Литье в 3D печатные песчаные формы — новый, современный способ производства высокоточных отливок из чугуна, стали и цветных сплавов для аэрокосмической и оборонной промышленности, автомобилестроения, производства технологической оснастки, медицины, изготовления прототипов. Способ предусматривает выполнение двух основные технологических операций: 3D печать литейных песчаных форм и стержней и, вторую, сборку и заливку форм.
Трехмерная печать литейных форм и стержней
Трехмерная печать литейных песчаных форм и стержней осуществляется автоматически на специализированных 3D принтерах. Построение объектов осуществляется автоматически, на основе данных 3D CAD, из мелкодисперсного кварцевого песка путем нанесения тонкого слоя (толщиной 140-250 мкм) на площадку построения и последующего селективного связывания (соединения) слоев между собой жидким связующим (фурановая смола или фенольное связующее), поступающим из головки в соответствии с заданной геометрией слоя. После завершения процесса печати, формы или стержни распаковывается, т.е. очищается от избытка песка. Для этих целей обычно используют вакуумирование. Применяемый незапечатанный песок почти на 100% подлежит вторичной переработке (процесс PDB).
Cистема 3D печати не только обеспечивает быстрое производство отдельных объектов, но также допускает эффективное производство небольших партий. Конструкция системы, включающая строительные платформы, которые поочередно вставляются в станцию обработки, позволяет вести непрерывную печать (24 часа, в течение 7 в неделю).
В качестве примера рассмотрим процесс 3D печати на принтере VX2000 компании voxeljet AG (Германия) 3-х комплектов литейных песчаных форм и стержней для отливки трех блоков цилиндров:
Сборка и заливка форм
Рабочие поверхности форм и стержней, как и при традиционных способах литья покрывают противопригарными покрытиями. Формы с горизонтальными разъемом собирают на клей и пригружают грузами, формы с вертикальным разъемом обычно сажают на клей и крепят стягивающими шпильками.
Компания ExOne отсняла фольм отображающий сборку форм для заливки блоков цилиндров:
Достоинства способа литья в 3D печатные песчаные формы
- Технология литья в 3D печатные песчаные формы, с точки зрения общих затрат, экономичнее производства литья в песчано-глинистые формы при изготовлении небольших партий отливок, т.к. отсутствуют затраты на разработку и изготовление сложной, дорогостоящей литейной и опочной оснастки, инструмента и приспособлений. 3D-печать отливок со сложной геометрией является наиболее экономичным выбором, даже партий в несколько сотен единиц, хотя она не может заменить классическую технологию литья при большой серии.
- Второе важное преимущество способа 3D печати, в сравнении с традиционными способами литья, заключается в более коротких сроках производства. Если изготовление пресс-форм и стержневых ящиков может занять несколько недель, 3D печать позволяет печатать сложные песчаные формы в течение ночи или в течение нескольких дней. Все, что требуется являются наборы данных CAD.
- Способ позволяет производить точные песчаные формы и стержни с высоким качеством поверхности.
- Песчаные формы производятся аддитивно непосредственно из данных CAD, что позволяет использовать все богатство детализации и точности, практически неограниченной геометрии, могут быть реализованы подрезы.
- Возможны комбинации: 3D-печатные сердечники можно комбинировать с традиционными песчаными формами и наоборот.
Производство литья в песчаные формы напечатанные на 3D-принтере имеет безусловную перспективу. Постоянное снижение стоимости печати на принтере по мере его совершенствования, увеличение габаритов печатающего пространства (к примеру принтер VX4000 производимый voxeljet AG (Германия), обеспечивает построение объектов на площадке размером: 4000 x 2000 х 1000 мм), исключительная точность, высокое качество поверхности формы, отсутствие уклонов, высокая скорость изготовления, исключение операции механической обработки мало того, что дают основания считать данное направление перспективным, но и указывает на экономическую эффективность использования данного способа литья.
