Штучный промышленный 3D-принтер песка

Когда слышишь про промышленные 3D-принтеры для песка, сразу представляются гигантские автоматизированные линии. Но на практике ключевой нюанс — именно штучное производство сложных форм, где каждый экземпляр требует калибровки под конкретный сплав. Многие до сих пор путают скорость печати с устойчивостью формы к металлическому расплаву — это разные вещи.

Технологические ловушки

В 2022 году мы тестировали систему с двойными струйными головками — теоретически для увеличения скорости. Но при печати крупных песчаных стержней столкнулись с эффектом 'мокрого шва' на стыках проходов. Формально прочность сохранялась, но при заливке чугуна при 1400°C в зонах стыков появлялись микротрещины. Пришлось перепроектировать весь алгоритм наслоения с учетом теплового расширения.

Особенно критично для штучного промышленного 3D-принтера песка — контроль вязкости связующего. Летом 2023 на производстве в Донбассе из-за скачков влажности пришлось разрабатывать индивидуальные профили печати для каждой партии песка. Стандартные настройки от западных производителей тут не работали — наш местный кварцевый песок имел другую гранулометрию.

Интересный случай был с литьем турбинных лопаток — там где традиционные формы требовали 12 сборных элементов, мы напечатали цельную форму. Но пришлось пожертвовать скоростью: печатали с шагом 0,28 мм вместо стандартных 0,35 мм, иначе терялась геометрия охлаждающих каналов.

Оборудование в работе

У CH Leading Additive Manufacturing есть модель S-MAX Pro, которую мы адаптировали под российские литейные цеха. Главное преимущество — нестандартная камера построения 1800×1000×700 мм, позволяющая печатать формы для крупногабаритных отливок без сшивки. Но пришлось дорабатывать систему подогрева платформы — наши зимы требовали стабильных 40°C на всей площади.

В прошлом месяце на 3dchleading.ru появились данные по тестам с нержавеющей сталью — но там не упомянули, что для марки 20Х23Н18 пришлось добавлять цирконовые наполнители в песчаную смесь. Без этого форма держала всего 3-4 цикла заливки вместо заявленных 7.

Кстати, о долговечности форм — мы вели журнал испытаний одного промышленного 3D-принтера в течение 18 месяцев. После 3000 часов работы начал 'плыть' позиционирование струйных головок с погрешностью до 0,1 мм. Для большинства отливок некритично, но для авиационных деталей уже неприемлемо. Решение нашли через калибровку по лазерным маркерам каждые 200 часов работы.

Экономика против технологии

Считается, что 3D-принтер песка окупается за 2 года. Но это если не учитывать стоимость подготовки персонала — наши технологи учились 4 месяца работать с CAD-моделями именно для литья. Первые три месяца был брак 22% из-за неправильных литниковых систем.

Зато для штучных заказов выгода очевидна — изготовление формы для насосного колеса занимает 18 часов против 3 недель фрезеровкой. Но есть нюанс: если деталь тиражная, традиционные методы выгоднее после 50 штук.

Сейчас ведем переговоры с CH Leading по модернизации ПО — их софт хорошо считает поддержки, но слабо оптимизирует расход связующего для сложных решетчатых структур. Предложили им наши наработки по адаптивному алгоритму.

Неочевидные ограничения

Геометрию с обратными углами до 45° принтер берет уверенно, но все упирается в выбивку формы. Для алюминиевого литья проблем нет, а вот со сталью иногда приходится добавлять технологические разрывы — и это сводит на нет преимущества цельной формы.

Текущее поколение принтеров, включая модели от CH Leading Additive Manufacturing (Guangdong) Co., Ltd., все еще требует ручной постобработки — удаление излишков песка струей воздуха. При больших объемах это создает целый цех с системами вентиляции и рециркуляции песка.

Самое сложное — печать тонкостенных форм для художественного литья. Толщина стенки менее 8 мм приводит к деформациям при сушке. Пришлось разработать композитную смесь с добавлением целлюлозных волокон — неидеально, но работает.

Перспективы и тупики

Сейчас экспериментируем с гибридными формами — нижнюю часть делаем традиционным способом, а сложные элементы печатаем. Экономия времени до 40%, но требуется точная стыковка. Используем лазерное сканирование для контроля геометрии.

Коллеги из CH Leading анонсировали систему с УФ-отверждением, но пока не видел рабочих образцов. Если это сработает, решится проблема с влажностью в цеху — сейчас это головная боль для 80% производств.

Главный вывод за последние два года: штучный промышленный 3D-принтер песка — не замена традиционному литью, а инструмент для задач, которые раньше считались нерентабельными. Особенно для быстрого прототипирования и мелкосерийного производства с постоянно меняющейся номенклатурой.