Экологически чистая и экономичная 3D-печать на основе фенольной смолы уже открыла новые возможности для литейной промышленности, а именно быстрое и эффективное изготовление сложных песчаных форм и стержней. Сегодня традиционные литейные производственные процессы упираются с ограничения данных технологий. С помощью трехмерной печати прототипы, отдельные детали или небольшие серии форм нестандартной геометрии могут быть изготовлены быстро, точно и низкими затратами. Скорость и свобода дизайна являются ключевыми достоинствами аддитивной технологии.

Преимущества технологии 3D-печати песком

Использование широкоформатных 3D-систем и насыщенного спектра материалов для многих отраслей открывает новые возможности. Аддитивное производство уже используется в автомобилестроении, машиностроении, авиации и быстро внедряется в неосвоенные сферы. Система работы с использованием связующих на основе фенольных смол обладает преимуществами с точки зрения прочности готовых формы, пригодности для вторичной переработки, снижения выбросов и отсутствие необходимости добавления кислотного активатора в песок.

Экономичное производство опытных образцов и небольших серий

Благодаря стабильному выпуску песчаных форм и стержней, можно экономно производить отдельные элементы или серии из нескольких тысяч деталей. Сложность заготовок не является проблемой для 3D-печати в отличие от традиционного производства, поскольку:

•    не нужно учитывать подрезы и углы уклона;
•    литниковые системы могут быть сделаны сразу непосредственно в песчаной форме;
•    изменения геометрию компонентов вносятся быстро и легко.

3D-печать песком помогает значительно сократить время и затраты, связанные с выпуском форм и стержней, обеспечивает возможность производить сложнопрофильные отливки, что позволяет использовать гибридный дизайн, сочетающий трехмерную печать и обычное производство.

Например, в случае изготовления песчаных стержней для турбинного колеса эти факторы стали очень значимыми. В классическом производстве отдельные сегменты формы лопастного колеса собираются, что является дорогой процедурой. Однако с помощью 3D-печати весь стержень турбины изготавливается в едином куске. Это означает, что формованные детали будут отлиты простым, точным и воспроизводимым способом.

Требования к новым процессам обработки материалов при песчаной печати

Система материалов, которая уже опробована и протестирована для широкого спектра сплавов, предлагает технологию печати, где в качестве связующего используется фурановая смола для холодного отверждения (органическое прямое связывание - Organic Direct Binding (ODB) слоев кварцевого песка. Однако этот метод имеет свои недостатки. Низкое качество поверхности отливки, например, из-за минерализации или пригара, стала причиной для поиска альтернативных специальных песков. Например, задействуются керамический и кремнезитный песок, которые дополнительно смешиваются с различными добавками.

Недавно разработанный процесс 3D-печати песком, который стал альтернативой ОПС, представляет собой технологию прямого связывания фенолом (Phenol Direct Binding - PDB). Сначала наносится тонкий слой мелкодисперсного песка, на который с помощью печатающей головки распределяется связующий материал на основе фенола. Следующий этап включает засветку инфракрасной лампой платформы построения для нагрева песка и ускорения реакции отверждения связующего. Платформа построения опускается на толщину слоя и затем наносится новый слой песка. Процедура продолжается до тех пор, пока форма не будет напечатана полностью.

Особенности прямого связывания фенола

Новая технология 3D-печати PDB имеет ряд достоинств по сравнению с ODB процессом. 
Прочность на изгиб напечатанных деталей по PDB выше на 20-170 Н/см² в зависимости от ориентации в процессе печати по сравнению с ODB. 
Метод прямого связывания фенолом более экологичен, так как неиспользованный песок почти на 100% перерабатывается и может быть использован повторно, а связующее содержит меньше загрязняющих веществ.

Компания Voxeljet оценила потенциал использования специальных песков. Поскольку в PDB процессе используется термореактивная смола, то принтер способен работать на различных материалах. Песок не требует специальной подготовки, тем самым экономятся дополнительные технологические ресурсы, такие как активаторы и смесительную аппаратуру. После предварительной проверки песка клиенты компании смогут использовать его непосредственно на месте, что снижает затраты на логистику и расходы.

В настоящее время существует только ограничения размеров деталей для заказов (доступные размеры 1000x600x500 мм). Тем не менее Voxeljet печатает тестовые детали для своих клиентов, чтобы продемонстрировать поведение 3D-печатных образцов во время литья. В дальнейшем компания планирует наращивать мощности оборудования, действующего по технологии прямого связывания фенолом, для удовлетворения растущего спроса.

Источник