3D-печать и литьё: сравнили технологии
Станет ли дешевле процесс литья из-за активного использования аддитивных технологий? Эта мысль сейчас не даёт покоя огромному количеству промышленников. Казалось бы, возможности 3D-печати позволили оптимизировать многие процессы, исключили необходимость производства дорогостоящей оснастки.
Однако однозначного ответа на этот вопрос никто дать не может. Ведь и традиционные методы литья остаются конкурентоспособными из-за низкой себестоимости. Вместе с экспертами разбираемся, как передовая технология меняет отрасль.
Один из самых громких и обсуждаемых кейсов применения аддитивных технологий представило общественности ОАО «Бугульминский электронасосный завод». В 2022 году промышленники внедрили отечественный песчано-полимерный 3D-принтер BPrint Maxi компании Zias Machinery, и это позволило усовершенствовать серийные детали для литья.
Предприятие сэкономило 15 миллионов рублей на изготовлении новой модельной оснастки. Причём, чтобы сконструировать, напечатать, провести опытные работы и скорректировать деталь, понадобилось всего 30 дней. Для сравнения, при работе с формой для литья традиционным способом (ХТС) на этот же процесс заложено 150 дней.
Какие преимущества у аддитивных технологий в литейном производстве?
Наплавление деталей сокращает цикл изготовления со 150 до 30 дней за счёт исключения этапа оснастки, предоставляет возможность сэкономить затраты на дорогостоящие конструкции для литья под давлением.
Этот метод даёт возможность многократных итераций и быстрого внесения изменения в форму, позволяет работать со сложной геометрией — выпускать детали с бионическим дизайном или внутренними полостями. Также данный способ помогает создавать модели по сканированным образцам, без чертежей. Он снижает отходы материала и энергопотребление, а значит, позволяет предприятию оптимизировать затраты на штрафы за несоблюдение требований экологии.
3D-технологии в литейном производстве используют для создания моделей и форм, а именно: систему Binder Jetting ― для печати форм для литья по ХТС-процессу; FDM- и SLA-печать — для создания мастер-моделей для литья по выжигаемым моделям. Аддитивное производство активно внедряют для улучшения процессов реверс-инжиниринга, а также проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Они позволяют сократить время и затраты на изготовление, обеспечивая высокую точность и качество отливок.
Какие возможности открыли перед металлургами аддитивные технологии?
Этот вопрос тщательно изучили специалисты ООО «СЛТ» — инжиниринговой компании, которая с 2012 года занимается проектированием и оснащением литейных производств.
Эксперты СЛТ готовы предложить российским производственникам решения, предполагающие в числе прочего использование АТ.
«Современные аддитивные технологии используются для производства металлических компонентов, пластиковых, композитных и т. д. 3D-печать позволяет создавать элементы практически любой геометрии и даёт огромное количество преимуществ: высокую производительность, безотходность, простоту изготовления сложных изделий, быструю переналадку оборудования.
Одно из основных достоинств — полная автоматизация процесса, что делает новую методику более эффективной по сравнению с традиционными методами», — рассказала Евгения Тверская, менеджер по продукту направления «Аддитивные технологии» ООО «СЛТ».
Процесс Binder Jetting — технология 3D-печати, при которой связующее вещество (как правило, адгезив) наносится на слой порошкового металла, склеивая частицы вместе, чтобы создать трёхмерный объект слой за слоем. На первоначальном этапе материал равномерно распределяется по платформе построения тонкой плёнкой, уже затем наносится связующее вещество. Процесс наложения порошка повторяется до тех пор, пока объект не будет полностью сформирован. После печати деталь подвергается дальнейшей обработке для придания прочности. В литейном производстве этот метод особенно хорош при печати форм для литья по процессу ХТС.
SLA (стереолитография — способ послойного отверждения) и FDM (моделирование методом послойного наплавления) подойдут для процесса литья по выжигаемым моделям. Это одна из разновидностей высокоточного производства. Она используется в авиакосмической, судостроительной отраслях. И здесь 3D-печать дала возможность выращивать модели сложной геометрии, которые отличаются повышенной прочностью.
Производственные кейсы
В крупной зуботехнической лаборатории аддитивные технологии должны заменить традиционные методы, такие как литьё и ручная доработка. Это позволит значительно сократить время изготовления коронок, мостовидных протезов, обеспечит высокую точность и повторяемость. Процесс будет включать в себя три автоматизированные операции: сканирование, обработку файлов и печать, что, по оценкам специалистов, приведёт к качественному результату.
Предприятие по производству электроцентробежных насосов для нефтедобычи планирует при помощи российского 3D-принтера создавать литейные формы и стержни из песчано-полимерной смеси. Такая технология подойдёт для изготовления деталей малых серий. Сейчас проект модернизации находится на стадии испытаний свойств форм, полученных по новой технологии. Оцениваются предел их прочности, качество отливок (по показаниям шероховатости и геометрической точности). И пока напечатанные изделия демонстрируют даже лучшие характеристики, чем те, которые отливали при помощи процесса ХТС.
Есть любопытные примеры использования аддитивных технологий в мировой практике. К примеру, американская компания — производитель космической техники Space X использует 3D-печать для производства 40% деталей своего криогенного двигателя Raptor. Все коллекторы двигателя отлиты при помощи АТ и суперсплава SX300 Iconel. Напомним, что для изготовления этих деталей нужны высокая точность и прочность. Использование аддитивных технологий — пример инновационного подхода к выпуску непростой продукции, который позволил этому гиганту встать на путь улучшения качества своей продукции.
Точно так же концепт-кар от Volkswagen изготовлен с помощью аддитивных технологий. Концерн применил 3D-печать для нанесения гальванопокрытий на колпаки для колёс машины будущего. Завод использует АТ для производства оснастки для литья. Этот метод помогает создавать прототипы, инструменты и некоторые детали, сокращая время и стоимость производства по сравнению с традиционными методами. В частности, 3D-печать позволила создать различные типы оснастки для литья, включая стержни, литники, выпоры, необходимые для технологического процесса.
Большое будущее пророчат аддитивной технологии DMLS, позволяющей создавать металлические изделия путём послойного спекания металлического порошка лазерным лучом. Она применяется для магниевых сплавов и активно используется на заводах в США.
Экономика процесса
При всех разговорах об оптимизации затрат при помощи 3D-печати эксперты советуют не торопиться с выводами. Нельзя говорить однозначно, что литьё при помощи аддитивных технологий будет дешевле классического процесса.
Каждый случай индивидуален, и всё будет зависеть от задачи и изготовления конкретной детали, используемых материалов, объёма производства и других факторов. Наши эксперты из компании «СЛТ» рекомендуют перед установкой просчитывать не только сам процесс литья, но и все производственные расходы.
«Помните, что использование аддитивных технологий исключает необходимость создания дорогостоящей и сложной в изготовлении специальной оснастки: готовое изделие или форма сразу печатаются на 3D-принтере. Время, сэкономленное на этом этапе, позволяет ускорить производственный процесс, уменьшить издержки и повысить общую эффективность», — поделилась опытом Евгения Тверская.
В любом случае за этой технологией будущее, и эксперты рекомендуют понемногу начинать «примерять» её на собственное производство.
Литейные формы и модели, изготовленные при помощи аддитивных технологий, востребованы в ювелирном деле, в медицине (при изготовлении ортопедических изделий), а также для применения в образовательных методиках.
Примечательно, что «напечатанные» изделия сложных форм быстро вошли в сферу киноиндустрии и телепроизводства, когда у режиссера возникает идея применить нестандартные декорации или геометрически сложный реквизит.
К примеру, специально для съёмок фильма «Координаты «Скайфолл»» была изготовлена модель спорткара Aston Martin, чтобы использовать автомобиль-дублёр агента 007 для съёмки сцен трюков.
Текст: Надежда Белозерская. Фото редакции PromoGroup Media.
