Традиционное металлическое литье | Селективное лазерное плавление | Металлическое литье по выплавляемым моделям | Металлическое литье и 3D-печать: сотрудничество, а не конкуренция | Когда лучше использовать традиционное металлическое литье? | Как улучшить производственный процесс с помощью 3D-печати металлом? | Совершат ли металлические 3D-принтеры новую промышленную революцию?
Аддитивное производство, по общепринятому мнению, – один из путей к новой промышленной революции. 3D-печать меняет мир вокруг нас, позволяя создавать самые разные продукты – от деталей автомобилей до самолетов и домов. Однако как эта инновационная и еще достаточно молодая технология работает в сравнении с классическим металлическим литьем, используемым уже многие столетия?
Традиционное металлическое литье
История технологий классического металлического литья восходит к Средневековью. Этот процесс включает в себя несколько этапов. Прежде всего, вам нужно создать модель конечного продукта. При изготовлении модели можно использовать различные материалы, в том числе дерево. В конструкции модели необходимо предусмотреть литниковую систему и некоторые дополнительные опоры. После этого на основе модели изготавливается литейная форма. Для этой цели можно использовать разные формовочные материалы, самым популярным из которых является песчаная смесь.
Первый шаг состоит в том, чтобы подготовить модель; этот процесс может выполняться по-разному в зависимости от используемых материалов. После создания копии конечного продукта необходимо спроектировать литниковую систему. Важно помнить, что модель должна свободно выходить из песчаной формы, поэтому ее нижняя часть не должна быть шире верхней части.
Традиционные методы предпочтительны, когда мы имеем дело с крупногабаритными деталями. Однако если вы производите прецизионные детали на заказ, лучше выбрать 3D-печать.
При проектировании деталей и литниковой системы также следует учесть тот факт, что в силу высокой скорости застывания расплавленного металла он может застыть раньше, чем дойдет до самой высокой точки вашего изделия. Чтобы избежать этого, необходимо предусмотреть выпоры, впоследствии отделяемые от детали.
Затем все это необходимо в точности отразить в литейной форме. Необходимо подготовить две песчаные формы. Далее создается первая форма из специальной песчаной смеси, которая в точности копирует объект. Вторая форма используется для литниковой системы, в которую заливается металл; при необходимости она также может использоваться для копирования второй части изделия. После этого формы устанавливаются друг над другом таким образом, чтобы литниковая система совпадала с конфигурацией объекта.
Соединив две формы между собой и убедившись, что металл не протечет сквозь два слоя песчаной смеси, мы производим нагревание и расплавление металла. Поскольку металл очень быстро застывает, процессы литья предусматривают очень быстрое заливание металла в форму через литниковую систему.
Последний этап состоит в том, чтобы очистить изделие от песка и отделить литниковую систему. После этого можно подвергнуть объект необходимой дополнительной полировке или удалить излишки материала, если это необходимо.
Селективное лазерное плавление
Селективное лазерное плавление (Selective Laser Melting, SLM) — это технология аддитивного производства, при которой для создания деталей используется металлический порошок. Металлический 3D-принтер распределяет тонкий слой порошка на платформе, после чего лазер расплавляет металл, повторяя конфигурацию вашей 3D-модели. Наносится новый слой порошка, и процедура повторяется снова. Поскольку расплавление металла происходит при высокой температуре, напечатанным деталям требуется некоторое время на остывание.
Технология SLM позволяет интегрировать несколько компонентов в один объект, что обеспечивает сокращение затрат и уменьшает время сборки деталей. Применение селективного лазерного плавления для производства деталей также позволяет получать очень прочные изделия, которые при этом могут иметь тонкие стенки, что обеспечивает снижение массы. Кроме того, такие детали устойчивы к действию высоких температур.
Как правильно выбрать материал для металлического 3D-принтера: 19 сплавов SLM Solutions для 3D-печати уникальных изделий
Металлическое литье по выплавляемым моделям
Литье по выплавляемым моделям – единственный метод 3D-печати, при котором не используется металлический порошок. Данная технология основана на впрыскивании металла в форму. Мастер-модель, обычно выполняемая из воска, благодаря 3D-печати является точной копией конечного продукта. Полученная методом 3D-печати мастер-модель покрывается гипсовой формовочной смесью. После получения готовой к использованию гипсовой формы производится создание объекта. Для этого расправленный металл впрыскивается в форму и замещает собой восковую модель, которая выплавляется через древовидную систему.
Металлическое литье и 3D-печать: сотрудничество, а не конкуренция
Аддитивное производство не является однозначным конкурентом традиционному металлическому литью: 3D-принтеры вполне можно использовать для дополнения и улучшения классических методов. Прекрасный пример сочетания аддитивного производства с классическим литейным – 3D-печать мастер-моделей. 3D-печать обеспечивает высокий уровень детализации, который не был доступен до применения методов аддитивного производства. Эта технология также позволяет сократить длительность допроизводственных этапов традиционного металлического литья.
Хороший пример совместного применения двух технологий – метод металлического литья по выплавляемым моделям. Аддитивное производство обеспечивает высокий уровень кастомизации при печати восковой модели изделия. 3D-печать позволяет ускорить технологический процесс, а восковая модель легко удаляется.
Еще один способ сочетания аддитивного производства с классическим металлическим литьем состоит в изготовлении методом 3D-печати пластиковых моделей конечного продукта. Подобно тому, как это делается в случае металлического литья по выплавляемым моделям, производится выплавление напечатанных копий с получением идеальных индивидуализированных форм, которые могут применяться для традиционных методов литья.
Кроме того, модели, создаваемые путем 3D-печати, прекрасно подходят для широко используемого способа металлического литья в песчаные формы. Аддитивная технология позволяет получить высокодетализированную модель, которая оставляет в песчаной смеси точный отпечаток, обеспечивая высокую точность металлических изделий. Отличный пример сочетания двух технологий показан в следующем видео о применении 3D-печати для изготовления металлического молотка:
Когда лучше использовать традиционное металлическое литье?
Классическое литейное производство хорошо подходит для крупногабаритных деталей
Если вы планируете производить крупные механические детали, например, компоненты двигателя или большие шестерни для машин, для этой цели прекрасно подойдет классическое литье. Аддитивные технологии не будут эффективными в этом случае в силу ограничений на размеры деталей, создаваемых с помощью 3D-принтеров. Главной задачей при производстве механических деталей является обеспечение необходимой функциональности. Внешний вид не играет большой роли; главное, чтобы детали имели хорошие механические свойства. И если вам также необходимо производить детали большого размера, то традиционное металлическое литье даст вам как раз то, что нужно.
Традиционное металлическое литье обходится дешевле при производстве больших партий
Классическое литейное производство также лучше выбрать в том случае, когда требуется производить большое количество деталей. Стоимость производства снижается с увеличением количества деталей, тогда как при аддитивном производстве стоимость остается неизменной.
Как улучшить производственный процесс с помощью 3D-печати металлом?
Поскольку применение 3D-печати в сочетании с технологией металлического литья по выплавляемым моделям мало чем отличается от традиционной технологии металлического литья, в этом разделе мы больше сфокусируемся на преимуществах аддитивного производства с использованием металлических порошков.
3D-печать открывает новые возможности проектирования
3D-печать также дает практически безграничную свободу проектирования, высокий уровень детализации и широкие возможности кастомизации. Если для вашего изделия важным фактором является точность, лучше выбрать аддитивное производство. Кроме того, при использовании 3D-печати можно проектировать сочленяемые детали, что недоступно традиционной технологии металлического литья. Аддитивные технологии не только сокращают время сборки, но и предоставляют вам совершенно новые возможности проектирования.
3D-печать ускоряет процесс производства
Если на вашем производстве в приоритете время, то аддитивные технологии будут подходящим выбором. По целому ряду причин процесс 3D-печати металлом гораздо быстрее традиционного металлического литья. Все, что вам нужно для 3D-печати, начиная с этапа предварительной подготовки и заканчивая непосредственной печатью деталей из металла, – это 3D-модель. Если сравнить это с металлическим литьем, где требуется не только спроектировать деталь, литниковую систему и выпор, но и создать литейную форму, то очевидно, что 3D-принтер дает существенную экономию времени.
В случае 3D-печати металлом быстрее осуществляется и процесс постобработки. Не следует забывать, что процесс металлического литья предусматривает механическую обработку для отделения литниковой системы и выпора, а также ручное удаление металла, пролившегося между формами, и к этому еще нужно добавить обработку поверхности детали. По окончании процесса 3D-печати вам лишь потребуется удалить поддержки.
Полный контроль производственного процесса
Хотя при металлическом литье сам процесс производства осуществляется быстрее в силу быстрого застывания расплавленного металла, при этом вы никак не контролируете процесс. Аддитивные технологии предлагают намного более стабильный процесс производства. Конечно, не исключена вероятность того, что 3D-принтер выйдет из строя во время печати, однако вы контролируете изготовление каждой детали и можете немедленно реагировать в таких ситуациях. Технология металлического литья не дает вам такой возможности, поскольку вы не можете видеть, что происходит внутри литейных форм.
При использовании традиционного металлического литья также существует риск того, что расплавленный металл застынет раньше, чем дойдет до самой высокой точки вашего изделия. Чтобы избежать этого, приходится создавать дополнительную часть конструкции, называемую литником. Литник требуется впоследствии отделять от конечного продукта, что увеличивает время постобработки. Кроме того, на этапе заливки в форму может произойти образование пузырьков в металле вследствие окисления или попадание в металл мелких частиц песчаной формы, что сказывается на свойствах изделия.
3D-печать позволяет создавать более легкие детали
Если вам нужно, чтобы производимые детали были легкими, то аддитивное производство предлагает массу возможностей для этого. Для снижения массы деталей можно спроектировать стенки деталей в виде ячеистых структур. Также можно создавать пустотелые детали, что невозможно в случае металлического литья.
Хорошие механические свойства
При использовании таких методов аддитивного производства, как селективное лазерное плавление, изготавливаемые детали также будут очень прочными и устойчивыми к действию высоких температур. Металлические объекты, производимые с помощью SLM-технологии, имеют лучшие механические свойства, поскольку они производятся при более высоких температурах.
На эту тему: 5 причин для перехода к 3D-печати металлических изделий
Совершат ли металлические 3D-принтеры новую промышленную революцию?
Традиционные методы металлического литья предпочтительны, когда мы имеем дело с крупногабаритными деталями. Однако если вы производите прецизионные детали на заказ, то лучше выбрать 3D-печать. Аддитивное производство предоставит вам свободу в выборе проектных решений, и вы сможете спроектировать именно такую модель, которая вам нужна, обеспечит быстрое получение результатов и позволит существенно усовершенствовать вашу производственную систему.
Перевод с английского. Оригинал этого материала на сайте sculpteo.com
Статья опубликована 04.09.2018 , обновлена 22.04.2021
