В Самарском политехе усовершенствовали технологию выращивания песчаных форм с помощью лазерного 3D принтера

Студенты факультета машиностроения, металлургии и транспорта Самарского политеха братья Тимофей и Степан Головчанские под руководством кандидата технических наук Виктора Дьячкова разработали технологию аддитивного производства (выращивания) разовых литейных песчаных форм методом селективного лазерного спекания (SLS). Такие формы применяются для изготовления литых металлических изделий. Технология, разработанная политеховцами, исключает этап создания промежуточной оснастки: песчаная форма для заливки металла «выращивается» лазером послойно напрямую по компьютерной 3D-модели.

При традиционном литье металлов в песчаные формы создание модельной оснастки занимает много времени и требует колоссальных затрат на проектирование и производство моделей. Для выпуска единичных экспериментальных деталей или малых опытных партий такой подход экономически невыгоден. Метод «выращивания» песчаных форм позволяет сократить производственный цикл до минимума, а также быстро, с высокой точностью создавать формы практически любой сложности, включая скрытые внутренние полости и каналы.

Разработчики адаптировали стандартный промышленный лазерный станок с ЧПУ для послойного спекания песка. В процессе используются плакированные (песчано-смоляные) смеси на основе кварцевого или бокситового песка, где каждая песчинка покрыта тончайшей термореактивной плёнкой. Опытным путём установлены оптимальные параметры работы лазера, который спекает плоские элементы будущей детали слой за слоем, прочно соединяя их между собой.

«Каждая песчинка покрыта специальной термореактивной смолой, – поясняет Тимофей Головчанский. – Лазерный луч движется относительно песчаного слоя по заранее разработанной программе, которая воспроизводит электронно-геометрическую модель будущей литейной формы. Спекание происходит в монослое песка, но в зависимости от мощности излучения и скорости перемещения лазерной головки можно увеличивать или уменьшать глубину спекания. Мы заставили «работать» технологию на лазерном принтере, который изначально не был для этого предназначен, применив доступный серийный CO₂-лазер».

Зарубежные промышленные 3D-принтеры для печати песком существуют, но их стоимость начинается от 14,5 млн рублей. Для большинства предприятий малого и среднего бизнеса это большая сумма, которая критически снижает скорость окупаемости оборудования. Технология политеховцев подразумевает использование серийных станков стоимостью до 600 тыс. рублей. Это делает её доступной, экономически эффективной и позволяет снизить зависимость от импортной техники.