Additive teknologier i pilotstøperi. Teknologier for støping av metaller og plast ved bruk av syntesemodeller og synteseformer

(Vitenskapelig veileder for Center for Additive Technologies of the Federal State Unitary Enterprise "NAMI", doktor i tekniske vitenskaper

Mikhail Zlenko; Pavel Zabednov, direktør for FSUE Vneshtechnika)

INTRODUKSJON Når du utvikler og skaper nye industrielle produkter, spesielt

Det som betyr noe er hastigheten på å passere gjennom stadiene av FoU, som igjen avhenger betydelig av de teknologiske egenskapene til pilotproduksjon. PÅ

Spesielt gjelder dette produksjon av støpedeler, som ofte er den mest tidkrevende og kostbare delen av det totale prosjektet. Mens du lager Nye Produkter, spesielt på FoU-stadiet i pilotproduksjon, som er preget av

variantstudier, behovet for hyppige designendringer og som et resultat konstant korreksjon av teknologisk utstyr for produksjon

prototyper, problem rask produksjon støping av deler blir nøkkelen. I pilotproduksjon er tradisjonelle metoder for å lage støpeutstyr (hovedsakelig tremodeller) for hånd dominerende.

eller ved bruk av maskineringsutstyr, sjeldnere CNC. Dette skyldes det faktum at på FoU-stadiet, i forhold med usikkerhet om resultatet, når utformingen av produktet ennå ikke er utarbeidet, ikke godkjent, for produksjon av prøver

det er ikke tilrådelig å lage "normalt" teknologisk utstyr for seriell

produksjon. Under disse forholdene viser et veldig dyrt produkt - støpeutstyr, seg å være engangs, som i videre arbeid ovenfor produktet ikke brukes på grunn av naturlige og vesentlige endringer i utformingen av produktet under utviklingsarbeid. Derfor, hver iterasjon, hver tilnærming av konstruksjonen

detaljer til den endelige versjonen krever ofte nytt teknologisk utstyr,

siden endringen av den gamle viser seg å være overdrevent arbeidskrevende eller ikke mulig i det hele tatt. Og i denne forbindelse er tradisjonelle metoder ikke bare dyre i form av materielle tap, men også ekstremt tidkrevende.

Overgangen til en digital beskrivelse av produkter - CAD, og ​​dukket opp etter CAD

(på grunn av CAD!) additivteknologier har gjort en reell revolusjon i støperivirksomheten, som er spesielt uttalt i høyteknologiske industrier - luftfart og romfart, kjernefysisk industri, medisin og instrumentering, i bransjer der lite serieproduksjon er typisk, ofte

stykk (per måned, år) produksjon. Det er her avviket fra tradisjonelle teknologier,

bruken av nye metoder for å oppnå støpesynteseformer og syntesemodeller på grunn av lag-for-lag synteseteknologier gjorde det mulig å redusere tiden radikalt

å lage nye produkter. For eksempel typisk for bilindustrien

motorbygningsdetalj - sylinderblokk. For å lage den første

prototype etter tradisjonelle metoder

det tar minst 6 måneder, og hovedtiden koster

redegjøre for opprettelsen

Hurtigstøpt modell og sylinderblokkstøping (støpejern) mønsterutstyr for støping "i bakken".

Bruk av Quick-Cast-teknologi for dette formålet (dyrking av en støpemodell

fra en fotopolymer på en SLA-maskin med påfølgende støping i henhold til en utbrent modell)

reduserer tiden for å få den første avstøpningen fra seks måneder til to uker!

Den samme detaljen kan oppnås mindre nøyaktig, men ganske egnet for dataene.

teknologimål - støping i oppvokste sandformer. I henhold til denne teknologien er det ikke nødvendig å lage en støpemodell i det hele tatt:

det "negative" av detaljen vokser - formen. En form for å støpe en så stor del som en sylinderblokk,

dyrkes i fragmenter, samles deretter i en kolbe og metallet helles. Hele prosessen tar flere dager. betydelig del

"vanlige" støpeprodukter som ikke har spesielle krav til støpenøyaktighet el

Fragmenter av en sandform indre struktur, kan fås i form ferdige produkter innen noen få dager: direkte voksing (1 dag); støping + muggtørking (1 dag); kalsinering

former og faktisk støping (1 dag); totalt: 3-4 dager, tatt i betraktning den forberedende-sluttende tiden. Nesten all bil- og flybygging

selskaper i industrialiserte land har i sitt arsenal av pilotproduksjon dusinvis av AF-maskiner som betjener FoU-oppgaver. Dessuten begynner disse maskinene å bli brukt som "vanlig" teknologisk utstyr i

en enkelt teknologisk kjede og for masseproduksjon.

1. Additive teknologier og rask prototyping

Additive Fabrication (AF) eller Additive Manufacturing (AM) - akseptert i

Engelske tekniske leksikon-uttrykk som angir additiv, dvs. "adding", metode for å oppnå et produkt (i motsetning til tradisjonelle metoder for maskinering ved å "subtrahere" materiale fra en rekke arbeidsstykker). De brukes sammen med uttrykket Rapid Prototyping (eller RP -

teknologier) - Rask prototyping, men har en mer generell betydning, mer presist

som gjenspeiler dagens situasjon. Vi kan si at Rapid Prototyping i moderne forstand er en del av AF-teknologier, "ansvarlig" for selve prototypingen ved lag-for-lag syntesemetoder. AF - eller AM - teknologier dekker alle områder av produktsyntese, det være seg en prototype,

prototype eller serieprodukt.

Essensen av AF-teknologier, så vel som RP-teknologier, består i lag-for-lag-konstruksjon, lag-for-lag-syntese av produkter - modeller, skjemaer, mastermodeller, etc. ved å feste lag med modellmateriale og koble dem sammen i serier forskjellige måter: sintring, fusjon, liming, polymerisering - avhengig av nyansene spesifikk teknologi. Ideologien til additive teknologier er basert på digitale teknologier, som er basert på

ligger en digital beskrivelse av produktet, dets datamodell eller den såkalte. CAD-modell. Ved bruk av AF-teknologier, alle stadier av prosjektgjennomføring fra idé til

materialisering (i enhver form - i mellom eller i form av ferdige produkter) er i et "vennlig" teknologisk miljø, i en enkelt teknologisk kjede, der hver teknologiske operasjon også utføres digitalt

CAD\CAM\CAE-system. I praksis betyr dette en reell overgang til "papirløse" teknologier, når det i prinsippet ikke kreves tradisjonell papirtegningsdokumentasjon for fremstilling av en del.

For tiden er det ulike AF-systemer på markedet som produserer

modeller av ulike teknologier og fra ulike materialer. De har imidlertid lag-for-lag-prinsippet til felles med å bygge en modell. AF-teknologier spiller en spesiell rolle i moderniseringen av støperiproduksjonen, de gjorde det mulig å løse tidligere uløselige problemer, å "dyrke" støpemodeller og støpeformer som er umulige

laget på tradisjonelle måter. Vilkårene for produksjon av modellutstyr har blitt radikalt redusert. Utvikling av vakuumformings- og vakuumformingsteknologier

støping i henhold til former og modeller oppnådd ved additiv teknologi gjorde det mulig å redusere tiden for produksjon av pilot, prototyper og, i noen tilfeller, serieprodukter med flere ganger og titalls ganger. Nylige fremskritt på feltet

pulvermetallurgi har gjort det mulig å utvide mulighetene for additivteknologier for direkte "dyrking" av funksjonelle

metalldeler og skaffe nye strukturelle materialer med unike egenskaper (sprayformingsteknologier, etc.).

AF-teknologier omtales med rette som det 21. århundres teknologier. Unntatt

åpenbare fordeler når det gjelder hastighet og ofte i kostnadene ved å produsere produkter, har disse teknologiene viktige fordeler når det gjelder miljøvern og spesielt klimagassutslipp og "termisk" forurensning. Tilsetningsstoff

teknologier har et stort potensial for å redusere energikostnadene for å lage et bredt utvalg av produkter.

"Under presset" av den globale utviklingen av tredimensjonale CAD / CAM / CAE-teknologier, gjennomgår moderne støperi, og først og fremst pilotproduksjon, betydelig modernisering, som tar sikte på å skape forhold for full implementering av prinsippet om "papirløse" teknologier gjennom hele prosessen med å lage et nytt produkt - fra design og utvikling av CAD-modeller, til

sluttprodukt, for å være en integrert del av syklusen for design og produksjon av prototyper, prototyper og små serier av produkter for ulike formål med et bredt spekter av materialer som brukes. Og for dette formålet, "hjul"

utstyrt med helt nytt utstyr for dem, noe som gir dem nytt

muligheter til å tilfredsstille "luner" til designere, men samtidig kreve at de mestrer ny kunnskap, noe som tvinger både teknologer og designere til å snakke det samme 3D-språket, mens, om ikke eliminere, så vesentlig svekke den evige konfrontasjonen mellom teknologen og designeren.

Moderne additivteknologisentre ofte i fullt navn

Russisk industri, hvor ofte innenfor samme virksomhet

produksjonen av et stort spekter av produkter fra forskjellige materialer er konsentrert, hvor mange bedrifter, av ulike grunner, er tvunget til å opprettholde

deres "subsistensøkonomi", er en slik tilnærming ganske rasjonell.

Pilotstøperi for produksjon av både metall og plast

produkter har mye til felles, og med bruk av AF-teknologier blir de enda flere

lik både når det gjelder utstyr som brukes, og når det gjelder teknologiske metoder, og når det gjelder

utdanning og opplæring av profesjonelt personell.

2. Additive teknologier og støperiproduksjon

Som allerede nevnt er AF-teknologier av spesiell betydning for akselerert produksjon av støpedeler. AF-maskiner brukes til å oppnå:

- støperi modeller;

master modeller;

- støpeformer og støpeutstyr.

* i én artikkel er det umulig å beskrive alle teknologier og alle maskiner for lag-for-lag-syntese. Her vil vi begrense oss til kun de teknologiene som er av størst interesse i forhold til maskintekniske problemer, og utelater fra vurdering et ganske betydelig antall maskiner "slipt" for å løse spesielle problemer innen allmennmedisin, biologi og odontologi, elektronikk eller smykkeindustrien .

2.1. Produksjon av støperisyntesemodeller kan fås (dyrkes) fra:

- pulverisert polystyren (for etterfølgende støping på brente modeller);

- fotopolymersammensetninger, spesielt i henhold til teknologien Hurtigstøping for etterstøping på utbrente modeller eller MJ-teknologi (Multi Jet ) for

investering avstøpning;

2.1.1 Syntesemodeller fra pulverisert polystyren

Polystyren er mye brukt som modellmateriale for tradisjonell utbrenningsstøping. Men på grunn av den raske utviklingen

lag-for-lag synteseteknologi har vunnet særlig popularitet innen prototyping, så vel som for industriell produksjon av stykke og

småskala produksjon. Polystyrenmodeller er laget på AF-maskiner ved bruk av SLS-teknologi - Selektiv lasersintring - lag-på-lag sintring av pulvermaterialer. Denne teknologien brukes ofte ved behov.

raskt lage en eller flere avstøpninger av kompleks form relativt store

	størrelser			moderat
	krav			etter nøyaktighet.
	Essensen av teknologien er
	neste.			modell
	materiale			polystyren
	pulver med partikkelstørrelse 50-
				ruller over
	spesiell
SLS - SinterStation Pro maskin og turbinhjul modell				plattform,
	etablert			i forseglet

kammer med en atmosfære av inert gass (nitrogen). Laserstrålen "løper" der datamaskinen "ser" i en gitt del av CAD-modellen "kropp", som om skyggelegging

del av delen, slik designeren gjør med en blyant på tegningen. Her er laseren

strålen er en varmekilde, under påvirkning av hvilken sintring av polystyrenpartikler oppstår (driftstemperatur er ca. 120 °C). Deretter senkes plattformen med 0,1-0,2 mm og en ny del av pulveret rulles over det herdede, et nytt lag dannes, som også sintres med det forrige.

Prosessen gjentas til komplett bygg modell, som på slutten av prosessen

viser seg å være innelukket i en rekke usintret pulver. Modellen er hentet fra

				ryddet av
			fordel
				teknologi
		er		fravær
		støtter - de er ikke nødvendige,
		fordi modellen og alt dens
		lag under bygging under
		bygning		holdt
		array
	Polystyrenmodell og støping av sylinderhodet til forbrenningsmotoren	Tilgjengelig
		3D Systems maskiner

og EOS lar deg bygge ganske store modeller - opptil 550x550x750 mm i størrelse (dette er viktig, det lar deg bygge store modeller som helhet uten behov

liming av individuelle fragmenter, noe som øker støpenøyaktigheten og påliteligheten,

spesielt vakuumstøping). Svært høy detalj av modellbygging: overflateelementer kan bygges (delnummer, betingede inskripsjoner

og etc.) med fragmenttykkelse inntil 0,6 mm, garantert modellveggtykkelse inntil

I utgangspunktet er støpeteknologier for voks- og polystyrenmodeller ikke forskjellige. Det brukes samme formmaterialer, samme støperi og

hjelpeutstyr. Er det voksmodellen - "smeltet", og polystyrenmodellen - "utbrent". Forskjellene er bare i nyansene til støping og varmebehandling av kolber. Imidlertid er disse nyansene viktige. Jobbe med

polystyrenmodeller krever oppmerksomhet når de brenner ut: det frigjøres mye gasser (brennbare) som krever nøytralisering, materialet

brenner delvis ut i selve formen, det er fare for askedannelse og tilstopping av formen, det er nødvendig å sørge for muligheten for avrenning av materiale fra stillestående soner, et ubetinget krav er bruk av kalsineringsovner med

programmerere, og polystyrenbrenningsprogrammet er vesentlig forskjellig fra vokssmelteprogrammet. Men generelt, med en viss dyktighet og erfaring, gir støping på polystyren-utbrenningsmodeller et veldig godt resultat.

Polystyren modell (etter dyrking og infiltrasjon) og støping, støpejern

Ulempene med teknologien inkluderer følgende. Prosessen med pulversintring er en termisk prosess med alle dens iboende ulemper: ujevn fordeling av varme over arbeidskammeret, over massen av materiale, vridning

på grunn av temperaturendringer. Sekund. Polystyrenpulver er det ikke

legeringer, som polyamid eller metallpulver, som vil bli diskutert

nedenfor, nemlig den er sintret - strukturen til modellen er porøs, lik strukturen

skum. Dette gjøres spesielt for å lette ytterligere fjerning av modellmaterialet fra formen med minimale indre påkjenninger ved oppvarming. Den konstruerte modellen krever, i motsetning til for eksempel voks, svært forsiktig håndtering både under rengjøring og under videre arbeid som forberedelse til støping. For styrke og brukervennlighet

(skjøter med portsystem,

støping) modellen er impregnert

spesiell sammensetning på voks

basis - prosessen kalles infiltrasjon. Modellen plasseres i en spesiell ovn og ved en temperatur

ca. 80 ° C impregnert med den angitte sammensetningen (fotografiet viser infiltrerte modeller av rødt

farger trekkes ut fra maskinen

Polystyren modeller og støpegods, aluminium snømodeller i polystyren

hvit). Dette medfører også risiko for deformering av modellen og krever

visse ansattes ferdigheter. Sant, i i det siste dukket opp

polystyrenmodellpulver som ikke krever infiltrasjon. Dette lindrer, men eliminerer ikke helt problemet. I tillegg er infiltrasjon i form av voks ikke alltid en skadelig nødvendighet. Den smelter i kolben når den først brennes ut, før polystyren og når sistnevnte får flyt,

bidrar til at den fjernes fra formen, og reduserer dermed massen av den "utbrente" delen av polystyren og reduserer sannsynligheten for askedannelse.

Når vi snakker om "moderat nøyaktighetskrav" ved bruk av SLS-teknologi, mener vi de bemerkede objektive årsakene til at nøyaktigheten til produkter oppnådd med SLS-teknologi ikke kan være høyere enn

ved bruk av andre teknologier som ikke er relatert til temperaturdeformasjoner. Slik er for eksempel teknologien for fotopolymerisering.

Når vi snakker om SLS-teknologien, bemerker vi en ting til, ikke relatert til polystyren, men

"i slekt"		en retning som noen ganger brukes i støperi. den
			dyrking av støpeutstyr
			fra pulverisert polyamid. polyamid bred
			brukt				funksjonelle
			prototyping,			polyamid
			sterk nok og i mange tilfeller
			tillate		reprodusere				prototype
			så nær "kamp"-produktet som mulig. PÅ
					viser seg			økonomisk
			hensiktsmessig		søke om			polyamid
			modeller som et alternativ til tre.
			Modellen dyrkes på samme måte som
			polystyren. Samtidig, hvis mulig
	SLS-modell	distributive		hennes hule med		minimum			mulig
	skaft og formboks for		veggtykkelse (for å minimere
	mottar		ovennevnte temperaturdeformasjoner!).
						gi		styrke og

stivhet er fylt fra innsiden med epoksyharpiks. Deretter festes de i en konvensjonell støpeboks, males og deretter - i henhold til tradisjonell støpeteknologi.

Et eksempel på et slikt "rask" verktøy for støping

ICE kamaksel er vist på figuren. På grunn av den lange lengden dyrkes modellen i to deler, delene limes, fylles med epoksyharpiks og festes i en formboks; operasjonsvarighet 2 dager.

2.1.2 Syntesemodeller fra fotopolymerer

Essensen av teknologien er bruken av spesielle lysfølsomme harpikser, som herdes selektivt og lag-for-lag på punkter eller steder hvor en lysstråle tilføres i henhold til et gitt program. Metodene for belysning av laget er forskjellige (laser, ultrafiolett lampe, synlig lys). Det er to hovedteknologier for å lage modeller fra fotopolymersammensetninger: laserstereolitografi eller

SLA-teknologi (fra Steriolitography Laser Apparatus), eller rett og slett

stereolitografi - herding av laget ved hjelp av en laser, og "umiddelbar" belysning av laget - herding av fotopolymerlaget med en ultrafiolett blits

lamper eller spotlights. Den første metoden innebærer sekvensiell "kjøring" av laserstrålen over hele overflaten av det dannede laget, der modellens "kropp" er i seksjonen. I henhold til den andre metoden, herding av hele laget

oppstår umiddelbart etter eller under dannelsen på grunn av stråling fra en kontrollert lyskilde - synlig eller ultrafiolett. Forskjellen i metodene for å danne lag bestemmer også forskjellen i konstruksjonshastigheten

modeller. Åpenbart er vekstraten til den andre metoden høyere. men

stereolitografi har vært og forblir den mest nøyaktige teknologien og brukes der kravene til overflaterenhet og modellbyggingsnøyaktighet er grunnleggende og avgjørende. Imidlertid, eksponeringskontrollerte "flare"-teknologier, brukt for eksempel av Objet Geometry og Envisiontec,

I mange tilfeller konkurrerer de med stereolitografi, og etterlater seg en klar fordel i byggehastigheten og kostnadene for modeller. En rekke produksjon

oppgaver kan løses like vellykket ved hjelp av AF-maskiner på forskjellige nivåer. Derfor er det rasjonelle valget av teknologi for å skaffe modeller og følgelig prototyputstyr ofte ikke åpenbart og

bør utføres under hensyntagen til spesifikke produksjonsforhold og reelle krav til modeller. Når mangfoldet av oppgaver som skal løses er

Det er klart at det anbefales å ha to maskiner: en for produksjon av produkter med økte krav, den andre - for å utføre "rutinemessige" oppgaver og replikere modeller.

Laser stereolitografi

3D Systems er en pioner innen praktisk utvikling av hurtigprototyping-teknologier. I 1986, for første gang, presenterte hun for kommersiell utvikling den stereolitografiske maskinen SLA-250 med dimensjonene til byggesonen

250x250x250 mm. Grunnlaget for SLA-prosessen er den ultrafiolette laseren.

(faststoff eller CO 2 ). Laserstrålen her er ikke en varmekilde, som i SLS-teknologi, men en lyskilde. Strålen "skygger" den aktuelle delen av CAD-modellen og

størkner et tynt lag flytende polymer på passasjens steder. Deretter senkes plattformen som konstruksjonen utføres på i et bad med en fotopolymer av størrelsen på konstruksjonstrinnet og et nytt væskelag påføres det herdede laget, og den nye konturen "behandles" av laseren. Når du dyrker en modell som har overhengende elementer, samtidig med hoveddelen av modellen (og

av samme materiale) støtter er bygget i form av tynne søyler, på hvilke

det første laget av det overhengende elementet legges når konstruksjonen kommer. Prosessen gjentas frem til ferdigstillelse av modellbygget. Deretter fjernes modellen, restene av harpiksen vaskes av med aceton eller alkohol, og støttene fjernes. Overflatekvaliteten til stereolitografiske modeller er veldig høy og ofte

modellen krever ikke etterbehandling. Om nødvendig kan overflatefinishen

forbedres, den "faste" fotopolymeren er godt behandlet, og overflaten på modellen kan bringes til et speil. I noen tilfeller, hvis vinkelen mellom modelloverflaten som bygges og vertikalen er mindre enn 30 grader, kan modellen bygges uten støtter. Og slik kan det være

bygget en modell som

det er ikke noe problem å fjerne støtter fra indre hulrom, noe som igjen gjør det mulig å skaffe modeller som i prinsippet ikke kan lages av noen av

tradisjonelle metoder

SLA - modell og støping av produktet "ball", sølv (for eksempel smykker

Stereolitografi er mye brukt til:

- dyrking av støperimodeller;

Å lage mastermodeller (for påfølgende produksjon av silikonformer, voksmodeller og støpegods fra polyuretanharpikser);

Oppretting av designmodeller, layouter og funksjonelle prototyper;

- produksjon av fullstørrelses- og skalamodeller for hydrodynamiske,

aerodynamisk, styrke og annen type forskning.

Men i sammenheng med dette arbeidet legger vi merke til de to første retningene, som er viktige for direkte produksjon av støpedeler. Til støperiformål brukes såkalte Quick-Cast-modeller, det vil si modeller for "hurtigstøping".

Dette er navnet på modellene som, analogt med voksmodeller, raskt kan oppnå metallstøpegods. Dette er med andre ord modeller for casting på

de samme teknologiene som voks- og polystyrenmodeller. Men det er viktig nyanse. Quick-Cast-modeller har en bikakestruktur av en rekke vegger: ytre og indre overflater av veggene er laget solide, og selve veggkroppen

dannet som et sett med honningkaker. Dette har en stor fordel: For det første er den totale massen til modellen betydelig redusert med 70%, og følgelig mindre

Hurtigstøpt modell, også med portsystem og sylinderhodestøping (Al)

materiale må brennes ut når du forbereder formen for å helle metall. For det andre, under brenningsprosessen, utvider ethvert modellmateriale seg og utøver press på formveggene, mens en form med tynnveggede elementer kan

bli ødelagt. Bikakestrukturen lar modellen "folde" innover under ekspansjon, uten å belaste eller deformere formens vegger. Dette er den viktigste fordelen med Quck-Cast-teknologien.

Her merker vi at i noen tilfeller SLA-modeller, samt SLS-

modeller kan ikke brukes som støpemodeller, men som verktøy, støpemodell, for støping "i bakken". I dette tilfellet må selvfølgelig støpeskråninger og radier angis i utformingen av modellen for at modellen skal gå ut av formen uten

skader

siste. Denne støpemetoden brukes imidlertid sjelden.

på grunn av utilstrekkelig

styrke SLA -

CAD-modell, SLA-modell og støping av frontdekselet til forbrenningsmotoren "i bakken" på modellen.

I seg selv er det en kostbar forretning å få en nøyaktig modell av høy kvalitet, mens tapet av en modell, form og oliven blir enda dyrere og mer dramatisk, spesielt når det kommer til kritiske, komplekse detaljer. Derfor fant SLA-maskiner veldig raskt sin applikasjon i de nodene av teknologier,

som var kritiske med tanke på pålitelig produksjon av komplekse støpeprodukter, først og fremst innen luftfart, militær og romfart

industrien, så vel som i bilindustrien.

Den andre, ikke minst, men i rekkefølgen av omtale, er fordelen ved modellbyggingens nøyaktighet. Modellen er bygget under normale forhold med

romtemperatur. De termiske spennings- og tøyningsfaktorene nevnt ovenfor er fraværende. Den svært lille diameteren til laserstrålepunktet, 0,1-0,05 mm, lar deg tydelig "arbeide gjennom" tynne filigranfragmenter av modellen, som

gjorde stereolitografi til en veldig populær teknologi innen smykker

industri.

I Russland er det ganske mye erfaring med å bruke Quck-Cast-teknologi i luftfartsindustrien (Salyut, Sukhoi, UMPO, Rybinsk motorer”), innen kraftteknikk (“TMZ” - Tushino Machine-Building Plant),

noe erfaring er også tilgjengelig i vitenskapelige organisasjoner av bilprofilen. Spesielt i NAMI, for første gang i Russland, ble støpegods oppnådd ved hjelp av denne teknologien.

slike komplekse deler som hodet og sylinderblokken til en bilmotor (se ovenfor). For andre bransjer er imidlertid denne teknologien praktisk talt uutviklet.

SLA - modell og støping av pumpehjulet til turbinenheten (JSC "TMZ")

Hovedprodusenten av SLA-maskiner er det amerikanske selskapet 3D

Systemer, som

produserer et bredt spekter av maskiner med

forskjellige sonestørrelser

konstruksjon, fra 250x250x250 mm til

1500x570x500 mm.Med teknisk

kjennetegn

biler kan

gjøre kjent

kampanjer

www.3dsystems.com.

gitt

hoved-

bare én iPro 8000-maskin hver,

nok

iPro 8000-maskin

og SLA-modeller

brukt

industri

støperiproduksjon.

Hovedparametre for iPro 8000 SLA-maskin

Arbeidsstørrelse

Byggetrinn, mm

Dimensjonale

modeller, kg

mål, mm

Kostnaden, både initial og eierskap, er kanskje den eneste

ulempen med denne teknologien. På grunn av tilstedeværelsen av en laser, er disse installasjonene relativt

veier krever regelmessige Vedlikehold. Derfor, spesielt nylig, når det har dukket opp mange 3D-printere, brukes de til

konstruksjon av spesielt kritiske produkter med økte krav til nøyaktighet og overflatefinish, primært for produksjon av Quick-Cast - og master-

modeller. Og til andre formål, for eksempel designoppsett, brukes billigere teknologier. Kostnaden for forbruksvarer er relativt høy - 200 ... 300 €, men kan sammenlignes med kostnadene for modellmaterialer fra andre selskaper. Tid

å bygge en modell avhenger av belastningen på arbeidsplattformen, så vel som av bygningstrinnet, men i gjennomsnitt 4-7 mm i timen langs modellens høyde. Maskinen kan bygge

modeller med en veggtykkelse på 0,1 ... 0,2 mm.

DLP-teknologi

Utvikleren av denne teknologien er internasjonalt selskap Envisiontec, som kan tilskrives nykommerne til AF-markedet, ga hun ut sine første biler i

2003 Envisiontec Perfactory-familien bruker originalen

DLP - Digital Light Processing-teknologi. Dens essens ligger i formasjonen

kalt "maske" av hver gjeldende seksjon av modellen projisert på arbeidet

Perfactory EXEDE

Envisiontec-modeller og støpegods av motordeler, aluminium

plattform gjennom et spesielt system av veldig små speil ved hjelp av en spotlight med høy lysintensitet. Forming og belysning med synlig lys

hvert lag oppstår relativt raskt - 3 ... 5 sekunder. Således, hvis "punkt"-prinsippet for belysning brukes i SLA-maskiner, så er det i Envisiontec-maskiner "overflate", det vil si at hele overflaten av laget er opplyst. Dette

den svært høye hastigheten på byggemodeller er forklart - et gjennomsnitt på 25 mm per time i høyden med en lagtykkelse på 0,05 mm. Støttemateriell er det samme som

hovedmaterialet er akrylfotopolymer.

Envisiontec-modeller brukes på samme måte som SLA-modeller - som mastermønstre og utbrent-støpemønstre. Kvaliteten på modellene er veldig høy,

den er imidlertid dårligere enn SLA-modeller når det gjelder nøyaktighet. Dette skyldes hovedsakelig bruken av ikke lavkrympende epoksy-fotopolymerer, som i 3D Systems-maskiner, men akryl,

har en betydelig høyere, nesten en størrelsesorden - 0,6%, krympingskoeffisient under polymerisasjon. Imidlertid er fordelen en tilstrekkelig høy nøyaktighet og overflatefinish, styrke, enkel håndtering med svært

moderate (sammenlignet med stereolitografi) kostnad. Den utvilsomme fordelen med Envisiontec-teknologi er den høye bygningshastigheten

modeller og følgelig ytelsen til RP-maskinen.

Nylig har NAMI holdt

eksperimenter som viste generelt god utbrenthet av modeller, lav

aske innhold. ble mottatt

kvalitetsstøping av bildeler både ved vakuumstøping av aluminium i gipsformer, og

atmosfærisk støping av jern

lovende og effektiv for støperiformål og ikke bare for forskning og utvikling. Tid (som tar hensyn til de forberedende og endelige operasjonene) for å bygge delene vist på figuren - et innløpsrør med en høyde

32 mm og 100 mm høy mottaker er 1,5 og 5 timer

hhv. Mens på en sammenlignbar størrelse

SLA-maskin Viper (3D Systems .) slike modeller ble bygget

vil være minst 5,5 og 16 timer.

For industrielle bruksområder er maskiner i Extrim- og EXEDE-seriene av interesse. Disse maskinene

plassert som AF - maskiner for industriell serieproduksjon av mastermodeller og modeller for støping av metall på brente modeller, samt

høyytelsesmaskiner for servicebyråer som spesialiserer seg på levering av tjenester innen additivteknologi. Ekstrem maskin har én digital spotlight med

oppløsning 1400x1050 piksler, EXEDE - to spotlights. Effektivt arbeid

konstruksjonssonen og tykkelsen på konstruksjonslaget styres ved å endre linsene til det optiske systemet.

En egenskap ved maskinene i Extrim- og EXEDE-seriene er at den, i motsetning til andre teknologier, ikke bruker diskret, trinnvis, men kontinuerlig bevegelse.

Til dags dato er det mange teknologier for å lage ekte objekter fra 3D-modeller. Den vanligste og rimeligste teknologien er plasttrykk (FDM-teknologi).
I artikkelen vår gir vi en klassifisering av utskriftsteknologier og beskriver hver av dem.

For øyeblikket er 3D-utskriftsteknologier delt inn i 4 hovedkategorier:

1. Ekstrudering - ekstrudering av smeltet materiale;
2. Fotopolymerisasjon - herding av polymeren ved UV- eller laserstråling.
3. Utskrift ved sintring og smelting av materialer
4. Laminering - liming av lag av materiale med påfølgende kutting;

I tillegg er det andre teknologier som ikke faller inn i kategoriene ovenfor, vi vil snakke om dem på slutten av denne artikkelen.

1. 1. materialekstrudering

1.1. Modelleringmetodeoverflate(Fused Deposition Modeling, FDM)

Den vanligste 3D-utskriftsteknologien, spesielt blant personlige og stasjonære 3D-skrivere.

Teknologien fungerer etter prinsippet om avsetning av materiale i lag. Plast- eller metalltråder vikles av en rull (patron) og mates inn i skrivehodet (ekstruderen). Ekstruderen varmer opp filamentene til flytende tilstand og ekstruderer materialet gjennom dysen, beveger seg i horisontal og vertikal retning, lag for lag og danner en gjenstand.

Fordeler med FDM 3D-utskriftsteknologi

• . hastighet og enkel modellproduksjon
• . tilgjengelighet;
• . sikkerhet, miljøvennlighet og ikke-toksisitet av de fleste materialer;
• . konstruksjon nøyaktighet;
• . brukervennlighet og vedlikehold;
• . styrken til deler;
• . enkel avhending.

Trykkmateriale: Termoplast (PLA , ABS , PVA , HIPS, etc.), lavtsmeltende metaller og legeringer, spiselige materialer(sjokolade osv.)

1.2. Spraymodellering etterfulgt av lagfresing (Drop On Demand Jet, DODJet)

Denne 3D-utskriftsteknologien bruker også to typer materialer - modellmateriale og støttemateriale.

Skrivehodet sprayer begge typer samtidig« forbruksvarer." Deretter avkjøler et spesielt fresehode det sprayede laget og maskinering. DODJet-teknologi lar deg bygge høypresisjonsmodeller med en absolutt glatt overflate. Siden sprøytingen av arbeidslaget skjer på grunn av et mekanisk bevegelig hode, da avhenger hastigheten på å produsere en prototype i stor grad av kompleksiteten til den trykte modellen.

Trykkmateriale: Støpevoks

1. 2. Fotopolymerisasjon

2.1. Laser stereolitografi (Laserstereolitografi,SLA)

Teknologien ble oppfunnet av Charles Hull. Etter å ha fått patent på det, Hull grunnla 3D Systems, som fortsatt er ledendeprodusent SLA-maskiner.

Teknologien innebærer bruk av en spesiell fotopolymer - fotosensitiv harpiks som modellmateriale. Grunnlaget for denne prosessen er en ultrafiolett laser, som sekvensielt overfører tverrsnittene til modellen til overflaten av fartøyet med fotosensitiv harpiks. Fotopolymeren herder kun på stedet der laserstrålen har passert. Deretter påføres et nytt lag med harpiks på det herdede laget og en ny kontur tegnes med laser. Prosessen gjentas frem til ferdigstillelse av modellbygget. Stereolitografi er den mest populære hurtigprototyping-teknologien for høypresisjonsmodeller. Den dekker nesten alle bransjer materialproduksjon fra medisin til tungteknikk. SLA-teknologi lar deg raskt og nøyaktig bygge en produktmodell av nesten alle størrelser. Kvaliteten på overflatene avhenger av byggetrinnet. Moderne maskiner gir et byggetrinn på 0,025 - 0,15 mm.

SLA-teknologi gir det beste resultatet når man lager mastermodeller for påfølgende produksjon av silikonformer og støping av polymerharpikser i dem, og brukes også til dyrking av smykkemestermodeller.

Trykkmateriale: Fotopolymerharpiks

2.2. Digitalbehandlinglys(Digital Light Processing, DLP)

Analog av SLA-teknologi. I motsetning til tradisjonell teknologi, stereolitografi, ved hjelp av en skanne ultrafiolett laser til, å gjøre et flytende materiale fast, DLP-skriveren fungerer på et lignende prinsipp, bruker imidlertid DLP projektor , som påvirker hvert lag. Så snart det første laget stivner på plattformen, plattformen går litt dypere inn i harpikstanken, og spotlighten lyser opp et nytt bilde, for å herde neste lag.

Trykkmateriale: Flytende harpiks

2.3. TeknologiMJM (Multi-Jet-modellering)

Teknologien er utviklet og patentert av 3D Systems.

MJM, en 3D-utskriftsteknologi, er basert på en lag-for-lag-seksjon av en CAD-fil i horisontale lag, som sendes sekvensielt til en 3D-skriver. Hvert lag er dannet av et skrivehode, som gjennom en gruppe dyser frigjør enten smeltet (temperatur ca. 80 C) fotopolymer eller smeltet voks på en horisontal bevegelig plattform. Fotopolymeren eller voksen smeltes i materialtilførselssystemet før den når skrivehodet. Hvis 3D-utskrift utføres fra en fotopolymer, beveger plattformen som laget dyrkes på, etter at hvert lag er skrevet ut, bak skrivehodet under en ultrafiolett lampe. Et blink fra en ultrafiolett lampe forårsaker reaksjonen til fotopolymeren, på grunn av hvilken materialet herder. Etter det beveger plattformen seg tilbake under skrivehodet og lagdannelsessyklusen gjentas. Skrivehodet danner et nytt lag. Funksjoner ved MJM-teknologi er muligheten til å reprodusere 3D-modeller med høy nøyaktighet. 3D-utskriftsprosessen bruker et støttemateriale: voks (leveres i separate patroner). Hvis 3D-utskrift er laget av fotopolymer, fjernes bærematerialet av høy temperatur: Den støttede delen plasseres i en ovn ved ~60 C. Hvis 3D-utskriften er laget av voks, fjernes støtten med en spesiell løsning.

Det er også viktig at fargestoffer kan legges til limet, og derfor er det mulig å få ikke bare en tredimensjonal modell, men også en flerfarget modell.

Trykkmateriale: Fotopolymerharpiks, akrylplast, støpevoks

2.4. Polyjet-teknologi (PolyJet, PJET)

Introdusert i 2000 av Objet, som deretter ble kjøpt opp av Stratasys i 2012.

PolyJet 3D-utskrift ligner på dokumentblekkskriving, men i stedet for blekkskriver på papir, avgir PolyJet 3D-skrivere stråler av flytende fotopolymer som danner lag på byggebrettet og festes umiddelbart med UV-lys. Tynne lag legges ned sekvensielt og danner en nøyaktig tredimensjonal modell eller prototype. Modellene er klare til bruk umiddelbart etter fjerning fra 3D-skriveren, ingen ekstra fiksering er nødvendig. I tillegg til det valgte byggematerialet, sprøyter 3D-skriveren også et gel-lignende støttemateriale designet for å støtte projeksjoner og komplekse geometrier. Det er enkelt å fjerne for hånd eller med vann.

PolyJet 3D-utskriftsteknologi har mange fordeler for rask prototyping, og produserer forbløffende fine detaljer og glatte overflater raskt og nøyaktig. Teknologien bruker et bredt spekter av materialer, inkludert stive ugjennomsiktige materialer i hundrevis av livlige farger, transparente og fargede gjennomskinnelige toner, fleksible elastiske materialer og spesialiserte fotopolymerer for 3D-utskrift i tannlege-, medisinsk- og forbruksvareindustrien.

Trykkmateriale: Fotopolymerharpiks

1. 3. Utskrift ved sintring og smelting av materialet

3.1. Selektiv lasersintring (SLS)

SLS-metoden ble oppfunnet av Carl Descartes(Carl Deckard) i 1986

Ved hjelp av denne teknologien lages modeller av pulvermaterialer på grunn av effekten av sintring ved hjelp av energien til en laserstråle. I motsetning til SLA-prosessen er laserstrålen i dette tilfellet ikke en lyskilde, men en varmekilde. Ved å komme på et tynt lag med pulver, sinter laserstrålen partiklene og danner en fast masse, i samsvar med delens geometri. Polyamid, polystyren, sand og noen metallpulvere brukes som materialer. En betydelig fordel med SLS-prosessen er fraværet av såkalte støtter når man bygger en modell. I SLA- og MJM-prosessene, når man bygger overhengende elementer av en del, brukes spesielle støtter for å beskytte nybygde tynne lag av modellen mot kollaps. I SLS-prosessen er slike støtter ikke nødvendige, siden bygningen utføres i en homogen masse av pulver. Når den er bygget, trekkes modellen ut fra pulvergruppen og ryddes opp.

Ledende produsenter SLS-maskiner er Concept Laser (Tyskland), 3D Systems (USA) og EOS GmbH (Tyskland).

Trykkmateriale: Termoplast , metallpulver, keramisk pulver, glass pulver

3.2. Direkte metalllasersmelting(Direct Metal Selective Laser Melting, SLM)

En variant av SLS-teknologi. Materialet er metaller og legeringer i pulverform. Følgende metaller og legeringer er tilgjengelige for trykking: stål, rustfritt stål, verktøystål, aluminium , kobolt-kromlegering , titan.

Tynne lag av høykvalitets metallpulver er jevnt fordelt ved hjelp av en spesiell beleggmekanisme, plattformen som pulveret er plassert på kan senkes vertikalt. Hele prosessen foregår inne i et kammer som holder tett kontroll over atmosfæriske inerte gasser som argon, nitrogen og oksygen under 500 ppm. Hvert lag dannes deretter ved selektivt å eksponere pulveroverflaten for lasere ved å bruke to høyfrekvente X- og Y-akseskannere. Prosessen gjentas lag for lag til delen er ferdig.

Trykkmateriale: Praktisk talt hvilken som helst metallegering i granulær/knust/pulverisert form

3.3. Eelektronstråle smelting (elektronstrålesmelting,EBM)

Denne teknologien er utviklet av Arcam AB i Sverige.

Teknologien er fremstilling av deler ved å smelte et metallpulver påført lag for lag med en kraftig elektronstråle i vakuum. I motsetning til noen metoder for metallsintring, oppnås delene uten tomrom, veldig sterke.

Teknologien gjør det mulig å produsere deler av enhver geometrisk form med parametrene til materialet som brukes. EBM-maskinen leser data fra en 3D-modell, vanligvis plassert i en CAD-fil, og bygger den sekvensielt lag for lag. Disse lagene smeltes sammen ved hjelp av en datastyrt elektronstråle. På denne måten bygger han hele deler. Prosessen foregår i et vakuum, noe som gjør den egnet for fremstilling av deler av materialer som er svært mottakelige for oksygen, som titan.

En viktig fordel er at pulveret er et rent sluttmateriale uten fyllstoffer. Så du trenger ikke utsette den trykte delen for ytterligere varmebehandling.

EBM opererer ved temperaturer typisk mellom 700 og 1000 ° C. Deler er klare nesten umiddelbart etter avkjøling.

Titanlegeringer, som nevnt ovenfor, behandles enkelt av denne teknologien, noe som gjør den til et passende valg for det medisinske implantatmarkedet.

Trykkmateriale: Titanlegeringer

3.4. Selektiv varmesintringsintring)

Selektiv lasersintringsanalog(SLS), men denne teknologien bruker riktig rettet varme i stedet for en høypresisjonslaser. En spesiell lampe er dekket av en maske, og dermed blir det mulig å selektivt påvirke kildematerialet.

For å kunne varmestrøm, bruker denne teknologien spesielle ultrafiolette lamper. En av hovedfordelene er at for en gitt bølgelengde av infrarød stråling er det mulig å velge 2 typer materiale: en vil overføre varme, og den andre vil reflektere. En av hovedegenskapene til IR-stråling er også muligheten til å velge en bølgelengde der et bestemt materiale vil absorbere eller reflektere all stråling.

Det er interessant å merke seg at ett lag på 100 mikron (0,1 mm) skrives ut på bare 1-2 sekunder. Denne teknologien er et virkelig gjennombrudd innen høyhastighetsutskrift. Det er viktig å understreke at modellen er formet av pulver, og alt ubrukt pulver kan gjenbrukes.

Denne teknologien lar deg produsere modeller av de mest komplekse geometriske formene, og lar deg også skrive ut flere deler samtidig.

Trykkmateriale: Termoplastisk pulver

3.5. Lag-for-lag fordeling av lim på gipspulver (3d-utskrift med pulverbed og blekkhode, gipsbasert 3D-utskrift, 3DP)

3DP er en spesifikk additiv produksjonsteknologi, basert på bruk av pulver og bindemiddel. Denne teknologien ble patentert i 1993 av Eli Sachs og Mike Cima fra Massachusetts Institute of Technology.(MIT) og solgt i 1995 til Z Corporation, som i sin tur ble kjøpt opp av 3D Systems i januar 2012.

3DP bruker en pulverfremstillingsmetode som ligner på SLS, men i stedet for å sintre eller smelte pulveret, bruker den et bindemiddel (lim) som sprøytes inn i pulveret. For disse formålene brukes et skrivehode som ligner hodet på en blekkskriver 3D.

Teknologien er veldig enkel: det er et lag med pulver, et skrivehode passerer over det og påfører selektivt (i henhold til formen på seksjonen) en spesiell bindende væske. Et friskt lag med pulver sprer seg over hele overflaten av modellen og prosessen gjentas. Når modellen er ferdig, fjernes ubundet pulver automatisk.

Trykkmateriale: Gips, gipsbasert kompositt, gipspulver

1. 4. Produksjon av objekter ved bruk av laminering (Laminated Object Manufacturing, LOM)

I denne teknologien er modellen laget av tynne lag med polymerfilm. Tidligere ble hvert lag av det fremtidige produktet kuttet ut av arbeidsmaterialet med en laser eller en mekanisk kutter. De ferdige formene til lagene plasseres i den foreskrevne rekkefølgen og limes sammen. Lagdelt tilkobling kan skje på forskjellige måter - ved bruk av lokal oppvarming, ved pressing under trykk eller konvensjonell kjemisk binding.

Trykkmateriale: Papir, metallfolie, plastfilm

1. 3DTetningfraMcor Technologies

Ny teknologi, som lar deg skrive ut produkter fra vanlig A4-papir. En kutter av karbidstål kutter ut hvert lag av den fremtidige modellen fra et papirark. Deretter limes lagene med vanlig vannbasert kontorlim. Denne utskriftsteknologien brukes av den innovative MATRIX 3000 3D-skriveren.

Trykkmateriale: standard kontorpapir

1. Contour Crafting (CC)

Teknologien ble oppfunnet av professor Behrokh Khoshnevis(Behrokh Khoshnevis fra University of South California SS er bygningsteknologi og den brukes ikke av 3D-printere. Utskriftsenheten er mer som en portalkran. I stedet for en multitonn krok, som har et betongsprøytehode med innebygde pneumatiske overflatedannere. Øyeblikkelig herdende betongmørtel påføres lag for lag på bunnen av huset. Vegger, sammen med åpninger, ventilasjonshull, skorsteiner i ordets sanneste betydning vokser foran øynene våre. På oppføring av en hule« bokser" av en hytte med et areal på 100 kvadratmeter tar omtrent åtte timers kontinuerlig arbeid.

Trykkmateriale: betongblanding

Artikkelen gir en analyse av datateknologier brukt i innkjøp, spesielt støperiproduksjon, som gjør det mulig å drastisk redusere tiden for lansering av nye produkter. Disse teknologiene er av spesiell betydning i produksjonen av støperimodeller, støpeformer og verktøy.

I utviklingen og opprettelsen av nye industrielle produkter er hastigheten på å passere stadiene av FoU av spesiell betydning, som igjen avhenger betydelig av de teknologiske egenskapene til pilotproduksjon.

Spesielt gjelder dette produksjon av støpedeler, som ofte er den mest tidkrevende og kostbare delen av det totale prosjektet. Når du lager nye produkter, spesielt på FoU-stadiet i pilotproduksjon, som er preget av variantstudier, behovet for hyppige designendringer og som et resultat konstant korreksjon av teknologisk utstyr for produksjon av prototyper, problemet med rask produksjon av støping av deler blir nøkkelen.

I pilotproduksjon er de tradisjonelle metodene for å produsere støperiverktøy for hånd eller ved bruk av maskinering fortsatt dominerende. Dette skyldes det faktum at på FoU-stadiet, når utformingen av produktet ennå ikke er utarbeidet, er det ikke tilrådelig å lage verktøy for masseproduksjon for fremstilling av prøver. Under disse forholdene er støperiverktøy et svært kostbart produkt, som faktisk viser seg å være engangsprodukt, som ikke brukes i videre arbeid med produktet på grunn av endringer i produktets design under FoU. Derfor krever hver tilnærming av deldesignet til den endelige versjonen ofte nytt verktøy, og derfor er tradisjonelle metoder ikke bare dyre, men også tidkrevende.

Overgangen til en digital beskrivelse av produkter - CAD, og ​​deretter additivteknologier gjorde en reell revolusjon i støperiindustrien, noe som var spesielt tydelig i høyteknologiske industrier - luftfart, romfart, atomkraft, medisin og instrumentering - de industriene hvor småskala , ofte er stykkproduksjon typisk. Det er her at avviket fra tradisjonelle teknologier, bruken av nye metoder for å oppnå støperisynteseformer og syntesemodeller ved bruk av lag-for-lag-synteseteknologier har radikalt redusert tiden for å lage nye produkter. For produksjon av den første prototypen av sylinderblokken

(Fig. 1) tradisjonelle metoder krever ≥ 6 måneder, og mesteparten av tiden brukes på å lage verktøy.

Bruk av Quick-Cast-teknologi til dette formålet (dyrking av en støpemodell fra en fotopolymer på en SLA-maskin, etterfulgt av støping etter en gassifisert modell) reduserer tiden for å oppnå den første støpingen fra seks måneder til to uker!

Fig.1 Quickcast-modell (a) og støping av sylinderblokken (b)

Den samme delen kan oppnås ved en mindre nøyaktig, men ganske passende teknologi - støping i voksende sandformer, når det ikke er behov for å lage en støpemodell i det hele tatt: det "negative" av delen dyrkes - formen. En form for støping av en så stor del som en sylinderblokk dyrkes i fragmenter, og settes deretter sammen i en kolbe og helles. Hele prosessen tar flere dager. En betydelig del av de "vanlige" støperiprodukter, som ikke har spesielle krav til nøyaktighet el intern struktur, kan fås i form av ferdige produkter innen få dager:

• direkte voksing;
• molding + mold tørking;
• kalsinering av formen;
• og faktisk få en casting.

Totalt: 3 ... 4 dager (hver etappe - en dag), tatt i betraktning den forberedende og siste tiden. Nesten alle biler flyprodusenter industrialiserte land har dusinvis av AF-maskiner som betjener FoU i sitt arsenal av pilotproduksjon. Dessuten begynner disse maskinene å bli brukt som en "normal" teknologisk

utstyr i en enkelt teknologisk kjede og for masseproduksjon.

Additive teknologier (AT) og rask prototyping Additive Fabrication (AF) eller Additive Manufacturing (AM) er begreper som er akseptert i det engelske tekniske leksikonet som betegner et additiv, det vil si "adding", metode for å oppnå et produkt, i motsetning til tradisjonelle metoder for maskinering ved "subtraksjon" (subtraktivt) materiale fra en rekke emner. De brukes sammen med uttrykket Rapid Prototyping (eller RP-teknologier) - rask prototyping, men har en mer generell betydning, mer nøyaktig gjenspeiler den nåværende situasjonen. Vi kan si at RP-teknologi, i moderne forstand, er en del av AF-teknologier, "ansvarlig" for selve prototypingen ved lag-for-lag-syntesemetoder. AF- eller AM-teknologier dekker alle områder av produktsyntese, enten det er en prototype, en prototype eller et serieprodukt.

Essensen av AF-teknologier, så vel som RP-teknologier, er lag-for-lag-konstruksjonen av produkter - modeller, skjemaer, mastermodeller, etc. ved å fikse lagene av modellmaterialet og koble dem i serie til hverandre på forskjellige måter: sintring, fusjon, liming, polymerisering - avhengig av nyansene til en bestemt teknologi.

Ideologien til additive prosesser er basert på teknologier basert på en digital beskrivelse av et produkt, dets datamodell, eller den såkalte. CAD-modell. Ved bruk av AF-teknologier er alle stadier av prosjektimplementering - fra idé til materialisering (i enhver form - middels eller i form av ferdige produkter) i et "vennlig" teknologisk miljø, i en enkelt teknologisk kjede, der hver teknologiske operasjon er også utført i digitalt CAD\CAM \CAE-system. I praksis betyr dette en reell overgang til "papirløse" teknologier, når det i prinsippet ikke kreves tradisjonell papirtegningsdokumentasjon for fremstilling av en del.

Selv om det finnes ulike AF-systemer på markedet for produksjon av modeller som bruker forskjellige teknologier og fra forskjellige materialer Felles for dem er det lagdelte prinsippet for å konstruere modellen. AT spiller en spesiell rolle i moderniseringen av støperiproduksjonen, som gjør det mulig å løse tidligere uløselige problemer, for å "dyrke" støperimodeller og støpeformer som ikke kan lages med tradisjonelle metoder. Vilkårene for produksjon av modellutstyr har blitt radikalt redusert. Utviklingen av vakuumfilmteknologier i henhold til formene og modellene oppnådd av AT gjorde det mulig å redusere tiden for produksjon av prototyper og, i noen tilfeller, serieproduksjon med flere ganger og titalls ganger. Nylige prestasjoner innen pulvermetallurgi har gjort det mulig å betydelig utvide ATs evner for direkte "vekst" av funksjonelle deler fra metaller og produksjon av nye strukturelle materialer med unike egenskaper (sprayformingsteknologier, etc.).

Moderne AT-sentre inneholder ofte ordene design og teknologi i sitt fulle navn, og understreker dermed enheten, og ikke kampen om motsetninger, mellom designeren og teknologen. Med tanke på spesifikasjonene til russisk industri, hvor en bedrift ofte konsentrerer produksjonen av et stort utvalg produkter fra forskjellige materialer, hvor mange bedrifter er tvunget til å opprettholde sin "subsistensøkonomi", er dette en rasjonell tilnærming. Pilotstøperier innen teknologiene for produksjon av både metall- og plastprodukter har mye til felles, og med bruk av AT nærmer de seg fortsatt når det gjelder utstyr som brukes, og teknologiske metoder, og i utdanning og opplæring av profesjonelt personell.

AT og støperi

Som allerede nevnt, er AT av spesiell betydning for akselerert produksjon av støpedeler, spesielt for å oppnå:

• støperi modeller;
• master modeller;
• støpeformer og støpeutstyr.

Produksjon av støperisyntesemodeller

Støpemodeller kan fås (dyrkes) fra følgende materialer:

• pulverisert polystyren (for påfølgende LGM);
• fotopolymersammensetninger, spesielt ved bruk av Quick-cast-teknologi for påfølgende LGM- eller MJ (Multi Jet)-teknologi for investeringsstøping.

Ris. 2. SLS-maskin SinterStation Pro og turbinhjul modell

Syntesemodeller av pulverisert polystyren. Polystyren er mye brukt som modellmateriale for tradisjonell LGM. På grunn av den raske utviklingen av lag-for-lag-synteseteknologier, har den imidlertid vunnet særlig popularitet for prototyping, så vel som for industriell produksjon av stykke- og småskalaprodukter. Polystyrenmodeller er laget på AF-maskiner ved bruk av SLS-teknologien - Selektiv lasersintring - lag-for-lag sintring av pulvermaterialer (fig. 2). Denne teknologien brukes ofte når det er nødvendig å raskt lage ett eller flere støpegods med kompleks form av relativt store dimensjoner med moderate krav til nøyaktighet.

Modellmateriale - polystyrenpulver med en partikkelstørrelse på 50 ... 150 mikron rulles med en spesiell rulle på en arbeidsplattform installert i et forseglet kammer med en inertgass (nitrogen) atmosfære. Laserstrålen "løper" der datamaskinen "ser" "kroppen" i en gitt del av CAD-modellen, som om den skygger delen av delen, slik designeren gjør med en blyant på tegningen. Under påvirkning av varmen fra laserstrålen sintres polystyrenpartiklene (~ 120°C). Deretter senkes plattformen med 0,1…0,2 mm, og en ny del av pulveret rulles på det herdede laget, en ny dannes, som også er sintret med det forrige.

Prosessen gjentas inntil den fullstendige konstruksjonen av modellen, som på slutten av prosessen er innelukket i en rekke usintret pulver. Modellen tas ut av maskinen og renses for pulver. Fordelen med teknologien er fraværet av støtter, siden modellen og alle dens lag under konstruksjon holdes konstant av en rekke pulver.

Maskinene som er tilgjengelige på markedet fra 3D Systems og EOS gjør det mulig å bygge ganske store modeller - opptil 550 × 550 × 750 mm (noe som er viktig, siden det er mulig å bygge store modeller som en helhet, uten å lime individuelle fragmenter, som øker nøyaktigheten og tettheten til støpingen). Svært høy detaljering av modellbygg: Overflateelementer (delnummer, betingede inskripsjoner, etc.) med en fragmenttykkelse på opptil 0,6 mm kan bygges, en garantert modellveggtykkelse på opptil 1,5 mm.

Ris. Fig. 3. Polystyrenmodell etter dyrking (a) og infiltrasjon (b) og støpejern (c)

Ris. 4. Polystyrenmodeller (a) og støpegods fra
Al-legering (b)

I utgangspunktet er støpeteknologier for voks- og polystyrenmodeller ikke forskjellige (figur 3 og 4). Det brukes samme støpematerialer, samme støperi og hjelpeutstyr. Er det voksmodellen - "smeltet", og polystyren - "utbrent".

Men arbeid med polystyrenmodeller krever oppmerksomhet ved utbrenning: det frigjøres mye gasser som krever nøytralisering, materialet brenner delvis ut i selve formen, det er fare for askedannelse og tilstopping av formen, det er nødvendig å sørge for muligheten for å drenere materiale fra stillestående soner, kalsineringsovner med programmerere bør brukes, dessuten er programmer for å brenne ut polystyren og smelte ut voks betydelig forskjellige. Men generelt sett, med en viss dyktighet og erfaring, gir LGM et meget godt resultat.

Teknologiske ulemper

Prosessen med pulversintring er en termisk prosess med alle dens iboende ulemper: ujevn fordeling av varme over arbeidskammeret, over massen av materiale, vridning på grunn av temperaturdeformasjoner.

Polystyrenpulver smelter ikke sammen, som for eksempel polyamid- eller metallpulver, men sinter - den porøse strukturen til modellen ligner strukturen til skum. Dette gjøres spesielt for å lette ytterligere fjerning av modellmaterialet fra formen med minimale indre påkjenninger ved oppvarming.

Den konstruerte modellen krever, i motsetning til for eksempel voks, varsom håndtering både under rengjøring og videre forberedelse til støping.

For å gi styrke og enkelt arbeid med det (skjøter med portsystemet, støping), er modellen impregnert ved ~ 80 ° C med en spesiell vokssammensetning - prosessen kalles infiltrasjon. (Fig. 3 viser røde infiltrerte modeller, mens hvite polystyrenmodeller er fjernet fra maskinen). Dette medfører også risiko for deformering av modellen og krever visse ferdigheter hos personalet.

Nylig har det dukket opp polystyrenpulver som ikke krever infiltrasjon. Dette lindrer, men eliminerer ikke problemet. I tillegg er infiltrasjon i form av voks ikke alltid en skadelig nødvendighet. Det smelter i kolben når det brenner ut før polystyren, og når sistnevnte blir flytende, bidrar det til at det fjernes fra formen, og reduserer dermed massen av den "utbrente" delen av polystyren og reduserer sannsynligheten for askedannelse.

Ris. 5. SLS kamakselmodell og sandstøpeboks

Når vi snakker om moderate krav til nøyaktighet ved bruk av SLS-teknologi, mener vi derfor de bemerkede årsakene til at nøyaktigheten til produkter oppnådd ved SLS-teknologier ikke kan være høyere enn ved bruk av andre teknologier som ikke er relatert til termiske deformasjoner, som f.eks. fotopolymeriseringsteknologier (fig. 5).

Når vi snakker om SLS-teknologien, bemerker vi en til, ikke relatert til polystyren, men "relatert" retning, noen ganger brukt i støperiet. Dette er dyrking av verktøy fra pulverisert polyamid. Polyamid er mye brukt til funksjonell prototyping, holdbare polyamidmodeller lar deg i mange tilfeller reprodusere prototypen så nært det ferdige produktet som mulig.

I noen tilfeller er det tilrådelig å bruke polyamidmodeller som et alternativ til tre. Modellen er dyrket, samt polystyren. Gjør den samtidig om mulig hul med minst mulig veggtykkelse. Deretter fylles modellen, for å gi den styrke og stivhet, med epoksyharpiks, hvoretter den festes i en kolbe, males, og deretter brukes tradisjonell støpeteknologi. Et eksempel på et slikt "rask" verktøy for å danne en kamaksel for en forbrenningsmotor er vist i fig. 5. På grunn av den store lengden vokser modellen fra to deler, delene er limt, fylt med epoksyharpiks og festet i kolben; varighet av operasjoner - to dager.

Syntesemodeller fra fotopolymerer. Essensen av teknologien er bruken av spesielle lysfølsomme harpikser, som herdes selektivt og lagvis på punkter eller steder hvor en lysstråle tilføres i henhold til et gitt program. Metodene for belysning av laget er forskjellige (laser, ultrafiolett lampe, synlig lys). Det er to hovedteknologier for å lage modeller fra fotopolymersammensetninger: laserstereolitografi eller SLA-teknologi (Steriolitography Laser Apparatus), eller stereolitografi - herding av laget med en laser, og "øyeblikkelig" lagbelysning - herding av fotopolymerlaget med et ultrafiolett lys lampe eller spotlight.

Den første metoden innebærer sekvensiell "kjøring" av laserstrålen over hele overflaten av det dannede laget, der modellens "kropp" er i seksjonen. I henhold til den andre metoden skjer herdingen av hele laget umiddelbart etter eller under dannelsen på grunn av stråling fra en kontrollert lyskilde - synlig eller ultrafiolett.

Forskjellen i metodene for dannelse av lag bestemmer også forskjellen i hastigheten på å bygge modellen. Åpenbart er veksthastigheten til den andre metoden høyere. Stereolitografi har imidlertid vært og forblir den mest nøyaktige teknologien og brukes der kravene til overflaterenhet og modellbyggingsnøyaktighet er grunnleggende og avgjørende.

Imidlertid konkurrerer eksponeringskontrollerte teknologier som for eksempel brukes av Objet Geometry og Envisiontec, i mange tilfeller med stereolitografi, og etterlater seg en klar fordel i konstruksjonshastigheten og kostnadene til modellene. Rad produksjonsoppgaver kan løses like vellykket ved å bruke AF-maskiner på forskjellige nivåer.

Det optimale valget av teknologi for å skaffe modeller og følgelig prototypeutstyr er derfor ofte ikke åpenbart og må utføres under hensyntagen til spesifikke produksjonsforhold og reelle krav til modeller. I tilfeller hvor mangfoldet av oppgaver som skal løses er åpenbart, er det tilrådelig å ha to maskiner: for produksjon av produkter med økte krav og for å utføre "rutinemessige" oppgaver og replikere modeller.

Laser stereolitografi. 3D Systems er en pioner innen praktisk utvikling av hurtigprototyping-teknologier. I 1986, for første gang, presenterte hun for kommersiell utvikling den stereolitografiske maskinen SLA-250 med dimensjonene til byggesonen 250 × 250 × 250 mm. Grunnlaget i SLA-prosessen er en ultrafiolett laser (solid state eller CO2), hvor laserstrålen ikke er en varmekilde, som i SLS-teknologi, men til lys. Strålen "klekker" ut den nåværende delen av CAD-modellen og størkner et tynt lag med flytende polymer. Deretter senkes plattformen som konstruksjonen utføres på i et bad med en fotopolymer for størrelsen på konstruksjonstrinnet, hvor et nytt væskelag påføres det herdede laget: den nye konturen "behandles" av laseren.

Når du dyrker en modell med overhengende elementer, samtidig med hoveddelen av modellen (og fra samme materiale), bygges støtter i form av tynne søyler, som det første laget av det overhengende elementet legges på når det svinger konstruksjon kommer. Prosessen gjentas frem til ferdigstillelse av modellbygget.

Ris. 6. SLA-modell (a) og kastekule, sølv (b)

Deretter fjernes modellen, restene av harpiksen vaskes av med aceton eller alkohol, og støttene fjernes. Overflatekvaliteten på stereolitografiske modeller er svært høy, og ofte krever modellen ikke etterbehandling. Om nødvendig kan overflaterenheten forbedres, fordi den "faste" fotopolymeren er godt behandlet, og overflaten på modellen kan bringes til et speil. I noen tilfeller, hvis vinkelen mellom modelloverflaten under konstruksjon og den vertikale< 30 град., модель можно построить и без поддержек. И таким образом может быть построена модель, для которой не возникает проблемы удаления поддержек из внутренних полостей, что, в свою очередь, позволяет получать модели, которые в принципе нельзя изготовить никаким из традиционных методов (например, ювелирное изделие на рис. 6). Стереолитография широко применяется для: выращивания литейных моделей; изготовления мастер-моделей (для последующего получения силиконовых форм, восковых моделей и отливок из полиуретановых смол); создания дизайн-моделей, макетов и функциональных прототипов; изготовления полноразмерных и масштабных моделей для гидродинамических, аэродинамических, прочностных и других видов исследований. Но мы отметим лишь два направления.

Ris. Fig. 7. Hurtigstøpt modell (a), samme med portsystem (b) og støping av Al-sylinderhode (c)

For formålet med støperiproduksjon, den såkalte. Quick-Cast-modeller (fig. 7), det vil si modeller for "hurtigstøping". Såkalte modeller, som, analogt med voksmodeller, raskt kan få metallstøpegods. Men Quick-Cast-modellene har en veggstruktur med honeycomb-array:

• de ytre og indre overflatene av veggene er laget solide, og selve veggen er dannet i form av et sett med honningkaker, noe som har store fordeler: den totale massen til modellen er betydelig redusert med 70%, og følgelig mindre materiale må brennes ut;
• i ferd med å brenne ut utvider ethvert modellmateriale seg og presser på veggene i formen, mens formen med tynnveggede elementer kan ødelegges;
• bikakestrukturen lar modellen "folde" innover under ekspansjon, uten å belaste eller deformere formens vegger.

I noen tilfeller kan SLA-modeller, så vel som SLS-modeller, ikke brukes som støpemodeller, men som verktøy for å få en modell ved støping i sandform (SF) - fig. 8. I dette tilfellet må det gis støpeskråninger i utformingen av modellen.

Ris. Fig. 8. CAD-modell (a), SLS-modell (b) og støping av frontdekselet til DVO oppnådd i PF (c)

Denne metoden brukes imidlertid sjelden på grunn av den utilstrekkelige styrken til SLA-modellen. Den andre, ikke minst, men i rekkefølgen av omtale, er nøyaktigheten av å bygge modellen, under normale forhold, ved romtemperatur, når det ikke er termiske spenninger og deformasjoner. En veldig liten flekk av laserstrålen ∅ 0,1…0,05 mm lar deg tydelig "arbeide gjennom" tynne filigranfragmenter av modellen, noe som har gjort stereolitografi populær i smykkeindustrien. I Russland er det ganske mye erfaring med å bruke Quck-Cast-teknologi i luftfartsindustrien (Salyut, Sukhoi, UMPO, Rybinsk Motors-bedrifter), innen kraftteknikk (TMZ - Tushino Machine-Building Plant) - Fig. 9, noen erfaring er også tilgjengelig i bilforskningsinstitutter. Så, i NAMI, for første gang i Russland, ble så komplekse støpegods som hodet og sylinderblokken oppnådd ved hjelp av denne teknologien. Men i andre bransjer er denne teknologien praktisk talt uutviklet.

Ris. Fig. 9. SLA-modell (а) og støping av pumpehjulet til turbinenheten (b), skallform og støping av turbinhjulet til OAO TMZ (c)

Hovedprodusenten av SLA-maskiner er det amerikanske selskapet 3D Systems, som produserer et bredt utvalg av maskiner med ulike størrelser på konstruksjonsområdet, fra 250×250×250 til 1500×570×500 mm. For støperiproduksjon i verdensindustrien brukes maskiner i iPro-serien ganske aktivt (fig. 10), med tekniske spesifikasjoner som finnes på kampanjenettstedet www.3dsystems. com. Kostnader, både initiale og i bruk, er kanskje den eneste ulempen med denne teknologien. Tilstedeværelsen av en laser gjør disse installasjonene relativt dyre og krever regelmessig vedlikehold.

Ris. 10. iPro 8000-maskin (a) og SLA-modeller (b)

Derfor, når det nylig har dukket opp mange 3D-printere, brukes de til å bygge spesielt kritiske produkter med økte krav til nøyaktighet og overflatefinish, først og fremst for produksjon av Quick-Cast og mastermodeller. For andre formål, for eksempel designoppsett, brukes billigere teknologier. Kostnaden for forbruksvarer er moderat - € 200 ... 300, og kan sammenlignes med prisen på modellmaterialer fra andre selskaper. Modellbyggetiden avhenger av belastningen på arbeidsplattformen, så vel som av byggetrinnet, men i gjennomsnitt er den 4 ... 7 mm / t langs modellhøyden. Maskinen kan bygge modeller med en veggtykkelse på 0,05…0,2 mm. DLP-teknologi Utvikleren av denne teknologien er det internasjonale selskapet Envisiontec, som kan tilskrives nykommerne på AF-markedet; det ga ut sine første maskiner i 2003.

Ris. 11. Modeller av Envisiontec (a) og støpegods av Al-motordeler (b)

Envisiontec-maskinene (fig. 11) i Perfactory-familien bruker den originale DLP-teknologien - Digital Light Procession, hvis essens er dannelsen av den såkalte. masker av hver gjeldende del av modellen projisert på arbeidsplattformen gjennom et spesielt system med veldig små speil, ved hjelp av en spotlight med høy lysstyrke. Dannelsen og belysningen av hvert lag med synlig lys skjer relativt raskt, innen 3–5 s.

Således, hvis SLA-maskiner bruker punktprinsippet for belysning, er det i Envisiontec-maskiner overfladisk, det vil si belysning av hele overflaten av laget, noe som forklarer den høye hastigheten til å bygge modeller - i gjennomsnitt 25 mm / t i høyde, med en konstruksjonslagtykkelse på 0, 05 mm. Bærematerialet er det samme som hovedmaterialet - akrylfotopolymer. Envisiontec-modeller brukes på samme måte som SLA-modeller - som mastermønstre og utbrent-støpemønstre. Kvaliteten deres er veldig høy, men dårligere nøyaktighet enn SLA-modeller, noe som hovedsakelig skyldes bruken av ikke lavkrympende epoksy-fotopolymerer, som i 3D Systems-maskiner, men akryl med en betydelig høyere, nesten en størrelsesorden - 0,6 %, krympingskoeffisient ved polymerisasjon.

Ikke desto mindre er fordelen deres ganske høy nøyaktighet og overflaterenhet, styrke, brukervennlighet, til en veldig moderat (sammenlignet med stereolitografi) kostnad. Dessuten er de utvilsomme fordelene med Envisiontec-teknologi den høye hastigheten på å bygge modeller og følgelig ytelsen til RP-maskinen. De nylig utførte forsøkene viste generelt god utbrenthet av modeller, lavt askeinnhold. Betingede bilstøpegods ble oppnådd, både ved vakuumstøping av Al-legeringer til gipsformer, og ved å støpe jern i PF (marshallite).

Det er all grunn til å vurdere DLP-teknologi som lovende og effektiv for støperiproduksjon, og ikke bare for forskning og utvikling. Tiden (med hensyn til de forberedende og endelige operasjonene) for å bygge detaljene til innløpsrøret med en høyde på 32 mm og mottakeren med en høyde på 100 mm er henholdsvis 1,5 og 5 timer. Mens på en Viper SLA-maskin (3D-systemer) som er sammenlignbare i størrelse, ville slike modeller bli bygget på ≥ 5,5 og 16 timer. Av interesse er maskinene i Extrim- og EXEDE-seriene, som er posisjonert som AF-maskiner for masseproduksjon av mastermodeller og modeller for LGM. Det særegne med disse maskinene er at de, i motsetning til andre teknologier, ikke bruker diskret (trinn for trinn), men kontinuerlig nedadgående bevegelse av plattformen ved lav hastighet. Derfor har ikke modellene utpregede trinn som er karakteristiske for andre byggemetoder. Modeller krever etterbehandling - fjerning av støtter og, i noen tilfeller, som i stereolitografi - etterpolymerisering. Hovedegenskapene til Envisiontec-maskiner er vist i tabellen. Et bredt utvalg av materialer for mastermodeller, modeller - utbrenthet og vakuumforming (tåler opptil 150°C), konseptuell modellering gjør disse maskinene spesielt attraktive når det kommer til produksjon et stort nummer av bredt utvalg av modeller. MJM (Multi Jet Modeling) teknologi for å oppnå vokssyntesemodeller. Modeller (fig. 12) er bygget på 3D-printere ved bruk av et spesielt modellmateriale, i sammensatt som inkluderer en lysfølsom harpiks - en akrylbasert fotopolymer (bindemiddel) og støpevoks (50%). Ved hjelp av et multi-jet-hode påføres materialet i lag på arbeidsplattformen, og herder hvert lag ved bestråling med en ultrafiolett lampe.

Et trekk ved teknologien er tilstedeværelsen av den såkalte. støttekonstruksjoner - støtter for å holde overhengende elementer av modellen under byggeprosessen. Materialet er en vokspolymer med lavt smeltepunkt, som, etter å ha bygget modellen, fjernes med en varmtvannsstråle.

Ulempen med teknologien er de relativt høye kostnadene for forbruksvarer - $300/kg; fordeler - hastigheten på å skaffe en modell og, ikke mindre viktig, den høye kvaliteten på modellmaterialet, fra synspunktet til selve investeringsstøpeteknologien (støping, smelting av modellen).

	Byggesonens dimensjoner, mm	Byggesjikttykkelse, mm	Mål, mm	Vekt (kg
standard	120´90´230	0,025¼0,150	480´730´1350
Zoom	190´142´230
Standard UV	175´131´230
Ekstrem	320´240´430	0,025¼0,150	810´730´2200
UTFØRT	457´431´508	0,025¼0,150	810´840´2200

Fra syntesemestermodell til støping

Støping av polyuretanharpikser og voks i silikonformer. Den andre intensivt utviklende retningen for bruk av fotopolymerer er produksjonen av mastermodeller med høy presisjon, både for påfølgende produksjon av voksmodeller gjennom silikonformer, og for støping av polyuretaner. Bruken av silikonformer er ekstremt effektiv for stykke- og småskalaproduksjon av voksmodeller, samtidig som deres høye kvalitet oppnås.

Mastermodeller dyrkes vanligvis på SLA- eller DPL-planter, som gir den beste overflatefinishen og høy modellbyggingsnøyaktighet. Modeller produsert på 3D-printere som ProJet og Objet er av ganske høy kvalitet.

Ris. 13. Silikonform (øverst), hovedmodell (nederst til venstre), voksmodell (i midten), metallstøping (høyre)

Mastermodeller brukes for å oppnå den såkalte. hurtigformer, spesielt silikonformer (fig. 13), som polyuretanharpikser eller voks deretter helles i for senere støping av metaller. Teknologien for støping i elastiske former er utbredt i verdenspraksis. Forskjellige silikoner med lav krympingskoeffisient og relativt høy styrke og holdbarhet brukes som formmaterialer (her er silikon en blanding av to opprinnelig flytende komponenter A og B, som når de blandes i en viss andel polymeriserer og danner en homogen, relativt sett fast masse).

Elastiske former oppnås ved å fylle en mastermodell med silikon i vakuum, som vanligvis plasseres i en trekolbe, kolben settes i en vakuummaskin, hvor komponentene A og B blandes i en spesiell beholder, deretter helles silikonet. inn i kolben. Vakuum brukes til å fjerne luft fra flytende komponenter og sikre Høy kvalitet støpeformer og støpegods. Etter helling i 20 ... 40 minutter polymeriserer silikonet. Leveringssettet med utstyr for vakuumstøping inkluderer som regel selve vakuummaskinen (ett- eller tokammer) og to varmeskap: for oppbevaring av forbruksvarer ved ~ 35°C og for å holde støpeformer ved ~ 70°C; sistnevnte brukes til foreløpig termisk forberedelse

silikonform og støpematerialer umiddelbart før helling.

Etter helling av polyuretanharpiksen, returneres formen til harpiksherdeovnen. Derfor må størrelsen på den andre ovnen samsvare med dimensjonene til maskinens vakuumkammer. Ved hjelp av spesielle teknikker kuttes formen i to eller flere deler, avhengig av modellens konfigurasjon, deretter fjernes modellen fra formen.

Den vanlige formstabiliteten på 50–100 sykluser er ganske tilstrekkelig for produksjon av en eksperimentell serie av støpegods. Disse teknologiene har vist seg å være svært effektive for produksjon av pilotpartier og småskalaprodukter som er typiske for luftfart, medisinsk og instrumentindustri.

Et bredt utvalg av både silikoner og polyuretanharpikser gjør det mulig å produsere støpegods med slag- og varmebestandige egenskaper, ulik hardhet i en rekke farger. Moderne investeringsstøpebedrifter har vanligvis en AF-maskin for dyrking av mastermønstre og en maskin for vakuumstøping i silikonformer som en del av deres teknologiske utstyr.

M.A. Zlenko - Doktor i ingeniørvitenskap NIImashTech ONTI SPbSPU.

P.V. Zabednov er ingeniør ved FSUE Vneshtechnika.

Teknologi DLP (Digital Light Processing) kom i tjenesten for 3D-printing relativt nylig, og før det hadde den mange bruksområder innen ulike felt innen vitenskap, teknologi og produksjon.

DLP ble oppfunnet på 80-tallet i innvollene til selskapet Texas Instruments, en av verdens ledende innen mikroelektronikk. Essensen av teknologien er å oppnå en slik lysstrøm, som, når den projiseres på en bestemt overflate, gir det ønskede bildet med en kjent oppløsning, inkludert farge. Intuisjon antyder at for dette er det nødvendig å sette sammen et visst system med speil og lyskilder. Det er bare hvordan?

Beskrivelse av Digital Light Processing (DLP) 3D-utskriftsteknologi

I hjertet av et DLP-system er en spesiell enhet på størrelse med en konvensjonell dataprosessor - DMD-brikke (Digital Micromirror Device). Dette er ikke bare en silisiumbrikke, slik det kan se ut fra annonsebrosjyrer, men en svært kompleks struktur, som viser til både den s.k. klasse av mikroelektronisk-mekaniske systemer (MEMS - Micro-Electronic Mechanical System). Du finner denne brikken i mange forbrukerenheter basert på teknologien DLP som projektorer og fjernsyn. I tillegg, DLP vellykket brukt i måle- og sanseapparater, smarte lyssystemer, og til og med for å oppnå lysstrømmer med en kontrollert bølgelengde. Både lyslamper (glødelamper, lysrør eller LED) og lasere kan fungere som lyskilde. Bølgelengden strekker seg fra det ultrafiolette til det infrarøde området. På industrielt nivå DMD-brikker produsert siden 1996.

La oss ta en nærmere titt DMD-brikke, som noen ganger også kalles en romlig lysmodulator. Visuelt har den en flat rektangulær design:

Når vi setter den under et mikroskop, vil vi se en matrise med millioner av mikrospeil, som hver har dimensjoner i størrelsesorden 10 mikron, som er en tiendedel av tykkelsen til et menneskehår.

Her er et skjematisk bilde Texas Instruments DLP-celler:

Hvert mikrospeil er i stand til å reflektere både usynlig og synlig lysspekter og reflekterer lys i en av to retninger. Retningen bestemmes av speilets rotasjonsvinkel. i chips Texas Instruments denne vinkelen tar verdiene -12 eller +12 grader. Selve retningen settes ved å laste bit "0" eller "1" inn i minnecellen. Dermed mates en uavhengig bitstrøm med en frekvens på flere kilohertz til hver celle, som et resultat av at vi har et nyttig bilde ved en av utgangene, og vanligvis er det en lysabsorber ved den andre utgangen.

Hersker DMD-brikker inkluderer vanligvis en standard serie med tillatelser: WVGA (608×684), WXGA (912×1140), XGA (1024×768) og 1080p (1920×1080). For å kontrollere lysstyrke og farge brukes ulike roterende filtre, hvis rotasjonshastighet er synkronisert med bitstrømmen, men dette gjelder ikke direkte for 3D-utskrift.

3D-utskrift basert DLP tilhører klassen additive metoder for å lage objekter og går tilbake til maskeløs litografiteknologi (Maskless Lithography), som kretskort dyrkes med. Som du vet, hver dag elektroniske enheter bli mer miniatyr, og det blir vanskeligere og vanskeligere å lage kretskort for dem, og det er her maskeløs litografi kommer til unnsetning. "Blanket" plasseres i en spesiell løsning til en dybde på flere mikron, hvoretter DLP-kilde projiserer bildet i henhold til ønsket spor- og pinnelayout. På de punktene hvor løsningen utsettes for lys, dannes et fast lag. Til sammenligning med teknologi SLA (stereolitografi, stereolitografi) laseren omgår sekvensielt det gitte tverrsnittet, mens den er i DLP tverrsnitt dannes samtidig. På samme måte dyrkes et tredimensjonalt objekt inn DLP-skriver, kun flytende plast brukes som løsning, herding i lyset.

Mange gullsmeder bruker med hell programvarestyrte fresemaskiner i arbeidet, som maler voks for støping, og noen enheter - og umiddelbart metalldeler. I denne artikkelen skal vi se på 3D-utskrift som et alternativ og tillegg til denne prosessen.

Hastighet

Når du lager en del i en enkelt kopi, vinner CNC-fresemaskinen i hastighet - maskinens kutter beveger seg med en hastighet på opptil 2000-5000 mm / min, og hvor fresen kan håndtere det på 15 minutter, skriveren kan skrive ut delen opptil en og en halv time, noen ganger enda mer.

Dette gjelder imidlertid bare for enkle og glatte produkter, for eksempel en giftering med enkel form og uten mønster, som ikke krever høy overflatekvalitet, fordi. de er enkle å raskt polere. Ruteren kutter komplekse produkter like sakte som en 3D-printer skriver dem ut, og ofte lengre - behandlingstiden kan nå opptil seks timer.

Et foto @ FormlabsJp

Når du lager en serie produkter på en gang, endrer situasjonen seg dramatisk - i en omgang er skriveren i stand til å skrive ut en hel plattform med sjablonger - dette er en plattform (for eksempel Form 2-skriveren) 145x145 mm, og de passer der , avhengig av størrelsen på modellene, opptil 35 stk. Med en utskriftshastighet på 10-30 mm/time (og den skriver ut i lag, umiddelbart over hele området av plattformen), gir dette en merkbar fordel i forhold til ruteren, som kun kutter ut én modell om gangen - dette er enten én kompleks del, eller flere enkle, flate, fra ett sylindrisk voksemne.

I tillegg kan en 3D-skriver skrive ut et tre med modeller for støping på en gang, uten å måtte sette det sammen fra separate emner. Dette sparer også tid.

Et foto @ 3d_cast

Nøyaktighet og kvalitet

Posisjoneringsnøyaktigheten til kutteren i CNC-maskiner når 0,001 mm, som er høyere enn for en 3D-skriver. Kvaliteten på overflatebehandling av en overfres avhenger også av størrelsen på selve kutteren, og radiusen til kutterspissen er minst 0,05 mm, men bevegelsen til fresen settes programmatisk, vanligvis er det et trinn på en tredjedel eller henholdsvis halvparten av kutteren - alle overganger jevnes ut.

Et foto @ freemanwax

Lagtykkelsen når du skriver ut på Form 2, den mest populære, men langt fra den mest nøyaktige skriveren, og dermed den vertikale nøyaktigheten, er 0,025 mm, som er halvparten av diameteren av tuppen til enhver kutter. Strålediameteren er 0,14 mm, noe som reduserer oppløsningen, men lar deg også få en jevnere overflate.

Et foto @ landofnaud

Generelt er kvaliteten på produktene oppnådd på en fotopolymerskriver og topp fresemaskiner sammenlignbare. I noen tilfeller, på enkle former, vil kvaliteten på den freste delen være høyere. Med kompleksiteten til skjemaer er historien annerledes - en 3D-skriver er i stand til å skrive ut noe som ingen ruter noen gang vil kutte ut, på grunn av designbegrensninger.

Økonomi

Fotopolymerene som brukes i stereolitografiske skrivere er dyrere enn vanlig smykkevoks. Store voksbiter etter overfresen kan smeltes til nye emner, selv om dette også er tid og ekstra skritt, men også besparelser. Frest voks kommer billigere ut, når det gjelder kostnadene for hvert enkelt produkt med samme volum.

Voks er ikke den eneste forbruksvarer i arbeidet med fresen slites også fresene gradvis ned og krever utskifting, de varer i 1-2 måneder med intensivt arbeid, men dette reduserer ikke gapet i stor grad.

Arbeidet til freseren, når det gjelder kostnadene for produserte produkter, er billigere.

Et foto @ 3DHub.gr

Bekvemmelighet og muligheter

Spesifisiteten til fresing er slik at selv på en femakset maskin er freseren langt fra å kunne nå overalt. Dette tvinger gullsmeder til å lage komposittmodeller fra flere deler, som deretter må loddes, eller til og med ferdigbehandles for hånd. En 3D-skriver, derimot, er i stand til å skrive ut en modell av en vilkårlig kompleks form, inkludert indre hulrom og komplekse ledd, i en enkelt omgang.

Hvordan skjer dette

De trykte modellene loddes til en vokstønne, deretter helles den resulterende strukturen med gips eller en spesiell løsning, hvoretter den ferdige formen varmes opp i en ovn og deretter fylles med metall.

Voksmaterialet brenner ut uten rester, slik at metallet kan ta all ledig plass og gjenta arbeidsstykket nøyaktig.

Mer informasjon:

1. Støpeprosessen begynner med utskrift av modellen og standard ettertrykkbehandling - den trykte delen skilles fra støttene, vaskes, utsettes for en herdende eksponering i ultrafiolett lys, om nødvendig, lett polert.

2. Videre er prosessen lik den som brukes for støping ved bruk av konvensjonelle sjablonger. Emnene er loddet til en voksport, som vil holde dem i riktig posisjon og skape en kanal for fordeling av metallet.

Hvis antall og størrelse på produkter tillater det, kan du hoppe over dette trinnet - hvis du skriver ut produktene sammen med sprue som helhet.

3. Innløpet festes i støpekolben. Hvis kolben er perforert, skal hullene lukkes, for eksempel med pakketape.

4. Fyllingsløsningen blandes i proporsjonene spesifisert av produsenten.

Deretter helles den over i en kolbe med en innsprøytning. Hell forsiktig for ikke å skade modellen og ikke flytte juletreet.

5. Kolben plasseres i et vakuumkammer i minst 90 sekunder for å fjerne all luft fra løsningen. Deretter overføres den til et sted beskyttet mot vibrasjoner, for en rask størkning.

6. Støpebeholdere settes i en ovn, kald eller oppvarmet til 167ºC, og temperaturen heves gradvis inntil plasten på modellene er helt utbrent.

Forvarming - forvarming.

Sett inn kolbe - sett kolben i ovnen.

Rampe - heve (endre) temperaturen.

Hold - hold temperaturen (eksempel: 3 timer = 3 timer)

7. Etter at denne prosessen er fullført, helles metall i formen.

8. Etter helling avkjøles formen, fyllmaterialet vaskes ut.

9. Det gjenstår bare å trekke ut ferdigvarer, skille dem og poler lett.

Bilder av produkter laget av Top3DShop:

Konklusjoner:

Begge teknologiene har sine fordeler og ulemper. Hvis smykkeverkstedet allerede har CNC fresemaskin, da vil den takle de fleste oppgaver for fremstilling av enkelteksemplarer. Dessuten, hvis det bare lages enkeltkopier og ikke veldig ofte, vinner maskinen her og i hastighet.

Hvis det ikke er noen oppgave å utvikle produksjon, øke arbeidsvolumet, omsetning av midler, øke kompleksitetsnivået til produktene, vil en 3D-skriver bare være en ekstra økonomisk byrde.

Med en økning i arbeidstempo og volum, med konstant introduksjon av nye modeller, vil fordelene med en 3D-skriver bli merkbare umiddelbart, i masseproduksjon er forskjellen i hastighet alvorlig. Skriveren er vanskelig å overvurdere i rask prototyping og produksjon av partier med emner.

Hvis bedriften oppfyller begge typer bestillinger - både enkelt og seriell, vil det være mer effektivt og kostnadseffektivt å ha begge enhetene på gården, for forskjellige typer arbeid vil de organisk utfylle hverandre.

Utstyr

Formlabs Form 2

Teknologi: SLA

Arbeidskammer: 145 x 145 x 175 mm

Lagtykkelse: 25-100 mikron

Laserfokus: 140 µm

Stråleeffekt: 250mW

Pris: 320 000 rubler

Form 2 er en kompakt stereolitografisk 3D-skriver som enkelt passer på skrivebordet ditt.

På grunn av sin nøyaktighet (25-100 mikron), er den veldig populær blant kjeveortopeder og gullsmeder, siden den er i stand til å skrive ut mange produkter i en økt.

Et foto @ FormlabsJp

En fotopolymer for utskrift av utbrente modeller koster 46 000 rubler for en 1-liters patron.

3D-systemprosjekt MJP 2500

Teknologi: MJM

Arbeidskammer: 295 x 211 x 142 mm

Oppløsning: 800 x 900 x 790 dpi

Lagtykkelse: 32 mikron

Pris: 3 030 000 rubler

Multijet-skriver fra 3D Systems, designet for utskrift av støpte emner med VisiJet-materialer og funksjonelle deler med plast.

MJP er dårligere enn stereolitografiske skrivere når det gjelder kompakthet - den er mye større og kan ikke plasseres på et skrivebord, men dette oppveies av utskriftshastighet og et større arbeidsområde.

3D-systemer ProJet MJP 3600W Maks

Teknologi: MJM

Arbeidskammer: 298 x 183 x 203 mm

Oppløsning: opptil 750 x 750 x 1600 DPI

Lagtykkelse fra: fra 16 µm

Utskriftsnøyaktighet: 10-50 mikron

Pris: 7 109 000 rubler

ProJet 3600W Max er en oppgradert versjon av ProJet 3500 CPX, en spesialisert 3D-skriver for utskrift av støpt voks. Dette er industrielle 3D-printere som brukes i fabrikker i kontinuerlig drift, med stor plattform og høy ytelse. Skriverne i denne serien bruker teknologien til multi-jet-modellering (Multi Jet Modeling, MJM), som øker arbeidshastigheten og tillater bruk av VisiJet-materialer spesielt designet for det.

Teknologi: DLP (digital lysbehandling)

Utskriftsområde: 120×67,5×150 mm

Lagtykkelse: 25-50 µm (0,025/0,05 mm)

Oppløsning: 62,5 µm (0,0625 mm)

Pris: fra 275 000 rubler

Hunter er en ny DLP 3D-skriver fra Flashforge. DLP er en stereolitografisk teknologi som bruker en projektor i stedet for en laser.

Denne teknologien har sine fordeler - DLP-utskrift er raskere og er i stand til å gi flotte detaljer i ultrasmå skalaer. På den annen side består DLP-projeksjon av piksler, hvis du trenger en perfekt jevn overflate, er det bedre å velge en SLA-skriver, for eksempel Form 2.

Flashforge ​Hunter DLP 3D er kompatibel med tredje generasjon stereolitografiske harpikser, som gir brukeren et bredt utvalg av utskriftsmaterialer.

Skriveren bruker en DLP-modul av produsentens eget design, hvis egenskaper er optimalisert spesifikt for 3D-utskrift. Denne komponenten har større lineær nøyaktighet enn konvensjonell DLP designet for forbrukervideoprojektorer.

Wanhao Duplicator 7 v1.4

Utskriftsteknologi: DLP, 405nm

Maksimal utskriftshastighet: 30 mm/time

Maksimalt utskriftsareal: 120x68x200 mm

Oppløsning: 2560x1440 piksler per lag

Nøyaktighet: 0,04 mm

Lagtykkelse: 0,035-0,5mm

Vekt: 12 kg

Pris: 35 900 rubler.

Wanhao Duplicator 7 er en rimelig fotopolymerskriver for å prøve stereolitografi. Ulempene med denne modellen er lav stabilitet, lav oppløsning og problemer med repeterbarhet.

Et foto @