Промышленное песчаное литьё с применением 3d-печати завод

Когда слышишь про промышленное песчаное литьё с применением 3d-печати завод, многие представляют стерильные цеха с роботами, где формы печатаются одним нажатием кнопки. На деле же даже у нас в CH Leading Additive Manufacturing первые месяцы ушли на то, чтобы отучить технологов от мысли, что 3D-принтер — это ?волшебный ящик?. Помню, как на испытаниях в Циньчжоу мы трижды переделывали параметры спекания для песчаных стержней — принтер выдавал идеальную геометрию, но поверхность получалась с микротрещинами, которые проявлялись только при заливке чугуна. Тогда и пришло понимание: цифровизация литья это не про замену литейщиков, а про интеграцию двух миров — алгоритмов и металла.

Где ломаются стереотипы о 3D-печати форм

До сих пор встречаю мнение, что струйное склеивание (BJ) — это просто ?клей+песок?. На деле ключевым оказался не сам принтер, а система подготовки материалов. Мы в CH Leading разрабатывали рецептуры смесей полгода, подбирая фракции кварцевого песка и полимерные связующие. Однажды пришлось отказаться от партии песка из Карелии — несмотря на идеальную чистоту, форма после заливки давала усадку на 0,3%, что для турбинных лопаток было критично. Пришлось перейти на синтетические песчаные смеси, хотя их стоимость выше.

Самое сложное — объяснить заказчикам разницу между ?быстрой формой? и ?промышленной формой?. Первую можно напечатать за 12 часов, но она выдержит 2-3 заливки. Вторая требует постобработки — пропитки, нагрева до 180°C, иногда дополнительного упрочнения. Как-то раз для немецкого автокомпонентного завода мы печали комплект из 47 стержней для блока цилиндров. Геометрия была безупречной, но при термоциклировании три стержня треснули в зонах креплений. Пришлось пересматривать не только параметры печати, но и конструкцию литниковой системы — увеличили радиусы сопряжений, хотя это удорожило модель на 15%.

Сейчас на нашем производстве в Гуандуне для каждого нового сплава мы сначала тестируем термостойкость форм. Для алюминиевых сплавов подходит стандартная композиция, а для жаропрочных сталей добавляем цирконовые наполнители. Кстати, именно после неудачи с чугунной отливкой для гидравлической арматуры мы внедрили обязательный контроль влажности в цехе — оказалось, при влажности выше 70% прочность форм падала на 22%.

Реальные кейсы: от прототипов до серии

В 2022 году мы вместе с уральским машиностроительным заводом запускали производство кронштейнов для карьерной техники. Раньше их делали по деревянным моделям — цикл подготовки занимал 28 дней. Перешли на 3d-печати завод технологию: сканировали изношенную деталь, доработали модель в Siemens NX, напечатали песчаные формы за 4 дня. Но столкнулись с проблемой — при литье стали 35ХМЛ в зонах тонких стенок (менее 4 мм) появились спаи. Решили добавлением выпоров и изменением ориентации формы в принтере — печатали под углом 12 градусов, чтобы снизить напряжение в критических сечениях.

Для судостроительного завода в Санкт-Петербурге делали гребные винты из бронзы БрА9Ж4Л. Особенность — лопасти с переменным шагом, которые невозможно изготовить традиционной оснасткой. Напечатали формы за 6 дней, но первая отливка пошла в брак из-за газовой пористости. Выяснилось, что связующее давало газовыделение при температуре выше 1100°C. Пришлось разрабатывать специальный режим прокалки — поднимали температуру постепенно, с выдержкой при 600°C для выгорания полимеров.

Сейчас на сайте https://www.3dchleading.ru можно увидеть наш последний проект — литье роторов для насосов. Здесь важна была чистота поверхности каналов. После пробных отливок пришли к комбинированной технологии: основные формы печатали на BJ-принтерах, а стержни сложной конфигурации — на установках с фенольными смолами. Это снизило себестоимость на 18% по сравнению с полностью керамическими формами.

Оборудование: что скрывается за ?высокотехнологичным предприятием?

Наше оборудование для песчаное литьё в CH Leading — это не только принтеры, но и целый комплекс. Например, сушильные камеры с точностью поддержания температуры ±3°C — казалось бы, мелочь, но именно от этого зависит стабильность прочности форм. После того случая с треснувшими стержнями для автопрома, мы добавили в линию термокамеры с принудительной вентиляцией — теперь сушим формы не 8 часов, а 14, зато брак упал до 0,7%.

Кстати, про принтеры. Мы используем модифицированные BJ-системы с двойными струйными головками — одна наносит связующее, вторая — катализатор. Это ноу-хау нашей команды, разработанное как раз после проблем с медленным затвердеванием форм в условиях высокой влажности. В стандартных машинах время первичного отверждения достигало 40 минут, у нас — 12-15 минут. Но пришлось пожертвовать скоростью печати — сейчас она составляет 25-30 мм/ч по высоте, тогда как у конкурентов бывает и 45 мм/ч.

Для контроля качества внедрили рентгеновскую томографию напечатанных форм. Обнаружили интересный эффект — даже при идеальных настройках в зонах перекрытия струй остаются микрополости до 0,1 мм. Для большинства отливок это некритично, но для авиационных деталей пришлось разработать режим виброуплотнения после печати. Добавили на линию вибростенды — увеличило цикл на 20%, но позволило выйти на допуски по пористости менее 0,05%.

Экономика против технологий: где кроется выгода

Многие думают, что промышленное песчаное литьё с 3D-печатью оправдано только для мелких серий. На практике для нас оказалось рентабельным производство партий от 50 отливок — особенно если речь идет о сложных деталях с обратными уклонами. Для того же карьерного кронштейна стоимость оснастки окупилась за три месяца, хотя сама печать форм была на 40% дороже классического способа.

Скрытая экономия — в сокращении операций механической обработки. Например, для крыльчатки насоса мы сразу печатаем формы с припуском 0,8 мм вместо стандартных 3 мм. Это снижает время фрезеровки на 65%. Правда, пришлось увеличить точность позиционирования при печати — используем лазерные трекеры с точностью 5 микрон.

Сейчас рассматриваем проект для аэрокосмической отрасли — литье турбинных сопел. Традиционная технология требует 12 технологических операций, наша — 4. Но материалы для форм должны выдерживать 1600°C — тестируем керамические композиты на основе оксида алюминия. Пока результаты нестабильны — в 3 из 10 случаев появляются трещины при термоударе. Вероятно, придется добавлять волокнистые наполнители, хотя это усложнит процесс печати.

Перспективы: куда движется отрасль

Судя по нашим последним разработкам, будущее за гибридными технологиями. Например, для крупногабаритных отливок мы комбинируем 3D-печать критичных участков с традиционным формованием. Это снижает стоимость оснастки на 30-50%, особенно для деталей весом свыше 200 кг.

Еще одно направление — интеллектуальные материалы. Экспериментируем с самотвердеющими смесями, которые не требуют прокалки. Пока успехи скромные — прочность на сжатие всего 2-3 МПа против 8-10 МПа у стандартных составов. Но для неответственных отливок уже применяем.

Главный вызов — не технологии, а кадры. Специалистов, понимающих одновременно и литье, и аддитивные процессы, единицы. Мы в CH Leading сейчас обучаем технологов через стажировки на производстве — сначала месяц работают в литейном цехе, потом осваивают 3D-печать. Только так приходит понимание, почему нельзя просто взять и ?напечатать форму? без учета усадочных процессов конкретного сплава.

Если смотреть на сайт https://www.3dchleading.ru — там много технических данных, но за сухими цифрами стоят именно такие наработки. От песка до отливки путь оказался longer, чем предполагалось, но именно практика показала: промышленное литье с 3D-печатью это не революция, а эволюция, где каждое решение проверяется не в программе для моделирования, а в потоке расплавленного металла.