3D-печать растворимой оснастки для литья бетона

1. Печать формы

Прежде всего была разработана цифровая модель для печати оснастки, форму которой было бы крайне сложно изготовить традиционными методами. Далее форму печатали из различных материалов.

2. Тестирование HIPS и HIGH-T-LAY.

На ранних этапах для печати оснастки использовались ударопрочный полистирол HIPS и HIGH-T-LAY.

HIPS растворялся примерно через 24 часа, но не водой, что было важно для исследования, а дорогостоящим D-лимоненом. HIGH-T-LAY растворялся в воде примерно два дня и приводил к сколам краев. Кроме того, он стоил почти вдвое дороже PVA.

3. Тестирование PVA

Пластик PVA используется, в основном, для печати поддержек. Материал начинает растворяться примерно через 20 минут после погружения в воду.

Исследование началось с тестирования небольших образцов PVA на консистенцию, температуру растворения в воде и толщину стенок напечатанной оснастки. Затем на 3D-принтере с двумя экструдерами была напечатана более крупная форма высотой 101 мм.

Первый вариант формы печатался 58 часов, после чего была создана облегченная версия с измененной внутренней геометрией, которая печаталась быстрее и была столь же прочной.

Пластиковую форму залили HEC — смесью воды, песка и цемента. Этот материал быстро затвердевает и обладает вдвое большей прочностью, чем обычный бетон.

Результат

Были выбраны три температуры воды: 25, 50 и 75° C. Толщина стенок образцов составляла 0,75, 1,00, 1,25, 1,5 мм. Самые тонкие стенки растворялись быстрее всего при помещении в воду температурой 75° C. Через 24 часа оснастка из PVA почти полностью растворилась. Оставшийся материал был удален теплой водой и щеткой.

2. PVA + композит PLA

Следующим шагом стала попытка одновременной печати PVA и PLA с добавлением порошка стали. Задачей было выяснить, можно ли разместить композитную (пластик + сталь) арматуру внутри геометрически уникальной оснастки.

Выяснилось, что для успешной печати из усиленного сталью PLA, необходимо стопроцентное заполнение. Причина: малый диаметр арматуры. При большем масштабе уровень заполнения можно было бы изменить.

Результат

Как и в предыдущем случае, наилучший результат показало сочетание самых тонких стенок и самой теплой воды температурой 75° C. Через сутки оснастка почти полностью растворилась. Остатки были удалены водой и щеткой.

Ограничения

• На данный момент полное исключение оснастки может оставаться предпочтительным. Наиболее перспективным применением может быть сочетание 3D-печатной и традиционной оснастки. PVA ограничивает размер печатных форм.

• PVA гигроскопичен, что требует хранить его в сушилке или вакуумном контейнере.

• При поглощении воды катушки PVA могут изменять цвет, но это никак не влияет на прочность или разрешение печати.