Diversified Metalsmiths 如何使用 Clear Cast Resin 實現高精度且低殘留的脫蠟鑄造

儘管金屬鑄造仍是一個價值 500 億美元的行業，僅在美國就直接提供 16 萬個就業機會，但國內鑄造廠的產量已不足十年前的一半。產量下滑可歸因於多種因素，包括更低廉的離岸生產、金屬替代品性能的提升，以及在流程各個環節技術熟練工人日益減少的現實。那麼，航空航太、汽車或能源等重工業製造商如何才能快速且經濟地獲取金屬零件？

仍在為這些行業供應的鑄造廠之所以能夠蓬勃發展，是因為他們採用了新的生產方式，並嘗試了新興技術。我們與 Diversified Metalsmiths, Inc. 的 John Farr 交流，了解 Diversified 如何將現代技術融入金屬鑄造工作流程，以降低成本、縮短交期並提升靈活性。

藉助 Form 系列立體光刻（SLA）3D 列印機和全新的 Clear Cast Resin，Diversified 能夠快速且經濟地在內部列印鑄造模型，無需改變現有鑄造工作流程，也不依賴外部供應商。

Diversified 多元化的客戶群

Diversified 的運營模式更接近「接單製造工廠」而非大批量生產設施，這在業界並不罕見。全美許多小型鑄造廠都以類似的產量運營，服務著依賴他們提供高精度、快速交期零件的穩定客群。「我們的客戶不會向其他人詢價，他們知道我們能完全按照他們的需求交付，」Farr 說。

當需要低至中等數量的金屬零件，且對公差嚴格、交期緊迫時，Diversified 是不二之選。他們約 70% 的訂單量是流體控制應用零件——如葉輪、泵體、閥門、排水管、格柵和工業流體組件。其餘 30% 的業務範圍從無人機製造到汽車零件、醫療設備，甚至精美藝術品。

雖然產量略有浮動，但 Diversified 每月大約生產三噸的鑄件。他們運營著多座爐窯處理不同任務；大多數爐窯小到可以利用 100% 的金屬，非常適合靈活的按單生產。

傳統與現代的融合

工業熔模鑄造行業的許多工藝環節仍依賴傳統流程，例如將熔融鋁澆注到空心型殼中。

金屬鑄造在某種程度上是一個非常傳統的行業——其核心工作流程幾千年來基本保持不變。但在另一方面，鑄造廠一直是現代製造業的先行者。在 Diversified，Farr 和他的同事是最早採用 3D 列印技術的先驅之一。「從某種程度上說，我們從大約 1990 年代中期就開始涉及 3D 列印熔模，」Farr 說。

Diversified 最初開始使用蠟質 3D 印表機製作模型，是在傳統蠟模製作（將液態蠟注入空心金屬模具）變得過於耗時和昂貴之後。一個特定項目涉及使用四套不同工具，包括注射可溶蠟芯的工具、蠟冷卻器、可溶蠟以及完整組裝零件的工具。所有模具都必須客製製作、注射蠟料、組裝，並（經常）返工以消除任何缺陷。「製作一個蠟熔模所需的人工時間是不可持續的。這幾乎要花費整整一天，所以從人力成本角度來看，這種方式不長久，」Farr 說。

Diversified 團隊引入了 3D Systems 的蠟質印表機和 thermojet 3D 印表機，並將其整合到工作流程中，作為傳統注射工藝的一對一替代方案。數年後，一位客戶向他們介紹了一種新產品——在 VoxelJet 黏合劑噴射印表機上 3D 列印的 PMMA 聚合物，其燃盡效果清潔，尺寸穩定性也比他們之前使用的蠟質印表機更好。

隨著行業整體成本不斷攀升，就連外包給另一家聚合物 3D 列印機也變得過於昂貴——每個模型讓 Diversified 花費約 300 美元，而要將那台機器引入內部，成本將超過六位數。

「一旦那些價格上漲，我們就必須尋找其他替代方案。我們考察了 FDM 和 SLA，最初選擇了五台 FDM 印表機，因為它們有可溶支撐結構。當時我們不需要任何不同的東西，」Farr 說。

但當一位客戶找上門，詢問每年 100 個葉輪的訂單時，Farr 的團隊需要一個新的解決方案，於是他們再次聯繫了 Formlabs，了解 Form 3L 大型 SLA 3D 列印機。

使用 Formlabs 生態系統進行金屬鑄造

Form 3L 及後處理解決方案 Form Wash L 和 Form Cure L 的成型體積比許多入門級桌面 3D 印表機更大，同時具備易於上手的工作流程和極高的列印品質。Diversified 需要新 3D 列印解決方案達到幾個規格要求——材料燃盡效果清潔、生態系統可靠且易於使用，以及適合其葉輪項目所需的尺寸。

「整個生態系統和支持體系讓我們感到認可。印表機的外觀品質、軟體，在這個價位上遠優於其他選擇，」Farr 說。

在 Formlabs 團隊列印了一個測試零件後，Farr 發現 Form 3L 和 Clear Cast Resin 可以立即融入他們的工作流程——無需改變燃盡溫度、漿料配方或零件設計。在 Formlabs 印表機上製作的模型甚至帶來了略微的工藝改進，因為能夠將澆道特性直接添加到零件中。

工作流程轉換非常順暢，最後要驗證的是燃盡工藝。在這方面，Clear Cast Resin 也證明了自己是外包 PMMA 模型的有效替代品——成本僅為其一小部分。「燃盡效果與 PMMA 完全一致——我們的處理方式與 PMMA 相同，沒有任何問題，」Farr 說。

對於在 Form 3L 上以 Clear Cast Resin 列印的單個葉輪模型，Diversified 的材料和人工成本約為 80 美元。與 300 美元的外包成本相比，他們能夠快速收回印表機投資，同時還拓展了使用場景並找到了新的應用。每週僅列印三次，他們在不到九個月內就回收了印表機成本。

適合特定產量的完美工具

熔模鑄造的模型是一次性的，當訂單量增加時，3D 列印每個模型並不總是正確的解決方案。然而，確實存在一個「甜蜜點」，在這個產量範圍內，Form 3L 和 Clear Cast Resin 是最理想的工具。「如果客戶打來電話要訂購一千個這樣的零件，那麼我們就需要製作模具了。但這樣的模具成本可能高達 3 萬美元，所以需要製作大量零件才能分攤成本，」Farr 說。

內部擁有 Form 3L 和 Clear Cast Resin 這樣的印表機和材料，使減少整體人工時間成為可能，並且一次性就能達到複雜的幾何形狀和尺寸精度。

「砂型模型的精度遠不及熔模鑄造，您需要接近完美的幾何精度才能實現 3D 列印熔模鑄造工藝，因為這可以節省列印前和後處理的時間，否則您可能需要額外打磨。3D 列印為我節省的時間——我按下按鈕就可以去做其他事情，然後跳過鑄造後的機械加工和手工作業——將完全彌補 3D 列印模型的成本，」Farr 說。

開始使用 Clear Cast Resin

3D 列印已被用於熔模鑄造工作流程數十年。雖然它並非適用於所有情況，但材料科學和列印精度的進步使其在某些工作中成為更有效的工具。

Form 系列 SLA 3D 列印機和 Clear Cast Resin 提供「設定後忘記」的工作流程，以及業界領先的精度和清潔燃盡效果。透過減少列印前工藝的人工，同時避免鑄造後的打磨或手工加工，這些 3D 列印模型降低了整體每件成本，並在無需改變工作流程的情況下引入了新能力。