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2019-03-01 【3D列印知識】金屬鑄造八部曲：深入鍛造廠！

【3D列印知識】金屬鑄造八部曲：深入鍛造廠！

用於脫蠟鑄造的3D列印製程逐漸成為工匠、工程師和工業製造的首選，使用3D列印機和PolyCast，用戶可以測試設計、減少昂貴的製作費、縮短交期。愈了解3D列印的相關製程愈能避免前期的設計錯誤，並且在同樣的條件下獲得更完美的成品。

以下將按照製程並搭配影片說明從3D列印到金屬零件的技術解析：

第一部：使用PolyCast進行3D列印

PolyCast是專門用於脫蠟鑄造的線材，幾乎能在膜腔內完全燒熔，剩餘灰燼物少於0.003％。（在LulzBot 3D列印機中也能應用Cura LulzBot Edition來選擇PolyCast的自動列印參數。）

．根據原型需求判斷列印時的方向性，支撐結構愈少表面愈美觀、列印時間愈短。
．使用最小填充（即10％）和壁厚（2-3）來進行3D列印，能促進原型在膜腔內完全燒熔。
．在STL檔案加入收縮補償，以縮小熔融狀態和固態金屬間的尺寸誤差。這可以透過金屬/合金相關的補償係數來修改模型尺寸，通常落在1.007-1.030之間。（例如：鋼的補償係數為1.025-1.030、金屬件的尺寸為1米，則印刷圖案的尺寸應為1.025-1.030米。）

．層高0.1-0.2 mm是較理想的設定，同時有助於列印分辨率和後處理。
． PolyCast容易吸收水氣，建議在乾燥環境（相對濕度不超過20％）儲存線材，例如防潮箱。

第二部：拋光及打磨

脫蠟鑄造的關鍵在於光滑的物體表面，塗覆和噴霧拋光是兩種推薦的方式；建議先使用800號砂紙去除初步的表面痕跡或接縫，並清除物體上的粉塵。

1）塗覆拋光：

．使用細線懸掛物件。
．將列印的物件浸入異丙醇中5-10秒，並根據需要來增加次數能獲得更多拋光效果。
．期間讓物件乾燥20-30分鐘，判斷是否需重複以上步驟。

2）噴霧拋光：

．使用 Polymaker的Polysher酒精拋光機
．在拋光機內20-40分鐘自動進行酒精噴霧拋光、能同時保持尺寸精度。
以上步驟完成後，將物件放在40℃的烘乾機中約1小時確保完全溶劑蒸發和表面硬化或放置一晚自然風乾。

第三部：臘樹

臘樹結構能固定鑄件並確保金屬平穩均勻地流入零件，蠟棒或澆口會形成金屬流動的通道。

．盡量減少澆口中的彎曲度，降低金屬流因減速對零件的影響。
．在最終零件上使用小型割炬來消除焦口或臘樹的孔洞。

第四部：陶瓷浸漬

3D列印原型在燒熔過程中蒸發後，陶瓷外殼即是鑄造金屬的模具。

．模具製成會反覆將臘樹浸入陶瓷漿和二氧化矽，並需確保在兩個步驟中均勻塗覆並減少間隙。
．至少需塗覆5層，複雜物件則建議7-9層，以防止在鑄造過程中損壞模具外殼。
．重複此步驟之前，讓每個塗層完全乾燥至關重要，一旦殼體達到所需厚度（平均約9.525毫米）就能進行燒熔。

第五部：完全燒熔

燒結或硬化陶瓷殼並燒掉內部的3D列印材料以形成模腔。

．將上述的物件放入窯爐中、口徑朝下，並加熱至約1100-1200℃約40-60分鐘。
（注意：確切時間和溫度取決於所用窯爐類型以及被生產的金屬件。）
．完全燒熔3D列印材料後讓膜腔完全冷卻。

第六部：鍛造

膜腔預熱準備鑄入熔融金屬。

．如果膜腔殘留燒熔的灰燼或碎屑，需清除乾淨。
．放入窯中預熱模腔以進行傾倒金屬，溫度一般約介於550-1100°C。
．金屬流會通過澆口並進入模腔，讓模具和鑄件以相同的速率冷卻收縮，形成符合尺寸精度的零件。
．讓金屬冷卻並完全固化，根據不同的材料和物件的厚度，會需要不同的固化時間。

第七部：清理

從陶瓷殼中取出金屬件並進行精密加工。

．鑄造物件完全冷卻後，將模具從金屬件上移除，或使用其他工具如：氣動千斤頂或高壓水柱。
．透過鋸切、切割、打磨或使用等離子切割機來拆除澆口。

第八部：金屬件後處理

成品外觀取決於選用材料和零件的用途，對於某些材料而言，銅綠效果會被處理或保留，有些金屬件則只要一層防腐蝕保護塗層即可。

．對於青銅零件，會塗上一層硫化鉀鹽；放入另一個烤箱烘烤後，加入一層三價鐵，最後塗覆保護劑以保持表面光亮。
．對於鋼製品，特別是功能型零件，只需要一層保護劑即可。

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