3D печать форм для литья

На простом FDM-принтере можно успешно печатать литейные формы. Это отличный вариант налаживания мелкосерийного производства на основе текучих материалов: эпоксидные смолы, силикон, шоколад. В каких случаях такой подход будет выгодным и насколько вообще это возможно?

Использование аддитивных технологий в области литья возможно в нескольких вариантах:

• 3Д печать мастер-моделей, которые будут впоследствии использоваться для изготовления форм, в том числе и из силикона. В этом случае процесс будет примерно следующим: прототип изделия, напечатанный на 3Д принтере, заливается силиконом. Готовую силиконовую оболочку разрезают и получаются формы, которые можно использовать для серийных изделий.
• 3Д печать готовых форм, которые могут сами использоваться в литье.

У каждого подхода есть свои достоинства. Первый метод имеет меньше ограничений, но он более трудоемкий. Второй вариант подразумевает сразу изготовление формы, поэтому существенно экономит время.

Для чего печатают литейные формы, если можно печатать готовые изделия?

Литейные формы – это основа для серийного производства. К примеру, если использовать 3Д принтер для печати готовых изделий, например из шоколада или теста, то процесс будет медленным и довольно дорогостоящим. Куда более эффективно напечатать формы и с их помощью изготавливать в самые короткие сроки большой объем продукции.

Комбинация литья и 3Д печати показывает эффективный выход из ситуации, позволяющий сократить временные и финансовые затраты. Кроме того вы гарантировано сможете получить большое количество одинаковых изделий. И для этого не потребуется никакая настройка и переоснастка оборудования. То есть это просто выгодно и быстро! Благодаря 3Д печати вы можете легко масштабировать свой производственный процесс, при необходимости печатая новые формы. Также можно легко решить проблемы с износом и поломкой форм – замена не вызывает сложностей.

Многое будет зависеть от того, что вы собираетесь отливать. Для печати пищевых форм, изготовления методом литья деталей из силикона, полиуретана, эпоксидной смолы и т.п., достаточно простых полимеров, которые имеют невысокую температуру экструзии. Действовать будет только одно правило – не все полимеры могут контактировать с пищевыми продуктами. Некоторые из них при повышенных температурах становятся даже токсичными. У производителя REC можно порекомендовать для контакта с пищевыми продуктами такие филаменты, как Relax или PLA.

Подобрать материалы для горячего литья намного сложнее и то не всегда эффективно. Для легкоплавких металлов (олово, алюминий) еще можно найти подходящий вариант, но и в этом случае все будет под большим вопросом с точки зрения целесообразности. Дело в том, что для таких задач необходимы будут дорогостоящие тугоплавкие филаменты, к примеру PEEK. Этот материал в целом может заменить собой металл, в частности легкий алюминий. Но когда требуется отливка металлических деталей, то лучше применять комбинированный метод: сначала напечатать выплавляемые мастер модели, а потом изготовить с их помощью гипсовые формы. Для этой цели вполне подойдет филамент от REC под названием Cast. Такая методика будет актуальна для работы с любыми металлами, будь то бронза, алюминий или сталь.

Но есть и недостатки. 3Д печать литейных форм является нерентабельной при крупносерийном производстве. Для таких случаев лучше и целесообразнее установить литейную оснастку промышленного типа или использовать формовку. Второй недостаток заключается в небольшом эксплуатационном сроке полученных методом 3Д печати литейных форм. Хотя здесь все будет определяться показателями сложности изделия и материалами, которые будут использоваться. К тому же с первого раза очень сложно получить идеальную литейную форму. Поэтому следует принимать во внимание наличие брака, хотя это свойственно и традиционному подходу к литью и формовке.

Оснащение

Итак, что же потребуется для 3Д печати литейных форм…

Первое – это 3Д принтер. В принципе он может быть и вполне бюджетным. Но надо предполагать, что на начальном этапе это будет главным капиталовложением и все будет зависеть от ваших возможностей. Выбор очень большой. К примеру, если вы нетребовательны к материалам, планируется холодное литье, то вполне достаточно будет BiZon 3 или того же Picaso Designer X S2. Это относительно недорогие модели, отвечающие потребностям. Если же вы готовы потратиться, то можно приобрести Picaso Designer XL Series 2, у которого хотэнд может разогреваться до 430 градусов.

Также вам потребуется программное обеспечение для моделирования и отправки на 3Д печать. Здесь выбор также широк и что-то рекомендовать в принципе бессмысленно. Все будет зависеть от того, что вы сумеете освоить и с чем вам будет удобно работать. Софт есть как бесплатный, так и платный.

Материалы – это те самые филаменты, которыми вы будете печатать. Выбор будет определяться температурой производственного процесса и требовательностью. В частности, для пищевых продуктов нельзя использовать токсичные пластики, о чем мы уже говорили выше. Для относительно холодных процессов, например, литье пищевых паст вроде шоколада или использования 2-х компонентных составов вроде полиуретановых или эпоксидных смол, а также силикона можно использовать стандартные REC Relax или REC ABS. PLA можно использовать и для пищевых продуктов, но лишь при условии, что они не будут горячими, поскольку у этого материала низкая температура плавления. Он размягчается всего при 50 градусах по Цельсию.

Для печати «жертв», то есть выплавляемых мастер моделей для создания гипсовых или песчаных литейных форм, можно воспользоваться CAST или тот же PLA. Это материалы с низкой зольностью, поэтому их можно применять для этих целей.

Еще одна вещь, которая может потребоваться вам в производстве – это смазка, которая будет разделять форму и готовый продукт. Она будет предотвращать слипание. Тип разделительной смазки будет определяться материалами, которые вы используете.

Важные нюансы

Выполняя 3Д моделирование формы для литья предусмотрите воздухоотводные каналы. Они необходимы, чтобы воздух спокойно выходил при заливке формы. Для этого достаточно сделать в верхней части отверстия, диаметром 0,5мм.

Не рекомендуем вам экономить на филаментах. Качественные и долговечные формы можно получить только если использовать полное заполнение. Форму можно усилить при помощи металлических стержней.

Еще один момент, качество и точность будет тем выше, чем меньше будет толщина слоя. Сгладить поверхности литейной формы можно при помощи дополнительной постпечатной обработки. Но это доступно далеко не всегда. Например, если вы имеете дело со сложной формой, то лучше печатать самыми тонкими слоями. Да, это увеличит время, расходуемое на 3Д печать, но зато эффект ребристости будет минимальным, а иногда практически незаметным.