Промышленные применения AT & 3D решений для профессионалов

Доступная печать восковых форм для литья

Литье металлов — технология, известная уже более десяти тысяч лет.

Одними из самых древних техник литья можно назвать литье в землю (земляные или песчаные формы, снимаемые с мастер-модели) и литье в кокиль (многоразовая форма, изготавливаемая из различных доступных материалов). Технологии развивались, появлялись новые материалы, давшие новые возможности по снятию форм. Позже появилась и техника литья по выплавляемым моделям из воска, сокращённо — ЛВМ. Эта технология традиционно используется для точного серийного литья. Преимущество её состоит в том, что мастер-модель изготавливается один раз. Потом с неё снимается точная разъёмная силиконовая форма. Далее в эту силиконовую форму заливается модельный восковой состав, который изымается из формы после застывания. И так процесс повторяется многократно до достижения необходимого количества восковых форм или разрушения силиконовой формы.

На полученные восковые формы в несколько слоёв наносится огнеупорная корка. После её высыхания воск из них выплавляется в горячей воде, печи или в бойлерклаве перегретым паром (наиболее экологичный и современный вариант). Получается пустотелая форма, в которую после прокалки можно заливать металл, который полностью повторит форму восковки.

ЛВМ имеет свои недостатки: невозможно снять форму со сложного объекта с внутренними полостями, бионического дизайна или объекта, разработанного с использованием технологии генеративного дизайна. К тому же литье — это технология исключительно серийная. Литье единичного изделия, конечно же, возможно, но зачастую финансово не оправдано. Связано это с тем, что перед заливкой металла в форму проходит описанный выше многостадийный процесс подготовки. Для сокращения этого процесса на данный момент разработано несколько технологий и устройств:

1. Технология печати непосредственно песчаной огнеупорной формы для литья. Бесподобное решение для больших литейных производств! Полностью устраняет все стадии подготовки формы. Низкая цена расходных материалов, довольно высокая скорость получения песчаной формы — тут прекрасно все... кроме цены. Стоимость подобного принтера начинается от 60 млн руб. Далеко не каждое производство может позволить себе такую технику, да и окупить её — задача не одного года.

2. Изготовление восковых форм методом фрезеровки специальных твёрдых восковых составов. Во многом компромиссная технология. При плюсах невысокой себестоимости расходных материалов есть довольно сильные ограничения по форме изделия, диктуемые технологией фрезерования (глубокие поднутрения, скрытые каналы сложных форм). Ну и конечно, стоимость фрезерного станка с ЧПУ довольно высока, особенно если требуется производство форм больших габаритов.

3. Печать восковых форм по технологии DOD на принтерах SolidScape S350.
Плюсы: высокое качество поверхности восковых форм.
Минусы: цена такого принтера начинается от 3 млн руб. Высокая стоимость расходных материалов. Область построения всего 15×15×10 см.

4. Печать восковых форм по технологии MJM на принтерах ProJet MJP 2500W
Плюсы: высокое качество поверхности восковых форм.
Минусы: цена такого принтера начинается от 4 млн руб. Высокая стоимость расходных материалов. Область построения уже повнушительнее: 30×20×14 см — однако для большинства задач промышленности и она крайне мала.

Педальный узел старинной техники

Педальный узел старинной техники

Трюмные насосы старинной техники Трюмные насосы старинной техники

Трюмные насосы старинной техники

Оценив вышеописанную ситуацию с плохой доступностью аддитивных технологий в литье для малых и средних литейных предприятий, мы в компании «Filamentarno!» в сентябре 2017 года начали разработку воскового модельного состава пригодного для печати на широко доступных 3D-принтерах, работающих по технологии FDM (FFF) и не требующего их модификации.

Эти недорогие устройства уже давно перестали быть диковинкой на российском рынке, а их доступность по цене сделала их популярным инструментом широчайшего спектра применения.
Спустя полгода после начала разработки материала нами был выпущен финальный продукт — намотанный на катушку восковой пруток распространённого диаметра 1.75 мм и 2.85 мм.

Скобы и кронштейны для наружного монтажа Скобы и кронштейны для наружного монтажа

Скобы и кронштейны для наружного монтажа

Рабочее колесо центробежного насоса

Рабочее колесо центробежного насоса

Материал под торговой маркой «Wax3D» обладает всем необходимым для модельных составов спектром свойств:
— выплавляется из форм в бойлерклаве вместе с восковками из стандартных модельных составов при температурах от 130 до 170°С, что позволяет работать с изготовленными из него восковками, не отклоняясь от стандартных для литейного производства технологий;
— зольность не превышает показатели распространённых восковых модельных составов (менее 0,01%);
— температура размягчения 43—45°С;
— температура каплепадения 93—96°С;
— прочность и упругость, превышающие показатели распространённых восковых модельных составов.

Шнек

Шнек

Кронштейны для наружного монтажа

Кронштейны для наружного монтажа

Корпус радиатора светодиодного прожектора

Корпус радиатора светодиодного прожектора

С появлением этого материала на рынке технология прямой печати восковок стала доступна любой литейной мастерской. В зависимости от необходимых размеров восковой формы можно выбирать из широчайшей линейки представленных на российском рынке FDM 3D-принтеров как российского (Picaso, Magnum, Imprinta, TotalZ, PrintBox), так и зарубежного производства. Цена пригодных для печати материалом Wax3D принтеров начинается от 30–40 т. р. за недорогие модели с объёмом построения 20×20×20 см. Широко представлены и принтеры с объёмом построения 30×30×50 см. Их цена варьируется от 40 до 250 т. р. Доступна на рынке и более серьёзная техника. Например, российский 3D-принтер «Picaso Designer XL» с рабочей камерой объёмом 36×36×60 см и ценой чуть ниже 300 т. р. А есть и российский производитель «Царь‑3D», выпускающий принтеры с рабочим объёмом камеры построения 60×60×80 см! В зависимости от комплектации цена его составит от 800 до 900 т. р.

Корпус и части масляного насоса старинной техники Корпус и части масляного насоса старинной техники

Корпус и части масляного насоса старинной техники

Корпус и части масляного насоса старинной техники

Цена же нашего воска WAX3D для этих принтеров составляет на данный момент всего 2200–2400 р. за кг. Учитывая, что рекомендуемое заполнение детали составляет всего 15–25%, несложно подсчитать, что себестоимость таких восковок будет невелика. Затраты же на внедрение на литейном предприятии этой технологии просто несопоставимы с теми перспективами, которые открываются для производителя. Фактически срок окупаемости техники в зависимости от загрузки может составить 1–4 месяца! А возможность исполнять заказы на единичные или мелкосерийные отливки по ценам, в десятки раз ниже стоимости 3D-печати металлом, обеспечит стабильный приток заказов.

Клапанная пара шарового клапана

Клапанная пара шарового клапана

Корпус трюмного насоса старинной техники

Корпус трюмного насоса старинной техники

Часть спортивного мотоцикла, выполненная с использованием генеративного дизайна Часть спортивного мотоцикла, выполненная с использованием генеративного дизайна

Часть спортивного мотоцикла, выполненная с использованием генеративного дизайна

Спросите, откуда у нас такая уверенность? Все просто — за прошедший год мы выполнили десятки заказов на печать восковых форм из Wax3D — часть из них приведена в этой статье. Очередь на печать не уменьшалась на протяжении всего года, а приобретенная для этого техника окупилась многократно. ■

Российский разработчик и производитель расходных материалов для 3D-печати. На рынке с 2015 года www.filamentarno.ru

Компания «Filamentarno!»
www.filamentarno.ru
Тел: +7 (499) 393-32-25
E-mail: info@filamentarno.ru

Источник журнал «Аддитивные технологии» № 4-2019