CC BY
15УДК 62
Е.Н. Емельянова, А.С. Анисимов ИННОВАЦИИ В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
В данной статье рассмотрены достижение 3D-npuHmepoe, а особое внимание уделяется их применению в литейном производстве. В ходе проведенной работы был выбран 3D-принmeр Vader Systems MARK 1. Благодаря этой технологии уменьшатся выбросы в окружающую среду, качество продукции, увечится производительность труда. Именно этот 3D-принmeр будет целесообразно использовать в производстве.
Ключевые слова: литейное производство, 3D-принmeры, деталь, алюминиевый сплав, инновации.
В настоящее время уже всем не секрет о том, что при помощи ЗБ-принтеров изготавливаются: дома, автомобили, протезы, одежда, обувь, акустические гитары, оптика для фотоаппаратов, части тела (протезирование), различные детали и сами же ЗБ-принтеры, выполняются ЗБ-снимки органов человека. NASA использует ЗБ-принтеры для печати некоторых частей своих космических кораблей, так же идут разработки по созданию печатной еды, пригодной для употребления космонавтами. Для этого необходимы ЗБ-программы, материалы.
На заводах автотракторного электрооборудования комплектующие детали изготавливается литьем из алюминиевых сплавов.
При этом применяются десятки литьевых машин, которые во время работы выделяют пыль, аэрозоли и газы, в больших количествах оксиды углерода, углекислый и сернистый газы, азот и его окислы и др., тем самым оказывают токсичное воздействие на людей, обслуживающих эти машины и окружающую среду. Кроме этого, для их обслуживания, имеется на заводе штат высококвалифицированных наладчиков.
А почему бы на этих участках не воспользоваться методом изготовления деталей (их на заводе свыше тридцати типоразмеров), при помощи ЗБ-принтеров. В данный момент заготовки всех этих деталей изготавливаются при помощи литья, в дальнейшем обрабатываются на металлорежущих станках, количество которых исчисляется тоже десятками.
Все выпускаемые детали сортируются по типам:
- корпуса более двадцати наименований. Габаритные размеры корпуса подшипника 50*70 мм, примерное выпускаемое количество в год свыше 450 тысяч, вес одного такого подшипника от 0,2 до 0,5 кг, количество требуемого материала для изготовления в год около 100 тонн.
- фланцы, габаритные размеры 60*70*30 мм, примерное выпускаемое количество в год свыше 300 тысяч, вес от 0,2 до 0,4 кг, примерное количество требуемого материала для изготовления в год около 70 тонны.
- корпуса редуктора, габаритные размеры 100*100*170 мм, примерное выпускаемое количество в год 200 тысяч, вес от 0,350 до 0,450 кг, количество требуемого материала для изготовления в год около 80 тонн.
Всего потребуется алюминиевого сплава для изготовления этих деталей около 250 тонн в год.
3D принтеры отличаются большим объемом рабочей камеры и доступной ценой. Они, просты в использовании. Модели (детали), выращенные на принтерах, отличаются высоким качеством исполнения, высокой точностью и максимальным уровнем детализации.
Виды 3D - принтеров и сфера их применения.
В целом все промышленные печатные устройства отличаются друг от друга способом печати и делятся на 3 группы:
Принцип печати первой группы основан на затвердевании нагретых полимеров под воздействием лазерных лучей.
Спекание жидкого фотополимера лежит в основе печати второй группы принтеров.
© Емельянова Е.Н., Анисимов А.С., 2015.
Научный руководитель: Бойко Порфирий Федорович - кандидат технических наук, доцент, Ста-рооскольский технологический институт им. А.А. Угарова (филиал) Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», Россия.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2015. № 11 (50). Т. 1.
Третья группа представлена принтерами с возможностью отделения полимерных нитей друг от друга и их застыванию в определенном стиле. [1]
Классификация 3D-принтеров (7 технологий 3D печати)
I. Те, которые что-то выдавливают или выливают или распыляют:
1) FDM (fused deposition modeling) принтеры, которые выдавливают какой-то материал слой за слоем через сопло-дозатор, различные кулинарные принтеры (используют глазурь, сыр, тесто), медицинские - печатают "живыми чернилами".
2) Технология Polyjet Суть технологии: фотополимер маленькими дозами выстреливается из тонких сопел, как при струйной печати, и сразу полимеризуется на поверхности изготавливаемого девайса под воздействием УФ излучения, возможность печати различными материалами.
3) LENS (LASER ENGINEERED NET SHAPING) Материал в форме порошка выдувается из сопла и попадает на сфокусированный луч лазера. Часть порошка пролетает мимо, а та часть, которая попадает в фокус лазера, мгновенно спекается и слой за слоем формирует трехмерную деталь. Именно по такой технологии печатают стальные и титановые объекты. Применение: например, титановые лопатки для турбин с внутренними каналами охлаждения.
4) LOM (laminated object manufacturing) Тонкие ламинированные листы материала вырезаются с помощью ножа или лазера и затем спекаются или склеиваются в трехмерный объект. Т.е. укладывается тонкий лист материала, который вырезается по контуру объекта, таким образом, получается один слой, на него укладывается следующий лист и так далее. После этого все листы прессуются или спекаются. Таким образом, печатают 3D-модели из бумаги, пластика или из алюминия.
II. Те, которые что-то спекают или склеивают:
1) SL (Stereolithography) Стереолитография. Есть небольшая ванна с жидким полимером. Луч лазера проходит по поверхности, и в этом месте полимер под воздействием УФ полимеризуется. После того как один слой готов платформа с деталью опускается, жидкий полимер заполняет пустоту далее запекается следующий слой и так далее. Иногда происходит наоборот: платформа с деталью поднимается вверх, лазер соответственно расположен снизу. После печати таким методом, требуется постобработка объекта - удаление лишнего материала и поддержки, иногда поверхность шлифуют. В зависимости от необходимых свойств конечного объекта модель запекают в т.н. ультрафиолетовых духовках.
2) LS (laser sintering) Лазерноеспекание. Похоже на SL, только вместо жидкого фотополимера используется порошок, который спекается лазером.
3) 3DP (threedimensionalprinting) На материал в порошковой форме наносится клей, который связывает гранулы, затем поверх клееного слоя наносится свежий слой порошка, и так далее. На выходе, как правило, получается материал sandstone (похожий по свойствам на гипс). [2]
Так же широко используются 3D-принтер печатающий стройматериалами жидким металлом, алюминием или медью. - Vader Systems.
Рис. 1. SD-принтер Vader Systems MARK 1 41
Принцип работы: Сначала металл плавится во встроенном электрическом нагревателе; Далее расплав металла, под действием естественного или индуцированного магнетизма, поступает через сопла печатающей головки на рабочую платформу; Печатающая головка по своей конструкции напоминает головку обычного струйного принтера. Распыляя капельки расплавленного металла, она формирует, слой за слоем, объект нужной формы.
Меняя диаметр сопел, система может распылять капли металла размером от 100 до 1000 микрон. Головка может иметь тысячи мелких сопел.
Исходя из моделей 3Б-принтеров, лучше всего выбрать марку Vader Systems модель MARK 1 (Рис. 1). Максимальный объем камеры печати - 250*250*250 мм, общий размер принтера 950*750*1500 мм. [3]
Зная производительность принтеров, всего для выполнения годовой программы печати алюминиевом литье понадобится 500 принтеров. 3D -принтеры Vader Systems MARK 1, исходя из их габаритов, займут помещение площадью 200 м2, оно так же будет оснащено хорошей вентиляцией (вытяжка возле каждого принтера) и освещенностью.3Б-принтеры будут работать в автоматическом режиме. Обслуживающий персонал - наладчики, заправщики алюминиевого порошка и съемщики готовых изделий. Их численность будет несоизмеримо мала.
Внедрение этой инновации технологий и оборудования позволит значительно сократить рабочих, улучшить условия труда работы, так же улучшить качество изготовляемой продукции и уменьшить выбросы вредных веществ в окружающую среду.
Список литературы
1.Виды 3Б-принтеров и сфера их применения // http: // baltexim.ru/article/54. (дата обращения: 26.09.15)
2. Дмитрий Спивак. Классификация 3D принтеров (7 технологий 3D печати) // http: // geektimes.ru/post/208906. (дата обращения: 26.09.15)
3.http: // www.vadersystems.com. (дата обращения: 28.09.15)
ЕМЕЛЬЯНОВА ЕКАТЕРИНА НИКОЛАЕВНА - студент факультета металлургических и машиностроительных технологий Старооскольского технологического института им. А.А. Угарова (филиал) Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», Россия.
АНИСИМОВ АНТОН СЕРГЕЕВИЧ - студент факультета металлургических и машиностроительных технологий Старооскольского технологического института им. А.А.Угарова (филиал) Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», Россия.
