Сравнение металлического 3D-производства: литьё в выплавимые модели vs прямое лазерное спекание (DMLS)

Мир производства прототипов из металлических сплавов и мелкосерийного производства сильно продвинулся благодаря технологии 3D-печати. Однако есть некоторые традиционные техники, которые не исчезли, а эволюционировали.

Это случай выплавимого литья, тысячелетней техники, эволюционировавшей от необходимости делать оригинал из воска более или менее вручную, до изготовления лёгких восковых форм для мелких серий, и наконец — возможности изготовления деталей на смольных 3D-принтерах, таких как Form 2 и отливочная смола, или FDM 3D-принтерах с специализированными материалами для выплавимого литья (MoldLay), которые إحدи революцию на рынке как PolyCast, благодаря своей высокой точности и отличной поверхностной отделке.

Видео 1: Изготовление деталей выплавимым литьём с PolyCast. Источник: Polymaker

Возвращаясь к началам 3D-печати, находим PLA — дешёвый материал, используемый почти всеми 3D-принтерами, включая бытовые, способный изготовить оригинальную деталь, которую затем помещают в массу песка и связующего для формирования формы при нагреве в печи.

Некоторые годы назад (2015), когда эта техника ещё не была в обычном использовании, ennomotive — платформа инноваций с глобальным сообществом инженеров — попросила их, по запросу клиента, предложить инновационное, более быстрое и дешёвое решение для изготовления их прототипов в титановых сплавах для авиации, и если возможно, также мелкосерийное производство, полностью функциональное, без экономических затрат и времени, затрачиваемых традиционным процессом изготовления металлических форм для литья или прессования деталей.

В то время один из инженеров сообщества, из сектора Газа, разработавший инженерные учёбы в США и чей финальный проект был об этой технике 3D-печати PLA и выплавимом литье предложил это как решение. Он хорошо знал его достоинства.

Клиент, неверующий перед решением, сэкономившим ему месяцы и тысячи евро, и которое не использовалось или предлагалось ни одним из тысяч инженеров компании, спросил: «Деталь, так изготовленная, соответствует строгим стандартам авиационного регулирования?». Ответ был сокрушительным: «Да, и есть те, кто начинает это использовать, и мы можем связать вас с теми, кто может это сделать, займёт 3 дня больше на транспорт».

В то время 3D-принтеры, способные делать металлические детали, всё ещё работали только с несколькими сплавами, не достигали необходимых отделок, ни тех же технических спецификаций детали, сделанной литьём (и центрифугированием, или вакуумом при необходимости), кроме того были медленными и дорогими.

Но технология продолжает эволюцию, и технические свойства изготовленных деталей улучшились, как и их стоимость и количество доступных сплавов. Однако технология выплавимого литья всё ещё в полной силе и эволюционирует на базе FDM 3D-печати, так что хотя технология DMLS сильно продвинулась, какой бы сейчас была рекомендация инженеров сообщества, если бы они снова спросили на ennomotive.com?

Ответ в том, что она варьирует, и сильно, в зависимости от детали, технических требований, размеров, материалов и т.д., и может случиться, что эволюция производственных методов заставит некоторых инженеров рекомендовать: «Измените дизайн» или «Смените материалы», как они сделали в первый раз, спрашивая, почему эта деталь делалась в титановом сплаве, а не в каком-то типе смолы, которая могла бы удовлетворить требующиеся технические спецификации.

Именно поэтому есть ряд рекомендаций при выборе производственной технологии, но это экспертный взгляд дизайнера-инженера, хорошо знающего эти техники (и внимание, потому что они улучшаются каждый день), что может достичь лучшего сочетания качество/цена.

• В настоящее время две техники достигают очень похожих поверхностных отделок, выделяясь одна или другая в зависимости от качества процесса и материала. Например, есть DMLS-принтеры, предлагающие отличное качество поверхности, но есть и нити для FDM 3D-печати (PolyCast), дающие полностью гладкую отделку.
• Как и с поверхностной отделкой, с геометрической точностью дебаты довольно равны, истинно, что с технологией DMLS достигаются готовые детали с большей точностью 0,1 мм ± 0,3 %.
• По размерам, крупные детали можно печатать выплавимым литьём, по 2 м например, в то время как с DMLS они обычно меньше, хотя позже их можно соединить, достигая необходимого размера.
• Где выплавимое литьё выигрывает — возможность выбирать желаемый материал без лимитов, в то время как каталог материалов для DMLS, хотя растёт, ограничен.
• Напротив, технология DMLS позволяет более сложные геометрические формы (например, внутренние структуры) и более тонкие стенки, чего не позволяет выплавимое литьё, допускающее сложные геометрии, но с лимитом.
• DMLS позволяет печатать разные компоненты одновременно, интегрированные в одну деталь (хотя это не было так).
• Но если во что бы то ни стало скорость и стоимость, что фундаментально для индустрии, сейчас выгодно выплавимое литьё, поэтому оно всё ещё широко используется в авиапромышленности; хотя быстрый прогресс DMLS делает его ближе и каждый день больше используется в индустрии.

Так что в упомянутой выше детали, поскольку её геометрия не была слишком сложной, и материал был специальным сплавом, для мелкосерийного производства, вероятно, снова выбрали бы выплавимое литьё, особенно теперь, когда есть материалы для FDM 3D-печати как PolyCast — нить, разработанная исключительно для производства выплавимым литьём. Хотя к моменту прочтения этой статьи таблицы могли измениться. Спросим ли мы инженерное сообщество снова? Или будем в курсе последних новостей 3D-печати?

Развитие материалов и технологий настолько быстрое, что делает решение, принятое как валидное сегодня, устаревшим менее чем за 5 лет. Безумный темп достижений в аддитивном производстве неостановим.

Статья в сотрудничестве с ennomotive.