Промышленная 3d-печать для песчаного литья заводы

Если честно, до сих пор встречаю заказчиков, которые путают аддитивные технологии для литейных форм с какими-то ?принтерами для сувениров?. Основная ошибка — считать, что промышленная 3d-печать это просто замена ручной формовки. На деле же речь о полном пересмотре технологической цепочки, где точность сопряжения элементов формы критична даже не для геометрии отливки, а для банального исключения залипания смеси в узлах крепления.

Где мы начинали и что не сработало

Первый наш проект с песчаным литьём в 2018 году показал, что стандартные параметры печати из зарубежных гайдов не работают на местных материалах. Использовали немецкие смолы, но песок был уральский — пришлось пересматривать скорость прохождения ракеля и толщину слоя. Получили брак в 40% форм из-за расслоения. Тогда стало ясно: универсальных рецептов нет.

Коллеги из Китая тогда уже активно экспериментировали с многоконтурной печатью сложных сердечников. CH Leading Additive Manufacturing как раз показывали на выставке в Гуанчжоу станки с системой подогрева материала — это снижало вязкость смолы и давало более стабильное проникновение в песчаную массу. Мы такие решения тогда посчитали избыточными, а зря — позже нашли у них же на www.3dchleading.ru данные по адаптации к влажному климату, что для наших цехов у воды актуально.

Забавно, но самый полезный урок получили от неудачи с формой для турбинной лопатки. На бумаге всё сходилось, а при заливке чугун ?пошёл? по слоям печати. Оказалось, проблема в том, что мы экономили на постобработке — не прокаливали формы после печати, а просто сушили. Решение лежало на поверхности, но потребовало трёх месяцев испытаний.

Ключевые узлы современного оборудования

Сейчас в цеху стоят три установки от CH Leading — брали именно под песчаное литьё, хотя изначально рассматривали и европейские аналоги. Перевесила возможность калибровки под наш песок с высокой глинистой составляющей. В их оборудовании реализована система компенсации уплотнения массива при многослойной печати, что критично для форм высотой от метра.

Часто спрашивают про скорость. Для полноразмерной формы станины станка мы печатаем 54 часа — это с учётом армирования стальными штифтами. Немцы обещают быстрее, но у них требования к чистоте песка жёстче. Наш технолог говорит, что лучше медленнее, но стабильнее — брак по трещинам снизился с 15% до 3% после перехода на китайские машины.

Важный момент — система подачи материала. Раньше были проблемы с забиванием сопел при работе с мелкозернистым песком. В новых установках CH Leading Additive Manufacturing реализована вибрационная прочистка фильтров без остановки процесса. Мелочь, но из-за такой ?мелочи? однажды простояли две смены.

Особенности работы с сложноконтурными сердечниками

Вот где 3d-печать действительно незаменима — это сердечники с обратными углами и охлаждающими каналами. Для гидравлической арматуры печатаем сборные конструкции из 4-5 элементов. Самое сложное — обеспечить точность прилегания до 0,1 мм по всему контуру. Используем технологию струйного склеивания — BJ метод, как его называют в CH Leading.

Была история с сердечником для коллектора — при прочностных испытаниях лопался в зоне соединения секций. Инженеры компании предложили изменить ориентацию на платформе печати и добавить рёбра жёсткости непосредственно в цифровую модель. Решение оказалось настолько эффективным, что теперь мы все сложные сердечники печатаем под углом 45 градусов к оси ракеля.

Тепловое расширение — отдельная головная боль. При печати больших сердечников для алюминиевого литья сначала получали деформацию при первом же прогреве формы. Помогло только послойное упрочнение смолы с УФ-сушкой каждого второго слоя. Технология, кстати, была подсмотрена у китайских коллег — они в CH Leading как раз специализируются на BJ-печати для керамики и песка.

Экономика процесса: где реальная экономия

Многие считают, что основная выгода — в сокращении времени изготовления оснастки. На деле же главная экономия в другом: возможность делать итеративные прототипы. Для нового двигателя мы сделали 14 вариантов литниковой системы за три недели — с фрезерованием это было бы невозможно физически.

Снижение брака — вот что даёт максимальный эффект. Раньше при ручном изготовлении форм брак достигал 22% по сложным отливкам. Сейчас — стабильно менее 5%. При этом 3d-печать для песчаного литья позволяет использовать цифровые двойники для предсказания усадочных раковин.

Косвенная экономия — сокращение складов модельной оснастки. Раньше под Санкт-Петербургом у нас занимали два ангара деревянными моделями. Сейчас 90% хранится в виде STL-файлов. Правда, пришлось покупать мощные серверы — но это всё равно дешевле аренды площадей.

Перспективы и ограничения технологии

Сейчас активно experimentруем с гибридными формами — нижнюю часть делаем традиционной формовкой, верхнюю с сложными литниками печатаем. Это снижает стоимость крупных отливок без потери качества. CH Leading как раз анонсировали программный модуль для такого совмещения — опробуем в следующем квартале.

Ограничение — размеры платформы. Наши самые большие формы — 1800×1000×700 мм. Для станин прокатных станов этого недостаточно, приходится фрезеровать. Ждём, когда CH Leading Additive Manufacturing выпустят обещанную модель с рабочей зоной 2,5 метра.

Ещё одна проблема — квалификация операторов. Нужны не просто настройщики оборудования, а люди, понимающие и в литейных процессах, и в 3D-моделировании. Таких специалистов пока готовим внутри предприятия, у китайских партнёров перенимаем опыт обучения.

Если смотреть в будущее — скоро придём к полностью цифровым литейным цехам. Уже сейчас песчаное литьё на 80% автоматизировано в передовых компаниях. Осталось решить вопрос с переработкой отработанного песка — но это тема для отдельного разговора.