Een inleiding tot 3D-printen voor zandgieten

Een van de meest effectieve toepassingen van 3D-printen in de industriële wereld is spuitgieten, waarbij het gebruik van bedrukte matrijzen heeft geholpen de materiaalkosten te verlagen, workflows te stroomlijnen en een constante kwaliteit te behouden. Het is echter niet de enige productietechnologie waarbij 3D-printen kansen biedt voor nieuwe verbeteringen en verbeteringen. Als onderdeel van een voortdurend streven om hun productieprocessen te stroomlijnen en te verbeteren, combineren vooruitstrevende gieterijen 3D-printen met zandgieten.

Wat is zandgieten?

Zandgieten is het proces van het gieten van gesmolten metaal met behulp van op zand gebaseerde mallen. Om te beginnen zit het zand in een frame (door professionals een 'kolf' genoemd), waarna de holtes voor de mal en de poorten waardoor het metaal wordt gegoten, met patronen worden bedrukt. De twee helften van de mal worden tegen elkaar geplaatst en het gieten vindt plaats. Als het metaal eenmaal is afgekoeld, is het een kwestie van het zand wegbreken en eventueel het afgewerkte onderdeel reinigen en/of nabewerken.

Het zand zelf is een specialistisch materiaal, ook wel ‘groen zand’ genoemd, dat silica, chromiet of zirkoon combineert met water, klei en antraciet. De naam verwijst naar het feit dat het wordt gebruikt in zijn groene — d.w.z. natte — fase in plaats van te worden ingesteld voordat het wordt gegoten.

Zandgieten is een kosteneffectieve en veelzijdige manier om metalen onderdelen te leveren voor zowel prototyping als productie, vooral wanneer het proces geautomatiseerd is, zoals een aantal fabrikanten met succes hebben gedaan. Materialen die op deze manier gegoten kunnen worden zijn:

• Aluminium
• Messing
• Magnesium
• IJzer
• Staal

Een breed scala aan legeringen kan ook met groot effect worden gebruikt.

Waar komt 3D-printen om de hoek kijken?

Net als bij spuitgieten zijn de patronen die worden gebruikt bij zandgieten vrij duur en tijdrovend om te produceren (vooral als CNC-bewerking wordt gebruikt) en hebben ze een beperkte houdbaarheid. 3D-printen elimineert deze problemen, waardoor patronen en poortsystemen kunnen worden ontworpen met behulp van CAD-software en vervolgens kunnen worden afgedrukt wanneer en wanneer ze nodig zijn, tegen aanzienlijk lagere kosten. Hierdoor konden gieterijen zandgieten op grotere schaal gaan inzetten voor productieonderdelen.

Naast het elimineren van de noodzaak om onderdelen op te slaan, zorgt 3D-printen voor een niveau van detail en complexiteit dat anders zeer moeilijk te bereiken zou zijn. Om dit verder te verbeteren, kunnen patronen en poorten die in thermoplast zijn geprint, tijdens de nabewerking worden gecoat om hun weerstand tegen hitte en schuren door zand te verbeteren en de algehele nauwkeurigheid van de voltooide onderdelen te verbeteren.

Bovendien is de flexibiliteit van 3D-printen als hulpmiddel voor rapid prototyping duidelijk zichtbaar bij zandgiettoepassingen. Doorgaans hebben de tijd en kosten die gemoeid zijn met het maken van patronen het aantal iteraties dat een zandgegoten onderdeel kan doorlopen tijdens de prototypingfase beperkt. Zodra 3D-printen de stress en kosten die gepaard gaan met het maken van patronen tot een minimum heeft beperkt, kunnen gieterijen een veel flexibelere benadering van prototyping hanteren, meerdere iteraties van een onderdeel testen en ervoor zorgen dat eventuele fouten kunnen worden verholpen voordat de productie begint.

Op het gebied van printtechnologieën zijn FDM- en polyjetprinten zeer effectief gebleken voor zandgietprojecten, zoals bedrijven als Stratasys hebben aangetoond. Er zijn ook een aantal printers op de markt gekomen die speciaal zijn ontworpen voor zandgiettoepassingen, zoals de S-Max van Ex-One. Deze machines zijn ontworpen om te werken bij de snelle temperatuurveranderingen die plaatsvinden in gieterijen, zonder nadelige gevolgen voor de kwaliteit of functionaliteit van de onderdelen die ze leveren.

Complementaire technologieën zorgen voor efficiëntere productieprocessen

We zijn van mening dat er lessen kunnen worden getrokken uit de gieterijen die 3D-printen met succes in hun workflows hebben geïntegreerd, waarvan elke fabrikant zou kunnen profiteren. Zandgieten en 3D-printen zijn echt complementaire technologieën, in die zin dat wanneer ze samen worden gebruikt, hun respectieve voordelen worden verbeterd en hun beperkingen worden overwonnen.

Op basis van wat er al is bereikt, lijkt 3D-printen zeer zeker een onmisbaar onderdeel te worden van de toolkits van gieterijen.