벗어납니다. 티석고 잔류 그 제거가 용이하게 육안으로 판정한다. 옥텟 트러스는 개방 셀 구조이므로 통해보고 석고 잔사를 완전히 제거되어 있는지 아닌지를 확인하는 것이 가능하다.
주 :주의 높은 압력 (550 kPa의)에서 얇은 벽 두께 (0.5 mm)으로 옥텟 트러스 금속을 손상시키지 모래를 분사하기 위해 필요하다. - 옥텟 트러스 금속 내부 투자 석고 잔류 물을 모래를 분사 완전히 제거되지 않는 경우, 추가로 후 처리 방법을 사용하여, 예를 들면, 초음파 세정 또는 제품을 떠나는 물 하루.
- 초음파 세정기를 사용하는 경우, 초음파 세정기에 0.7 L의 물을 충전하고, 초음파 세정기 석고 잔사 옥텟 트러스 금속 놓는다.
- 초음파 청소기의 전원을 켭니다.
- 예를 들면, 70 ° C에서 3 시간, 동작 상태를 설정한다.
- 한 번 번째 초음파 세척기에서 옥텟 트러스 금속을즉 동작은 종료한다.
- 금속 표면에 물 때까지 RT에서 옥텟 트러스 금속을 건조하는 것은 완전히 제거됩니다.
- 다른 후 처리 방법으로서, 물 옥텟 트러스 금속을 떠난다. 이는 물에 용해되는 석고 잔류시킨다.
- 물 석고 잔기로 옥텟 트러스 금속을 놓고 투자 석고와 금속 표면과의 결합력이 물에 약하게되도록 하루두고.
- 물 밖으로 옥텟 트러스 금속을 가져 가라.
- 금속 표면에 물 때까지 RT에서 옥텟 트러스 금속을 건조하는 것은 완전히 제거됩니다.
- 톱 또는 다른 적절한 도구를 사용하여, 금속 제품에서 탕구 시스템 부분의 캐비티를 충전 금속을 절단하여도 1b에 도시 된 바와 같이, 25mm X 25mm X 25mm의 크기를 갖는 최종 옥텟 트러스 금속을 얻었다.
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Representative Results
도 1에 도시 된 바와 같이, 프로토콜 절에 설명 된 간접 첨가제 제조를 사용하여, 알루미늄 및 구리 합금은, 제조 옥 테트 트러스 금속에 사용 된 전체의 주조 과정을도 2에 요약 된 절차 여덟 섹션으로 구성.. (a) 희생 지지체 물질 (c) 지지체 물질 (d) 패턴 어셈블리 (E), 희생 패턴 (g) 원심 주조, 및 (H)의 투자 (F)의 연소 중에 잔사를 제거한 패턴 인쇄 (b) 용융 아웃 포스트 처리. 도 3에 도시 된 바와 같이 투자 혼합 공정은 투자 물 혼합물에는 덩어리가 없었다 있는지 확인하기 위해 수행되었다. 레코딩 제한 방법은 희생 패턴을 용융 6 시간 행했다 도면에 도시 된 바와 같이 원심 주조 공정 (그림 2G 및 그림 5) 다음 4. 6도알루미늄 및 구리 합금으로 옥텟 트러스 금속의 최종 제품을 보여줍니다. 이는 용융 Al 합금이 완전히 misrun 않고 전체 격자 몰드 캐비티를 채우는 것을 보여준다. 한편, 용융 된 구리 합금은 입구에서의 용융 금속의 주입의 초기에 조기 고화 주조 결함이 나타난다.
그림 1. 스프 루 시스템과 옥 테트 트러스 구조의 도식. 도 1은 본 연구에서 사용 된 탕구 시스템 옥텟 트러스 구조의 희생 패턴의 개략을 나타낸다. 탕구 시스템은 1mm 두께의 시트를, 25mm의 폭과 높이가 10 mm이고 직경이 6mm 인 필러로 구성된다. 필요한 경우 탕구 시스템은 액체 금속 나은 유동성 디자인, CAD 소프트웨어를 사용하여 수정 될 수있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 2 원심 주조 절차 간접 AM 개요 : (A) 패턴 인쇄 (B) 용융 아웃 지지체 물질 (C) 지지체 물질의 잔사의 제거를 (D) 패턴 어셈블리 (E) 투자 (F) 점화 희생 패턴 (G) 원심 주조하고, (H) 후 처리의 -out. 이 그림은 원심 주조 간접 AM을 사용하여 옥텟 트러스 금속 제조의 모든 과정을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
전자 3 "SRC ="/ 파일 / ftp_upload / 53605 / 53605fig3.jpg "/>
그림 석고 몰드의 제조 3. 작업 일정. 그림 3은 석고 몰드와 플라스크를 강화하는 절차의 준비를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
석고 몰드 내부 희생 패턴의 그림 4. 굽기 아웃 일정. 그림 4는 강화 된 혼합물 내부의 희생 패턴의 번 아웃 프로세스를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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. 메인 샤프트,베이스, 캐스팅 팔, 무게, 플라스크 크래들, 팔, 도가니 홀더를 잡고 플라스크 크래들 및 도가니 들고 팔 : 원심 주조 기계의 그림 5. 회로도는 원심 주조 기계를 구성하는 8 개의 구성 요소로 구성되어 있습니다. 케이싱 암은 주조 팔을 따라 가중치를 이동 균형이다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
옥 테트 트러스 금속 그림 6. 최종 제품 : (A) 알와 (B) 구리 합금과 옥 테트 트러스 구조. 그것은 옥텟 트러스 Al 합금에 완료 상당히 좋은 수준을 보여줍니다. 한편, 완료 불량 정도는 옥 테트 트러스 Cu 합금으로 관찰된다.파일 / ftp_upload / 53605 / 53605fig6large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 재산 | 값 [단위] |
| 20 ° C에서의 밀도 | 1019 [kg / m ^ 3] |
| 20 ° C에서 열 전도성 | 0.47 [W / (m의 *의 K)] |
| 20 ℃에서의 열팽창 계수 | 7.22E-6 / ° C] |
| 거 | 2.72E-6 [m] |
투자 분말 표 1. 속성.이 표는 본 연구에 사용 된 투자 분말의 물리적 특성을 나타낸다.
| 40 ml의 물 100g 분말 | |||||||
| 플라스크 직경 | 신장 | ||||||
| 5.08 cm | 6.35 cm | 7.62 cm | 8.89 cm | 10.16 cm | 12.7 cm | 15.24 cm | |
| 6.35 cm | 226.8 g 91 ml의 | 283.5 g 114 ml의 | 340.19 g 136 ml의 | 396.89 g 160 ml의 | 453.59 g 183 ml의 | 566.99 g 228 ml의 | |
| (위 그림 - 투자 분말 (g), 아래 그림 - 물 (㎖)) | |||||||
| 참고 : 본 연구에서 6.35 cm 높이 및 6.35 cm 직경의 플라스크를 사용한다. | |||||||
표 2. 변화하는 물과 투자 분말의 조건을 혼합플라스크 사이즈 :이 테이블은 제조사 권장 가변 플라스크 크기 투자 가루와 물을 혼합 상태를 나타낸다. 이 연구에서 6.35 cm 높이 및 6.35 cm 직경의 플라스크를 사용한다.
| Al 합금의 (a) 화학 조성물 | |||
| 자료 | 단위 | ||
| 알루미늄 합금 | 화학적 구성 요소 | ||
| 알 | CR | ||
| 최대, 최소. | > 99 | <0.05 | |
| (b) Al 합금의 물성 | |||
| 재산 | 단위 | ||
| 액상 | 660 ° C | ||
| 660 ° C | |||
| 밀도 | 2340 [kg / m ^ 3] @ 850 ° C | ||
| 비열 | 1090 J / kg ∙ ° C | ||
| 열 전도성 | 850 ° C @ 0.9428 [W는 / (C ° cm의 *)] | ||
| 점도 | 0.00087 [아빠 ∙ S] @ 850 ° C | ||
| 표면 장력 계수 | 900 [N / mm] | ||
. 알루미늄 합금 (30) 표 3 화학 성분과 물리적 특성 : Al 합금과 알루미늄 합금의 (b)의 물리적 특성의 (a)는 화학 성분.
| Cu 합금의 (a) 화학 조성물 | |||||||||||||
| 자료 | 단위 | ||||||||||||
| 구리 합금 (보석 청동) | 화학 성분 (% 최대, 평균의 범위로 표시하지 않은 경우) | ||||||||||||
| 구리 | 시 | 아연 | 마그네슘 | 납 | |||||||||
| 최대, 최소. | 91.9 | 4 | 4 | 0.25 최대 | 0.25 최대 | ||||||||
| (b) Cu 합금의 물성 | |||||||||||||
| 재산 | 단위 | ||||||||||||
| 액상 | 1035 ° C | ||||||||||||
| 상선 온도 | 1005 ° C | ||||||||||||
| 밀도 | 7200 [kg / m ^ 3] 1200 ° C @ | 비열 | 380 J / kg ∙ ° C | ||||||||||
| 열 전도성 | 1.44 [W / (cm의 *의 ℃)] 1200 ° C @ | ||||||||||||
| 점도 | 0.0038 [아빠 ∙ S] @ 1200 ° C | ||||||||||||
| 표면 장력 계수 | 1500 [N / mm] | ||||||||||||
. 구리 합금 (30) 표 4 화학 성분과 물리적 특성 : Cu 합금 및 구리 합금의 (b)의 물리적 특성의 (a)는 화학 성분.
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Discussion
종래 금속 주조 들어, 부드럽고 몰드 캐비티 '층류'의 간소화, 용탕의 흐름을 유지하고 오히려 일반적 난류 (27)에서 관찰되는 요철 교반 흐름을 방지하는 것이 중요하다. 따라서, 적절 격자 몰드 캐비티 "층류"내부 용탕의 흐름을 유지하는 원심 아암의 회전 속도와 관련된 탕구 시스템의 입구를 설계하는 것이 중요하다.
이 연구에서, 프로토콜의 중요한 단계는 물, 희생 패턴의 소손과 투자 분말을 혼합하고, 원심 주조법이다. 석고 몰드의 품질은 주로이어서 옥텟 트러스 금속의 최종 제품의 완성의 정도를 좌우하는이 프로세스에 의해 제어되기 때문에 물과 투자 분말의 혼합 방법이 중요하다. 예컨대, 투자 - 물 혼합물이 너무 거칠 경우에는, 표면 roughnESS는 최종 제품의 불량 표면 처리의 결과로 높아진다. 희생 패턴의 레코딩 제한 방법은 희생 패턴이 완전히 연소되지 않는 경우, 상기 희생 패턴의 잔기는 misrun 금속 침투 등의 주조 결함을 유발하기 때문에 최종 제품의 품질을 결정하는 것도 중요하다. 마지막 주요 단계는 원심 주조 과정이다. 캐스팅에 대한 적절한 설정이 완전히 복잡한 네트워크 형태의 옥텟 트러스 구조와 투자 금형 캐비티에 액체 금속을 작성해야합니다.
동일한 처리 조건에서,도 6에서 알 수있는 예. 같이, 유입 속도, 용융 금속 금형의 예열 온도의 입구 온도는 Cu 합금 벽 두께 격자 몰드 캐비티의 조기 고화를 도시 0.5 mm의 (도 6의 (b)). 이것은 높은 표면 장력 (1500 N / mm) 및 높은 점도 (0.00038 파 · S)에 의해 발생되는 것으로 생각된다격자 몰드 캐비티의 마이크로 채널을 통해 Cu 합금. 한편, 상기 용융 알루미늄 합금의 비교적 낮은 표면 장력 계수 (900 N / mm) 및 점도 (0.00087 파 · S)가 완전히 옥텟 트러스 격자 몰드 캐비티를 채울 수 있음을 보인다. 용융 금속의 유동 방향으로의 급격한 변화와의 마이크로 채널 내의 표면 장력의 영향을 극복하기 위해, 얇은 벽 두께 3D 네트워크 격자 구조 주조 용탕 최적 유입 속도를 찾는 추천 몰드 캐비티 구조 격자.
용융 금속의 표면 장력의 효과는 본 연구에서이 격자 캐비티 금형 형상이 적용될 수 얇은 채널에서 지배적 인 것으로 알려져있다. 이는 두꺼운 벽 두께 이전 작업 28-29에서 설명한 바와 같이 원심 주조 높은 사출 속도와 격자 Cu 합금을 제조하는 것이 가능하다.
직접 AM 방식의 SUCSLM 및 EBM 같은 시간은 경량 3D 격자 금속 가능한 제조 방법이 고려되고있다. 그러나 직접 오전 방법은 재료 선택에 제한 될 것으로 보인다. 예를 들어, 현재의 기술은 EBM의 Ti-6AL-4V 및 인코넬 (31)에 한정된다. 항공 및 바이오 임플란트 애플리케이션 알루미늄의 광범위한 사용에도 불구하고, 예를 들어,이 기술을 사용하여 제조되는 것은 아니다. 이론적으로는 공정 변수의 가까운 제어를 통해 다른 분말 금속에 직접 AM을 확장 할 수도 있습니다. 그러나, 실제적으로 직접 AM 높은 광 반사율 및 높은 열전도율 등., 알루미늄 금속 분말과 부품의 제조에 어려움이보고되어있다. 또한, 빌드 챔버 내부 증발 및 폭발 가능성이 알루미늄 분말 (31)에 대해 발행되고있다.
이 금속 곳과 격자 구조를 제조 할 수 있기 때문에 제안 된 간접 AM 기술이 중요직접 오전 방법은 금속의 선택의 범위를 확대하여 직접 및 간접 모두 AMS와 3D 격자 금속의 전체 생산 능력을 힘을 실어 결과, 어려움을 경험한다. 또한, 원심 주조,이 연구의 단계 인해 금형 캐비티 내에 용융 금속의 비교적 동일한 확산 금속 부품의 등방성 특성을 제공하는 것으로 알려져있다. 이 적층 제조 및 곡물 20 ~ 21의 이방성 형성 모두에 의한 이방성에 직접 AM의 현재 문제를 해결할 수 있습니다.
함께 격자 형상에 공정 변수의 효과에 대한 연구와의 간접 AM 다른 금속을 탐험하는 것은 우리의 미래 작업에 남아있을 것입니다.
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Acknowledgments
이 연구는 노스 텍사스 대학의 연구 및 경제 개발을위한 부사장의 연구 개시 그랜트 (RIG) (UNT)의 지원을 받았다. 저자는 부분적으로이 연구를 지원하기위한 KCIS (주) 감사합니다. 이 책의 성공에 UNT에서 PACCAR 기술 연구소의 지원은 대단히 감사합니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Motorized centrifugal casting machine | Rey Motorized Centrifugal Casting Machine, Rey Industries Inc. | Made in U.S.A. by Rey industries, Inc. Dallas, TX 75220 | |
| Gypsum powder | Satin Cast 20, FindingKing Kerr | 7960 | Gypsum powder is used to make the investment mixture |
| Ployjet 3D printer | Projet HD3500 Plus, 3D Systems | This polymer based 3D printer to print out sacrificial pattern for casting. | |
| Cartridge materials - UV curable and castable acrylic plastic | VisiJet Procast, 3D Systems | This is castable material that is going to be burn out before casting | |
| Cartridge materials- support material | VijiJet S300, 3D Systems | This is support material that is going to be removed before pattern assemble | |
| Ancient Bronze Casting Grain | Rio Grande | 706051 | This true bronze grain contains no zinc. Highly fluid, it melts quickly, casts cleanly and provides a good balance between strength and durability. The warm, deep-bronze color has rich red undertones, and the alloy takes a good patina. Composition is 90% copper with an amount of tin; fits into the CDA#90700 category. This grain is sold in 1 lb. packages. |
| Aluminum Round Wire, 1/8", 1-Lb. Spool, Dead Soft | Rio Grande | 134700 | Lightweight and strong, aluminum wire is an economical and versatile choice. Not as bright-white as silver, aluminum offers a warmer tone much like that of platinum. Solder ONLY with low-temp solders such as Stay-Brite; suitable for both pulse-arc and laser welding. This quality aluminum wire is packaged on 1 lb. spools. |
| Computer aided design software (Pro-e) | This software can be replaced with the others such as Auto CAD, Catia, and so on. | ||
| ProJet Finisher 1-A | 3D Systems | This machine is used to melt the support material. | |
| 160 Watt 2.5 Liters Digital Ultrasonic Cleaner with Timer Heater Rings Tools | Chicago, Electric, Power Tools | 85 oz. capacity, Five cleaning cycles: 90, 180, 280, 380 and 480 seconds, Clean with or without heat, Easy-to-read LED digital timer, Clear-view window | |
| Fan | Honeywell Inc. | HT-800 | 120 V A.C., 60 Hz., 0.85 A. TP |
| Paraffin wax for wax sheet - Modeler's Pink Wax Sheet, 3" by 6", 24-Ga. | Rio Grande | 700075 | Sheet wax is flexible and can be cut or formed into any shape. It’s ideal for designing since you can draw or trace directly onto the sheet; choose green or pink depending on which will best show your designs. High manufacturing standards ensure exceptional consistency and significant price savings. Value is enhanced by larger package quantities at the same price as the smaller packages available elsewhere. Each 8-oz. package contains approximately 30 sheets. |
| Paraffin wax for wax stick - Modeler's Medium Red Sprue Wax, 8-Ga | Rio Grande | 700741 | A pliable, softer sprue wax than the firm blue. Good for forming gates and sprues and burns out cleanly with no residue. |
| Alcohol Lamp | Rio Grande | 700008 | Use this lamp to heat wax-working tools or as a flame polisher. The heavy glass reservoir has faceted sides to allow it to be tipped for angling the flame. A screw adjustment for the 7" x 3/16" wick controls the height of the flame. A safety cap snuffs the flame and prevents fuel evaporation. For the best flame, use methyl alcohol fuel. Replacement wicks available. Reservoir holds 5 oz. (150 ml) of fuel. |
| Wax carving tool set - Soft Grip Wax Carvers, Set of 10 | Rio Grande | 700329 | This boxed set offers the best in cutting and shaping technology. Each of these ten high-quality steel wax-carving tools features a 5/16" PVC covered handle that ensures a sure, comfortable grip through hours of work and all have sharp edges for shaping and fine detailing. Sharpen or custom-shape each tool to fit your needs. These tools provide exceptional tool strength and deliver excellent results. This set comes in a hinged, foam-lined wood box. |
| Rubber Mixing Bowl, 1 - 1/2 Qt. | Rio Grande | 702131 | This highly-flexible vulcanized rubber bowl is easy to grip, will not be marred by a spatula and cleans with ease. |
| Pyrex Beaker, 1,000ml | Rio Grande | 335040 | Ideal for holding and heating bath plating solutions, this genuine Pyrex glass beaker is sturdy and durable. |
| Rio Premium Stainless Steel Flask, 2 - 1/2" dia. | Rio Grande | 70201514 | This solid, #304-quality stainless steel flask is corrosion-resistant, durable for a long service life and performs under extreme temperature without distortion. |
| CAST/T Ceramic Casting Crucible, 450 g | Rio Grande | 705047 | Made exclusively for the CAST/T centrifugal casting machine, this crucible is designed with an angled base that slides into the hinged bracket on top of the casting machine. This brings the crucible into perfect alignment with the center of the flask ring to ensure an error-free pour. |
| MyWeigh iBalance 300 Digital Scale | Rio Grande | 116850 | This scale is used to measure the weight of the sacrificial and sprue system for metal which is going to be used for centrifugal casting. |
| Rubber bottom - CAST/T Flask Ring Base | Rio Grande | 705025 | Specially made for the CAST/T centrifugal casting machine, this rubber base accommodates all Table King flask ring styles, creating a secure, airtight seal throughout the investment process. The center post fits either of the wax disc styles for complete versatility. |
| Scotch® Colored Duct Tape, 1 7/8" x 20 Yd., Blue | OfficeMax | 22353766 | This scotch tape is used to make sure that the gypsum-water mixture fully covers the assembled sacrificial pattern inside the flask by allowing for extra material above the flask height |
| Vacuum casting machine - V.I.C. 12 Tabletop Solid- and Perforated-Flask Casting Machine with The Rio Assistant, 110-Volt | Rio Grande | 70511814 | The V.I.C. 12 casting machine offers all the latest technical innovations for efficient, productive vacuum investing and casting. Designed to meet the demands of medium-sized casting operations, this machine includes a powerful 1/2 hp, 5cfm vacuum pump for effective vacuuming and outstanding casting results. The V.I.C. 12 casts small or large flasks. Includes an adapter table that accepts standard solid flasks up to 5" x 7" high and is mounted on rubber feet for stability. |
| Furnace for burn out sacrificial pattern -Rio Model 1000 Enameling Kiln with Nine Program Controller | Rio Grande | 703121 | The Rio enameling kiln features three pre-set firing temperatures for enamels and six that you can define. Use the exclusive Rio controller to set and maintain firing temperatures. Perfect for all types of enameling, including tall pieces. Includes ample space for firing and an easy-latch door that will not jar your enamels when opening and closing. Also suitable for metal clay, glass and ceramics. Galvanized steel case with high-temperature insulating firebrick keeps them cool. Element protected in recessed groove. Includes user instructions. |
| Smith Complete Little Torch Acetylene and Oxygen System | Rio Grande | 500030 | Get everything you need to equip your shop for soldering and brazing. Use Little Torch systems for gold or silver soldering, brazing and casting applications. Complete every soldering and melting job with confidence and ease! This system accepts all Little Torch accessory tips for melting, brazing and large soldering jobs and is a staple for every jeweler. |
| Heat-Resistant Safety Apron | Rio Grande | 750160 | The specially designed apron has an 800 °F (427 °C) temperature resistance. Its reflective finish repels hot metal splashes and helps insulate the wearer from heat. |
| Radnor Heat-Resistant Gloves | Rio Grande | 350050 | These flexible, heat-resistant gloves are ideal for enameling projects, allowing you to grip even small tongs securely. Blue, shoulder-split leather gloves are made of tough cowhide and lined with cotton and foam, and have reinforced thumb wings. |
| Platinum Soldering Glasses, #7 | Rio Grande | 113914 | Protect yourself and your employees when soldering platinum. Comfortable glasses feature adjustable earpieces and 52mm IR green polycarbonate #7 lenses. The #7 lens is approved by The Platinum Guild. |
| Economy Light-Duty Flask Tongs | Rio Grande | 704026 | Constructed of bent steel, these tongs are designed to handle flasks 3-1/2" or less in diameter. The small-angle notches grip smaller flask sizes and the larger, rounded contour area securely holds larger flasks. |
| Separating Screen Bucket | Rio Grande | 201360 | 15"-diameter, 11-1/2"-deep |
| Sand blaster - Econoline - 101701CB-A - Free-Standing Cabinets Workspace Width (Inch): 60 Workspace Depth (Inch): 48 | MSC industrial supply Co. | 223818 | Ree-Standing Cabinets; Workspace Width (Inch): 60; Workspace Depth (Inch): 48; Workspace Height (Inch): 40; Air Requirement: 12 CFM @ 80 psi; Overall Cabinet Width (Inch): 65; Maximum Cabinet Depth (Inch): 86 |
| Johnson's Baby Oil Shea & Cocoa Butter | Wal-Mart | 260074132 | This baby oil is used for removing the residue of the support material for the castable sacrificial pattern using Digital Ultrasonic Cleaner. |
| German 4" Saw Frame and Saw Blade Kit | Rio Grande | 110112 | Quality, German-made frames are our most popular saw frames, and this frame includes a sampler pack of Rio German saw blades! The adjustable saw frame allows you to achieve the blade tension you want. Throat depth is 102mm (4"). Saw blades have rounded backs that make cutting curves and corners easy and are made from hardened, tempered steel. |
References
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