Изученный промышленный 3D-принтер песка

Когда слышишь про промышленный 3D-принтер песка, первое, что приходит в голову — это что-то вроде увеличенной версии desktop-принтера, только для металлургии. На деле же разница фундаментальная: тут речь не о послойном наплавлении, а о селективном склеивании песчаных частиц. Многие до сих пор путают BJ (Binder Jetting) с SLS, и это главная ошибка при выборе оборудования.

Технология BJ: почему именно для песка?

В литейном производстве традиционные методы изготовления форм — это вечная возня с оснасткой, деревянными моделями, ручной формовкой. Когда мы впервые запустили изученный промышленный 3D-принтер песка на тестовом режиме, стало ясно: технология BJ идеально ложится на требования литейщиков. Песчаная смесь + связующее = готовая форма за несколько часов, а не недель.

Но есть нюанс, который редко озвучивают продавцы: не каждый песок подходит. Мы перепробовали кремнистые, циркониевые, хромитовые пески — и каждый ведёт себя по-разному. Например, циркониевый даёт меньше газовых пор, но его плотность требует корректировки скорости печати. Опытным путём выяснили, что для алюминиевого литья лучше работает кремнистый песок фракции 0,14-0,18 мм.

Кстати, о связующих. Фурановые смолы — классика, но сейчас активно тестируем водорастворимые варианты. Проблема в том, что при высоких температурах отливки они иногда дают повышенное газовыделение. На одном из заводов в Подмосковье из-за этого получили брак серии — пришлось пересматривать весь технологический цикл.

Оборудование: что скрывается за панелью управления

Наш изученный промышленный 3D-принтер песка — это не просто станок с ЧПУ. Конструкция должна выдерживать постоянную вибрацию от системы подачи порошка, плюс — точность позиционирования струйной головки на уровне ±0,1 мм. Первые месяцы эксплуатации показали: самый слабый узел — это система рекуперации неиспользованного песка. Если не настроить вовремя аспирацию, начинаются проблемы с однородностью слоёв.

У CH Leading Additive Manufacturing (Guangdong) Co., Ltd. в модельном ряду есть принтеры с камерами построения от 800×600×500 мм до 2000×1500×1000 мм. Мы тестировали средний вариант — 1300×800×600 мм. Для габаритных отливок, например, корпусов насосов, этого достаточно, но для станин станков пришлось бы использовать сегментирование формы.

Из интересного: система подогрева платформы. Казалось бы, мелочь, но без неё при печати крупногабаритных форм верхние слои успевают остыть раньше, чем наносится связующее. Результат — расслоение. Пришлось докупать дополнительный модуль, хотя изначально в базовой комплектации его не было.

Практика: от чертежа до отливки

Вот реальный кейс: нужно было сделать партию корпусов гидрораспределителей. По классической технологии — 3 недели на оснастку + 2 дня на формовку. С изученным промышленным 3D-принтером песка подготовка CAD-модели заняла 2 часа, печать — 16 часов, постобработка — ещё 3 часа. На выходе — готовая форма с литниковой системой, которую сразу можно ставить на заливку.

Но не всё так гладко. При печати форм с тонкими стенками (менее 5 мм) столкнулись с деформацией при сушке. Решение нашли эмпирически: увеличили концентрацию связующего на 15% в контурных зонах. Это, конечно, немного удорожает процесс, но зато гарантирует геометрическую стабильность.

Ещё один момент — чистота поверхности отливки. После первого же испытания стало ясно: шероховатость Rz 80-100 мкм — это не предел. Поработали с размером зерна песка и параметрами струйной головки, добились Rz 40-60 мкм. Для ответственных деталей — принципиальная разница.

Проблемы, которые не афишируют

Эксплуатация изученного промышленного 3D-принтера песка — это не только про скорость и точность. Например, утилизация отработанного песка. Если в цехе нет системы регенерации, за месяц работы накапливаются тонны отходов. Мы в итоге поставили печь термообработки — песок можно использовать до 5 циклов, но каждый раз нужно контролировать зерновой состав.

Влажность — отдельная головная боль. При относительной влажности выше 70% песок начинает комковаться, головки забиваются. Пришлось устанавливать климат-контроль в цехе, хотя изначально этого не планировали.

Самое неприятное — это когда заказчик присылает модель с ошибками в литниковой системе. Принтер напечатает что угодно, но если конструкция формы неверная, брак всплывёт только на этапе заливки. Пришлось вводить обязательную проверку моделей технологом-литейщиком перед запуском в печать.

Перспективы и ограничения

Сейчас изученный промышленный 3D-принтер песка — это уже не экзотика, а рабочий инструмент для серийного производства. В CH Leading, кстати, недавно анонсировали модель с системой мониторинга качества в реальном времени — камеры отслеживают равномерность нанесения каждого слоя.

Но есть и объективные ограничения. Например, для массового производства мелких деталей (тысячи штук в месяц) традиционная оснастка пока экономичнее. А вот для штучных крупногабаритных отливок — здесь 3D-печать вне конкуренции.

Интересно, что начиналось всё с прототипирования, а сейчас уже перешли на изготовление штатной оснастки. На одном из машиностроительных заводов под Санкт-Петербургом наши формы работают в конвейерном режиме уже полтора года — ресурс пока не выработан.

Если говорить о будущем — вероятно, следующий шаг будет в направлении гибридных технологий: комбинация 3D-печати песчаных форм с традиционной формовкой для сложных участков. Но это пока на стадии экспериментов.