Как 3D-печать революционизирует литье в песок

Литье в песок имеет историю тысячелетий и практически не менялось. Но сейчас всё меняется благодаря 3D-печати. Вот некоторые результаты этих усилий.

Помощь устоявшейся компании оставаться инновационной

В современном высококонкурентном рынке даже компаниям со сталью истории нужно постоянно улучшаться, чтобы удерживать клиентов. D.W. Clark — компания по литью многосплавных металлов, внедрившая 3D-печать в методы литья в песок и получившая заметные результаты.

Компания сократила лид-тайм с месяцев до недель, устранив традиционные методы инструментальной оснастки и моделей. D.W. Clark использует технологию binder jetting (струйная печать связующим), вице-президент Джефф Бюрек привел пример сокращения сроков.

«У нас был клиент, который хотел, чтобы мы завершили механическую обработку рабочего колеса за две недели. Не запуская станок более пары пробных сборок, мы смогли спроектировать форму за пару дней, напечатать её, залить литье, провести термообработку и доводительную обработку — всё за две недели».

Еще одно преимущество — снижение затрат на производство сложных деталей. Принтер работает с цифровым файлом, который можно быстро воспроизвести. К тому же выбранный принтер использует меньше песка, чем традиционные процессы, что экономит материалы.

Этот кейс показывает, как литье в песок с 3D-печатью помогает давно существующим компаниям оставаться актуальными и удовлетворять потребности клиентов, получая дополнительные преимущества для устойчивости.

Облегчение прототипирования с контролем затрат

Применение 3D-печати к литью в песок также привлекательно, когда компании хотят сократить время прототипирования. GRATZ Engineering — немецкая компания с несколькими локациями и ~250 сотрудниками. Обнаружила, что 3D-печать при литье в песок особенно преимущественна на стадии прототипирования. Обычно использует литье в песок с 3D-печатью и прямой лазерный спеклинг металла (DMLS).

Андреаш Штайнбронн, руководитель управления деталями: «Металлическая 3D-печать вроде лазерного спеклинга всегда слишком дорога, если скорость не критична. Если у нас 2–3 недели на прототип, мы предпочитаем комбинацию классического литья в металл с 3D-печатными песчаными формами или моделями для прецизионного литья из поли(метилметакрилата)».

Продолжил: «Это колоссально снижает затраты, а повышенная долговечность и стабильность компонентов — тоже преимущество. Наиболее практичные аспекты — большие объемы печати и высокие скорости».

Прямое сравнение 3D-печати и DMLS: «Системами binder jetting мы можем напрямую производить несколько вариантов прототипов (например, турбонаддувов) параллельно и вложенно друг в друга в одном процессе 3D-печати, а не только в одном слое, как при DMLS».

Возможность прототипировать более легкие и тонкие новые дизайны

Литье в песок — вечно популярный метод изготовления сложных металлических деталей. Помимо эффективности и стоимостной эффективности, есть аспект повторного использования. Каждая форма литья в песок — одноразовая. Но после извлечения готовых деталей песчаную смесь можно переработать для будущих форм.

Комбинация литья в песок с 3D-печатью дает другой вид устойчивости. Позволяет клиентам тщательно инспектировать прототипы и подвергать их строгим испытаниям до начала производства, экономя время и деньги.

Британская компания Brooks Crownhill Ltd. (BCP) использует 3D-печать песка для корпусов электродвигателей и автодеталей. Ли Хендерсон, директор по продажам, уточнил, что бизнес не нов в этом процессе.

«Мы давно используем 3D-печать и литье, или печатаемое литье. Огромные преимущества очевидны. Процесс быстрый, стоимостно-эффективный и дает дизайнерам огромную творческую свободу. Это важно для переосмысления устоявшихся компонентов и экономии материала, например, за счет топологической оптимизации», — сказал Хендерсон.

Хендерсон также обсудил, как 3D-печать для литья в песок помогла BCP удовлетворить новые потребности клиентов. Клиенты всё чаще требуют более легкие и тонкие дизайны. Конвенциональные процессы (фрезеровка, стройка стержней) не подходили для геометрий деталей. Литье в песок с 3D-печатью — подходит. Хендерсон отметил, что многие не знают об этих преимуществах, но такие результаты могут помочь методу набрать популярность.

Позволяет литейным заводам перепрофилировать недвижимость

До 3D-печати литейные заводы вынуждены выделять большие площади под хранение модельных плит — копий деталей клиентов. Рабочие зависят от них при повторных заказах. Ряды плит становятся настолько обширными, что заводы платят за склады.

Однако, поскольку 3D-печать опирается на цифровые файлы, компании могут минимизировать или устранить хранение физических плит. Говард Ретт из Viridis3D (специализируется на 3D-печати для литья в песок) отметил, что оцифровка избавляет от забот о контроле влажности или защите от вредителей. Вместо этого можно хранить редко используемые модели на флешке — портативный вариант, устраняющий неудобства традиционного хранения. Если заводы освободят достаточно места, смогут использовать его для расширения бизнеса.

Кроме того, наличие цифровых файлов клиентов ускоряет время от получения заказа до начала работы. В некоторых случаях литейщики могут залить расплав в большую форму в тот же день, когда получают цифровой файл.

Доказательство множественных преимуществ процесса

Текущие исследования показывают многочисленные преимущества 3D-печати для литья в песок. Одно исследование сравнивало 3D-печать и конвенциональное литье в песок при изготовлении корпуса насоса.

Команда обнаружила, что 3D-печатный подход занял всего 26 часов на печать частей песчаной формы. Это существенно меньше, чем более 6 недель, требуемых традиционному подходу для достижения этого этапа. Также 3D-печатная чаша была примерно на 300 микрон гладче и почти на 27% легче традиционной.

Другое исследование сравнивало керамическую форму, сделанную 3D-печатью и литьем в песок, с традиционной техникой. Вариант с 3D-печатью был на 95% легче и имел оптимизированный на 29% металлический выход по сравнению с конвенционально отлитой керамической формой. Традиционный метод занимал почти в два раза больше времени на изготовление, так как требовалось сделать двудольную модель и отшлифовать поверхность.

3D-печать — гейм-чейнджер для литья в песок

Эти примеры подчеркивают, почему 3D-печать всё чаще рассматривается как привлекательная альтернатива традиционному литью в песок. Это еще не мейнстрим, но может стать скоро. По мере того как больше компаний экспериментируют и получают впечатляющие результаты, другие литейные цеха последуют примеру, делая технику более распространенной.