Промышленная 3D-печать с использованием песка

Если честно, до сих пор встречаю клиентов, которые путают песчаную 3D-печать с SLS-технологиями — мол, тоже порошок, тоже спекание. На деле в струйном склеивании связующее проникает в песчаный слой точечно, и это даёт совершенно другую физику процесса. У нас в CH Leading Additive Manufacturing как-то раз даже пришлось переделывать отливку для сталелитейного завода, потому что заказчик настоял на параметрах для SLS, а не для BJ.

Технологические нюансы, которые не пишут в брошюрах

Вот смотрите: казалось бы, взял кварцевый песок фракцией 100-140 мкм, залил фурановой смолой — и готово. Но если не выдержать влажность в цехе выше 45%, начинается перерасход связующего, а прочность падает на треть. Мы на своем оборудовании в CH Leading Additive Manufacturing ставим датчики прямо в подающий бункер, но мелкие производства часто экономят на этом.

Кстати, про фракции — немецкие пески дают стабильность, но в три раза дороже китайских аналогов. После полугода тестов мы нашли поставщика, у которого отклонение в гранулометрии не больше 8%, и это уже допустимо для большинства задач. Хотя для авиационных отливок всё равно берем немецкие.

Самое неприятное — когда заказчик требует одновременно тонкие стенки и высокую газопроницаемость. Приходится объяснять, что либо увеличиваем толщину до 12 мм, либо добавляем перфорацию, которую потом зачищаем вручную. В прошлом месяце как раз из-за этого сорвали сроки для одного автопроизводителя.

Оборудование: между лабораторией и цехом

Наша линейка промышленная 3D-печать с использованием песка всегда начиналась с тестов на термостойкость. Первые прототипы форм для чугунного литья трескались при 800°C, хотя в спецификациях заявляли 1100°C. Оказалось, проблема в скорости нанесения связующего — капли не успевали пропитать весь объём.

Сейчас в 3DCHleading.ru мы комплектуем установки двойными струйными головками с подогревом до 60°C. Да, это удорожает систему на 15%, но зато клиенты не несут убытки от брака. Кстати, одна из таких машин уже два года работает в Рыбинске на производстве турбинных лопаток.

Ремонтопригодность — отдельная головная боль. Европейские конкуренты делают упор на герметичность, но при поломке форсунки приходится останавливать линию на 2-3 дня. Мы в CH Leading сознательно оставили модульную конструкцию — замена головки занимает 40 минут, правда, приходится чаще менять фильтры.

Кейсы, которые научили нас смотреть на технологию иначе

В 2022 году делали оснастку для литья алюминиевых блоков цилиндров. Рассчитали всё по учебникам, а при обрубке выяснилось, что углы в зоне водяной рубашки дают усадку на 0,3 мм больше нормы. Пришлось вносить поправки в CAD-модель с коэффициентом 1,018 — теперь это наш внутренний стандарт для подобных геометрий.

А вот с архитектурными формами вышла интересная история. Заказчик хотел отлить бронзовые барельефы с текстурой дерева. Песчаная форма передала мельчайшие волокна, но при выбивке 70% деталей пошло с трещинами. Спасли ситуацией, добавив в композит 7% целлюлозных волокон — правда, пришлось повышать температуру прокалки до 180°C.

Самый неочевидный провал случился с титановыми имплантами. Формы печатали идеально, но при литье в вакууме песок начинал выделять микропузыри газа. Технологи 3D-печать с использованием песка не сработала — перешли на керамические составы, хотя себестоимость выросла вчетверо.

Экономика против технологий

Считаю, что главное преимущество песчаная 3D-печать — не в скорости, а в сокращении логистики. Стандартная оснастка для литья двигателя требует 4-5 недель на фрезеровку и сборку. Мы же от цифровой модели до готовой формы проходим за 6 дней, даже с учетом постобработки.

Правда, есть нюанс: при тиражах от 50 штук традиционные методы всё равно выгоднее. Как-то просчитали для завода ЖБИ — там оказалось дешевле делать деревянные модели, чем печатать формы. Зато для штучных изделий вроде памятников или прототипов — экономия до 60%.

Сейчас тестируем гибридный подход: несущий каркас фрезеруем из пенополистирола, а сложные каналы дополняем песчаными вставками. Для CH Leading это стало компромиссом между стоимостью и сложностью — два таких проекта уже запущены в Челябинске и Тольятти.

Что будет дальше с технологией

Вижу три перспективных направления: рециклинг материалов, интеллектуальное управление параметрами и комбинирование с другими аддитивными методами. С рециклингом пока тупик — после 3-4 циклов песок теряет текучесть, а очистка ультразвуком съедает всю экономию.

А вот с управлением уже есть прогресс. В новых установках на 3dchleading.ru ставим камеры для мониторинга распределения связующего в реальном времени. Пока система часто ошибается в определении дефектов, но для грубого контроля уже подходит.

Самое интересное — эксперименты с армированием. Пробовали добавлять в песок базальтовые нити и стекловолокно, но пока стабильность оставляет желать лучшего. Если решим эту задачу, сможем печатать не только формы, но и термостойкую оснастку для композитов.