Почему 3D‑принтер – лучшее решение для создания восковых моделей

Что такое литье по выплавляемым моделям | 3D‑печать в процессе ЛВМ: в чем выгоды? | Пример внедрения: производство деталей оборудования для пищевой промышленности | Оборудование для 3D‑печати воском

При производстве сложных изделий небольшого размера – таких как детали машин, ювелирные украшения, стоматологические протезы и имплантаты – востребована особо высокая точность и качество отливок. Идеальный процесс для создания таких объектов – литье по выплавляемым моделям. 3D‑печать обеспечивает требуемые показатели точности и детализации и при включении в технологическую цепочку ЛВМ помогает значительно сэкономить время и снизить издержки.

Что такое литье по выплавляемым моделям

Процесс ЛВМ начинается с изготовления восковой модели изделия (например, перстня или кольца). Полученные восковки собираются в елку (припаиваются к стержню), затем елка покрывается огнеупорным материалом для создания герметичной оболочки, в которую будет заливаться расплавленное золото. В качестве такого материала обычно используется гипсовый раствор. Свойства гипса – высокая температура плавления и устойчивость к термоударам – делают его идеальным для использования в процессе литья по выплавляемым моделям.

Напечатанная на 3D‑принтере восковая модель кольца (слева) и сбор моделей в елку (справа)

Создание оболочки вокруг елок с помощью гипсового раствора

Когда гипсовая оболочка затвердевает под воздействием высокой температуры, ее переворачивают вверх дном, воск расплавляется и стекает, а гипсовая форма остается. После этого в форму заливают расплавленное золото, и получаются готовые золотые кольца.

Литье по выплавляемым моделям играет важную роль в производстве металлических изделий во многих отраслях, среди них:

• авиакосмическая индустрия (лопатки турбин, компоненты двигателей);

• медицина (имплантаты тазобедренного и коленного суставов);

• производство промышленного оборудования (сложные шестерни и рычаги);

• ювелирное дело и художественная промышленность (кольца, браслеты и другие украшения).

Литье по выплавляемым моделям и аддитивное производство – как же они связаны друг с другом?

3D‑печать в процессе ЛВМ: в чем выгоды?

Применительно к ЛВМ аддитивные технологии используются на этапе подготовки к литью, а именно для изготовления моделей из воска. 3D‑принтеры приходят на помощь, обеспечивая быстрое и точное производство восковок.

Сравнение традиционного процесса и 3D‑печати на принтере FlashForge WaxJet 400

Восковой 3D‑принтер напрямую печатает целую партию восковых моделей. Этапы работы следующие:

1. проектирование 3D‑моделей;

2. 3D‑печать;

3. получение множества изделий одновременно.

Традиционный способ получения восковок гораздо сложнее. Мастер должен выполнить ряд операций:

1. вручную изготовить эталон (образец будущей отливки);

2. создать оболочку и силиконовую пресс‑форму;

3. залить жидкий воск в силиконовую форму для создания восковки;

4. неоднократно повторить предыдущий шаг, чтобы сделать требуемое число моделей.

В традиционном технологическом процессе изготовления восковок для литья ювелирных украшений или промышленных деталей первым этапом является создание вручную реального металлического изделия в качестве образца. Это может отнимать много времени и сил, особенно если изделие имеет сложную конструкцию. После того как эталон‑образец готов, необходимо пройти еще несколько шагов, прежде чем будет получена партия восковых колец для сбора елки.

Если сравнивать литье по выплавляемым моделям с 3D‑печатью, то во втором случае мы создаем образец модели на компьютере, что позволяет не только сэкономить расходы и объем ручного труда, но и сохранить результат работы в цифровом виде. И в следующий раз, когда понадобится восковка, уже не придется начинать все с нуля. Кроме того, на 3D‑принтере за одну сессию печати можно изготовить столько моделей, сколько уместится на платформе построения.

Модели кольца из воска, напечатанные на 3D‑принтере

Пример внедрения: производство деталей оборудования для пищевой промышленности

Теперь, когда мы знаем, какие преимущества дают аддитивные методы в литье по выплавляемым моделям, рассмотрим реальный пример использования двух технологий в промышленности: это история внедрения восковых 3D‑принтеров FlashForge на литейном заводе для ускорения процесса литья металлов.

Jiangyin Eibar Precision Casting Co., Ltd. – совместное китайско-испанское предприятие, применяющее ЛВМ уже более двадцати лет. С момента своего основания компания предоставляет услуги точного литья для клиентов из разных отраслей.

В начале 2023 года Eibar получила заказ от производителя оборудования для пищевой промышленности, которому требовалось изготовить 40 деталей из нержавеющей стали за две недели. При использовании традиционных методов формовки изготовление моделей из воска заняло бы около двух недель. Если добавить время на создание гипсовой оболочки и литье металла, то это значительно превысило бы ожидаемый срок поставки. Чтобы уложиться в поставленные клиентом сроки, Eibar обратилась в центр услуг 3D‑печати FlashForge.

Для выполнения этого заказа FlashForge выделила два MJP‑принтера WaxJet 400, которые напечатали 40 моделей из воска за 18 часов (с 17:00 того же дня до 11:00 следующего дня). После быстрой постобработки готовые восковки были отправлены заказчику на следующий день в 12:00. Таким образом, 3D‑печать и доставка заняли менее суток.

Получив модели деталей, рабочие компании Eibar приступили к нанесению покрытия и изготовлению гипсовых оболочек. Последующее литье заняло лишь небольшую часть от общего времени производства. Через два с половиной дня отливки из нержавеющей стали отправились на предприятие: ожидаемый срок был сокращен на целую неделю.

Сборка в елку и заливка жидкого металла в опоку

Готовые металлические детали оборудования для пищевой промышленности

Итак, от получения заказа на печать до отправки готовых восковок у поставщика 3D‑услуг ушло менее одного дня. По сравнению с классическими методами литейного производства 3D‑печать выплавляемых моделей имеет множество преимуществ. 

Благодаря программному обеспечению инженеры могут быстро в реальном времени корректировать и проверять модели деталей. Всего за несколько часов можно отредактировать цифровую модель и затем напечатать на 3D‑принтере совершенно новую версию детали, в то время как при традиционном способе на корректировку и переделку форм для деталей машин уходит несколько дней. Это не только сокращает время и затраты, но и позволяет компаниям выполнять итерации и вносить изменения на лету, значительно повышая отказоустойчивость.

За счет высокой производительности аддитивных установок литейные предприятия выполняют заказы в более сжатые сроки, более эффективно удовлетворяя свои производственные потребности. В этом на собственном опыте убедилась компания Eibar, которая смогла изготовить отливки для своего заказчика с опережением на целую неделю.

«Когда мы приняли поставку, я даже не думал, что это наш заказ, потому что прошло слишком мало времени, – отметил сотрудник Eibar. – Мы давно слышали о 3D‑печати в литье по выплавляемым моделям, но раньше у нас не было возможности ее внедрить. В этот раз мы воспользовались услугами FlashForge, чтобы проверить все на практике. Это удобно, быстро и превзошло наши ожидания».

Профессиональное оборудование для 3D‑печати воском

3D‑принтер FlashForge WaxJet 400 создан специально для индустрии литья по выплавляемым моделям. Он на деле доказывает, как ЛВМ выигрывает от 3D‑печати благодаря следующим возможностям:

• быстрое и эффективное изготовление восковых моделей;

• занимающиеся литьем компании выполняют заказы в более короткие сроки;

• экономия средств и трудозатрат;

• возможность реализации сложных и замысловатых конструкций;

• цифровое проектирование и архивирование для корректировки и повторного использования образцов;

• одновременная печать партии изделий;

• повышение отказоустойчивости при внесении изменений в конструкцию.

Внедрение воскового 3D‑принтера FlashForge в производственную линию литейного завода в Южном Китае – пример большого шага вперед в развитии отрасли. Помимо прочего, модель WaxJet 400 отличается исключительной производительностью и эффективностью благодаря трем печатающим головкам, что позволяет увеличить количество принтов в три раза. Принтер будет весьма ценным приобретением для всех, кто работает в сфере литья по выплавляемым моделям.

Литейные производства, желающие использовать инновационные технологии, могут получить у нас дополнительную информацию о решениях для аддитивного производства. Мы уверены, что 3D‑печать – не просто хороший выбор, но и выгодная инвестиция в будущее отрасли.

Статья опубликована 10.11.2023 , обновлена 10.11.2023