Дмитрию Хилкову, МГТУ, организовавшему процесс измерения и анализа и соавтору данной статьи.
Станиславу Пашкевичу, компания «Промхимтех», оказавшему неоценимую помощь в анализе результатов замеров по газопроницаемости
Исходные данные.
Для сравнения были взяты замеры прочности :
Образцы, напечатанные на принтере X-One:
Среднее значение прочности 73 Нсм2, при этом разброс прочности между образцами существенный – от 59 до 94 Нсм2.
Образцы, полученные традиционным формованием:
Состав:
- Кварцевый песок
- Кислотный отвердитель для фурановых смол ActivEX
- Связующее – фурановая смола с высоким содержанием фурфурилового спирта для No-Bake процесса FuranEX
Среднее значение прочности 48 Нсм2, при этом разброс прочности между образцами существенный – от 31 до 62 Нсм2.
Образцы, полученные на принтере FHZL PCM 1200
Измерения производились со следующими материалами:
Песок производства Сибелко с карьера в Неболчи, фракция 0,16 (паспорт в приложении)
Смола производства Промхимтех для принтеров FHZL
Катализатор оригинальный поставки FHZL.
Печать производилась при температуре 20-24С и влажности менее 40% при включённой вытяжке из принтера и помещения с подогревом в принтере ИК излучателями.
Наиболее детальные измерения производились для двух постоянных рабочих режимов – для чистого песка и для смеси 25% чистого и 75% вторичного (с катализатором).
При печати устанавливались внутренние настройки принтера для использования катализатора – 4% для чистого и 2% для вторичного.
Подача смолы для печати – 75% от максимума
Режим 25% чистого 75% вторичного песка.
Изготовлены тестовые образцы для замера прочности и газопроницаемости со следующими параметрами:
- Диаметр канала 1,2 и 3 мм
- % заполнения поверхности каналами 5-10-20-30%
- Направление каналов вдоль и поперёк оси замера
Таким образом, мы можем получить информацию о зависимости прочности и газопроницаемости формы от диаметра и количества каналов как наружу, так и по стенке формы стержня.
Результаты по прочности.
Зависимость набора прочности от времени.
Зависимость от микса песка новый – бу.
Прочность форм, напечатанных только на новом песке, примерно на 40% больше, чем напечатанных миксом 75% бу – 25% нового песка.
Зависимость от толщины слоя песка – 0,3 и 0,5 мм
При печати слоем 0,5 мм прочность формы снижается примерно в 2 раза.
Зависимость от количества смолы при печати 70%-75%-80%.
Прочность на разрешении 300 dpi и толщине слоя 0,3 мм практически не меняется.
Для сплошного образца средний показатель прочности был 52 Нсм2 через 6 дней от даты производства.
Результаты замеров:
Зависимость прочности от диаметра газовых пор и процента заполнения порами стенок формы.
Прочность вдоль пор (наружу из формы стержня, поперёк их стенок) при заполнении порами на 30% падает примерно в 2 раза относительно сплошной стенки, при этом существенной зависимости от диаметра поры нет.
Прочность поперёк пор (прочность вдоль стенки формы стержня) при заполнении на 30% падает примерно на 10%, и зависит от размера пор. Так, поры диаметром 1 мм практически не влияют на поперечную прочность, поры диаметром 3 мм снижают прочность на 30%. Таким образом, при заполнении в 30% порами диаметром 3 мм прочность формы снижается примерно на 40%.
Результаты по газопроницаемости.
Зависимость газопроницаемости от диаметра пор и процента заполнения порами поверхности формы.
Замеры показали, что при бОльшем диаметре каналов и % заполнения порами газопроницаемость улучшается от 20% до 50-100%. Нестабильность в результатах замера говорит о том, что на газопроницаемость начинает влиять другой фактор – газопроницаемость песка в смеси с катализатором, оставшегося в порах. В 3Д печати используется самая мелкая фракция песка. Из-за этого плотность укладки его гораздо больше и соответственно газопроницаемость хуже. Дополнительный вклад вносит добавка кислотного катализатора, который дополнительно скрепляет песчинки.
Подтверждением может быть результат вывода образцов на песке от Ильменит (Томск), у которого фракция немного крупнее чем Сибелко. В результате газопроницаемость образцов из этого песка оказалась в 1,5 раза лучше (от 150 до 200 единиц). Тем не менее, возможности маневрировать фракцией чаще всего нет.
Предварительно видно, что уже 20% пористость увеличивает газопроницаемость формы в 2 раза, особенно чётко это работает для пор диаметром 1 мм. Причём газопроницаемость улучшается как наружу формы (вдоль пор), так и вверх вдоль стенок формы, для 20% заполнения примерно в 1,5 раза.
Таким образом, предварительный вывод – оптимальное сочетание для отливок с повышенным газовыделением (высокотемпературные сплавы, медь) – газоотводящие каналы диаметром 1 мм с 20% или 30% заполнения поверхности порами.
Снижение прочности формы компенсировать заформовкой в опоку и обсыпкой песком.
Режим 100% чистого песка.
Тестовые образцы из чистого песка практически в 1,5 раза прочнее образов с миксом 25% чистого и 75% вторичного.
Средняя прочность – 73,7 Нсм2 через 6 дней от даты производства.
Снижение прочности вдоль и поперёк газовыводных каналов кореллирует с миксовым вариантом с поправкой на бОльшую начальную прочность. Результаты для чистого песка имеют бОльшую валидность, так как, с учетом опыта 1 этапа, все замеры были произведены в один день, что позволило исключить погрешность от набора прочности.
Таким образом:
Прочность при пористости в 30% падает примерно на 40% в продольном и на 20…50% в поперечном сечении.
Дополнительное снижение прочности в поперечном сечении в зависимости от диаметра каналов:
1 мм – 10%
2 мм – 40%
3 мм – 30%
Вывод: Чистый песок имеет смысл использовать для сложных отливок с мелкой детализацией, при этом можно запроектировать бОльшую пористость с учетом запаса по прочности. При 30% пористости прочность формы по всем направлениям будет примерно одинаковой для пор диаметром от 1 до 3 мм.
Автор: Алексей Банников, 3d-fab.ru
