Methods of Additive Manufacturing used in the Technology of Skeleton Castings

Abstract

Rapid development of the methods of additive manufacturing (AM) introduces a number of changes to the design of foundry equipment. AM methods are of particular importance in the development of technology to make small lots of castings or single cast items of complex shapes, such as skeleton castings manufactured also by means of other technologies [1]. AM methods create the possibility of making single-use moulds, cores and wax patterns, as well as patterns made from plastics for repeated use. The development of AM techniques gives theoretically unlimited possibilities in the choice of the designed casting configurations. This fact can be used during the analysis of casting mechanical properties based on the methods of topology optimisation [2], [3], [17], when the said optimisation carried out at the initial stage of design "matches" the shape of parts to the field of stresses or displacements caused by external load and fixing mode. The article discusses the possibilities and advantages that result from combining the new methods of shaping the casting endurance with AM technologies.Keywords: Additive Manufacturing, Skeleton castings, Topology Optimization W artykule zaprezentowano możliwości integracji nowoczesnych technologii wykonania oprzyrządowania odlewniczego oraz metod optymalizacji konstrukcji. Systemy przyrostowego wytwarzania (ang. additiv manufacturing, AM) pozwalają na projektowanie bardzo złożonych kształtów konstrukcji, spełniających w znacznie większym stopniu, niż inne metody technologiczne, kryteria kształtowania wytrzymałościowego. Niektóre z szerokiej gamy metod AM, omówione w niniejszym artykule, są szczególnie przydatne w wytwarzaniu form i rdzeni ceramicznych oraz metalowych części oprzyrządowania odlewniczego. Omówiono zastosowanie metod optymalizacji topologicznej w kształtowaniu konstrukcji we wczesnej fazie projektowania, szczególnie w tym przypadku, gdy określone są jedynie założenia dotyczące funkcjonowania podparć i sił działających na obiekt. Przykłady optymalizacji wykonano w oparciu o własny algorytm obliczeniowy, który umożliwia przemieszczanie i eliminowanie masy wewnątrz obszaru projektowego, tak aby przy określonych warunkach brzegowych i sposobie obciąże-nia, otrzymać najbardziej korzystny stosunek wytrzymałości do masy odlewu. Z reguły w wyniku zastosowania powyższego algorytmu powstają konstrukcje o złożonym kształcie -przestrzenne ramy lub kratownice oraz powierzchnie nie dające się opisać za pomocą prostych jednostek geometrycznych, dla których wykonania właściwe jest stosowanie przyrostowych metod wytwarzania oprzyrządowania odlewniczego.

Archives of Foundry Engineering

“…Additive AM technologies can be used as a tool for making tooling for permanent, metal [21], and disposable ceramic casting molds [22]. In the case of a short series of manufactured parts, the SLM method can be competitive with foundry technologies, especially when the detail is to be made in a metal mold or pressure mold.…”

Rapid prototyping in manufacturing of turbine engine blades

“…Mogą one zostać użyte jako modele badawcze w badaniach laboratoryjnych, w warnkach eksploatacyjnych, także jako elementy funkcjonalne gotowych wyrobów. W zależności od projektu elementu wytwarzanego i jego wymogów konstrukcyjnych, do produkcji stsouje się techniki przyrostowe typu solo-incremental lub hybrydowe, które stanowią połączenie technologii przyrostowych oraz obróbki wykończeniowej [4,5,6].…”

Investigation of the Efficiency of Manufacturing Polymer Molds by FDM-Printing

“…The use of additive technologies in foundry is a promising direction, since over the past few years the cost of 3D-printers has significantly decreased, the print quality has improved and the technology of printing parts of technological equipment has been simplified [1][2][3][4][5].…”