Многие ювелиры успешно применяют в своей работе программно-управляемые фрезерные станки, которые вытачивают восковки для литья, а некоторые аппараты - и сразу металлические детали. В этой статье мы рассмотрим 3D-печать как альтернативу и дополнение к этому процессу.

Скорость

При создании детали в единичном экземпляре, ЧПУ-фрезер выигрывает в скорости - фреза станка движется со скоростью до 2000-5000 мм/мин и там, где фрезер управится за 15 минут, принтер может печатать деталь до полутора часов, иногда даже больше.

Это справедливо, правда, лишь для простых и гладких изделий, типа обручального кольца простой формы и без рисунка, которые не требуют высокого качества поверхности, т.к. их легко быстро заполировать. Сложные изделия фрезер вытачивает так же неспешно, как их печатает 3D-принтер, а зачастую и дольше - время обработки может доходить до шести часов.

Фото @FormlabsJp

При создании сразу серии изделий ситуация кардинально меняется - за один проход принтер способен распечатать полную платформу восковок - это площадка (на примере принтера ) 145х145 мм, и их там помещается, в зависимости от размера моделей, до 35 штук. При скорости печати 10-30 мм/час (а печатает он слоями, сразу по всей площади платформы), это дает заметное преимущество перед фрезером, который единовременно вырезает лишь одну модель - это либо одна сложная деталь, либо несколько простых, плоских, из одной цилиндрической восковой заготовки.

Кроме того, 3D-принтер может печатать сразу елку моделей для отливки, без необходимости собирать ее из отдельных заготовок. Это тоже экономит время.

Фото @3d_cast

Точность и качество

Точность позиционирования фрезы в ЧПУ-аппаратах достигает 0,001 мм, что выше чем у 3D-принтера. Качество обработки поверхности фрезером зависит еще и от размера самой фрезы, а радиус вершины фрезы - не менее 0,05 мм, но движение фрезы задается программно, обычно это шаг в треть или половину фрезы, соответственно - все переходы сглаживаются.

Фото @freemanwax

Толщина слоя при печати на Form 2, самом популярном но далеко не самом точном принтере, а значит и вертикальная точность, составляет 0,025 мм, что в два раза меньше диаметра острия любой фрезы. Диаметр его луча составляет 0,14 мм, что уменьшает разрешение, но позволяет также получать более гладкую поверхность.

Фото @landofnaud

В целом, качество получаемых изделий на фотополимерном принтере и топовых фрезерных станках сопоставимое. В некоторых случаях, на простых формах, качество фрезерованной детали будет выше. Со сложностью форм история другая - 3D-принтер способен напечатать такое, что ни один фрезер никогда не вырежет, в силу конструктивных ограничений.

Экономичность

Фотополимеры, которыми печатают стереолитографические принтеры, стоят дороже обычного ювелирного воска. Крупные куски воска после фрезера можно переплавить в новые заготовки, хотя это тоже время и лишние действия, но и экономия. Фрезерованный воск выходит дешевле, в пересчете на стоимость каждого единичного изделия аналогичного объема.

Воск - не единственный расходный материал в работе фрезера, фрезы тоже постепенно стачиваются и требуют замены, их хватает на 1-2 месяца интенсивной работы, но это не сильно сокращает разрыв.

Работа фрезера, в пересчете на себестоимость изготовленных изделий, обходится дешевле.

Фото @3DHub.gr

Удобство и возможности

Специфика фрезеровки такова, что даже на пятиосевом станке фреза способна достать далеко не везде. Это вынуждает ювелиров создавать составные модели из нескольких частей, которые затем надо спаивать, а то и предварительно дорабатывать вручную. 3D-принтер же способен распечатать модель сколь угодно сложной формы, включая внутренние полости и сложные сочленения, за один проход.

Как это происходит

Распечатанные модели припаиваются к восковому стволу, затем получившаяся конструкция заливается гипсом или специальным раствором, после отвердения которого готовая форма разогревается в печи, а потом заливается металлом.

Материал восковок без остатка выгорает, позволяя металлу занять все освободившееся место и в точности повторить форму заготовки.

Детальнее:

1. Процесс литья начинается с печати модели и стандартной пост-печатной обработки - распечатанная деталь отделяется от поддержек, промывается, подвергается закрепляющей экспозиции в ультрафиолете, при необходимости - слегка полируется.

2. Далее процесс аналогичен тому, что применяется при литье с применением обычных восковок. Заготовки припаиваются к восковому литнику, который удержит их в правильном положении и создаст канал для распределения металла.

Если количество и размер изделий позволяют, можно пропустить этот этап - если распечатать изделия вместе с литником как единое целое.

3. Литник закрепляется в литьевой колбе. Если колба перфорирована, отверстия стоит закрыть, например - упаковочным скотчем.

4. Заполняющий раствор смешивается в пропорциях указанных производителем.

Потом его заливают в колбу с находящимся внутри литником. Наливают аккуратно, чтоб не повредить модели и не сместить елку.

5. Колба помещается в вакуумную камеру не менее, чем на 90 секунд, чтоб из раствора вышел весь воздух. Потом ее переносят в защищенное от вибрации место, для скорейшего застывания.

6. Литьевые емкости ставят в печь, холодную или разогретую до 167ºC, и постепенно поднимают температуру, до полного выгорания пластика моделей.

Preheat - предварительный нагрев.

Insert flask - поместить колбу в печь.

Ramp - поднять (изменить) температуру.

Hold - держать температуру (пример: 3h = 3 часа)

7. По завершении этого процесса в форму заливают металл.

8. После заливки форму охлаждают, заполняющий материал вымывается.

9. Остается лишь извлечь готовые изделия, разделить их и слегка отполировать.

Фото изделий созданных :

Выводы:

Обе технологии имеют свои плюсы и минусы. Если в ювелирной мастерской уже есть фрезерный ЧПУ-станок, то с большинством задач по изготовлению единичных экземпляров он справится. Более того - если изготавливаются только единичные экземпляры и не очень часто, то станок тут и в скорости выигрывает.

Если не стоит задачи развивать производство, увеличивать объем работ, оборот средств, поднимать уровень сложности изделий, то 3D-принтер будет лишь дополнительной финансовой нагрузкой.

При увеличении темпа и объемов работ, при постоянном введении новых моделей, преимущества 3D-принтера станут заметны сразу, в серийном производстве разница в скорости серьезная. Принтер сложно переоценить в быстром прототипировании и изготовлении партий заготовок.

Если же предприятие выполняет оба типа заказов - как единичные, так и серийные, - эффективнее и экономически целесообразнее будет иметь в хозяйстве оба аппарата, для разных типов работ, они органично дополнят друг друга.

Оборудование

Formlabs

Технология: SLA

Рабочая камера: 145 x 145 x 175 мм

Толщина слоя: 25-100 мкм

Фокус лазера: 140 мкм

Мощность луча: 250 мВт

Цена: руб

Form 2 - компактный стереолитографический 3D-принтер, легко помещающийся на рабочем столе.

Благодаря своей точности (25-100 микрон) пользуется большой популярностью у ортодонтов и ювелиров, так как способен печатать множество изделий за один сеанс.

Фото @FormlabsJp

Фотополимер для печати выжигаемых моделей стоит рублей за картридж объемом 1 литр.

3D Systems

Технология: MJM

Рабочая камера: 295 x 211 x 142 мм

Разрешение: 800 x 900 x 790 точек на дюйм

Толщина слоя: 32 мкм

Цена: рублей

Многоструйный принтер компании 3D Systems, предназначенный для печати литьевых заготовок материалами VisiJet и функциональных деталей - пластиками.

MJP уступает стереолитографическим принтерам в компактности - он значительно крупнее и не может быть размещен на рабочем столе, но это компенсируется скоростью печати и большей рабочей областью.

3D Systems

Технология: MJM

Рабочая камера: 298 х 183 х 203 мм

Разрешение: до 750 x 750 x 1600 DPI

Толщина слоя от: от 16 мкм

Точность печати: 10-50 мкм

Цена: рублей

ProJet 3600W Max - усовершенствованный вариант модели ProJet 3500 CPX, специализированного 3D-принтера для печати литьевых восковок. Это промышленные 3D-принтеры, используемые на производствах в режиме беспрерывной работы, с большой платформой и высокой производительностью. В принтерах данной серии использована технология многоструйного моделирования (Multi Jet Modeling, MJM), которая увеличивает скорость работы и позволяет использовать специально предназначенные для нее материалы VisiJet.

Используемый в нем новый воск отличается высокой прочностью, модели из него не ломаются в руках при отделении от платформы или случайном падении, что случалось с моделями распечатанными из его предшественника - Hi Cast.

Стоит материал рублей за 1,7кг

275 000 руб

Hunter - новый DLP 3D-принтер компании Flashforge. DLP - стереолитографическая технология использующая вместо лазера проектор.

Эта технология имеет свои плюсы - DLP-печать быстрее и способна дать большую детализацию на сверхмалых масштабах. С другой стороны - DLP-проекция состоит из пикселей, если необходима идеально гладкая поверхность - лучше выбрать SLA-принтер, например - Form 2.

Flashforge ​Hunter DLP 3D совместим с третьим поколением стереолитографических смол, что дает пользователю широкий выбор материалов для печати.

В принтере использован DLP-модуль собственной разработки производителя, характеристики которого оптимизированы именно для 3D-печати. Этот компонент обладает большей линейной точностью, чем обычные DLP, предназначенные для бытовых видеопроекторов.

Wanhao

Технология печати: DLP, 405нм

Максимальная скорость печати: 30 мм/час

Максимальная область печати: 120х68х200 мм

Разрешение: 2560х1440 точек на слой

Точность: 0.04 мм

Толщина слоя: 0.035-0.5mm

Вес: 12 кг

Цена: рублей.

Wanhao Duplicator 7 - недорогой фотополимерный принтер для того, чтоб попробовать стереолитографию. Недостатки этой модели - низкая стабильность работы, невысокое разрешение и проблемы с повторяемостью “из коробки”.

Фото @

Аддитивные технологии в опытном литейном производстве. Технологии литья металлов и пластмасс с использованием синтезмоделей и синтез-форм

(научный руководитель Центра Аддитивных Технологий ФГУП «НАМИ», д. т. н.

Михаил Зленко; директор ФГУП «Внештехника» Павел Забеднов)

ВВЕДЕНИЕ. При разработке и создании новой промышленной продукции особое

значение имеет скорость прохождения этапов НИОКР, которая в свою очередь существенно зависит от технологических возможностей опытного производства. В

частности это касается изготовления литейных деталей, которые часто являются самой трудоемкой и дорогостоящей частью общего проекта. При создании новой продукции, особенно на этапе ОКР в опытном производстве, для которого характерны

вариантные исследования, необходимость частых изменений конструкции и, как следствие, постоянной коррекции технологической оснастки для изготовления

опытных образцов, проблема быстрого изготовления литейных деталей становится ключевой. В опытном производстве преимущественными остаются традиционные методы изготовление литейной оснастки (в основном деревянные модели) вручную

или с использованием механообрабатывающего оборудования, реже ЧПУ. Это связано с тем, что на этапе ОКР в условиях неопределенности результата, когда конструкция изделия еще не отработана, не утверждена, для изготовления образцов

не целесообразно создавать «нормальную» технологическую оснастку под серийное

производство. В этих условиях весьма дорогостоящая продукция – литейная оснастка, оказывается, по сути разовой, которая в дальнейшей работе над изделием не используется в связи с естественными и существенными изменениями конструкции изделия в ходе ОКР. Поэтому каждая итерация, каждое приближение конструкции

детали к окончательной версии требует зачастую и новой технологической оснастки,

поскольку переделка старой оказывается чрезмерно трудоемкой или вообще не возможной. И в этой связи традиционные методы оказываются не только дороги в плане материальных потерь, но и чрезвычайно затратны по времени.

Переход на цифровое описание изделий – CAD , и появившиеся вслед за CAD

(вследствие CAD !) аддитивные технологии произвели настоящую революцию в литейном деле, что особенно рельефно проявилось именно в высокотехнологичных отраслях – авиационной и аэрокосмической области, атомной индустрии, медицине и приборостроении, в отраслях, где характерным является мало серийное, зачастую

штучное (в месяц, год) производство. Именно здесь уход от традиционных технологий,

применение новых методов получения литейных синтез-форм и синтез-моделей за счет технологий послойного синтеза дало возможность радикально сократить время

на создание новой продукции. Например, характерная для автомобильного

двигателестроения деталь – блок цилиндров. Для изготовления первого

опытного образца традиционными методами

требуется не менее 6-ти месяцев, причем основные временные затраты

приходятся на создание

Quick-cast модель и отливка блока цилиндров (чугун) модельной оснастки для литья «в землю».

Использование для этой цели технологии Quick-Cast (выращивание литейной модели

из фотополимера на SLA -машине с последующим литьем по выжигаемой модели)

сокращает срок получения первой отливки с полугода до двух недель!

Эта же деталь может быть получена менее точной, но вполне пригодной для данных

целей технологией – литьем в выращенные песчаные формы. Согласно этой технологии в изготовлении литейной модели вообще нет необходимости:

выращивается «негатив» детали – форма. Форма для литья такой крупной детали, как блок цилиндров,

выращивается фрагментами, затем собирается в опоке и производится заливка металла. Весь процесс занимает несколько дней. Значительная часть

«обычных» литейных изделий, не имеющих специальных требований по точности литья или

Фрагменты песчаной формы внутренней структуры, может быть получена в виде готовой продукции в течение нескольких дней: прямое выращивание восковой модели (1 день); формовка+сушка формы (1 день); прокалка

формы и собственно литье (1 день); итого: 3-4 дня с учетом подготовительнозаключительного времени. Практически все автомобильные и авиастроительные

компании промышленно развитых стран имеют в арсенале своего опытного производства десятки AF -машин, обслуживающих задачи НИОКРа. Более того, эти машины начинают использоваться, как «обычное» технологическое оборудование в

единой технологической цепи и для серийного производства.

1. Аддитивные технологии и быстрое прототипирование

Additive Fabrication (AF) или Additive Manufacturing (AM) – принятые в

англоязычной технической лексике термины, обозначающие аддитивный, т. е. «добавлением»», метод получения изделия (в противоположность традиционным методам механообработки путем «вычитания» материала из массива заготовки). Они употребляются наряду со словосочетанием Rapid Prototyping (или RP -

технологии) – Быстрое Прототипирование, но имеют более общее значение, точнее

отражающее современное положение. Можно сказать, что Rapid Prototyping в современном понимании является частью AF-технологий, «отвечающей» за собственно прототипирование методами послойного синтеза. AF - или AM - технологии охватывают все области синтезирования изделий, будь то прототип,

опытный образец или серийное изделие.

Суть AF -технологий, как и RP -технологий, состоит в послойном построении, послойном синтезе изделий – моделей, форм, мастер-моделей и т. д. путем фиксации слоев модельного материала и их последовательного соединения между собой различными способами: спеканием, сплавлением, склеиванием, полимеризацией - в зависимости от нюансов конкретной технологии. Идеология аддитивных технологий базируется на цифровых технологиях, в основе которых

лежит цифровое описание изделия, его компьютерная модель или т. н. CAD -модель. При использовании AF -технологий все стадии реализации проекта от идеи до

материализации (в любом виде – в промежуточном или в виде готовой продукции) находятся в «дружественной» технологической среде, в единой технологической цепи, где каждая технологическая операция также выполняется в цифровой

CAD\CAM\CAE -системе. Практически это означает реальный переход к «безбумажным» технологиям, когда для изготовления детали традиционной бумажной чертежной документации в принципе не требуется.

В настоящее время на рынке существуют различные AF -системы, производящие

модели по различным технологиям и из различных материалов. Однако общим для них является послойный принцип построения модели. Особую роль AF -технологии играют в модернизации литейного производства, они позволили решать ранее не решаемые задачи, «выращивать» литейные модели и формы, которые невозможно

изготовить традиционными способами. Радикально сократились сроки изготовления модельной оснастки. Развитие технологий вакуумного формования и вакуумного

литья по формам и моделям, полученным аддитивными технологиями, дало возможность сократить сроки изготовления пилотных, опытных образцов и в ряде случает серийной продукции в разы и десятки раз. Последние достижения в области

порошковой металлургии позволили существенно расширить возможности аддитивных технологий по непосредственному «выращиванию» функциональных

деталей из металлов и получению новых конструкционных материалов с уникальными свойствами (технологии «spray forming » и др.).

AF -технологии с полным основанием относят к технологиям XXI-го века. Кроме

очевидных преимуществ в скорости и, зачастую, в стоимости изготовления изделий, эти технологии имеют важное достоинство с точки зрения охраны окружающей среды и, в частности, эмиссии парниковых газов и «теплового» загрязнения. Аддитивные

технологии имеют огромный потенциал в деле снижения энергетических затрат на создание самых разнообразных видов продукции.

«Под давлением» глобального развития трехмерных CAD/CAM/CAE -технологий современное литейное, и в первую очередь опытное, производство претерпевает существенную модернизацию, которая имеет целью создать условия для полноценной реализации принципа «безбумажных» технологий в течение всего процесса создания нового изделия – от проектирования и разработки CAD -модели, до

конечного продукта, быть неотрывной частью цикла проектирования и изготовления прототипов, опытных образцов и малых серий изделий различного назначения с широкой номенклатурой применяемых материалов. И для этой цели «литейщики»

оснащаются совершенно новым для них оборудованием, дающим им новые

возможности для удовлетворения «капризов» конструкторов, но одновременно требующим от них освоения новых знаний, заставляя и технологов, и конструкторов говорить на одном 3D -языке, при этом, если не устраняя, то существенно ослабляя извечное противостояние технолога и конструктора.

Современные Центры Аддитивных Технологий часто в своем полном названии

российской промышленности, где зачастую в рамках одного предприятия

сосредоточено производство огромной номенклатуры изделий из различных материалов, где многие предприятия по разным причинам, но вынуждены содержать

свое «натуральное хозяйство», такой подход является вполне рациональным.

Опытное литейное производство для получения и металлических, и пластмассовых

изделий имеют много общего, а с применением AF -технологий становятся еще более

близкими и по применяемому оборудованию, и по технологическим приемам, и по

обучению и подготовки профессиональных кадров.

2. Аддитивные технологии и литейное производство

Как уже отмечалось, особое значение AF -технологии имеют для ускоренного производства литейных деталей. AF -машины используются для получения:

- литейных моделей;

Мастер-моделей;

- литейных форм и литейной оснастки.

* в рамках одной статьи невозможно привести описание всех технологий и всех машин для послойного синтеза. Здесь мы ограничимся лишь теми технологиями, которые имеют наибольший интерес применительно к задачам машиностроения, опуская из рассмотрения довольно значительное количество машин, «заточенных» на решение специальных задач общей медицины, биологии и стоматологии, электронной или ювелирной промышленности.

2.1. Изготовление литейных синтез-моделей Литейные модели могут быть получены (выращены) из:

- порошкового полистирола (для последующего литья по выжигаемым моделям);

- фотополимерных композиций, в частности, по технологии Quick-cast для последующего литья по выжигаемым моделям или по технологии MJ (Multi Jet ) для

литья по выплавляемым моделям;

2.1.1 Синтез-модели из порошкового полистирола

Полистирол широко используется в качестве модельного материала для традиционного литья по выжигаемым моделям. Однако в связи с бурным развитием

технологий послойного синтеза приобрел особую популярность в области прототипирования, а также для промышленного изготовления штучной и

малосерийной продукции. Полистирольные модели изготавливаются на AF -машинах, работающих по технологии SLS – Selective Laser Sintering – послойное спекание порошковых материалов. Эту технологию часто применяют тогда, когда необходимо

быстро сделать одну или несколько отливок сложной формы относительно больших

	размеров			умеренными
	требованиями			по точности.
	Суть технологии заключается в
	следующем.			Модельный
	материал			полистирольный
	порошок с размером частиц 50-
				накатывается
	специальным
SLS -машина SinterStation Pro и модель колеса турбины				платформу,
	установленную			в герметичной

камере с атмосферой инертного газа (азот). Лазерный луч «пробегает» там, где компьютер «видит» в данном сечении CAD- модели «тело», как бы заштриховывая

сечение детали, как это делает конструктор карандашом на чертеже. Здесь лазерный

луч является источником тепла, под воздействием которого происходит спекание частичек полистирола (рабочая температура около 120°С). Затем платформа опускается на 0,1-0,2 мм и новая порция порошка накатывается поверх отвержденного, формируется новый слой, который также спекается с предыдущим.

Процесс повторяется до полного построения модели, которая в конце процесса

оказывается заключенной в массив неспеченного порошка. Модель извлекается из

				очищается от
			Преимуществом
				технологии
		является		отсутствие
		поддержек – они не нужны,
		поскольку модель и все ее
		строящиеся слои во время
		построения		удерживаются
		массивом
	Полистирольная модель и отливка головки цилиндра ДВС	Имеющиеся
		машины фирм 3D Systems

и EOS позволяют строить достаточно крупные модели – размерами до 550х550х750 мм (это важно, это позволяет строить крупные модели зацело, без необходимости

склейки отдельных фрагментов, что повышает точность отливки и надежность,

особенно вакуумного литья). Весьма высокая детализация построения моделей: могут быть построены поверхностные элементы (номера деталей, условные надписи

и пр.) с толщиной фрагментов до 0,6 мм, гарантированная толщина стенки модели до

Принципиально технологии литья по восковым и по полистирольный моделям не отличаются. Используются те же формовочные материалы, то же литейное и

вспомогательное оборудование. Разве что восковая модель - «выплавляемая», а полистирольная модель – «выжигаемая». Отличия лишь в нюансах формования и термообработки опок. Однако эти нюансы имеют значение. Работа с

полистирольными моделями требует внимания при выжигании: выделяется достаточно много газов (горючих), которые требуют нейтрализации, материал

частично выгорает в самой форме, есть опасность образования золы и засорения формы, нужно предусмотреть возможность стекания материала из застойных зон, безусловным требованием является использование прокалочных печей с

программаторами, причем программа выжигания полистирола существенно отлична от программы вытапливания воска. Но в целом, при определенном навыке и опыте, литье по выжигаемым полистирольным моделям дает очень хороший результат.

Полистирольная модель (после выращивания и инфильтрации) и отливка, чугун

К недостаткам технологии нужно отнести следующее. Процесс спекания порошка – это тепловой процесс со всеми присущими ему недостатками: неравномерность распределения тепла по рабочей камере, по массиву материала, коробление

вследствие температурных деформаций. Второе. Порошок полистирола не

сплавляется, как например, порошки полиамида или металла, о которых речь пойдет

ниже, а именно спекается – структура модели пористая, похожа на структуру

пенопласта. Это делается специально для облегчения в дальнейшем удаления материала модели из формы с минимальными внутренними напряжениями при нагревании. Построенная модель, в отличие от, например, восковки, требует весьма аккуратного обращения и при очистке, и при дальнейшей работе в подготовке к формованию. Для придания прочности и удобства работы с ней

(сочленения с литниковой системой,

формовки) модель пропитывают

специальным составом на восковой

основе – процесс называется инфильтрацией. Модель помещают в специальную печь и при температуре

около 80°С пропитывают указанным составом (на фотографии показаны инфильтрированные модели красного

цвета, из машины же извлекаются

Полистирольные модели и отливки, алюминий полистирольные модели снежно-

белого цвета). Это также несет в себе опасность деформирования модели и требует

определенных навыков персонала. Правда, в последнее время появились

полистирольные модельные порошки, не требующие инфильтрации. Это ослабляет, но не устраняет полностью проблему. Кроме того, инфильтрат в виде воска далеко не всегда является вредной необходимостью. Он расплавляется в опоке при выжигании первым, раньше полистирола и когда последний приобретает текучесть,

способствует его выносу из формы, тем самым уменьшая массу «выжигаемой» части полистирола и снижая вероятность образования золы.

Таким образом, когда мы говорим об «умеренных требованиях к точности» при использовании SLS -технологии, имеем в виду отмеченные объективные причины, по которым точность изделий, полученных SLS -технологий, не может быть выше, чем

при использовании других технологий, не связанных с температурными деформациями. Таковой, например, является технология фотополимеризации.

Говоря об SLS- технологии, отметим еще одно, не связанное с полистиролом, но

«родственное»		направление, иногда используемое в литейном деле. Это
			выращивание литейной формовочной оснастки
			из порошкового полиамида. Полиамид широко
			используется				функционального
			прототипирования,			полиамидные
			достаточно прочные и во многих случаях
			позволяют		воспроизвести				прототип
			максимально близко к «боевому» изделию. В
					оказывается			экономически
			целесообразным		применять			полиамидные
			модели в качестве альтернативы деревянным.
			Модель выращивают, так же как и
			полистирольную. При этом по возможности
	SLS -модель	распределительного		ее полой с		минимально			возможной
	вала и формовочный ящик для		толщиной стенок (с целью минимизации
	получения		вышеуказанных температурных деформаций!).
						придания		прочности и

жесткости заполняют изнутри эпоксидной смолой. После этого закрепляют в обычном формовочном ящике, красят и далее - по традиционной технологии формования.

Пример такой «быстрой» технологической оснастки для формовки

распределительного вала ДВС показан на рисунке. Ввиду большой длины модель выращена из двух частей, части склеены, заполнены эпоксидной смолой и закреплены в формовочном ящике; продолжительность операций 2 дня.

2.1.2 Синтез-модели из фотополимеров

Суть технологии в использовании специальных светочувствительных смол, которые отверждаются избирательно и послойно в точках или местах, куда по заданной программе подводится луч света. Способы засветки слоя различны (лазер, ультрафиолетовая лампа, видимый свет). Существует две основные технологии создания моделей из фотополимерных композиций: лазерная стереолитография или

SLA-технология (от Steriolithography Laser Apparatus), или просто

стереолитография - отверждение слоя посредством лазера, и «моментальная» засветка слоя – отверждение слоя фотополимера вспышкой ультрафиолетовой

лампы или прожектора. Первый способ предполагает последовательное «пробегание» лазерного луча по всей поверхности формируемого слоя там, где в сечении «тело» модели. Согласно второму способу отверждение всего слоя

происходит сразу же после или в процессе его формирования за счет излучения от управляемого источника света – видимого или ультрафиолетового. Различие в способах формирования слоев обуславливает и различие в скорости построения

модели. Очевидно, что скорость выращивания вторым способом выше. Однако

стереолитография была и остается самой точной технологией и применяется там, где требования к чистоте поверхности и точности построения модели являются основными и определяющими. Тем не менее, технологии «засветки» с заданной экспозицией, используемые, например, фирмами Objet Geometry и Envisiontec , во

многих случаях успешно конкурируют со стереолитографией, оставляя за собой явное преимущество в скорости построения и стоимости моделей. Ряд производственных

задач могут быть одинаково успешно решены с помощью AF -машин разного уровня. Таким образом, рациональный выбор технологии получения моделей и, следовательно, прототипирующего оборудования зачастую не является очевидным и

должен проводиться с учетом конкретных производственных условий и реальных требований к моделям. В тех случае, когда разнообразие решаемых задач является

очевидным, целесообразно иметь две машины: одну для изготовления изделий с повышенными требованиями, вторую – для выполнения «рутинных» задач и тиражирования моделей.

Лазерная стереолитография

Фирма 3D Systems – пионер в области практического освоения технологий быстрого прототипирования. В 1986 г ею впервые была представлена для коммерческого освоения стереолитографическая машина SLA-250 с размерами зоны построения

250х250х250 мм. Основой в SLA -процессе является ультрафиолетовый лазер

(твердотельный или С0 2 ). Лазерный луч здесь является не источником тепла, как в SLS -технологии, а источником света. Луч «штрихует» текущее сечение CAD -модели и

отверждает тонкий слой жидкого полимера в местах своего прохождения. Затем платформа, на которой производится построение, погружается в ванну с фотополимером на величину шага построения и новый жидкий слой наносится на затвердевший слой, и новый контур «обрабатывается» лазером. При выращивании модели, имеющей нависающие элементы, одновременно с основным телом модели (и

из того же материала) строятся поддержки в виде тонких столбиков, на которые

укладывается первый слой нависающего элемента, когда приходит черед его построения. Процесс повторяется до завершения построения модели. Затем модель извлекается, остатки смолы смываются ацетоном или спиртом, поддержки удаляются. Качество поверхности стереолитографических моделей весьма высокое и часто

модель не требует пост-обработки. При необходимости чистота поверхности может

быть улучшена, «зафиксированный» фотополимер хорошо обрабатывается, и поверхность модели может быть доведена до зеркальной. В некоторых случаях, если угол между строящейся поверхностью модели и вертикалью меньше 30 градусов, модель может быть построена и без поддержек. И таким образом может быть

построена модель, для которой

не возникает проблемы удаления поддержек из внутренних полостей, что в свою очередь позволяет получать модели, которые в принципе нельзя изготовить никаким из

традиционных методов

SLA -модель и отливка изделия «шарик», серебро (например, ювелирное изделие

Стереолитография широко применяется для:

- выращивания литейных моделей;

Изготовление мастер-моделей (для последующего получения силиконовых форм, восковых моделей и отливок из полиуретановых смол);

Создания дизайн-моделей, макетов и функциональных прототипов;

- изготовления полноразмерных и масштабных моделей для гидродинамических,

аэродинамических, прочностных и др. видов исследований.

Но в контексте данной работы отметим первые два направления, которые важны для непосредственного получения литейных деталей. Для целей литейного производства применяют так называемые Quick-Cast -модели, т. е. модели для «быстрого литья».

Так называют модели, по которым по аналогии с восковыми моделями могут быть быстро получены металлические отливки. Иными словами это модели для литья по

тем же технологиям, что и восковые и полистирольные модели. Но есть важный нюанс. Модели Quick-Cast имеют сотовую структуру массива стенок: внешние и внутренние поверхности стенок выполняют сплошными, а само тело стенки

формируют в виде набора сот. Это имеет большое преимущество: во-первых, существенно, на 70% снижается общая масса модели, а, следовательно, меньше

Quick-cast модель, она же с литниковой системой и отливка головки цилиндров (Al)

материала нужно будет выжигать при подготовке формы к заливке металлом. Вовторых, в процессе выжигания любой модельный материал расширяется и оказывает давление на стенки формы, при этом форма с тонкостенными элементами может

быть разрушена. Сотовая же структура позволяет модели при расширении «складываться» внутрь, не напрягая и не деформирую стенки формы. Это важнейшее преимущество Quck-Cast -технологии.

Здесь же отметим, что в отдельных случаях SLA -модели, так же, как и SLS-

модели, могут быть использованы не как литейные модели, а в качестве оснастки, формовочной модели, для литья «в землю». В этом случае, конечно, в конструкции модели должны быть предусмотрены литейные уклоны и радиусы для выхода модели из формы без

повреждений

последней. Однако этот способ формовки используется редко

из-за недостаточной

прочности SLA -

CAD -модель, SLA -модель и отливка передней крышки ДВС «в землю» модели.

Само по себе получение точной качественной модели – дело дорогостоящее, потеря же и модели, и формы, и оливки становится и еще более дорогостоящим и драматичным, особенно когда дело касается ответственных, сложных деталей. Поэтому SLA- машины очень быстро нашли свое применение в тех узлах технологий,

которые являлись критическими с точки зрения надежного получения сложных литейных изделий, в первую очередь в авиационной, военной и космической

отраслях, а также в автостроении.

Второе, не по значимости, а в порядке упоминания, преимущество – это точность построения модели. Построение модели происходит в обычных условиях при

комнатной температуре. Отсутствуют упомянутые выше факторы термического напряжения и деформаций. Очень малый диаметр пятна лазерного луча, 0,1-0,05 мм позволяет четко «прорабатывать» тонкие, филигранные фрагменты модели, что

сделало стереолитографию весьма популярной технологией в ювелирной

промышленности.

В России имеется достаточно большой опыт применения технологии Quck-Cast в авиационной промышленности («Салют», «Сухой», УМПО, «Рыбинские моторы»), в энергетическом машиностроении («ТМЗ» - Тушинский машиностроительный завод),

некоторый опыт имеется и в научных организациях автомобильного профиля. В частности, в «НАМИ» по этой технологии впервые в России были получены отливки

таких сложных деталей, как головка и блок цилиндров автомобильного двигателя (см. выше). Однако для других отраслей эта технология остается практически неосвоенной.

SLA -модель и отливка рабочего колеса турбоагрегата (ОАО «ТМЗ»)

Основным производителем SLA- машин является американская компания 3D

Systems , которая

выпускает широкую гамму машин с

разными размерами зоны

построения, от 250х250х250 мм до

1500х570х500 мм.. С техническими

характеристиками

машин можно

ознакомиться

кампании

www.3dsystems.com.

приведены

основные

только по одной машине iPro 8000 ,

достаточно

Машина iPro 8000

и SLA -модели

используется

промышленности

литейного производства.

Основные параметры SLAмашины iPro 8000

Размер рабочей

Шаг построения, мм

Габаритные

модели, кг

размеры, мм

Стоимость, как первоначальная, так и владения, пожалуй, единственный

недостаток этой технологии. В связи с наличием лазера эти установки относительно

дороги, требуют регулярного технического обслуживания. Поэтому, особенно в последнее время, когда появилось множество 3D -принтеров, они используются для

построения особо ответственных изделий с повышенными требованиями к точности и чистоте поверхности, в первую очередь для изготовления Quick-Cast - и мастер-

моделей. А для других целей, например, дизайн-макетов используют более дешевые технологии. Стоимость расходных материалов относительно высокая – 200…300 €, но сопоставима со стоимостью модельных материалов других фирм. Время

построения модели зависит от загрузки рабочей платформы, а также от шага построения, но в среднем 4-7 мм в час по высоте модели. Машина может строить

модели с толщиной стенки 0,1…0,2 мм.

Технология DLP

Разработчиком данной технологии является международная компания Envisiontec , которую можно отнести к новичкам AF -рынка, свои первые машины она выпустила в

2003 г. В машинах Envisiontec семейства Perfactory применяется оригинальная

технология DLP - Digital Light Procession . Суть ее заключается в формировании так

называемой «маски» каждого текущего сечения модели, проецируемой на рабочую

Perfactory EXEDE

Модели Envisiontec и отливки деталей ДВС, алюминий

платформу через специальную систему зеркал очень малого размера с помощью прожектора с высокой яркостью света. Формирование и засветка видимым светом

каждого слоя происходит относительно быстро – 3…5 секунд. Таким образом, если в SLA -машинах применяется «точечный» принцип засветки, то в машинах Envisiontec – «поверхностный», т. е. осуществляется засветка всей поверхности слоя. Этим

объясняется весьма высокая скорость построения моделей – в среднем 25 мм в час по высоте при толщине слоя построения 0,05 мм. Материал поддержек – тот же, что и

основной материал – акриловый фотополимер.

Модели Envisiontec используются так же, как и SLA -модели – в качестве мастермоделей и выжигаемых литейных моделей. Качество моделей весьма высокое,

однако уступает SLA- моделям по точности. В основном это связано с применением не малоусадочных эпоксидных фотополимеров, как у машин 3D Systems , а акриловых,

имеющих существенно больший, почти на порядок – 0,6%, коэффициент усадки при полимеризации. Тем не менее, преимуществом являются достаточно высокая точность и чистота поверхности, прочность, удобство в обращении при весьма

умеренной (по сравнению со стереолитографией) стоимости. Несомненным преимуществом технологии Envisiontec является высокая скорость построения

моделей и, следовательно, производительность RP -машины.

В последнее время в «НАМИ» были проведены

эксперименты, которые показали в целом хорошую выжигаемость моделей, малую

зольность. Были получены

кондиционные отливки автомобильных деталей как вакуумным литьем алюминия в гипсовые формы, так и

атмосферным литьем чугуна в

перспективной и эффективной для целей литейного производства и не только для НИР и ОКР. Время (с учетом подготовительно-заключительных операций) построения деталей, приведенных на рисунке – впускной трубы высотой

32 мм и ресивера высотой 100 мм составляет 1,5 и 5 часов

соответственно. Тогда как на сопоставимой по размерам

SLA -машине Viper (3D Systems .) такие модели строились

бы не менее 5,5-ти и 16-ти часов.

Для индустриального применения представляют интерес машины серий Extrim и EXEDE . Эти машины

позиционируются, как AF -машины для промышленного серийного производства мастер-моделей и моделей для литья металла по выжигаемым моделям, а также как

высокопроизводительные машины для сервис-бюро, специализирующихся на оказании услуг в области аддитивных технологий. Машина Extrim имеет один цифровой прожектор с

разрешением 1400х1050 пикселей, EXEDE - два прожектора. Эффективная рабочая

зона построения и толщина слоя построения регулируются сменой линз оптической системы.

Особенностью машин серий Extrim и EXEDE является то, что в отличие от других технологий, здесь используется не дискретное, пошаговое, а непрерывное движение

1

Рассмотрен метод получения мастер-моделей (RP-прототипов) послойным синтезом для литья по выжи-гаемым моделям методом стериолитографии по технологии цифровой обработки светом (Digital Light Processing). Определена возможность получения моделей с внутренней регулируемой ячеистой структу-рой в виде типовой элементарной ячейки Вигнера–Зейтца. В качестве исходного материала использован сшитый фоточувствительный полимер Envisiontec SI500. В данной работе спроектирована компьютерная 3D модель в STL формате и получен опытный образец, представляющий собой оболочку, заполненную регулируемой ячеистой структурой. Определены оптимальные режимы засветки и толщина засве-чиваемого слоя образца, с помощью которых можно регулировать размеры перемычек ячеистой структуры. Наличие в модели структуры в виде массива ячеек в дальнейшем позволит в разы сократить объем используемого материала и снизить давление на керамическую оболочку при его удалении.

цифровая обработка светом

синтез-модели

ячеистая структура

фотополимер

мастер-модель

1. Васильев В.А., Морозов В.В. Изготовление стальных отливок по фотополимерным моде-лям путем выжигания их в литейной форме / Межд. НТК «Современные проблемы метал-лургического производства». Сб. труд. – Волгоград. 2002. – С. 336–337.

2. Васильев В.А., Морозов В.В., Шиганов И.Н. Использование методов послойного форми-рования трехмерных объектов в литейном производстве// Вестник машиностроения. 2001. - № 2. - С. 4–11.

3. Евсеев А.В. Оперативное формирование трехмерных объектов методом лазерной стерео-литографии [Текст]/ А.В. Евсеев, В.С. Камаев, Е.В. Коцюба и др. // сб. трудов ИПЛИТ РАН. – С. 26–39.

4. Зленко М.А. Аддитивные технологии в машиностроении [Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов по направлению подготовки магистров «Технологические машины и обо-рудование» / М.А. Зленко, А.А. Попович, И.Н. Мутылина. [СПб., 2013] URL:http://dl.unilib.neva.ru/dl/2/3548.pdf

5. Зленко М. Технологии быстрого прототипирования – послойный синтез физической копии на основе 3D-CAD-модели // CAD/CAM/CAE Observer. 2003. № 2 (11). С. 2–9.

6. Скородумов С.В. Технологии послойного синтеза при создании объемных моделей для заготовительного производства. // Вестник машиностроения. – 1998. – № 1. – С. 20–25.

7. S.O. Onuh., Y.Y. Yusuf. Rapid prototyping technology: applications and benefits for rapid prod-uct development. // Journal of Intelligent Manufacturing. 1999. V. 10. PP. 301 – 311.

Современные системы трехмерного компьютерного проектирования позволяют значительно сократить затраты времени и средств на разработку и конструирование новых деталей . Переход на цифровое описание изделий - CAD и появившиеся вследствие его RP-технологии (RP-технологии быстрого прототипирования) произвели настоящую революцию в литейном производстве, особенно это проявилось в высокотехнологичных отраслях промышленности - авиационной и аэрокосмической области, атомной индустрии, медицине и приборостроении .Уход от традиционных технологий, применение новых методов получения литейных синтез-моделей за счет технологий послойного синтеза фотополимерного материала дали возможность радикально сократить время на создание новой продукции, улучшить качество, точность литых деталей и уменьшить отбраковку .

Наиболее широко RP-прототипы используются в качестве литьевых выплавляемых моделей в литейном производстве для получения высокоточных и геометрически сложных металлических отливок . Использование RP-моделей в качестве выжигаемых моделей в технологических процессах литья позволяет получать геометрически сложные металлические отливки с точностью не менее 12 квалитета и шероховатостями поверхностей в среднем 7Ra. Однако применение синтез-моделей (RP-прототипов) зачастую сопровождается растрескиванием и последующим разрушением литейной формы на стадии высокотемпературного удаления модельной массы.

Основная причина разрушения керамических форм в процессе удаления литьевой модели связана с различием термомеханических свойств керамической оболочки и материала прототипа . Один из способов снижения контактных напряжений между литьевой моделью и керамической формой в процессе теплового воздействия заключается в замене монолитной модели на модель эквивалентной формы, представляющей собой оболочку с ячеистым заполнителем внутренней полости в качестве несущего каркаса, препятствующего потере устойчивости оболочки от воздействия остаточных напряжений. Проектирование таких синтез-моделей включает выбор формы и геометрических параметров ячейки, обеспечивающих, с одной стороны, минимальный уровень контактных напряжений, а с другой — сохранение заданных параметров точности полимерной модели на всем протяжении процесса изготовления и формования.

Целью данной работы является исследование возможности получения RP-прототипов с внутренней регулируемой структурой в виде ячеек типа Вигнера-Зейтца.

Материалы и методы исследования

В качестве исходного материала использован сшитый полимер Envisiontec SI500, который применяется в процессе стереолитографии. Для получения опытных образцов с регулируемой внутренней структурой в данной работе использован технологический процесс стериолитографии, схема которого представлена на рисунке 1. Основным отличием от классической стериолитографии являются уход от использования схемы с лазером для инициирования реакции фотополимеризации и замена его на несколько цифровых видеопроекторов, использующих технологию Digital Light Processing (DLP). Разработчиком данной технологии является компания Enviziontec (Германия). В качестве исходного материала для создания модели используется акриловый фотополимер. Суть процесса заключается в использовании «маски» каждого текущего сечения модели, проецируемой на рабочую платформу через специальную систему зеркал очень малого размера с помощью прожектора (содержащего две лампы с высокой яркостью света). Платформа после засветки слоя опускается ровно на толщину следующего слоя в ванну с жидким полимером. Формирование и засветка видимым светом каждого слоя происходят относительно быстро. Этим объясняется высокая скорость построения моделей (в среднем 1 см в час по высоте при шаге построения 50 мкм).

Рис. 1. Схема работы стереолитографической машины с применением технологии DLP: 1 - проектор; 2 — фотомаска; 3 - механизм выравнивания полимера; 4 - ванна с жидким полимером; 5 - опускаемое основание; 6 - модель из отвержденного полимера

При использовании шага в 25 мкм на моделях практически отсутствуют характерные для всех технологий послойного синтеза ступеньки от слоев. Такая возможность позволяет получать изделия с высоким качеством поверхности с шероховатостью до Ra0,1 и точностью размеров до 0,1 мм.

Результаты исследования и их обсуждение

Для получения опытных образцов с внутренней регулируемой структурой использовалась установка Envisiontec Perfactory XEDE. Были проведены работы по моделированию образца, представляющего собой оболочку с толщиной стенки 0,5 мм, заполненную ячеистой регулируемой структурой (рис. 3). Для заполнения внутреннего объема образца использовалась элементарная единичная ячейка Вигнера-Зейтца, представляющая собой в STL-файле массив. Эксперименты проводились при различных параметрах времени засветки образца каждого последующего полимеризующегося слоя от 6,5 до 18 с.

Рис. 3. CAD-модель оболочки куба, заполненная ячеистой структурой

В результате проведенной работы был получен опытный образец с толщиной стенки оболочки 0,5 мм, заполненной ячеистой структурой из фотополимерного материала SI500 (рис. 4). Время засветки каждого слоя 18 с (как оболочки, так и ячеистой структуры с толщиной перемычки 0,5 мм).

Рис. 4. Опытный образец с организованной ячеистой структурой

Варьируя параметрами засветки слоя полимеризующегося материала, возможно получение ячеек с толщиной перемычки в диапазоне размеров от 0,12 до 0,5 мм.

Заключение

Установлена технологическая возможность развития технологии получения сложных геометрических объектов с внутренней регулируемой ячеистой структурой. Потенциальное применение данной технологии возможно в литейном производстве, а именно в литье по выжигаемым моделям. С помощью замены монолитной мастер-модели на модель, представляющую оболочку с внутренней регулируемой структурой в виде ячеек, можно уменьшить давление выжигаемого модельного состава на керамическую форму путем подбора толщины оболочки, формы и размеров ячеек.

Рецензенты:

Сиротенко Л.Д., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь;

Ханов А.М., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь.

Библиографическая ссылка

Шумков А.А. СОЗДАНИЕ МАСТЕР-МОДЕЛЕЙ ПОСЛОЙНЫМ СИНТЕЗЕМ ФОТОПОЛИМЕРА // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=20538 (дата обращения: 01.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Технология DLP (Digital Light Processing) - применяется при производстве DLP проекторов. Эта технология наиболее распространена в настоящее время и является конкурентом для 3LCD. В основе этой технологии лежит устройство из множества микрозеркал - DMD (Digital Micromirror Device). Под управлением электроники зеркала могут изменять угол наклона, фокусируя свет на экран. Что бы получить черные участки изображения микрозеркала откланяются и направляют свет в светопоглатитель, в остальных случаях свет направляется в фокусирующие линзы. Каждый пиксель на экране это отражение света от одного микрозеркала. Для окрашивания света, его пропускают через светофильтры.
Технология DLP

У различных производителей существуют разные способы окрашивания света в DLP проекторах. Наиболее часто применяемая технология - цветовое колесо, состоящее из трех цветных секторов. Свет проходит через цветной сегмент, приобретая определенный цвет, затем отражается от зеркал и попадает на экран. Цветовое колесо вращается, окрашивая световой луч в другой оттенок, а микрозеркала направляют его на проекционный экран. Так в процессе вращения цвета сменяют друг друга, соответственно и изображения на экране меняются - красное, зелёное, синее. Так как колесо вращается с очень большой скорость и смена картинки происходит тоже очень быстро, то человек не видит смены картинок, а воспринимает целостное цветное изображение. Длительный просмотр такого DLP проектора может утомить некоторых особенно чувствительных людей. Так же в таких DLP проекторах возможен так называемый эффект радуги - по краям изображения появляются разноцветные лучи, что отвлекает и мешает при просмотре фильма и т.п. Чем быстрее происходит смена картинки различных цветов, тем менее заметен эффект радуги. Для устранения этих недостатков производители увеличивают количество сегментов в цветовом колесе. Контрастность картинки при использовании технологии DLP лучше чем 3LCD, потому как зеркала отражают полностью свет в светопоглотитель, при отображении черных участков и изображение выглядит действительно черным. Высокая контрастность одно из основных достоинств DLP проекторов, но чтобы свести к минимуму недостатки технологии - утомляемость глаз и эффект радуги, производителям приходиться применять дорогостоящие приемы, что сказывается на конечной цене хорошего DLP устройства.
Так же существует другие варианты окрашивания света, похожих на 3LCD - три цветных фильтра и три устройства DMD, каждое из которых, независимо друг от друга, отражает свет только своего оттенка. В результате не происходит смены картинок, а на выходе получаем готовое цветное изображение. Таким образом в таком решение нет выше описанных недостатков, такую картинку смотреть очень комфортно. Такие 3DLP проекторы одни из самых лучших на рынке, но и стоимость их достаточно высока.

Литейное производство – один из старейших технологических процессов, известных человечеству. Еще в Бронзовом веке наши предки умели менять агрегатное состояние руды, переплавлять ее в жидкий металл, заливать в форму и получать нужную отливку. В конце XX века, с появлением цифрового моделирования и затем с бурным развитием аддитивных технологий , наметились кардинальные перемены.

Роль аддитивных технологий

Выращивание моделей и форм путем 3D-печати позволяет получить результаты, недостижимые средствами классических технологических процессов. Важное преимущество заключается также и в значительной экономии времени на изготовление модельной оснастки. Сокращение срока создания прототипов и возможность вносить изменения в конструкцию открыли широчайшие возможности для опытного производства.

Благодаря 3D-процессам можно забыть о всех минусах традиционного литья. К последним относятся:

• долгий производственный цикл;
• трудоемкость механической обработки;
• недостаточная точность;
• роль человеческого фактора.

С другой стороны, широкому внедрению аддитивных технологий препятствуют высокая стоимость оборудования и материалов для 3D-принтера , необходимость в крупных первоначальных инвестициях и ограничения в размерах изделий, печатаемых на 3D-принтере. Впрочем, прогнозы оптимистичны: учитывая быстрое развитие технологий, эти проблемы будут постепенно уходить в прошлое. Сегодня 3D-технологии уже успешно применяются на литейных предприятиях за рубежом и в России при создании форм размером до 50 кв. см.

Поскольку литье лежит в основе практически всех производственных отраслей (машиностроение, приборостроение, авиация , автомобильная индустрия , судостроение , нефть и газ), интересно посмотреть, как аддитивные технологии помогают решать задачи современного литейного производства.

Основные виды литья металлов

В статьях, посвященных литью , мы рассказываем о возможностях аддитивных процессов применительно к двум технологиям:

• литье в песчано-глинистые формы;
• оболочковое литье.

Литье в песчано-глинистые формы (ПГФ) – стандартизированная технология, наиболее распространенная и проверенная, а с точки зрения функциональности – самая продвинутая. Производства, ее использующие, как правило, оборудованы автоматическими формовочными и стержневыми линиями, применяют автоматическую заливку и т.д. Литье в ПГФ характеризуется наличием многоразовой металлической или деревянной модельной оснастки. Форма, которую с нее снимают и в которую затем заливают металл, – одноразовая и сделана из специальной песчано-глиняной формовочной смеси. Такие формы стало возможным изготовлять на 3D-принтерах. Как правило, в этом случае используется технология CJP (цветная струйная печать из композита на основе гипса).

Оболочковое литье оперирует одним из двух методов:

• литье по выжигаемым моделям .

Они очень похожи, но в то же время имеют ряд отличий – об этом мы подробнее расскажем в следующих статьях. Главная особенность этой технологии в том, что каждая модель используется один раз для отливки одного изделия, и сама форма, которая из нее получается, тоже одноразовая. При внедрении 3D-методов на производстве такого типа применяется:

• печать воском – для литья по выплавляемым моделям ;
• печать фотополимерной смолой – для литья по выжигаемым моделям.

Литье в песчано-глинистые формы с использованием 3D-технологий

Процесс литья в ПГФ начинается с создания математической модели оснастки. Инженер-технолог или технолог-литейщик определяет линию разъема, усадку, уклон и другие параметры.

Создание математической модели оснастки. Серым цветом показана сама отливка, синим – стержневые знаки

Затем эти данные передаются в аддитивную установку. Мы рассмотрим пример печати на 3D-принтере, принцип работы которого основан на технологии цветной струйной печати (CJP). Главное преимущество этой технологии в том, что, если модель по геометрии помещается в камеру построения, за одну операцию можно напечатать сразу несколько моделей.

Так модель выглядит в ПО, в виртуальной камере построения и во время печати

Следующий этап – обработка модели. Обратите внимание: для экономии материала модель сделана пустотелой, с внутренним оребрением. В случае необходимости, пустой объем заливается простой эпоксидной смолой, чтобы придать конструкции большую жесткость. Так как гипс – материал не конструкционный, сама модель пропитывается смолой. После этого поверхность подвергается обработке (шпаклевке и шкурению) и покрывается специальной краской для модельной оснастки. Весь цикл изготовления методом литья в песчано-глинистые формы занимает не больше недели. По стойкости такая модель сопоставима с дерево-модельной оснасткой.