3D-печать песком — обзор технологии и 3D-принтеров, работающих на ее основе

Технология 3D-печати песком нашла широкое применение в сфере изготовления песчаных форм для литья. Такой способ их получения помогает существенно ускорить процесс производства, а также позволяет получать литейные формы сложных конфигураций. Из материала ниже вы узнаете о принципах, лежащих в основе этой технологии, преимуществах ее использования, а также об особенностях оборудования 3D-печати, работающего на основе этого метода.

 Содержание: 

• Как появилась технология 3D-печати песком?
• Возможности Binder Jetting
• Где применяется печать песком?
• Процесс изготовления 3D-моделей из песка
• Преимущества такого метода печати:
• Примеры 3D-печати песком
• Устройства для 3D-печати песком
  • Robotech R-600
  • Robotech R-2000
  • ExOne S-Max Pro
  • ExOne S-Print

Как появилась технология 3D-печати песком?

Технология 3D-печати песком зародилась в конце 1990-х годов как результат совместной работы компании Z Corporation сотрудников института MIT и немецкой компании Generis. Технология представляла собой печать порошковыми материалами с нанесением связующего вещества.

Благодаря совместной работе компаний к середине 2000-х годов в продажу поступили первые 3D-принтеры, работающие на базе этой технологии.

Позже Generis распалась на две независимых компании ExOne и VoxelJet, которые сейчас лидируют в производстве 3D-принтеров, работающих с порошковыми материалами, скрепляющимися связующим веществом. Технология, лежащая в основе выпускаемых ими устройств, носит название Binder Jetting.

Z Corporation была приобретена Contex Holding в 2005 году, а в январе 2012 перешла к 3D Systems.

Возможности Binder Jetting

BinderJetting представляет собой технологию объемной печати, основанную на принципе послойного нанесения связующего компонента для скрепления сыпучих материалов. Эта технология позволяет работать с самыми разными типами порошкового сырья, например, с песком, гипсом или металлическим порошком.

Посредством BinderJetting можно получать формы из песка самых разных конфигураций, а сразу после изготовления использовать их для отливки деталей.

Где применяется печать песком?

Изделия, получаемые этим методом, главным образом используются как формы для литья металлов. Технология литья в песчаные формы — один из классических способов получения металлических изделий сложных форм, используемый уже давно. История его применения прослеживается до 1000 года до н. э.

Принцип литья в песчаные формы заключается в формировании полости, повторяющей конфигурацию требуемой детали, куда впоследствии заливается расплавленный металл. 3D-печать помогла не только существенно упростить этот процесс, но и добиться куда большей точности изготавливаемых моделей.

Процесс изготовления 3D-моделей из песка

Процесс 3D-печати песком происходит в несколько этапов:

1. Сперва в камеру загружается первая порция порошка и выравнивается тонким слоем.
2. Затем печатный узел устройства движется над слоем материала, а головка наносит связующий компонент в соответствии с текущим слоем детали.
3. Неиспользованный песок без связующего материала используется в качестве поддержки, что позволяет изготавливать модели самой разной сложности.
4. Поверх готового слоя наносится новая порция порошка, и процесс продолжается до тех пор, пока изделие не будет готово.

Преимущества такого метода печати:

• Изделия изготавливаются быстро, а их себестоимость невысока по сравнению с долгим традиционным методом получения литейных форм. Изготовление моделей методом 3D-печати — куда более быстрый процесс, при этом не требующий больших затрат.
• Такой метод позволяет получать точные изделия, полностью повторяющие цифровые 3D-модели. При этом появление неконтролируемых отклонений практически исключено.
• Хорошее качество поверхности и отсутствие швов. Формы для литья, получаемые методом 3D-печати из песка, не нужно делать разъемными, что позволяет снизить вес литейной формы за счет отсутствия фиксирующих элементов, а также сократить время постобработки готовой детали благодаря отсутствию отпечатков швов.
• Эта технология позволяет изготавливать 3D-изделия самых сложных конфигураций, так как песок, окружающий модель, служит ее поддержкой. Благодаря этому можно получать формы для литья практически любой геометрии, использование которых позволяет изготавливать сложные детали.
• Экономичность. Материал, который не был задействован в создании модели и служил ее поддержкой, после извлечения готового изделия может быть использован повторно.

Примеры 3D-печати песком

Устройства для 3D-печати песком

Robotech R-600

Это компактное устройство промышленного класса, хорошо подходящее для небольших металлургических компаний. Может использоваться в образовательных учреждениях, а также для исследовательской и конструкторской работы. Аппарат является разработкой компании «Роботех», Россия. Габариты рабочей области устройства составляют 600 x 480 x 250 мм, что позволяет изготавливать литейные формы малых и средних размеров. Диапазон скорости печати — 6–20 мм/час, на изготовление формы уходит до 1 суток.

Достоинства:

• изготовление деталей сложных форм;
• высокоскоростная и точная печать;
• возможность перенастройки под требования заказчика (расширение рабочей области, настройка ПО);
• экономичный расход материала благодаря возможности повторно использовать незадействованный песок;
• возможность интеграции в ERP-систему предприятия.

Недостатки

• изделие получается более пористым по сравнению с другими методами 3D-печати.

Robotech R-2000

Крупногабаритный аппарат промышленного класса, хорошо подходящий для металлургических предприятий. Также является разработкой российской компании «Роботех». Устройство имеет очень большую рабочую область с габаритами 2000 x 1000 x 1000 мм, что позволяет изготавливать цельные формы для литья крупных деталей.

С помощью устройства можно получать 3D-модели с геометрией любой сложности. Есть возможность настройки под нужды заказчика, включая изменение области печати и адаптацию ПО.

Достоинства:

• огромная рабочая область;
• безопасен и экологичен;
• автоматизированный процесс печати;
• возможность удалённого управления устройством;
• можно частично задействовать рабочую область и многократно применять неиспользованный в модели песок;
• возможность интеграции с ERP-системой организации;
• долговечность и надежность устройства.

Недостатки:

• при изготовлении модели под запекание следует учитывать усадку.

ExOne S-Max Pro

Высокоскоростное точное устройство 3D-печати промышленного класса. Производит детали-прототипы и литейные формы с толщиной слоя от 260 мкм. Принтер оснащен полностью автоматизированной печатной головкой, работающей со скоростью 125 л/ч. Интуитивно понятная система управления с облачным подключением позволяет управлять устройством и контролировать процесс печати удалённо. Имеет две рабочие камеры с объемом печати 1260 л каждая, которые сменяют друг друга автоматически. Габариты рабочей области составляют 1800 х 1000 х 700 мм.

Достоинства:

• обширная область печати;
• две рабочие камеры;
• автоматизация процесса печати;
• удобное управление, в том числе удаленное;
• высокая скорость печати и точность получаемых изделий.

ExOne S-Print

Компактная система повышенной производительности с максимальной скоростью печати 39 л/ч. устройство оснащено рабочей камерой с габаритами 800 x 500 x 400 мм и объемом печати 160 л. Позволяет изготавливать изделия с толщиной слоя от 240 мкм.

Достоинства:

• совместим с легкими, цветными металлами, сталью и чугуном;
• имеет высокую точность и производительность;
• быстро перенастраивается;
• высокоскоростная печать;
• изготавливает модели со сложной геометрией;
• имеет настраиваемую платформу.