Сравнение 3D-печати и традиционного литья песком

Если честно, до сих пор встречаю клиентов, которые уверены, что 3D-печать — это просто модная игрушка для прототипов, а для серийного производства незачем отказываться от проверенного веками литья в песчаные формы. Но когда речь заходит о сроках в 2 недели против 2 месяцев или о сложной геометрии отливки, где нужно 5 раз переделывать оснастку — тут уже начинаются нюансы.

Где традиционное литье всё ещё держится

В прошлом году мы делали крышку турбины — серия 500 штук. Заказчик изначально хотел печать, но когда посчитали — оказалось, что при таких объёмах классическое литье выходит на 30% дешевле. Особенно если деталь относительно простая, без замкнутых полостей и тонких рёбер. Литьё тут вне конкуренции, если оснастка уже отлажена и не требует доработок.

Хотя и здесь есть подводные камни — например, когда приходит чертёж с допусками ±0,1 мм, а в литье стабильно выходит ±0,3. Приходится либо техпроцесс пересматривать, либо заказчика уговаривать на другие допуски. С печатью таких проблем обычно нет — там точность изначально заложена в оборудовании.

Кстати, про оборудование — у нас на производстве до сих пор работает советский формовочный станок 1987 года. Шумный, требует постоянной регулировки, но для массовых простых отливок — незаменим. Новые аналоги стоят как квартира в Москве, а этот уже 35 лет пашет. Вот только операторы к нему уже на пенсию собираются — молодёжь не хочет разбираться в этих рычагах и заслонках.

Ситуации, где 3D-печать перевешивает

Был случай — нужно было сделать корпус гидрораспределителя с системой внутренних каналов, которые в литье просто нереально получить без сложной стержневой оснастки. На проектирование и изготовление оснастки ушло бы 3 месяца, а напечатали песчаную форму за 4 дня. Правда, пришлось повозиться с настройками — первый отливок пошёл браком из-за неправильной ориентации модели в камере.

Тут важно отметить — многие забывают, что 3D-печать форм это не волшебство. Если модель не оптимизирована под конкретную технологию, может получиться как у нас с тем распределителем: форма напечатана идеально, а при заливке металл пошёл не туда из-за воздушных карманов. Пришлось добавлять литниковую систему практически наугад, по наитию.

Кстати, в CH Leading Additive Manufacturing как раз специализируются на таких сложных случаях — их оборудование для струйного склеивания песка показало себя особенно хорошо для форм с мелкими деталями. На их стенде в прошлом году видел отливку лопатки турбины с толщиной стенки 1,2 мм — в традиционном литье такое сделать практически невозможно без брака.

Про экономику процессов

Когда считаешь стоимость, многие учитывают только материалы и время работы оборудования. Но в литье ещё есть затраты на хранение оснастки — у нас на складе пылятся деревянные модели с проектов 10-летней давности, потому что заказчик может внезапно запросить повторный выпуск. А 3D-форма после отливки просто перемалывается в песок для повторного использования.

Хотя и здесь не всё однозначно — для мелких серий до 50 штук печать почти всегда выгоднее. А вот когда переваливает за 1000 — уже нужно считать индивидуально. Особенно если в литье используется автоматизированная формовочная линия — там себестоимость падает в разы.

Кстати, про повторное использование песка — в технологии струйного склеивания, которую использует CH Leading Additive Manufacturing, процент регенерации достигает 98%, что для крупных производств означает экономию на материалах до 40% compared с традиционными методами. Хотя на первых порах мы с этим намучались — новый песок и регенерированный ведут себя по-разному при печати, пришлось настраивать параметры отдельно.

Технологические ограничения

Самое слабое место печатных форм — прочность. Для средних и крупных отливок иногда приходится добавлять армирующие элементы прямо в форму, что увеличивает время печати. В традиционной форме такой проблемы нет — там песчаная смесь уплотняется давлением или вибрацией.

Ещё момент — температура заливки. Для чугуна до 1400°C печатные формы держат нормально, а вот для некоторых марок стали, где температура выше 1500°C, уже начинается оплавление связующего и форма может разрушиться при заливке. Приходится либо менять композицию смеси, либо снижать температуру заливки, что не всегда допустимо по техпроцессу.

Вот тут как раз пригодился опыт команды CH Leading — их разработки в области композитных связующих позволили увеличить термостойкость форм до 1600°C. Правда, стоимость таких материалов выше стандартных на 25-30%, но для ответственных отливок это того стоит.

Будущее гибридных подходов

Сейчас мы всё чаще комбинируем методы — например, основную часть формы делаем традиционным способом, а сложные стержни печатаем. Получается оптимально по стоимости и времени. Особенно для крупногабаритных отливок, где полная печать формы будет стоить как небольшой автомобиль.

Интересно, что некоторые западные производители уже перешли на полностью цифровые цепочки — от CAD-модели до отлитой детали без единого чертежа на бумаге. У нас такой подход пока редкость, но думаю, через 5-10 лет это станет стандартом.

Кстати, в CH Leading Additive Manufacturing как раз предлагают комплексные решения — не просто продают оборудование, а помогают внедрить именно гибридный подход, учитывая специфику конкретного производства. Их специалисты несколько лет назад консультировали нас по переходу на цифровое проектирование литниковых систем — результат: сокращение брака на 17% только за счёт оптимизации технологии.

Практические советы по выбору

Если сомневаетесь, какой метод выбрать — задайте себе три вопроса: какой срок изготовления критичен, какая геометрия детали и какие объёмы производства. Ответы на эти вопросы в 80% случаев дают однозначный результат.

Ещё важно учитывать квалификацию персонала — для работы с 3D-оборудованием нужны другие навыки, чем для традиционного литья. Иногда проще найти оператора для формовочной машины, чем инженера, способного подготовить 3D-модель для печати формы.

И последнее — не стоит слепо доверять маркетингу. Некоторые поставщики оборудования обещают 'революцию в литейном производстве', а на практике оказывается, что для ваших конкретных деталей технология не подходит. Лучше всегда запрашивать тестовые отливки — как мы это делали с CH Leading, когда выбирали оборудование для своего цеха.