Fabrication indireta de Malha Metals com cortes finos Usando Fundição

Summary

Um método de fabrico aditivo indirecta combinando uma impressão em 3D de polímeros com uma fundição centrífuga é delineado para o fabrico de metais treliça octeto 3D (Al e Cu ligas) com um comprimento de célula unitária de 5 mm com uma espessura de parede de 0,5 mm.

Abstract

Um dos métodos típicos para a fabricação de metais treliça 3D é o processo em metal direta manufatura aditiva (AM), tais como Selective Laser de fusão (SLM) e Electron Beam Melting (EBM). Apesar da sua potencial capacidade de processamento, o método directo AM tem várias desvantagens tais como elevado custo, acabamento de superfície pobre de produtos finais, limitação na selecção de materiais, o stress térmico elevado, e propriedades anisotrópicas de peças. Propomos um método de baixo custo para a fabricação de metais treliça 3D. O objectivo deste estudo é o de proporcionar um protocolo detalhado na fabricação de metais treliça 3D que têm uma forma complexa e uma espessura de parede fina, por exemplo, fardo octeto feito de ligas de Al e Cu possuindo um comprimento de célula unitária de 5 mm e uma espessura de parede celular de 0,5 mm. Um procedimento experimental geral é dividido em oito seções: (a) a impressão 3D de padrões de sacrifício (b) derreter-out de materiais de apoio (c) a remoção de resíduos de materiais de apoio (d) assembl padrãoy (e) investimentos (f) burn-out de padrões de sacrifício (g) de fundição centrífuga (h) de pós-processamento para os produtos finais. A técnica AM indireta sugeriu oferece o potencial para a fabricação de metais treliça ultra-leves;., Por exemplo, estruturas de rede com ligas de alumínio. Verifica-se que os parâmetros do processo devem ser adequadamente controlada dependendo dos materiais e da geometria da estrutura, observando-se os produtos finais de metais octeto do fardo através da técnica indirecta AM.

Introduction

Metais celulares são os metais composta de uma rede interligada de suportes sólidos ou placas e têm micro-arquiteturas complexas com vazios ^1. Exemplos incluem tanto i) as espumas estocásticas estruturados de forma aleatória e ii) periodicamente ordenada bidimensionais (2D) favos de mel e tridimensionais (3D estruturas de treliça) treliçadas. Eles têm recebido atenção devido à sua elevada rigidez específica e força ^1-3 e alta resistência específica ^4-5, excelente absorção de energia para a carga de impacto ^6, isolamento acústico ^7, possível desenho de dissipadores de calor e trocadores de calor ^8. Especialmente, estruturas de rede cristalina periodicamente ordenadas têm o potencial para manipular as propriedades superiores com uma capacidade para controlar a geometria da rede porosa interna.

Devido à sua geometria complexa rede porosa interna, é difícil de fabricar metais celulares usando o machinin subtractiva convencionalg. Como tal, os investigadores começaram a procurar métodos alternativos para fabricar metais celulares: formação de gás no metal líquido ou a mistura de pó de metal com agentes de expansão foram exploradas para a fabricação de formas de metal estocásticos ^9. Devido à falta de controlo sobre a topologia de células, é difícil para adaptar as propriedades mecânicas. Alternativamente, os métodos de fabricação de metais celulares periodicamente pedidos foram exploradas: carimbar folhas finas de metal em uma forma ondulada seguido de juntá-las para criar estruturas periódicas ^10, bonding fenda folhas de metal ^11, extrusão ^12, tecelagem e em chamas filamentos de metal para fabricar têxteis ^13. Embora estes métodos de fabrico oferecem padrões repetitivos, os padrões são ainda limitados na direcção planar. Em um esforço para gerar padrão de repetição 3D, os pesquisadores começaram a usar fabricação aditiva (AM); por exemplo, Selective Laser de fusão (SLM) ^14, Electron Beam Melting (EBM) 16. Apesar de sua capacidade para fabricar 3D ordenou geometrias de treliça complexos, ainda existem algumas limitações: dificuldade em utilizar metais com alta condutividade térmica e alta refletividade óptico ^17, de alta tensão residual térmica ^18, acabamento de superfície pobre com o fenômeno "balling" durante a laser ou de elétrons de fusão ^19, propriedades anisotrópicas ^20-21 de peças causadas por um efeito combinado da fabricação de camadas, formação anisotrópica de grãos, tamanho de pó, potência e velocidade de varredura de laser ou feixe de electrões ^15, alto consumo de energia, etc.

Combinando polímero AM base com fundição de metais pode fornecer um método alternativo para a fabricação de metais treliça. Pode-se chamar isso de "AM indireta". Indirecta AM pode fornecer uma solução para superar os problemas técnicos de AM directa dos metais acima mencionados. Vários esforços têm sido made fabricar metais treliça usando indireta SOU combinando impressão 3D de polímeros com gravidade baseada fundição ^22-25; por exemplo, uma carcaça de investimento combinado com modelagem por fusão e deposição (FDM) para fabricar uma liga de malha ^22-25 ou areia de fundição combinado com um pó de areia com base AM ^23. O casting base gravidade parece continuar a ser um desafio técnico para superar - misrun e porosidade causada por súbita solidificação de metais fundidos quando eles se encontram estruturas de rede com cantos afiados de moldes estruturais treliça ^25-26. Relativamente grande área de superfície de moldes estruturais treliçadas também parece contribuir para arrefecimento brusco, resultando na solidificação prematura ^25-26.

Neste estudo, propomos uma AM indireta alternativa que pode superar a misrun durante a fabricação de metais treliça - Fundição centrífuga para uma cavidade do molde treliça feita por um padrão de polímero sacrificial estrutura 3D impresso. Nós usamos uma câmera digitalLight Processing (DLP) com base método de impressão 3D para construir um padrão sacrificial estrutural estrutura seguido de fundição centrífuga de ligas de Al e Cu. O objectivo deste estudo é o de proporcionar um protocolo detalhado na fabricação de metais treliça 3D que têm uma forma complexa e uma espessura de parede fina. A principal contribuição deste processo é fornecer uma oportunidade para alargar a selecção de materiais com baixo custo de produção para a fabricação de metais treliça.

Protocol

1. Planejamento de Experimento

1. Desenhar um padrão de sacrifício (uma estrutura de treliça octeto com um sistema de sprue), utilizando software computer aided design (CAD) como mostrado na Figura 1 e salvar o modelo CAD como um formato de arquivo STL.
   Nota: O padrão de sacrifício é um padrão integrado da estrutura de armação octeto com um sistema de canal de entrada que serão, eventualmente, derretida para a fundição. Uma vez que o padrão sacrificial inclui tanto a estrutura de armação octeto e o sistema de canal de entrada, não representar exactamente o próprio fardo do octeto. Um arquivo STL do padrão de sacrifício é fornecido. Registe o volume do padrão sacrificial fornecida pelo software de CAD, que será utilizado para calcular a massa «metais.
2. Abra o desenho CAD do padrão sacrificial sobre o software de impressão 3D conectado a uma impressora 3D para imprimir o padrão.
3. Certifique-se de que a impressora 3D tem UV plástico suficiente curável / refratário acrílico e um material de suporte feito de uma ceranos cartuchos de impressora.

2. Fabricação de Padrão sacrificial

1. Fabrico do padrão de sacrifício que consiste na estrutura de treliça octeto e o sistema de canal de entrada usando uma impressora 3D (Figura 2A - C).
   Nota: Processos em 2.1.3 - 2.1.7 não são necessárias se uma impressora 3D que não gera materiais de apoio é usado.
   1. Enviar um arquivo STL do padrão de sacrifício para a impressora 3D para imprimir um padrão de sacrifício (Figura 2A).
   2. Derreter a um material de suporte do padrão de sacrifício num forno a acima da temperatura de fusão do material de suporte (60 - 70 C) durante 2 horas (Figura 2B).
      Nota: A temperatura para remover o material de suporte não deve ser demasiado elevada. Caso contrário, pode causar danos ao padrão de sacrifício. O padrão de sacrifício começa a ficar danificado em torno de 80 C neste estudo.
      Nota: A temperatura de fusão de suppormateriais t varia de acordo com as impressoras 3D que podem ser utilizados diferentes materiais de apoio.
   3. Preencha um limpador ultra-sônico digital com o bebê de óleo até 2,5 L, o volume máximo que o limpador pode conter (Figura 2C).
      Nota: Foi recomendada pelo fornecedor da impressora 3D para usar óleo de bebê para dissolver resíduo do material de suporte do tipo cera.
   4. Coloque o padrão de sacrifício para o limpador ultra-sônico digital e ligar a alimentação do aspirador (Figura 2C). Certifique-se de que o padrão de sacrifício é inteiramente submerso no óleo.
   5. Remover os resíduos do material de suporte por meio de imersão do padrão de sacrifício dentro do óleo a 65 ° C durante 40 minutos (Figura 2C).
   6. Retire o padrão de sacrifício do aspirador se o material de suporte é completamente removido.
   7. Ter o sacrifício padrão seco com um ventilador à temperatura ambiente (~ 20 ° C) (Figura 2C).
      Nota: Demora cerca de 2 horasaté que o óleo sobre a superfície do padrão de sacrifício está completamente seco. Considere o padrão de sacrifício para ser totalmente secos, se a superfície não é pegajoso.

3. Fabricação de Mold

1. Assembléia Pattern
   1. Anexar uma junta de vedação de borracha para o padrão de sacrifício (o octeto do fardo com o sistema de jito) e colocá-los no fundo de um frasco em forma de cilindro com uma altura de 6,35 cm e um diâmetro de 6,35 cm (Figura 2D).
      Nota: Prepare dois frascos para a fundição de cada metal; Al e Cu ligas.
   2. Verifique a junta de borracha com o padrão de sacrifício está completamente fixada no fundo do frasco.
   3. Envolver o balão com uma fita adesiva para que mistura investimento pó-água, cujo procedimento será descrito na próxima seção, não pode vazar do frasco.
2. Preparação de Mold Investimento
   1. Prepare pó de investimento _(CaSO4 3) de 89 g, o qual é 87.16 ml. Use uma balança para pesagem do pó de investimento.
      Nota: As propriedades físicas do pó de investimento são mostrados na Tabela 1.
   2. Despeje o pó de investimento em uma tigela (1 L).
   3. Despeje a água (114 ml) para a tigela. Use um copo para medir o volume de água.
   4. Misturar o pó com água investimento na tigela durante 3 min. Misture bem até que não há nódulos na mistura investimento pó-água. Caso contrário, pode causar má qualidade da superfície do molde de investimento. Seguir o fluxo de trabalho, como se mostra na Figura 3.
   5. A fim de remover as bolhas de ar na mistura, colocar a taça numa câmara de vácuo durante 90 segundos até que as bolhas de ar não pode ser visto na mistura com o olho nu (Figura 3).
   6. Verter a mistura em um frasco de incorporar o padrão de sacrifício e a junta de borracha (Figura 2E).
   7. Coloque os flasK na câmara de vácuo de novo durante 90 segundos para remover o resíduo de bolhas de ar dentro da mistura (Figura 3).
   8. Seca-se a mistura no interior do recipiente até que é endurecida a temperatura ambiente (Figura 3).
      Nota: Normalmente, leva cerca de 10 - 15 minutos para a mistura para ser endurecido à temperatura ambiente.
   9. Retirar o frasco e a junta de borracha na parte inferior da mistura no frasco uma vez que a mistura é endurecida (Figura 3). Este produto pode ser chamado de um molde de gesso.
3. Esgotamento
   1. Defina-se um tempo de queima-se no forno ao seguir o aquecimento e arrefecimento cronograma (Figura 4) de aquecimento 23-150 ° C a 2,1 C / min; 150-370 C em 3,7 C / min; 370-480 C a 1,85 C / min; 480-730 C a 4,17 C / min; 730 C durante 1 hora; arrefecimento 730-480 C na -4,17 C / min.
      Nota: O tempo de burn-out vars com um tamanho de frasco. Neste estudo, definir o tempo de burn-out a 6 horas.
   2. Coloque o molde de gesso em um forno (Figura 2F).
   3. Ligue o forno e aumentar a temperatura no forno para remover o padrão de sacrifício dentro do molde de gesso. Siga a condição de temperatura na Figura 4.
      Nota: Porque a UV curável / plástico acrílico moldável, o material do padrão de sacrifício, é um plástico termoendurecível acrílico-polímero, que não flua, mas é dissociado para uma fase gasosa no forno.
4. Fundição (Figura 2G)
   1. Verifique se o braço da máquina de fundição centrífuga gira com uma velocidade angular de 425 rpm usando um tacômetro depois de ligar o poder de uma máquina de fundição centrífuga.
   2. Prepare dois cadinhos de cerâmica que podem conter uma liga de 150 g para derreter. Use cadinhos separadas para ligas de Al e Cu para mantê-los de ser contaminado com each outra.
   3. Ligue a alimentação da máquina de fundição centrífuga.
   4. Usando um cortador de metal, pique as ligas em pedaços com 10 - 20 mm de comprimento. Prepara-o suficiente para preencher completamente a cavidade do molde cujo volume deve ser o mesmo que o padrão de sacrifício.
      Nota: A massa de metais necessários para preencher o mesmo volume da cavidade do molde varia considerando densidade variável para cada metal.
   5. Usar panos de retardadores de combustão e luvas e óculos de proteção. Preparar um balde de água (30 L) à TA.
   6. Tome o molde de gesso temporariamente fora do forno na Seção 3.3, instale-o no berço balão e equilibrar o braço da máquina de fundição centrífuga (Figura 5).
   7. Coloque o molde de gesso de volta para o forno e pré-aquecer a 482 ° C antes do vazamento.
   8. Colocar o cadinho no suporte cadinho (Figura 5).
   9. Coloque a liga picada no cadinho.
   10. Abrir a válvula de um átomo de oxigéniotanque conectado com um maçarico de oxigénio-acetileno e manter um nível de pressão no tanque de 96,5 kPa (14 psi).
   11. Inflamar a chama de oxigénio-acetileno com um isqueiro e controlar a intensidade da chama, ajustando a mistura de gases.
       Nota: É necessário ter cuidado ao usar a tocha de oxigênio e acetileno. A sua temperatura máxima de o maçarico é de cerca de 1200 ° C.
   12. Derreta liga picada (liga de Al ou Cu) com a tocha no cadinho até a liga completamente se torna líquido.
   13. Agita-se a liga no cadinho com uma vara de carbono até que a liga de picada é completamente derretido.
   14. Coloque o molde de gesso no berço balão de volta ao lado do cadinho contendo liga fundida (Figura 5).
   15. Feche a tampa da máquina de fundição centrífuga, deixe a rotação do braço centrífuga e esperar pelo menos por 3 min.
       Nota: A máquina de vazamento centrífugo começa a operar assim que a tampa da máquina de moldagem é fechada. O braço centrífugaroda a uma velocidade de 425 rpm, o que corresponde à velocidade de entrada na cavidade do molde do padrão de sacrifício, v _r = 8,03 m / seg ^{28, 29} na Figura 5, onde a ligação de entrada e a velocidade é calculada utilizando a dinâmica de partículas macroscópicas de um angular velocidade da fundição centrífuga braço ^{28, 29.}
   16. Desligue a energia da máquina de fundição centrífuga após a 3 min rotação do braço.
   17. Abra a tampa da máquina de fundição.
   18. Tome o molde de gesso fora do berço frasco com uma pinça.
   19. Manter o molde à temperatura ambiente durante 15 - 20 min até que a cor da liga fundida transforma a sua original na fase sólida.
   20. Usando pinças, extinguir o molde de gesso em água colocados num balde (30 L) à temperatura ambiente durante cerca de 5 min. Certifique-se de que a temperatura do molde de gesso é perto de RT após têmpera.
   21. A fim de obter a estrutura do metal no interior do molde, dissolve-se omolde em água. O molde de gesso dissolve facilmente na água.

4. Pós-Processamento de Produtos Finais de octeto Truss Metals

1. Ligue a alimentação de um sandblaster.
2. Colocar os metais octeto do fardo sobre a plataforma no interior do jacto de areia e fechar a porta da máquina.
3. Coloque luvas e pegar a pistola sandblaster.
4. Pegue a parte do canal de entrada do produto de metal e soprar o gesso residual da estrutura do metal com o sandblaster durante 2 h.
   Nota: A intensidade do jacto de areia é fixado automaticamente a cerca de 550 kPa. Uma vez que o jacto de areia é operado, em seguida, o ar sai automaticamente a partir da pistola.
5. Mantenha o sandblaster a funcionar até o resíduo de gesso de investimento dentro do metal octeto treliça é completamente removido durante a verificação a olho nu.
   Nota: Não existe um critério microscópica sobre a remoção de resíduos de gesso. Isso está além do escopo deste estudo. Tele remoção do resíduo de gesso é facilmente determinada a olho nu. Uma vez que a treliça octeto é uma estrutura de células abertas, é possível ver através e verificar se ou não o resíduo de gesso é completamente removido.
   Nota: É necessário ter cuidado para o jacto de areia para não danificar o metal octeto armação com uma espessura de parede fina (0,5 mm) do lado de alta pressão (550 kPa).
6. Se o resíduo gesso investimento dentro do metal octeto treliça não é totalmente removida com o jacto de areia, usar métodos de processamento pós adicionais, por exemplo, uma limpeza ultra-sónica ou deixando o produto em água durante um dia.
7. No caso de utilizar um limpador ultra-sônico, preencha 0,7 L de água para o limpador ultra-sônico e coloque o metal octeto de treliça com resíduos de gesso na limpador ultra-sônico.
   1. Ligue a alimentação do limpador ultra-sônico.
   2. Definir uma condição de operação, por exemplo, 3 horas a 70 ° C.
   3. Leve o metal octeto treliça fora do limpador ultra-sônico, uma vez the operação termina.
   4. Seca-se o metal octeto treliça à TA até que a água na superfície do metal é removida completamente.
8. Como um método de pós-processamento alternativo, deixe o metal octeto de treliça em água. Isto faz com que o resíduo de gesso para ser dissolvido em água.
   1. Coloque o metal octeto de treliça com o resíduo de gesso na água e deixá-lo por um dia para que a força de ligação entre o gesso de investimento e a superfície do metal torna-se enfraquecer na água.
   2. Leve o metal octeto treliça fora da água.
   3. Seca-se o metal octeto treliça à TA até que a água na superfície do metal é removida completamente.
9. Usando uma serra ou outras ferramentas adequadas, cortar o metal preenchido a cavidade da parte de sistema de jito para fora do produto metálico e obter o metal último octeto de treliça com um tamanho de 25 mm x 25 mm x 25 mm, conforme mostrado na Figura 1B.

Representative Results

Usando o fabrico aditivo indirecta descrito na secção protocolo, Al e Cu ligas foram usadas para metais fabricação octeto do fardo, como se mostra na Figura 1 O procedimento de moldagem inteira é resumido na Figura 2 O procedimento consiste em oito secções:.. (A) sacrificial padrão de impressão (b) fusão-out de material de apoio (c) a remoção de resíduos de material de apoio (d) O conjunto padrão (e) investimentos (f) burn-out de padrões de sacrifício (g) de fundição centrífuga, e (h) pós- em processamento. O processo de mistura investimento foi realizada a fim de se certificar de que não havia protuberâncias na mistura investimento em água, como mostrado na Figura 3. O processo de gravação-out foi realizada durante 6 horas para derreter o padrão de sacrifício, como mostrado na figura 4, seguido pelo processo de fundição centrífuga (Figura 2G e Figura 5). a Figura 6mostra os produtos finais de metais octeto armação com ligas de Al e Cu. Ele mostra que a liga de Al fundida enche totalmente toda a cavidade do molde da estrutura sem misrun. Por outro lado, a liga de Cu fundido parece ter um defeito de fundição com a solidificação prematura na fase inicial da injecção de metal fundido na entrada.

Figura 1. Um esquema Estrutura octeto Truss com um Sistema de Sprue. A Figura 1 mostra um esquema de um teste padrão de estrutura sacrificial octeto armação com um sistema de jito utilizado neste estudo. O sistema de canal de entrada é constituído por uma folha de uma espessura de 1 mm, uma largura de 25 mm, e um pilar que tem 10 mm de altura e 6 mm de diâmetro. O sistema de jito pode ser modificada usando software de CAD, se necessário, para a concepção de uma melhor fluidez do metal líquido. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2. Uma visão geral do AM Indireta com centrífuga Processo de Execução: (A) a impressão de padrões (B) derreter-out de material de apoio (C) a remoção de resíduos de material de suporte (D) de montagem padrão (E) de investimento (F) queimar Check-out do padrão sacrificial (G) fundição centrífuga, e (H) pós-processamento. Esta figura mostra todo o processo de fabricação de metais octeto treliça usando AM indireto com fundição centrífuga. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Figura 3. Horário de Trabalho sobre a preparação do molde de gesso. A Figura 3 mostra a preparação do molde de gesso eo procedimento para endurecê-lo no frasco. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4. Burn-out Calendário de Padrão sacrificial No interior do molde de gesso. A Figura 4 mostra o processo de burn-out do padrão de sacrifício dentro da mistura endurecida. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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. Figura 5. Um esquema de um centrífuga A máquina de fundição centrífuga é composto por oito componentes: eixo principal, base, braço da carcaça, pesos, berços balão, balão berços que prendem os braços, titular cadinho, e segurando cadinho de armas. O braço carcaça é equilibrada com o movimento de pesos ao longo do braço de qualidade. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6. produto final do octeto Truss Metais: estruturas treliçadas octeto com (A) Al e ligas (B) Cu. Ele mostra uma boa grau de conclusão sobre o octeto truss liga Al. Por outro lado, um mau grau de conclusão é observado com o octeto treliça liga de Cu.files / ftp_upload / 53605 / 53605fig6large.jpg "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Propriedade	Valor [unidade]
Densidade a 20 ° C	1,019 [kg / m ^ 3]
A condutividade térmica a 20 ° C	0,47 [W / (m * K)]
Coeficiente de expansão térmica a 20 ° C	7.22E-6 [/ ° C]
Rugosidade	2.72E-6 [m]

Tabela 1. Propriedades do pó de investimento. Esta tabela apresenta as propriedades físicas do pó de revestimento usado neste estudo.

40 ml de água para 100 g de pó
diâmetro balão	Altura
	5,08 cm	6,35 cm	7,62 cm	8,89 cm	10,16 cm	12.7 cm	15,24 centímetros
6,35 cm	226,8 g 91 ml	283,5 g 114 ml	340.19 g 136 ml	396,89 g 160 ml	453,59 g 183 ml	566,99 g 228 ml
(Top figura - pó de Investimento (g), figura inferior - Água (ml))
Nota: Neste estudo, um frasco com uma altura de 6,35 cm e um diâmetro de 6,35 cm é usado.

Tabela 2. Misturando Condições de Investimento pó com água para uma VariávelGarrafa Tamanho: Esta tabela mostra as condições de mistura de pó de investimento e de água para um frasco de tamanho variando recomendado pelo fabricante. Neste estudo, um frasco com uma altura de 6,35 cm e um diâmetro de 6,35 cm é usado.

(A) Composição química da liga de Al
Material	Unidade
Liga de alumínio	Composição química
		al	Cr
	Mínimo máximo.	> 99	<0,05
(B) propriedades físicas da liga de Al
Propriedade		Unidade
temperatura liquidus		660 ° C
	660 ° C
Densidade		2,340 [kg / m ^ 3] @ 850 ° C
Calor específico		1090 J / kg ∙ ° C
Condutividade térmica		0,9428 [W / (cm * ° C)] @ 850 ° C
Viscosidade		0,00087 [Pa s ∙] @ 850 ° C
coeficiente de tensão superficial		900 [N / mm]

. Quadro 3 Composição propriedades químicas e físicas de Al Liga ^30: (a) Composição química da liga de Al e (b) Propriedades físicas de ligas de Al.

(A) Composição química da liga de Cu
Material	Unidade
liga de cobre (Jóia de bronze)	Composição Química (% Max, a não ser como gama de média)
		Cu	Si	Zn	mg	Pb
	Mínimo máximo.	91,9	4	4	0,25 Max	0,25 Max
(B) propriedades físicas da liga de Cu
Propriedade			Unidade
temperatura liquidus			1035 ° C
temperatura Solidus			1.005 ° C
Densidade			7,200 [kg / m ^ 3] @ 1200 ° C				Calor específico			380 J / kg ∙ ° C
Condutividade térmica			1,44 [W / (cm * ℃)] @ 1200 ° C
Viscosidade			0,0038 [Pa ∙ s] @ 1200 ° C
coeficiente de tensão superficial			1500 [N / mm]

. Tabela 4 Composição propriedades químicas e físicas de Cu Alloy ^30: (a) Composição química da liga de Cu e (b) Propriedades físicas de ligas de Cu.

Discussion

Para fundição de metal convencional, é importante para manter o fluxo do metal fundido liso e racionalizado em 'laminar' na cavidade do molde e prefere evitar fluxo irregular e agitado geralmente observado no fluxo turbulento ^27. Por conseguinte, é importante desenhar adequadamente o sistema de entrada do canal de entrada associada com a velocidade de rotação de um braço centrífuga para manter o fluxo de metal fundido no interior da cavidade do molde treliça "laminar".

Neste estudo, os passos críticos do protocolo é a mistura de pó de investimento com água, o esgotamento do padrão de sacrifício, e o processo de fundição centrífuga. O processo de mistura de pó de investimento com água é importante porque a qualidade do molde de gesso é controlada principalmente por este processo, subsequentemente influenciar o grau de acabamento dos produtos finais de metais octeto de treliça. Por exemplo, se a mistura de investimento em água é demasiado grossa, a superfície roughness torna-se elevada, resultando em acabamento de superfície pobre dos produtos finais. O processo de esgotamento do padrão de sacrifício é também essencial para determinar a qualidade dos produtos finais porque resíduo do padrão sacrificial provoca um defeito de fundição, tais como misrun ou metal penetração, se o padrão de sacrifício não é completamente queimado. O último passo fundamental é o processo de fundição centrífuga. a configuração adequada para a fundição é obrigado a preencher totalmente metal líquido na cavidade do molde de investimento com um complexo em forma de rede estrutura octeto treliça.

Como pode ser visto na Figura 6, sob as mesmas condições de processamento, por exemplo., A velocidade de entrada, a temperatura de entrada de metal fundido, a temperatura de pré-aquecimento do molde, liga de Cu mostra uma solidificação prematura, em uma cavidade de molde reticulado com uma espessura de parede de 0,5 mm (Figura 6 (b)). Isto é pensado ser causada pela tensão superficial elevada (1500 N / mm) e alta viscosidade (0,00038 Pa.s) deliga de Cu através do micro-canal na cavidade do molde da estrutura. Por outro lado, parece que um coeficiente de relativamente baixa tensão de superfície (900 N / mm) e da viscosidade (0,00087 Pa.s) da liga de Al fundida que permite encher totalmente a cavidade do molde octeto treliça treliça. Recomenda-se para encontrar a uma velocidade de entrada máxima de metal derretido para a fundição de estruturas de rede da rede 3d com uma espessura de parede fina, a fim de superar a mudança repentina no fluxo na direcção de metal fundido e o efeito de tensão de superfície no micro-canal do treliça cavidade do molde estrutural.

O efeito de tensão superficial do metal fundido é conhecido por ser dominante em um canal fina onde esta estrutura a geometria da cavidade do molde, neste estudo pode ser aplicado. Pode ser possível fabricar uma estrutura de liga de Cu com uma espessura de parede mais espessa e mais elevada velocidade de injecção de fundição centrífuga como demonstrado no nosso trabalho anterior ^28-29.

Direto AM métodos such como SLM e EBM foram considerados para possíveis métodos de fabricação de metais leves treliça 3D. No entanto, os métodos directos AM parecem estar limitado na selecção de materiais. Por exemplo, a tecnologia de EBM corrente é limitada a Ti-6Al-4V e de Inconel ^31. Apesar de sua ampla utilização em aplicações aeroespaciais e bio-implante, alumínio, por exemplo, não está a ser produzido usando esta tecnologia. Teoricamente, poderia ser possível estender a AM direto a outros metais em pó através de um controlo apertado dos parâmetros do processo. No entanto, praticamente, o AM directa foi reportado ter dificuldade na fabricação de peças com pó de metal com alta reflectância óptica e elevada condutividade térmica, por exemplo,., Al. Além disso, a evaporação e possível explosão no interior da câmara de construção foram emitidos para o pó de alumínio ^31.

A técnica proposta AM indirecta é significativa porque esta permite fabricar estruturas de treliça com metais ondemétodos AM diretos dificuldades, resultando na capacitação capacidade de fabricação global de metais treliça 3D com AMs diretos e indiretos, expandindo a gama de seleção de metais. Além disso, a fundição centrífuga, uma etapa neste estudo, é conhecido por proporcionar uma propriedade isotrópica de peças de metal, devido à relativamente igual propagação do metal fundido na cavidade do molde. Isso pode resolver o problema atual do AM direto na anisotropia causada por ambos fabricação em camadas e formação anisotrópica de grãos ^20-21.

Explorando outros metais para AM indireta em conjunto com estudos sobre o efeito dos parâmetros do processo em geometrias de treliça será deixado para o nosso trabalho futuro.

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.