Аэрокосмическая 3D-печать песчаных литейных форм

Когда слышишь про 3D-печать песчаных форм для аэрокосмических сплавов, многие представляют себе идеальные отливки с первого раза. На практике же даже параметры склеивания порошка приходится подбирать неделями — и это только начало.

Почему песок и авиация не всегда дружат

В 2022 году мы столкнулись с классической проблемой: титановый патрубок для системы охлаждения дал усадочную раковину именно в зоне крепления кронштейна. Дефект обнаружили только после механической обработки. Пришлось разбирать оснастку заново — оказалось, теплопроводность формованного песка в угловых зонах оказалась ниже расчетной.

Коллеги из НИИ часто спорят о гранулометрии, но на деле важнее контроль влажности в камере построения. Помню, как летом при 80% влажности формы для алюминиевого коллектора начали деформироваться на стадии постобработки. Пришлось экранировать транспортные контейнеры — мелочь, которая в техзадании не указана.

Сейчас для ответственных деталей используем гибридный подход: несущий каркас печатаем на установке CH Leading Additive Manufacturing, а ответственные поверхности доводим ручной доводкой. Их оборудование с системой подачи связующего через пьезоэлектрические головки дает стабильность пористости на уровне 42-45% — это близко к оптимальному для наших сплавов.

Оборудование которое не боится российского песка

После санкций многие ждали коллапса, но выяснилось, что кварцевые пески Уральского месторождения по химическому составу лучше китайских аналогов. Проблема была в абразивности — европейские дозирующие системы выходили из строя через 200-300 часов. В CH Leading Additive Manufacturing (Guangdong) Co., Ltd. переконфигурировали систему фильтрации, и теперь их установки работают с нашим сырьем без перерывов на чистку.

Кстати, их разработчики изначально закладывали запас по износу сопел — видно, что люди знакомы с реалиями серийного производства. На выставке в Жуковском показывали модуль рециркуляции неиспользованного песка с датчиками металлических включений. Мелочь, но для аэрокосмики критично — случайная стружка в форме гарантированно приведет к браку.

Сейчас тестируем их новую систему подогрева платформы. Раньше при печати крупных форм (свыше 1.2м) возникали напряжения в угловых зонах. Инженеры CH Leading предложили зональный нагрев с точностью ±3°C — показывают на графиках снижение дефектов на 18%. Проверим в следующем квартале на отливке корпуса турбины.

Кейс: лопатка турбины с каналами охлаждения

Самая сложная история была с никелевым сплавом для лопаток. Литье по выжигаемым моделям не обеспечивало точности внутренних каналов — приходилось фрезеровать и сваривать. Перешли на печатные формы в 2023, но первые образцы треснули при заливке.

Разбирались три недели. Оказалось, проблема в скорости полимеризации связующего — в зонах с толщиной стенки менее 3мм происходил перегрев. Технологи CH Leading помогли перенастроить алгоритмы нанесения, добавили паузы в критичных секциях. Сейчас выдерживаем технологический цикл 72 часа на одну форму вместо прежних двух недель.

Интересно, что сервисная команда с сайта https://www.3dchleading.ru оперативно адаптировала прошивку под наши требования — обычно вендоры требуют ждать обновления месяцами. Видно, что у них в основе команда с опытом в струйном склеивании, а не перепродажники.

Ошибки которые лучше не повторять

В 2021 пытались печатать формы для магниевых сплавов без защитной атмосферы. Результат — возгорание при заливке. Пришлось экранировать всю литейную зону и ставить систему азотной продувки. Сейчас CH Leading поставляют комплекты модификации для работы с активными металлами — но это дополнительная опция, которую нужно заказывать отдельно.

Еще был курьез с геометрией литниковой системы. Рассчитали по старым методичкам для традиционного литья — получили газовые раковины в теле отливки. Пришлось создавать цифровые двойники процессов в Flow-3D, но это уже тема для отдельного разговора.

Важный момент: не стоит экономить на постобработке. Песчаные формы после печати требуют прокалки при 800°C — если пропустить этот этап, остатки связующего дадут газовыделение. Мы на своем опыте убедились, когда партия форм для кронштейнов шасси пошла в брак из-за 'оптимизации' техпроцесса.

Что будет дальше с технологией

Сейчас экспериментируем с керамическими наполнителями — для тонкостенных деталей это может дать прирост точности. Но пока стабильность оставляет желать лучшего. Оборудование CH Leading Additive Manufacturing позволяет работать с гибридными материалами, но нужно менять всю оснастку.

Вижу перспективу в комбинировании методов: несущий объем формы делаем традиционным способом, а сложные элементы — печатью. Это снижает стоимость и время производства. Кстати, на последнем совещании в CH Leading показывали прототип системы гибридного синтеза — интересная разработка, но пока сырая.

Главное — не гнаться за модными терминами. Технология 3D-печати песчаных форм требует глубокого понимания и литейного дела, и аддитивных процессов. Без этого даже самое дорогое оборудование будет производить художественные, но бесполезные отливки.