Литьё по выжигаемой модели. Первый опыт.

Подписаться на 3Dtoday
AntonS
Идет загрузка
Загрузка
16.06.18
6747
28
Применение
94
Статья относится к принтерам:
RepRap

С появлением доступной в быту 3D печати стало возможным изготовление методом литья по выжигаемой модели (ЛВМ) достаточно сложных деталей из силумина без использования специального оборудования. В статье описан наш первый опыт изготовления детали по данной технологии. К сожалению процесс подготовки формы для литья не был задокументирован в фото - и видеоматериалах, поэтому его коснёмся без иллюстраций.
В качестве подопытного была выбрана каркасная деталь от очередной конструкции горелки на отработке. Она предназначена для крепления двигателя к корпусу горелки.
118bdf0c3a256ccad5261c4c13cd1ccd.jpg
При выборе пластика для прототипа рассматривались только ABS и PLA. Это наиболее доступные и дешевые пластики. Они имеют одинаковую низкую зольность, близкие температуры выжигания. Плюсом PLA можно считать менее проблемную печать, а плюсом ABS легкость обработки ацетоном. От прототипа для ЛВМ не требуется высокая прочность, а сложность конструкции можно обеспечить путем склейки прототипа из нескольких частей. Более ценно качество наружных поверхностей прототипа, по этому свойству пластик ABS имеет неоспоримое преимущество перед пластиком PLA. Ацетоновая баня позволяет поверхность ABS сделать глянцевой, что с пластиком PLA трудно реализуемо. Прототип детали изготавливался склейкой ацетоном двух частей, распечатанных из пластика ABS.

Параметры печати: толщина первого слоя 0.3 мм, толщина остальных слоев 0.25 мм, заполнение 15%, 2 периметра, сопло 0.4 мм.

Ввиду экспериментального характера выполняемой работы больших требований к качеству прототипа не предъявлялось, что прекрасно видно на фотографии. Обработка поверхности в ацетоновой бане не выполнялась.
de16ceb1e7ca9f9b65c1e13ef9851d97.jpg
Процесс изготовления формы для литья

Перед формовкой нужно подготовить мастер-модель. Для этого к модели приклеивают элементы литниковой системы, используя для этого пенопласт и пластик ABS растворенный в ацетоне. При этом важно их правильное расположение. Массивные части детали необходимо располагать в верху, ближе к литникам (прибылям).
Формовка модели осуществляется смесью гипса (алебастра) и просеянного песка в соотношении 50/50 доведенной водой до состояния жидкой сметаны. Для увеличения времени живучести смеси в воду добавляют лимонную кислоту не более 0,2% от массы гипса. Готовую смесь несколько минут выстаивают, иногда встряхивая, для удаления пузырьков воздуха. Затем мастер-модель с приклеенной литниковой системой устанавливают в подходящую емкость, которую потом не жалко будет разрезать (коробка, пластиковая бутылка и т.п.), и заливают формовочной смесью. Для исключения смещения модели при заливке последнюю целесообразно закрепить пластилином за элементы литниковой системы на дне сосуда.
После схватывания (20-30 мин) емкость можно удалить. Пока смесь еще мягкая, формовку нужно подровнять в месте установки литников. Далее формовка сушится сутки (лучше больше) на воздухе.
Литники формуют из смеси песка и жидкого стекла (ЖС). В сухой песок понемногу добавляют ЖС и перемешивают до вида мокрого песка. Формуют в оправке из пластиковой бутылки. В качестве модели для литника можно использовать одноразовые пластиковые рюмки с отрезанной подставкой, или другой подходящий предмет. После трамбовки модель аккуратно извлекается, снимается оправка и готовый литник сушится на воздухе сутки, или в духовке около часа при 80º.
Самый ответственный момент - это обжиг формовки. Лучший результат получается при использовании печей сопротивления с контролем температуры. Информацию по обжигу гипсовых формовок можно найти на форумах ювелиров. Но можно эту операцию выполнить и в кустарных условиях. В конкретном примере это делалось так. После нескольких суток сушки формовки на воздухе помещаем ее в холодную кухонную духовку, устанавливаем темп. 80-90 º и ждем 2-3 часа (зависит от объема формовки). Затем плавно (100 º …120 º и т.д), в течении 2 часов, доводим до 200 º и выдерживаем 1-2 часа. Пока формовка сушится и прогревается, разводим на улице небольшой костер. После выдержки в духовке, горячую формовку сразу помещаем в костер. По мере прогрева подкладываем дров. Где-то через час раскочегариваем на всю. Поддерживаем интенсивное горение около 30-40 минут и оставляем до полного угасания. Модель должна выгореть полностью, а гипс потерять всю связанную воду. Последнее условие самое важное, так-как брак при литье, а также несчастные случаи, происходят из-за недостаточного обжига гипса. Гипс, даже хорошо высушенный, содержит химически связанную воду, которая удаляется только при высоких температурах (650-730 º). Поэтому литье металлов в необожженные гипсовые формы приводит к ее выделению в виде пара при заливке расплавленного металла. Будьте осторожны!!! Также не стоит перегревать гипс более 730º, иначе он после этого рассыпается. Будьте аккуратны, после обжига гипсовая форма становится хрупкой.
Процесс литья
Для литья был изготовлен горн из смеси гипса и песка 50/50.
23951016413d673ca68538991b0ffa61.jpg
В качестве тигеля использовался резервуар огнетушителя из стали. Изнутри и снаружи тигель покрыт жаропрочной краской (глина + жидкое стекло + вода или мел + жидкое стекло + вода) для исключения попадания железа в расплав. Железо ведет к ухудшению прочностных характеристик алюминиевых сплавов. Для нагрева использовалась паяльная лампа.
Материалом для литья послужили впускной коллектор двигателя и корпус стартера японского авто (сначала рекомендуется переплавить материал в слитки используя процесс рафинирования и модификации расплава).
Для ускорения процесса была выполнена предварительная плавка небольшое количества металла и в готовый расплав загрузили оставшуюся масса лома.
ad89b21f408bcd1ada671e718dae83fd.jpg
Модификация и рафинирование расплава осуществлялась хлоридом натрия (или лучше NaCl+KCl 45/55, NaCl+NaF 35/65) 2% от массы расплава. Соли перед применением рекомендуется прокалить. Выдержка в расплаве 12-15 минут для удаления растворенного водорода и уменьшения зерна. Соли в расплав погружались обернутые в фольге посредством несложного приспособления.
123b2bb6b9fd6c21192d296177412d8a.jpg
Для повышения качества литья выполнялся прогрев формы и литников до 200 С. Прогрев осуществлялся в электрической духовке. Рекомендуем заливку выполнять сразу после выжигания пластика пока форма ещё не остыла.
294039c4c3170e43ad5e06bf392f1bcb.jpg
После установки формы, литников и прибылей они засыпались песком, для исключения их смещения при заливке. Перед засыпкой отверстия глушились для избежание попадания песка в форму.
8d13fdb0503f64e3e498856c5b37e237.jpg
970ead6166b7b29a1ed3a6bf78717d6a.jpg
После модификации и рафинирования, через 15 минут расплав был залит в форму.
15b4442538f2d8ecc079fc73d86a9d07.jpg
Оставшейся расплав слили в заранее приготовленную металлическую банку от консервов.
d43cc31aecfce50f842865f8b7a224cc.jpg
Через минут 15-20 минут из емкости высыпали песок, а форму залили водой для охлаждения и разрушения.
c4176416881e386761ff8d3668ca934e.jpg
Заготовка после отчистки от остатков формы.
04cd208e5015919b76a8072e417e622e.jpg
На фотографии хорошо видно, что внешняя поверхность отлитой заготовки имеют высокую детализацию и повторяет характерную фактуру прототипа, распечатанного на 3D Printer`e.
cde726680302c42b44c0e8b3706676e5.jpg
Уровень детализация должен зависит от размера фракции песка использованного при подготовке смеси для заливки.
Если сравнивать форму из гипса и песка с формой из смеси песка и ЖС то вторая смесь проигрывает в детализации.
bc5763d4b93c9492907a13d35bc6923b.jpg
2c17ecdf71b9db99d78ba2963a31fa6d.JPG
064f639002a92e2c1dc1ad1ed2b618ef.JPG
В заключение видео процесса литья.
Спасибо за уделённое время и удачи в экспериментах!
Подписаться на 3Dtoday
94
Комментарии к статье

Комментарии

16.06.18 в 18:16
2
давно хотл заняться, но тепрь понимаю что это не мое :) спасибо, очнь детально и интересно
16.06.18 в 19:09
1
Тема интересная!!! Технология правда не для домашнего производства, но например на дачном участке можно попробовать... Не думаю что это претендует на массовое применение, но что то заковыристое можно попробовать...
18.06.18 в 03:16
0
Есть наверное смысл заниматься когда много свободного времени и есть интерес, либо это бизнес или часть его. Оборудование и оснастка не требуют суровых кап. вложений. Согласен технология не домашняя, а скорей всего гаражная )).
17.06.18 в 00:32
1
Давно уже хочу попробовать лить алюминий. Сделал даже пенорезку для вырезания моделей. Пенопласт потом покрывается гипсом или еще чем то и потом ацетоном весь растворяется. Далее льем металл.
Пока мечта осталась мечтой. Печь нужна, руки не доходят до её изготовления.
17.06.18 в 14:55
2
Пенопласт не нужно выжигать, он сам расплавится при заливке без остатка. В ютубе много роликов по литью в песок и по выплавляемой форме.
18.06.18 в 08:42
0
Пенопласт не нужно выжигать, он сам расплавится при заливке без остатка.
Может я просто забыл. Но в башке сидит "ацетон растворяет пенопласт".

Печь печь - вот в чем затык :) Дача есть, а печи нет :)
24.06.18 в 18:12
0
От пенопласта остается сажа и металл может получиться убогим когда пенопласт вспыхивает от расплава люминя и получаются борозды на металле и самое вредное это газы от сгорания пенопласта. От них заготовка может выйти хрупкой и пористой.
18.06.18 в 03:56
1
При литье стали или чугуна выжигание формы можно и не выполнять, но если хотите лить силумин в гипсовую форму то пластик и пенопласт лучше выжечь. Ацетон может форму разрушить, да и вымывать пластик и пенопласт будет всё равно проблематично. А заливка расплава в форму с пенопластом очень часто приводит к дефектам отливки.
18.06.18 в 08:43
0
Мне кажется для стали печь в кустарных условиях не сделаешь. Но тут я "не в теме".
17.06.18 в 14:34
1
Огромное спасибо за подробную инструкцию! С качеством поверхности модели можно было наверно чуть дольше повозиться) столько усилий потом приложено и такиеслои, но всё равно круто
18.06.18 в 03:09
0
Рад, что было полезно! Для этой детали главное жесткость и прочность, качество поверхности особой роли не играет, поэтому и не стали особо уделять этому внимание. Сейчас начну готовить второе видео и статью где подробно рассмотрен процесс изготовления формы. Там как раз есть обработка поверхности прототипа ацетоном. Исходное качество прототипа также страдает, но в итоге получаться неплохо )).
17.06.18 в 17:38
1
Теперь я знаю, как делали головку цилиндров дизелей В-2-34-2...

Благодарю!
Ski.
17.06.18 в 21:31
3
Ха! Я диплом пишу на эту тему))))))
Я печатаю из PLA, с 5 раза подобрали режим режимы, сейчас все нормуль. Жалко я пока поделиться материалом не могу, все после защиты выложу)
20.06.18 в 19:45
0
У меня магистерская диссертация) все руки не доходят здесь статейку выложить
18.06.18 в 09:12
1
Отличная статья! Все подробно и достаточно доступно описано!
18.06.18 в 10:57
0
Краткий курс литейного производства "на коленке". Образца начало XX века.
18.06.18 в 11:50
0
По ЖС+песку. У вас есть NaF, добавьте его немного, ЖС полимеризуется без обжига. На худой конец - цемент, заодно и поверхность станет лучше. Так же полимеризовать можно, продувая СО2. Всё без обжига и сушки.
ЖС+песок хорош своей газопроницаемостью, у него литье выше по качеству "унутри".

Если найдёте печь до 350, то попробуйте не выжигать модель, а газировать. Почитать можно тут
18.06.18 в 15:21
1
Насчет поверхности-это вряд ли. Гипсовые формовки, а не ЖС и цемент, применяют в ювелирке. Обжиг гипсовой формы обязателен для полного удаления связанной воды. Поэтому убиваем 2-х зайцев - прокаливаем гипс и выжигаем пластик. С цементом связываться не рекомендую, в виду его плохой термостойкости. Кстати, при обжиге формы с термоконтроллером, при плавном подъеме температуры, идет как раз возгонка продуктов деструкции пластика.
18.06.18 в 16:11
0
Я писал про "унутри". Т.е. отливка выше качеством механически. И современные смеси как раз ближе к ЖС+песок - хорошая газопроницаемость.
Цемент играет ту же роль, что и NaF - это просто инициатор "высыхания" ЖС. Ни какой другой роли у него нет. Просто жидкое стекло не сушат термически - смысла нет, когда химически быстрее и проще. Здесь всё хорошо расписано https://www.chipmaker.ru/files/file/9258/
20.06.18 в 17:09
0
Газопроницаемость ЖС форм конечно выше гипсовых, но в данном случае ее высокие значения не нужны, как допустим в ЛВМ (Литье по Выжигаемым Моделям). Гипсовые формы позволяют получать поверхность отливки по 5-6 классам точности. ЖС формы технологичнее и проще, но в конкретном примере проводилось опытное литье. Нужна была хорошая поверхность. Прочностные характеристики отливок из алюминиевых сплавов сильно зависят от скорости кристаллизации расплава. Теплопроводность гипса ниже кварца, поэтому я согласен, что механические свойства отливок в гипсовые формы ниже, чем в ЖС.
20.06.18 в 17:15
0
Как раз сегодня вспоминал. Делали гидроизоляцию на ЖС. Замаялись подбирать пропорции. Чуть больше цемента - становится почти сразу колом. Получилось где-то жменька цемента на литр ЖС с водой 1:2.
18.06.18 в 19:42
0
Очень интересный пример. Спасибо, что поделились.
21.06.18 в 16:19
0
А можно сразу напечатать песком, какой смысл городить городушки? Стоимость песка 1000р/тонну, самой мелкой поддготовленной фракции 5т.р. за тонну. Оборудование есть отечественное. Профит в чем? Для производства этот вариант детский лепет. Хотя для гаражного варианта вполне может быть.
21.06.18 в 23:23
0
Можно, но сравните цену на песчаный принтер и FDM, разница более чем существенная. Так же отличия связанные со способами литья: получаемая шероховатость поверхности, точность.
21.06.18 в 18:26
0
Пробовал литье латуни в пенопласт.
Хорошо, но формы токо относительно простые, из за особенностей обработки пенопласта

Думаю попробовать формы из PVA пластика с минимальным заполнением.
Вроде как юзают люди PVA филамент для литья.

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

3Dtoday за 60 секунд от 16 июля

Аналитики IDC прогнозируют двукратный рост европейского рынка 3D-печати к 2022 году

3D Systems предлагает настольные фотополимерные 3D-принтеры FabPro 1000

Новая версия 3D принтера SkyOne

Lockheed Martin оснащает спутники 3D-печатными титановыми баками

3D-принтер итальянца в России: Raise3D N1 Dual — моделирование и прототипирование