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Quels matériaux sont utilisés dans la coulée de sable?

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Écrit par

JS

Publié
Jun 18 2025
  • Coulée de sable

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Vous pouvez penser quecoulée de sableverser du métal fondu dans un moule de sable? Alors pourquoi certaines pièces moulées sont-elles fortes et durables, tandis que d'autres sont pleines de trous et se cassent lorsqu'ils sont frappés? Le problème n'est souvent pas entièrement dans le métal lui-même, mais dans une combinaison clé "Triangle de fer" qui n'est pas sélectionnée correctement: le métal que vous utilisez, la formule du sable qui l'enroule et le matériau utilisé pour fabriquer le moule. Toute sélection incorrecte de l'un de ces trois liens peut conduire à l'échec de l'ensemble du projet.

Les métaux tels que l'aluminium, le fer, l'acier et le magnésium sont largement utilisés dans notre coulée de sable. L'avantage principal de ce processus pendant des milliers d'années est qu'il est flexible et nous permet de nous régler en fonction de la force et des performances des pièces. Mais vous ne pouvez pas choisir le métal à utiliser avec désinvolture! Tout d'abord, vous devez examiner les exigences de coulée des pièces elles-mêmes, les lots de production, le contrôle des coûts et d'autres facteurs pour sélectionner et optimiser de manière flexible les matériaux métalliques.

Dans le projet, je suis responsable deObtenir des pièces moulées qualifiées. La première étape consiste à choisir ce "triangle de fer". Le métal est le cœur, la formule du sable est la couche protectrice et le matériau du moule est le fond de teint. Les trois doivent être pris en compte de manière coordonnée, correspondant soigneusement aux exigences de conception des pièces, aux caractéristiques du métal et aux conditions de production réelles, afin de trouver la combinaison la plus appropriée, de contrôler efficacement les coûts et d'améliorer l'efficacité.

Résumé de la réponse de base:

Système de matériaux Rôle principal Matériaux communs Considérations clés
Moulage La formation du produit final détermine ses propriétés mécaniques. Fonte, acier coulé, alliage d'aluminium, alliage de cuivre. Force, poids, coût, résistance à la corrosion.
Matériaux de moulage La formation de la forme du composant est le cœur du processus. Sable de coulée (sable de silice), liant (bentonite, résine). Force, respirabilité, résistance au feu et coût.
Matériau d'apparence Le "modèle" pour la fabrication de moules de sable détermine la précision et la durée de vie. Bois, plastique (y compris l'impression 3D), métal (aluminium, acier). Taille du lot de production, complexité et coût.

Cet article répondra à vos questions:

  • Dans ce guide, je me concentrerai sur les trois matériaux les plus critiques de la coulée de sable.
  • Révèlent la formule typique du sable de coulée de sable et comparez les caractéristiques des différents métaux.
  • Enfin, nous utiliserons un véritable cas de produit pour illustrer comment les trois matériaux interagissent pour garantir que les pièces moulées peuvent fonctionner de manière fiable dans des conditions de travail sévères.

Pourquoi faire confiance à ce guide? Expérience de première main des ingénieurs de casting JS

En tant qu'ingénieurs de casting chez JS, la confiance de ce guide vient de notre expérience pratique dans l'atelier tous les jours.

Lorsqu'un client apporte une demande pour unpartie coulée de sable en aluminium, Notre première question est toujours: où sera finalement cette partie? Que résistera-t-il? Cela détermine directement si nous choisissons A356 avec une bonne fluidité et adapté aux pièces complexes, ou une qualité spéciale avec une résistance plus élevée. Choisir le bon métal est le fondement.

Nous contrôlons l'humidité de la coulée de sable vert avec une précision de 0,1%. Pourquoi?

Parce que un peu plus d'eau se transformera en trous d'air pendant la verse, et l'ensemble du lot de pièces moulées peut être mis au rebut. Il en va de même pour le choix des matériaux de moisissure. Devrions-nous utiliser des moules en bois bon marché ou des moules métalliques durables? Cela dépend du futur volume des commandes du client, pas seulement du présent. Ce sont les vérités dures que nous résumons chaque jour dans l'atelier.

Les compétences réelles reposent sur des cas pour parler:

Corps de valve hydraulique d'un client, le canal d'écoulement interne est toujours inexact et le traitement prend du temps et à forte intensité de main-d'œuvre. Nous avons changé le sable enveloppé dans le métal du sable humide ordinaire en sable de résine guéri chimiquement, et la précision dimensionnelle a immédiatement augmenté. Le volume d'usinage ultérieur a été directement réduit de près de 60%,Économiser beaucoup d'argent.

Il s'agit de la synergie du "triangle de fer" que nous soulignons. Le métal est le fond de teint, la formule de sable est la clé de la mise en forme et le matériau du moule détermine la durée de la durée.

"David Weiss a souvent dit: Le moule est l'ingénieur de processus silencieux."

Nous comprenons profondément que la qualité du moule et le choix des matériaux déterminent silencieusement mais crucial le sort de la moulage final. Les astuces de ce guide sont l'expérience du noyau dur que j'ai accumulé en résolvant des problèmes pratiques et en optimisant les processus de production à maintes reprises, et c'est l'utilisation réelle de la science des matériaux sur la ligne de production.

Système 1: Matière de moulage - pas de sable

Permettez-moi de parler du «sable» de la coulée de sable, qui ne semble pas encore envoûté est en effet crucial - le matériau de moulage. En fait, c'est l'épine dorsale du succès ou de l'échec de l'ensembleprocessus de coulée de sable! Le fonctionnement de ce sable dépend en grande partie de trois éléments:

Matériau squelette: c'est le pilier du moule.

Sable de silice:This is our most extensively used primary force that has low cost and plenty. Mais vous ne devriez pas être imprudent de le choisir. Vous devez prendre des soins supplémentaires de la taille des particules de sable, que la forme soit adéquatement ronde et si elle est suffisamment propre. Ils sont tous préoccupés par la qualité de la surface de coulée et la perméabilité de l'air du moule. S'il ne peut pas être évité, ce sera un problème gigantesque.

Sable spécial:Avec des alliages à haute température tels que l'acier coulé, ou lorsqu'ils fonctionnent avec des exigences de précision extrêmement élevées, le sable de silice normal est un peu surmené.Nous devons maintenant utiliser du sable spécial:

  • Sable d'olivine: il est plus résistant aux températures plus élevées que le sable de silice. Le secret est qu'il se déforme moins lorsqu'il est chauffé, et les objets coulés sont de taille plus cohérents et ne seront pas facilement déformés hors de forme.
  • Sable de zircon: Dans une résistance thermique à haute température, il est parfait et libère également la chaleur rapidement. Les moulages fabriqués avecSurface très fine et lisse, en particulier ces parties à parois minces ou les parties de précision, l'effet est superbe. De bonnes caractéristiques ont des prix coûteux et le prix est relativement élevé.

Part de type d'agrégation de sable de coulée mondial:

Type agrégé Composants principaux À peu près parlant Scénarios d'application typiques
Sable de silice (sio₂) Silice 85% La plupart des pièces moulées incluent la fonte, l'aluminium coulé, l'alliage de cuivre, etc.
Olivine Sable (Mg, fe) ₂sio₄ 8% Les alliages de point de fusion élevés tels que l'acier coulé et l'acier au manganèse.
Sable de zircon Zrsio₄ 4% Castings de précision, nécessitant une qualité de surface extrêmement élevée ou des composants de paroi extrêmement minces.
Autre (sable de minerai de chrome, etc.) Mélanger 3% Alliages spéciaux ou pièces localement critiques.

Source de données: Référence complète au rapport mondial de la tendance du matériel de casting mondial 2019 et aux données consensuelles de l'industrie de l'International Foundry Society (IFS).

Binder: "Glue" qui fait coller le sable ensemble

(1) Système de sable humide (argile + eau):

C'est le système le plus traditionnel. Pourquoi s'appelle-t-il le "sable vert"? C'est à cause de l'état humide (le vert signifie non cuit), pas à cause de la couleur.

  • Ingrédients: sable de silice + argile bentonite + eau.
  • Forces: moins cher,Le sable peut être recyclé, et plus respectueux de l'environnement.
  • Inconvénients: La résistance à la traction n'est pas élevée, et il est relativement difficile de fabriquer des moules ou des noyaux de sable fins et complexes. La tolérance dimensionnelle est mauvaise, et elle est très sensible au contrôle de l'humidité (± 0,1% précis dans la production de JS), et la variation de l'humidité peut facilement entraîner des défauts de pores.

(2) liant chimique (système de sable en résine):

  • Ingrédients: sable de silice + résine liquide (par exemple, résine de furain, résine phénolique) + agent de durcissement.
  • Avantages: fort moule et noyau de sable, bonnes tolérances dimensionnelles, finition de surface élevée de la coulée, adaptée aux structures complexes.
  • Inconvénients: le coût élevé du matériau, l'odeur peut être créée pendant le mélange et le versement de sable, la ventilation et le contrôle environnemental doivent être bien maintenus.

Additifs: améliorer les performances

En plus des agrégats de base et des liants, de petites quantités de matériaux sont incorporées pour faciliter le processus ou pour améliorer la qualité de la coulée. Applications typiques:

Combiner la poussière de charbon avec du sable humide en fonte: le fer fondu est très chaud, et la poussière de charbon est consommée lorsqu'elle est chauffée et convertie en un mince film de protection de gaz entre le fer en fusion et le moule de sable. Ce film est efficace à un point tel qu'il peut empêcher le fer en fusion de s'infiltrer dans les pores de sable, permettant ainsila surface de coulée pour être plus fluideet la charge de travail de nettoyage pour réduire. Il existe d'autres additifs, tels que la collation anti-sable et l'amélioration de la fluidité, selon les besoins spécifiques.

La maîtrise avec précision de la combinaison "Triangle de fer" de matériaux de moulage est la pierre angulaire du succès du processus de coulée de sable. Si vous êtes confronté à des défis de qualité ou de coût, veuillez nous contacter immédiatement. L'équipe JS fournira des solutions de matériaux éprouvées et des suggestions d'optimisation des processus en fonction de vos besoins spécifiques. "

Molding material formula

Système 2: Casting Metal - du fer en fusion à l'aluminium

Pour les produits de coulée que les clients obtiennent enfin, le choix des matériaux métalliques est un processus décisionnel complet qui doit considérer la force, le poids, la résistance à la corrosion, la conductivité thermique et le coût le plus réaliste. Voici plusieurs types de métaux de coulée que nous utilisons couramment:

Métaux ferreux - l'épine dorsale des applications industrielles

Fonte:C'est définitivementle premier choix pour les grandes pièceset les pièces qui nécessitent une stabilité.

  • Fer gris: il a le meilleur coût et la meilleure capacité d'absorption des chocs. Il est souvent utilisé dans des endroits tels que les bases de machines-outils et les cylindres de moteur. Son inconvénient est la fragilité relative.
  • Fer ductile: grâce à un traitement de sphéroïdisation en graphite, sa résistance et sa ténacité sont proches de l'acier, et il maintient une bonne résistance à l'usure et une résistance à l'impact. Il est largement utilisé dans les composants clés tels que les pipelines d'eau / gaz, les vannes, les vileliers, les engrenages, etc.

Acier coulé:

Vous voulez un matériau plus fort?

Ensuite, vous devez regarder l'acier à fondre. Sa force et sa ténacité sont un niveau plus élevé que la fonte, et il convient particulièrement aux pièces de base qui doivent résister à d'énormes forces, telles que les roues de train etCadres clés de l'équipement lourd. L'inconvénient est que le processus de coulée est plus compliqué et que les coûts de matériau et de traitement sont généralement plus élevés.

Métaux non ferreux - répondant aux besoins des poids légers

Alliages en aluminium:

  • Les principaux avantages sont le poids léger, une excellente résistance à la corrosion et une bonne conductivité thermique / électrique. Il est largement utilisé dans les champs des automobiles, de l'aérospatiale, des machines générales, etc., et est un communMatériel pour coulée de sable en aluminium.
  • Les applications typiques comprennent: les collecteurs d'admission du moteur automobile, les couvercles de culasse, les boîtiers de pompe, les pièces de boîtier et les pièces qui ont des exigences fonctionnelles et d'apparence.
  • Pour les pièces avec des structures complexes et des exigences de précision extrêmement élevées, la sélection de procédés de coulée d'investissement par rapport à la coulée de sable doit être évaluée en fonction de besoins spécifiques.

Alliages de cuivre:

Brass / Bronze: Ce type de métal a une résistance à la corrosion d'eau de mer de première classe, une bonne conductivité électrique et thermique, et ce lustre métallique classique. Par conséquent, ils sont souvent vus dans les hélices des navires, les parties de valve résistantes à la corrosion et ces pièces moulées artistiques exquises. Le coût est relativement plus élevé que celui de l'alliage d'aluminium.

Il n'y a pasMeilleur choix de moulage en métal, seulement le plus approprié. De l'acier coulé à haute résistance et du fer ductile aux alliages d'aluminium légers et aux alliages de cuivre avec des propriétés spéciales, chaque matériau a sa valeur unique.

"En tant qu'ingénieurs de JS, nous connaissons très bien la correspondance des propriétés des matériaux et des processus de coulée. Nous vous invitons sincèrement à nous dire les exigences de vos pièces, l'environnement d'utilisation, les objectifs de performance et le budget à JS. Nous recommanderons avec précision la meilleure solution de matériaux et de moulage pour vous!"

Metal materials for sand castings

Système 3: Modèle de matériaux - d'une utilisation unique à répétée

1. Bois: un point de départ économique et abordable

  • Scénarios applicables: lorsque vous n'avez besoin que de faire quelques échantillons ou unProduction d'essai de petit lots, le moule en bois est le point de départ le plus rentable. Il est rapide à traiter et facile à modifier.
  • Avantages: le coût initial le plus bas, relativement simple et rapide à faire et à modifier.
  • Inconvénients: une mauvaise durabilité, en particulier peur des changements d'humidité environnementale, faciles à être affectées par l'humidité et le déformation, et la stabilité dimensionnelle diminue rapidement au fil du temps. Il est difficile de garantir la précision après une utilisation répétée, et il ne convient que pour une production monobile ou à volume à très faible volume.

2. Impression plastique / 3D: un outil pour la vitesse et la complexité

  • Situations applicables: C'est un excellent choix pour la validation du prototypage rapide et des lots de fabrication de petite taille à moyen (dizaines à des centaines de pièces), en particulier lorsque votre configuration de pièce est très complexe et difficile à fabriquer par le processus traditionnel.
  • Avantages: avec l'aide deTechnologie d'impression 3D, on peut produire directement des cavités intérieures complexes, des surfaces courbes et d'autres formes, qui sont presque impossibles à réaliser grâce à des méthodes traditionnelles, accélérant le processus de développement des produits. Les moules en plastique éprouvent moins d'usure que les moules en bois et ont une dimension plus stable.
  • Inconvénients: La résistance et la résistance à l'usure ont tendance à être inférieures aux moules métalliques. S'il est utilisé en grande quantité sur une longue période, le risque de déformation et d'usure existe. Plus cher que les moules en bois mais moins chers que les moules métalliques.

Ici, nous rencontrons souvent un choix: si les pièces sont particulièrement délicates et complexes et que le lot n'est pas grand, en utilisant parfois des moules en plastique imprimés en 3D combinés avecTechnologie de casting d'investissementsera plus efficace et plus précis que la coulée de sable traditionnelle (bien sûr, le modèle de coût est également différent). Il s'agit de la sélection typique de coulée de sable par rapport à la sélection de processus de coulée d'investissement où le matériel de modèle doit être pris en compte.

3. Métal (aluminium / acier): le centre de production de masse

  • Situation où vous pouvez l'utiliser: lorsque vous effectuez une production à long terme et à volume élevé (dizaines de milliers d'unités) et nécessiter une forte consistance dans la taille des pièces moulées et la finition de surface, les moules métalliques sont une exigence.
  • Avantages: une durée de vie très forte, extrêmement longue, bien dimensionnellement stable, capable de résister à la boîte inverse, aux vibrations et aux processus démêlants de la ligne de production de coulée de sable, c'est-à-dire que la coulée est très cohérente avec très peu de fluctuation. À long terme, le coût unitaire est très avantageux après la dilution.
  • Inconvénients: Le coût de fabrication initial est le plus élevé, le cycle de traitement est le plus long, les exigences de conception et de fabrication sont élevées et les modifications sont difficiles. Adapté àProduction de masse de produits finalisés.

"Chez JS, nous connaissons trop ces looks. Si votre projet choisit: s'il faut utiliser des moules en bois pour économiser les coûts et démarrer rapidement, ou pour utiliser l'impression 3D pour vérifier rapidement la conception, ou pour choisir des moules métalliques pour vous adapter à la production de masse à long terme, en particulier dans la production de masse, lorsque vous profitez de l'avantage d'échelle de la distribution de sable, n'hésitez pas! Contactez-nous maintenant pour une consultation gratuite!"

3D printing model materials

Analyse réelle de cas de combat: Développer des corps de soupape de fer ductile à haute pression pour l'industrie pétrochimique

J'ai personnellement participé à ce cas et j'ai été profondément impressionné. Permettez-moi de vous dire comment j'ai terminé avec succès cette tâche:

Sur les pipelines pétrolières et gazières, les vannes sont des portes de sécurité. En tant que noyau, le corps de la valve a des conséquences désastreuses une fois qu'elle échoue, donc le choix des matériaux est très important!

Défi des clients: faire un grand corps de soupape qui peut résister aux coûts de pression et de contrôle à haute teneur

Contexte du projet: une usine de valve avec laquelle nous avons coopéré nécessaire pour développer un corps de vanne DN300 (300 mm de diamètre) pourPipeaux de gaz naturel à haute pression.

Dilemme de la solution d'origine:

  • Usinage complet (billette en acier forgé): moulant une cavité intérieure complexe à partir d'un grand acier forgé solide? Le coût était terriblement élevé et le client l'a directement rejeté.
  • Soudage de la plaque d'acier:Il y a des dangers cachés dans les soudures, et il ne peut pas passer la certification de sécurité la plus stricte, et le risque est trop grand.
  • Ordinary gray cast iron: The strength and toughness are not enough, and it cannot withstand the high pressure of the pipeline and the dangerous water hammer impact, so it is directly eliminated.

Solution de JS: jouer avec le "Triangle de fer des matériaux"

Nous avons analysé queLa clé du succès réside dans la recherche d'une combinaison parfaite de matériaux et de processusCela peut non seulement former une cavité intérieure du corps de valve complexe en une seule fois, mais aussi fournir une force et une ténacité supérieures.

(1) couler du métal

Abandonné de manière décisive en fonte grise.Fer ductile choisi. Sa structure de graphite sphéroïdal est la clé, contrairement au graphite de flocon de la fonte grise qui divisera la matrice. Cela le fait avoir une résistance proche de celle de l'acier, ainsi que d'une bonne ténacité et d'une ductilité, et est un matériau naturel pour faire face à la haute pression et à l'impact.

(2) Matière de moulage

La cavité intérieure du corps de la valve a des canaux d'écoulement complexes, et la précision dimensionnelle et les exigences de finition sont très élevées. Nous avons choisi le sable auto-durcissant en résine de furan pour faire des noyaux de sable et des moules. Ce moule de sable a une forte résistance et peut résister à l'impact de près d'une tonne de fer en fusion à haute température, garantissant que la taille de la cavité est stable et que la paroi intérieure est lisse, jetant les bases de pièces moulées de haute qualité.

(3) Modèle de matériel

Le produit du client doit être produit en masse pendant longtemps. Nous suggérons de ne pas économiser un peu d'argent et d'investir directement dans la fabrication d'un ensemble demoules en aluminium de haute précision. Bien qu'il soit plus cher qu'un moule en bois, ce n'est pas un problème de l'utiliser des centaines ou même des milliers de fois! Ce moule de sable en aluminium coulant de sable garantit que chaque corps de valve est le même, avec des dimensions précises, qui dilue considérablement le coût d'une seule partie.

Résultats: Une situation gagnant-gagnant de certification de sécurité + avantage coûte

Le corps de soupape en fer ductile intégré a finalement réussi le test de pression de pression de conception de 1,5 fois rigoureux et a des performances fiables. Plus important encore, le coût ne représente que 30% de la solution d'origine en toute l'acier en acier!

Avantages quantifiés:

Éléments indicateurs Performance de réalisation
Coût de fabrication Réduire de 70%.
Certification de sécurité 100% passe (répond aux normes les plus strictes de l'industrie).
Efficacité fluide Augmenter d'environ 5% (grâce à la cavité intérieure plus fluide).

"Ce projet a aidé le client à gagner un ordre clé. Il prouve une fois de plus qu'une excellente coulée de sable est le résultat d'une correspondance scientifique du" Triangle de fer "des matériaux métalliques, de la technologie de moulage et des outils de modèle. La maîtrise de cette capacité de correspondance est la valeur fondamentale qui distingue JS des fonderies ordinaires."

Ductile iron valve body

FAQ - Réponses à plus de questions sur les matériaux de coulée de sable

1. Le sable utilisé pour le moulage peut-il être pris de la plage?

Ne fais pas ça! Le sable de plage est similaire, mais le sel (chlorure) et les coquilles cassées (principalement du carbonate de calcium) cachées sont l'ennemi de la coulée. Lorsque le fer en fusion à haute température est versé, ces impuretés subiront des réactions chimiques violentes, produisant du gaz et des scories, ce qui entraînera directement de graves défauts tels que les pores, les inclusions de sable et même les puits de surface dans la coulée.

Le sable que nous utilisons généralement est un sable de silice industriel spécialement traité. Nettoyez-le, sélectionnez la taille des particules appropriée et séchez-la soigneusement pour lancer une bonne coulée.

2. Qu'est-ce que le "sable vert"? Est-ce vraiment vert?

Bien qu'il s'appelle "Sand vert", cela n'a rien à voir avec la couleur! Le "vert" dans le nom fait réellement référence à l'état "humide" ou "non cuit" du sable. Il s'agit du matériau de modélisation le plus utilisé et économique dans notre coulée de sable. La formule est très simple: sable de silice de base + argile (principalement bentonite) + eau. Après le mélange, il reste humide, a une bonne plasticité, peut être compacté et peut être recyclé à plusieurs reprises.

3. Quel équipement de base est nécessaire pour fabriquer des moulages de sable?

L'équipement de base est inséparable à partir de trois choses: la fournaise pour la fusion du métal est le point de départ, la machine pour mélanger le sable et le moulage et le ballon pour réparer le moule de sable. Après l'équipement de versement, de coupe et de broyage est également nécessaire pour faire face aux rondelles et à des colonnes montantes des pièces moulées. Ceux-ci constituent l'équipement de base de la coulée de sable et soutiennent l'ensemble du processus de production.

Résumé

Le secret de vraiment bien faire dans le coulage du sable est de bien comprendre le matériau. Cela nécessite non seulement que nous maîttions les propriétés métalliques, mais aussi que nous devons bien comprendre le comportement chimique du matériau de modélisation et la technologie de traitement du matériau de moule.Dans la pratique du casting de JS, nous comprenons profondément que c'est la coordination précise deLes trois principaux systèmes de métal, de matériaux de moulage et de moules qui produisent finalement des produits de coulée de sableavec une structure forte et des performances fiables.

Évaluez-vous pour votre prochain projet:

  • Comment équilibrer le coût et la faisabilité technique?
  • Y a-t-il une incertitude dans la sélection des matériaux?

Ne laissez pas les problèmes matériels devenir un goulot d'étranglement pour votre projet.Contacter les ingénieurs de casting de JS. La valeur que nous fournissons est bien plus qu'une seule citation. Sur la base d'une compréhension complète du système matériel, nous vous fournirons une analyse de solutions de fabrication professionnelle pour assurer l'optimisation de la sélection des processus.

Téléchargez vos dessins de conception maintenant!Commençons par la sélection de matériaux la plus basique et jettez une base solide pour le succès de votre projet ensemble.

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