La stampa 3D viene spesso utilizzata per produrre stampi per la fusione. Nel caso di stampi a sabbia, viene tipicamente usato il sistema di legatura del legante; tuttavia, i suoi alti costi, dovuti a materiali costosi, devono essere ridotti, secondo gli autori di uno studio dal titolo ” Analisi meccanica del composito in ceramica / polimero con design leggero a maglie di tipo usando la stampa 3D Binder-Jet. “Nello studio, i ricercatori studiano le proprietà meccaniche degli stampi di sabbia con una struttura leggera per un basso consumo di materiale e un breve tempo di processo.
Il gocciolamento del legante è un metodo più rapido per produrre stampi in sabbia rispetto al getto convenzionale, ma è ancora troppo costoso, secondo i ricercatori. Nello studio, lavorano per trovare una metodologia del design leggero in una scala di lunghezza più piccola per la stampa 3D a getto di legante, come una tipica cella a reticolo conforme in metallo.
“Per studiare le proprietà meccaniche dei progetti leggeri, introduciamo un campione di blocco unitario di base di un composito ceramico / legante applicato a uno stampo di sabbia intera utilizzando una stampante BJ 3D in questo studio”, spiegano. “La selezione di due diverse strutture è stata appena effettuata in questa ricerca allo scopo di confrontare un design leggero tipico per il metallo con la nostra struttura ideale. Abbiamo anche affrontato gli effetti geometrici, come le dimensioni e la forma dei tipici modelli leggeri forniti dal software commerciale DfAM sulla base dell’evoluzione della proprietà meccanica. ”
Per studiare i fattori di progettazione di base di una struttura leggera per un composito di sabbia / polimero, i ricercatori hanno introdotto due tipi di strutture leggere: una scatola con fori quadrati (Tipo-1) e un reticolo con cuscinetti superiori e inferiori (Tipo-2). I campioni sono stati stampati in 3D utilizzando una stampante 3D a getto di sabbia con legante di voxeljet . Un test di compressione è stato eseguito posizionando i campioni tra piastre di acciaio circolari. Ogni test è stato condotto due volte per la precisione. Ogni campione è stato rotto dall’iniziazione di cricche e non è stato osservato alcun creep.
I ricercatori hanno anche condotto analisi computazionali al fine di prevedere la distribuzione e la frattura delle sollecitazioni sotto carico uniassiale e sono state effettuate simulazioni FEM. Diverse conclusioni principali sono state raggiunte dallo studio:
La forza di entrambi i modelli è diminuita significativamente con l’aumento del rapporto del volume. La dimensione della presa interna nel campione di tipo 1 dovrebbe essere di almeno 2 mm per rimuovere la polvere di sabbia interna in modo pulito. Sebbene il campione di tipo 1 avesse una forza maggiore, era più difficile estrarre particelle di sabbia dai campioni che non con il tipo 2. Pertanto, studi futuri si concentreranno sul miglioramento della bassa resistenza del campione di tipo 2.
Con strutture leggere di tipo mesh, l’aumento dello spessore del pad e la diminuzione dell’area mesh determinano l’aumento della concentrazione di stress locale all’interfaccia della mesh e dei pad. Il cracking facile viene avviato con un confine relativamente debole tra la mesh e gli elettrodi nel caso di spessore del pad spesso.
“Poiché un software commerciale per l’ottimizzazione della topologia fornisce progetti leggeri per materiali rigidi a singolo componente come metalli o materie plastiche, non è adatto per applicare i disegni leggeri a un composito ceramico / polimerico con diversi comportamenti meccanici”, proseguono i ricercatori. “Di conseguenza, per diffondere la tecnologia di stampa BJ 3D all’industria della fonderia sono necessari nuovi tipi di strutture leggere per gli stampi in sabbia.”
Infine, ulteriori lavori suggeriranno e valuteranno il nuovo design leggero e rigido per la produzione additiva di un composito ceramico / polimerico. Dovrebbe rivelare la correlazione tra i fattori strutturali e meccanici dei disegni leggeri in dettaglio.
Gli autori del documento includono Dong-Hyun Kim, Jinwoo Lee, Jinju Bae, Sungbum Park, Jihwan Choi, Jeong Hun Lee ed Eoksoo Kim.
