CC BY
73
260/
г: гшшгггта
3 (67), 2012-
The technological processes ofproduction of dispensable patterns, sand molds and cores on three-dimensional printers are considered.
И. Ю. ГЕЦМАН, И. М. ЗАЯЦ, БНТу
Научный руководитель канд. техн. наук, доцент В. Ф. ОДИНОчКО, БНТу
УДК 693.22
использование информационных технологий в процессах изготовления отливок
В современном литейном производстве информационные технологии широко применяются для моделирования процессов заливки форм. При этом используют 3D-модели отливок вместе с литниковыми системами и компьютерные программы. При наличии существующих деталей для получения трехмерных моделей применяют оптические системы оцифровки. Системы оцифровки очень удобно использовать в ремонтных целях, так как это позволяет экономить время на изготовление деталей. Примером системы оптической оцифровки и измерений может служить аппаратура фирмы ATOS [1] (рис. 1).
Кроме моделирования процессов заливки форм и оцифровки деталей, информационные технологии применяют для изготовления выплавляемых (выжигаемых) моделей, а также для изготовления стержней и форм.
По традиционной технологии выплавляемые модели изготавливают в пресс-формах. Модели обычно изготавливают из составов, состоящих из нескольких легкоплавких компонентов, таких, как,
Рис. 1
например, парафин, стеарин и т. д. Цикл изготовления пресс-формы может занимать до 3 месяцев, в зависимости от сложности, количества мест, габаритов и принятой схемы технологического процесса. Сложные модели изготавливают склеиванием из нескольких частей, для каждой из которых делается своя пресс-форма, что является достаточно длительным и трудоемким процессом.
Для изготовления опытных образцов, единичных деталей, малых серий отливок разработана технология изготовления выплавляемых (выжигаемых) моделей без использования оснастки на трехмерных принтерах, например, таких фирм, как 3D System и Voxeljet [2].
В качестве модельного материала в трехмерных принтерах используют акриловые фотополимеры, пенополистерол, но чаще всего литейный воск. Литейный воск используется для непосредственного выращивания восковой модели и дальнейшего получения металлической отливки методом литья по выплавляемым моделям или в гипсо-керамические формы. Современные машины серии ProJet 3000 компании 3DSystems имеют возможность работы на двух модельных материалах - литейном воске и акриловом фотополимере [2].
Построение моделей выполняется последовательным формированием слоев с помощью наносящей головки, имеющей ряд сопел. Через каждое сопло по необходимости выделяется материал. Головка движется вперед и назад по оси х, как в обычном принтере. При этом происходит послойное изготовление детали. После окончания построения слоев модель отводится от головки по оси Z на толщину слоя. Если модель шире печатающей головки, то производится дополнительное
iwI Oßi
-3 (67), 2012 / 4UI
Т а б л и ц а 1. Технические характеристики трехмерных принтеров Voxeljet
Модель VoxeljetVX500 Voxeljet VX800 Voxeljet VX4000
Максимальный размер построения, мм3 500x400x300 850x450x500 4000x2000x1000
Толщина слоя, мм 0,1-0,2 0,12
Разрешение 250 точек на дюйм 42,3x42,3 мкм
Скорость построения, мм/ч 12-48 12-36 6,5
Точность, %; мм 0,3; минимум ±0,1
Формат CAD-данных STL
Материал построения Модифицированное акриловое стекло (PMMA)
поперечное перемещение детали по оси У. Головка непрерывно формирует слои модели до завершения построения, осуществляя быстрое наращивание материала. Благодаря растровому принципу процесса построения время изготовления модели не зависит от ее сложности, а определяется только ее габаритами. После окончания процесса построения элементы конструкции извлекаются из оборудования, а несвязанный полимерный порошок удаляется пылесосом и затем повторно используется.
Технические характеристики трехмерных принтеров Уохе^ [2] приведены в табл.1.
По традиционной технологии для изготовления песчаных форм и стержней применяются модельная оснастка и стержневые ящики из алюминиевых сплавов, чугуна (стали), пластмасс или дерева. На изготовление модельной оснастки и стержневых ящиков затрачивается до 3 месяцев. Внести какие-либо изменения в готовом комплекте оснастки при необходимости бывает затруднительно. Изменение оснастки приводит к дополнительным расходам трудовых, энерго- и материальных ресурсов, а зачастую бывает и просто невозможно. Оснастку приходится изготавливать заново.
Для изготовления песчаных литейных форм и стержней с использованием трехмерных принте-
ров применяют оборудование различных фирм. Одной из них является ProMETAL GmbH [3].
Технология последовательного изготовления песчаных литейных форм и стержней на трехмерных принтерах (рис. 2) по CAD-чертежам заключается в послойном нанесении песка, предварительно смешанного с отвердителем (компонент А), и добавлении в нужных местах смолы (компонент В) с помощью многоструйной печатающей головки. Несвязанный песок в последующем удаляется пылесосом и используется повторно. Данная технология полностью совместима с технологией литья в разовые формы и позволяет изготавливать формы и стержни любой сложности за очень короткое время. При этом применяются формовочные пески и смолы, которые обычно используются в литейной промышленности.
Формы и стержни, изготовленные на трехмерных принтерах, обладают высоким качеством и точностью.
Технические характеристики трехмерного принтера фирмы ProMETAL GmbH [3] приведены в табл. 2.
Технология изготовления выплавляемых (выжигаемых) моделей, песчаных форм и стержней на трехмерных принтерах является дорогостоящей
Рис. 2
9R91 лшгштм
3 (67),2012-
Т а б л и ц а 2. Технические данные трехмерного принтера фирмы ProMETAL GmbH
Размеры изготавливаемых форм, мм 1500 х 750 х 700
Толщина слоя, мм 0,15-0,4
Разрешающая способность мин. 0,2 мм
Точность, % (мм) 0,1 (~±0,2)
Скорость изготовления 14 - 20 мм общей высоты в ч/15 000 см/ч
Прочность, Н/см > 300
Внешние размеры (длина, ширина, высота), мм 3113 х 3354 х2164
Масса, кг 4500
Питание 220/380 В 3 фазы х 16 А, 5 кВт
Интерфейс данных STL, CLI
для массового и серийного производств. Данную ном производстве, а также для создания экспери-технологию используют в единичном, мелкосерий- ментальных образцов.
Литература
1. Оптическая система оцифровки, http://www.mcp.by/equipment?id=28 .
2. Изготовление выплавляемых моделей на 3Б-принтерах, http://www.mcp.by/technology/?id=13 .
3. Изготовление песчаных форм и стержней на 3Б-принтерах, http://www.mcp.by/technology/?id=11.
