几十年来，铸造厂一直使用沙子 3D 打印来制造工具。传统上，使用经济实惠且容易获得的材料硅砂进行粘合剂喷射，创建用于浇注金属铸件的工具。
表格在沙子中 3D 打印，然后用树脂渗透以承受热成型等各种制造工艺。 （所有图片均由 ExOne 提供）用于塑造铸件外部形状的模具和用于创建金属零件内部几何形状的型芯都是直接根据 CAD 文件进行 3D 打印的。这消除了由木材或金属制成的传统模型和芯盒的长达数月的交货时间和高成本。
粘合剂喷射提供的快速交货时间吸引了其他需要成形工艺工具的制造商的注意——来自热成型复合材料叠层明塑料。传统工具通常由环氧树脂板或铝等材料制成，需要 CNC 加工。与这种传统工艺相关的长交货期和高价格使得模具行业的创新时机成熟，制造商已将 3D 打印砂具用于关键和美容应用等的生产。
Binder jet 3D 打印沉积粘合剂在一次设计一层粉末材料床。在 24 小时内在大幅面机器中制造出精确的近净形状。然后，3D 打印的砂型通过树脂渗透得到强化，并根据各种工具应用的稳定性和耐久性要求定制涂层进行精加工。
增材制造的设计自由度使公司能够创新产品，而无需设计 -解决了传统生产方法的可制造性问题——而且通常成本只有一小部分。
使用 X1 ThermoForm 3D 打印工具淘金ing
在消费品领域，速度是游戏的名称。产品上市的速度越快，口味不断变化的消费者购买的速度就越快。在专注于保持原厂外观的售后市场产品领域，产品质量是必须的。这就是为什么在传统方法被证明对业务不可持续之后，原装外观制造公司转向 ExOne 3D 打印工具用于其热成型工具。
X1 ThermoForm 工具在 OAM 位于爱荷华州埃姆斯的工厂生产真空成型 ABS 塑料。该公司诞生于爱荷华州埃姆斯的汽车车身修理厂，提供一种新的、具有成本效益的美容选择，以覆盖车辆生锈损坏，而无需预算破坏结构维修。 OAM 提出了这个想法，今天生产 Quick Covers 外部汽车面板真空成型 ABS 塑料。
OAM 的首席执行官兼联合创始人 Zach Kowalik 解释了该公司最初的钢、复合材料或木材手工制作工具所面临的挑战。 “它们需要大量的维修和保养，而且由于材料和设计的限制，我们经常难以在精确的位置放置真空孔。”尽管被视为热成型模具的黄金标准，但 OAM 避免使用铝，因为它在金钱和时间方面成本过高。
考虑到上市速度，需要一种既能提高耐用性又能提高耐用性的模具选项该公司还提供更灵活的真空孔布线，研究了替代制造技术，包括粘合剂喷射 3D 打印。 Kowalik 说：“当我们最终发现 3D 打印工具时，我们感觉像是找到了金子。”
OAM 通常会在完成设计后大约两周收到 X1 ThermoForm 工具。沙具是在俄亥俄州利托尼亚生产的化砂 3D 打印设施。在 ExOne 3D 打印机上用不到 24 小时的时间在沙子中逐层构建形状后，该工具将在现场渗透和涂层以提供耐用性以承受真空成型生产。与该公司过去订购的铝制工具相比，X1 ThermoForm 工具的成本降低了一半，并节省了超过三个月的交货时间。
一个完整的、未上漆的快速封面。真空成型塑料模仿 OEM 设计，以一种快速且经济的方式来覆盖车辆的锈蚀损坏。“这是行业的游戏规则改变者，”Kowalik 说。强调快速工具在加快 OAM 上市时间方面的作用，他继续说道，“我们的产品发布时间比我们以前梦想的要快一个数量级。”该公司过去的目标是每季度推出一款产品，但 Kowalik 现在看到该公司每个月都推出一款具有砂模速度和成本效益的产品。
虽然速度是吸引 OAM 进行粘合剂喷射 3D 打印的原因，但 Kowalik 强调了质量的重要性工具，以产生高质量的产品。 “我们需要非常光滑的表面。我们的零件通常是喷漆的，因此我们要求所有成品零件都符合 A 级汽车标准。”精密工具对于保持无缝安装到客户车辆的面板的出厂外观也是必不可少的。
OAM 借助其内部 3D 扫描仪运行质量控制扫描以验证准确性该工具在其生产生命周期内的使用寿命。面板在大约 300°F 的温度下以四分钟的拉力生产出来，团队在增加生产周期后重新扫描工具。该工具的耐用表面没有明显的退化迹象，经过 100、200 和 500 次循环后的扫描比较证明准确度为 99.99 pe随着工具继续生产而没有任何质量问题，该工具的耐用性达到了新的或更好。
OAM 团队定期监控工具的耐用性，即使在拉动 1,000 次后仍会继续进行测试。 “到目前为止，我们已经看到了令人难以置信的高准确度，”Kowalik 说。 “零件质量没有改变——该工具仍在始终如一地制造高质量零件。我们正在寻找能够在多年使用寿命内每年制造多达数千个零件的工具。我们希望五年以上。”
OAM 还在研究其他增材制造工具的方法，但其他大幅面工艺的“近净形状”方法需要在CNC 机器，与 ExOne 的渗透砂工具相比大大增加了成本。 “在我们最初的 X1 ThermoForm 工具取得成功之后，我们很高兴能够推进更多规模更大的项目，”Kowalik 说。 “亲以前无利可图的管道体积现在可行，以前成本过高的变化现在是扩展的机会。”
国家实验室专注于更强大的工具
而沙子 3D 打印工具正在被制造商成功使用，正在努力使这些快速简便的工具变得更加强大，以扩大它们的用途。
Amy Elliott，能源部橡树岭国家实验室机器人和智能系统组组长, 承认，“需要强大、廉价的工具。”制造商正在寻求降低成本和提高运营效率，但模具必须承受可能导致模具失效的热量和压力过程。
包括 Elliott 在内的研究团队设计了一种新型聚合物粘合剂，以提高强度硅砂零件。 “该项目实际上起源于为某些金属粘合剂寻找一种碳含量较低的强力粘合剂，以喷射应用，”她说，暗指团队在粘合剂喷射技术方面的广泛工作。
碳纤维中空设计，使用 X1 Washout 3D 打印砂工具创建，用自来水冲洗。与使用传统粘合剂的印刷品相比，他们的聚乙烯亚胺粘合剂与沙子氧化物表面的结合使沙子部件的强度增加了一倍。经过特殊渗透后，这些部件的强度额外增加了 8 倍。
聚合物的组合赋予了沙子强度和灵活性，可以根据工具的要求调整特性。该团队与 ExOne 密切合作，以确定其发现的发展可以使工业市场受益的领域，该团队专注于粘合剂的水溶性，以为空心几何形状提供冲刷性能
3D 打印的冲洗工具足够耐用，可以进行缠绕、叠层或高压灭菌，但粘合剂仍然是水溶性的。这允许用自来水将牺牲砂工具从模型中冲掉，留下空心复合模型。客户项目已经生产出碳纤维管道、心轴和其他具有封闭几何形状的设计。
增加越来越复杂的设计的强度有助于促进粘合剂喷射在新的制造和工具应用等方面的采用。事实上，使用类似技术的工程颗粒渗透复合材料产品已经用于建筑、修复和消费品。
随着供应链中断和材料短缺变得越来越普遍，价格持续上涨，制造商正在寻求降低供应链风险并提供新的成本节约的创新解决方案。 3D 打印砂模响应号召，通过优化的产品开发帮助更快地进入市场缩短生命周期并降低工具成本。
