Технология 3D-печати PCM

Принцип работы

1. Первым шагом является создание 3D-модели песчаной формы и ее преобразование в формат STL. Затем модель разбивается на слои для перевода информации на понятный 3D-принтеру язык. Данные передаются на печать.

2. Технология PCM основана на смешении песка, активатора и связующего материала.

3. Во время печати активатор и песок равномерно перемешиваются, а затем тонким слоем укладываются на платформу. Печатающая головка точно распыляет связующее на нанесенный слой.

4. При контакте связующего в замешанный песок активатором происходит химическая реакция отверждения. При полноцветной печати на этом этапе также наносятся цветные чернила.

5. Процесс повторяется слой за слоем, пока объект не будет построен.

6. Очистка. Остатки песка легко удаляются из 3D-принтера как с помощью промышленного пылесоса, так и вручную. Материал, не участвовавший в создании формы, используется повторно в следующих циклах печати.

Материалы

Основные

Песок: кварцевый, кальцинированный, синтетический, керамический, хромитовый и др. Песок может быть разных фракций — в зависимости от необходимого качества печати. Если требуется самая мелкая детализация и низкая шероховатость поверхности, то используется песок до 0,1 мм.

3D-печать песком совместима с различными связующими и добавками. Такая универсальность позволяет создавать объекты с повышенной прочностью, термостойкостью или газопроводимостью.

Связующие

В качестве связующего используются фурановые/фенольные смолы. В качестве отвердителя (активатора) — n-толуолсульфокислоты. Возможно использование смол российского производства после апробации производителем.

Объем веществ в смеси можно регулировать, например, для получения менее твердых стержней, чтобы они саморазрушались во время усадки и не было проблем с очисткой отливки от песка.

Преимущества 3D-печати песком

Высокая точность

Склеивание слоев происходит при комнатной температуре. Это означает, что искажения размеров, связанные с термическими эффектами, например, деформация или скручивание, не являются проблемой для PCM.

Высокая скорость построения

Печатающие головки обычно работают быстрее, чем лазеры, электронные лучи или экструзия. Поэтому с помощью PCM можно производить большие объемы деталей с меньшими затратами, чем с помощью других методов. Некоторые системы 3D-печати песком производят до 400 литров готовых изделий в час.

Снижение затрат на материалы

Весь неиспользованный песок по завершении печати собирается и повторно используется. При изготовлении отливок — расход песка и смолы примерно на треть ниже, чем на обычных формовочных линиях.

Изготовление моделей любой сложности

Песок прочно держит запечатанные участки, поэтому изделия могут иметь различные диаметры и углы — без потери точности и повторяемости. Доступны любые геометрически сложные формы — вы не ограничены в идеях

Большие размеры рабочей камеры

Промышленные PCM-принтеры имеют действительно большие камеры построения — до 2500 х 1500 х 1000 мм. Это позволяет целиком печатать крупногабаритные изделия объемом до 8 куб. метров с высоким разрешением и точностью.

Легкая постобработка

Песок, не участвующий в построении формы, служит естественной опорой изделия при печати. Поэтому технология PCМ не требует материалов поддержки, что обеспечивает большую гибкость проектирования и сокращает время постобработки.

Преимущества 3D-печати литейных форм из песка

• Не требуется оснастка;
• форма и стержень могут быть изготовлены одновременно. Отливка может быть построена за один цикл, что минимизирует конструкторские ограничения;
• уменьшение времени на механическую постобработку за счет минимальных припусков;
• технология подходит для изготовления отливок из различных цветных и черных металлов.

Какие изделия печатают?

• песчано-полимерные формы и стержни для быстрого литья из чугуна, стали, цветных металлов сложных деталей, таких как блоки двигателей, детали машин, корпуса, крупные соединители, крепежные детали, балки.

• малые прецизионные отливки;

• полноцветные прототипы для макетов и других демонстрационных изделий. При печати чернила разных цветов можно комбинировать;

• крупногабаритные изделия;

• предметы для интерьера, арт-объекты, сувениры и даже мебель.

Примеры печати

Крупногабаритные насосные системы

Несколько лет назад АО «Новомет-Пермь» внедрило в свое литейное производство технологию печати кварцевым песком литейных форм для ступеней крупногабаритных центробежных насосов ЦНС. Диаметр каждой такой детали равен 35 см.

Ранее производственный цикл от момента получения заказа до получения литой заготовки составлял более двух недель. С помощью 3D-печати форму любой геометрии можно получить в течение нескольких часов, а конечную деталь — через сутки.

Новая линейка крупногабаритного оборудования предназначена для применения в системах поддержания пластового давления и перекачки больших объемов воды. Для сравнения: если серийные электроцентробежные насосы перекачивают 6300 куб. м/сут, то новые насосы — до 16000 куб. м/сут.

Рама автомобиля

Деталь изготовлена с помощью отливки, напечатанной из кварцевого песка. Материал готового изделия — алюминиевый сплав. Размеры: 1500×500×500 мм. Вес примерно 5 кг. Производственный цикл рамы составляет 1/5 времени традиционного литья в стальную форму.

Задний подрамник

В январе 2022 года Mercedes-Benz выпустил концепт-кар VISION EQXX. Автомобиль обладает облегченным весом за счет заднего подрамника, отлитого из напечатанной песком формы.

Водяная рубашка двигателя

На заводах BMW Group 3D-принтеры участвуют в производстве тысяч различных деталей в день. На фото — головка блока цилиндров с водяной рубашкой, отлитой с помощью напечатанной песком формы.

О производителе

Технология PCM была фактически создана компанией FHZL Co Ltd. (Китай) — пионером в области исследований технологий 3D-печати для литейного производства. FHZL разрабатывает новые технологические решения и постоянно повышает качество выпускаемых 3D-принтеров. За 20 лет компания получила 142 патента, в том числе на собственное ПО и расходные материалы.

3D-принтеры FHZL имеют очень низкие расходы на обслуживание. Меньше количество сопел, по сравнению с аналогами, обеспечивает более высокую эффективность печати и низкие затраты на эксплуатацию.

В тексте использованы материалы научной статьи «Аддитивная технология PCM — 3D-печать песчано-полимерных литейных форм и стержней без модельной оснастки» (журнал «Литейное производство и металлургия»).