Быстрое прототипирование революционизирует литейное производство по выплавляемым моделям для авиации, автопрома и оборонки

Производственный процесс технологии быстрого прототипирования

В производственной отрасли, особенно в таких ключевых секторах, как авиация, космонавтика, оборонная промышленность и автомобилестроение, основные ключевые компоненты, как правило, являются металлическими деталями. Значительное количество из них имеет асимметричную форму, сложные криволинейные поверхности или тонкую внутреннюю структуру.

Традиционно для их изготовления применяют методы раздельной обработки или литье по выплавляемым моделям. Последний требует создания мастер-модели или переходной формы для репликации металлических деталей. Конструирование и изготовление форм стало «узким местом», сдерживающим выпуск чертёжов.

Технология быстрого прототипирования (РПТ) способна оперативно обеспечивать восковые модели, необходимые для литья по выплавляемым образцам. Это устраняет главные проблемы традиционного процесса: длительный цикл подготовки восковых моделей, высокую стоимость их производства и сложность изготовления конструкций со сложными криволинейными поверхностями, что кардинально повышает производственную эффективность и гибкость.

Процесс быстрого прототипирования (RPM)

Технология быстрого прототипирования (RPM — Rapid Prototyping Manufacturing) включает методы формовки, такие как СЛС (селективная лазерная спекание), SLA (стереолитография) и SLM (селективное лазерное плавление). Она интегрирует современные достижения: САПР, ЧПУ, лазерные и материаловедческие технологии.

В отличие от традиционных методов, процесс RPM начинается с создания 3D-твердотельной или поверхностной модели изделия в САПР, её преобразования в формат STL (стандарт RP-файлов) и исправления ошибок конвертации. Затем по слоям данные передаются на станок быстрого прототипирования. Используя аддитивное производство и лазер как тепловой источник, каждый слой последовательно спекан или расплавлен и связан с предыдущим до завершения всей детали.

В методе СЛС применяются различные спеканные порошки: парафин, пластики, низкоплавкие металлические порошки или их смеси. Выбор материала по технологическим требованиям позволяет быстро изготовить физические модели изделий.

Комбинированный процесс: быстрое прототипирование + литьё по выплавляемым моделям

Литьё по выплавляемым моделям — самый точный метод среди литейных процессов, обеспечивающий высокую повторяемость и минимизирующий последующую обработку. Он требует проектирования и изготовления выплавляемых моделей (восковых или иных).

В зависимости от сложности и габаритов чертёжа производственный цикл занимает от нескольких недель до месяцев. После изготовления формы требуется ещё неделя для получения литья. Больше всего времени уходит на изготовление восковых моделей и керамических оболочек, что делает затраты на форму и время критичными, особенно для малого серийного производства.

Технология RPM позволяет напрямую формировать восковые модели для литья по выплавляемым образцам без изготовления форм. Восковая модель, изготовленная лазерным быстрым прототипированием (СЛС), делается из парафинового порошка.

Технологический процесс: на рабочий стол наносится слой порошка, который выборочно спекан лазерным лучом под управлением компьютера (полости детали остаются не спеканными, в виде порошкового материала), а спеканные участки стерильно срастаются, образуя твёрдую часть компонента. После завершения слоя переходят к следующему, который прочно спекан с предыдущим. После окончания всего спекания удаляется излишний порошок, получая спеканную восковую модель.

RPM отличается широкой номенклатурой материалов: парафиновый порошок — для восковых моделей литья по выплавляемым образцам, керамический порошок — для изготовления керамических оболочек, металлический порошок — для создания металлических пресс-форм для восковых моделей.

Применение технологии быстрого прототипирования в литье по выплавляемым моделям делится на три направления:

• Формовка восковых моделей или потерянных пенистых образцов (прототипов для литья по выплавляемым моделям) — для малого серийного производства, разработки продуктов или опытного изготовления сложных чертёжей.
• Прямое формирование оболочек для малого серийного производства.
• Быстрое прототипирование мастер-модели для формовки восковых моделей — для массового производства.

Эти методы устраняют «узкое место» традиционного процесса — изготовление восковых моделей.

Заключение

Использование технологии быстрого прототипирования для создания восковых моделей литья по выплавляемым образцам снимает ограничения на форму чертёжей и процесс разработки, накладываемые изготовлением металлических мастер-моделей. Это позволяет резко сократить цикл разработки, а сэкономленные на производстве формы средства направить на НИОКР и выпуск более сложных высокоточных передовых чертёжей.

Быстрое прототипирование и литьё по выплавляемым моделям взаимодополняют друг друга. Без быстрого прототипирования производство мастер-модели остаётся «узким местом» литья по выплавляемым моделям. А без литья по выплавляемым моделям применение быстрого прототипирования сильно ограничено.