Применение керамического песка в 3D-печати в основном относится к изготовлению литых стержней, форм или деталей из керамики, отлитых непосредственно методом струйной печати связующим веществом на основе порошковых слоев. Это важнейшая технология в промышленном литье и высокотехнологичном производстве. Ниже приведено подробное описание принципов применения, процессов, преимуществ и конкретных областей применения:
I. Основные технологии и принципы.
Название технологии: 3D-печать методом струйной печати связующим веществом (относится к категории «3D-печать в песчаных формах»).
Принцип работы:
Порошковая подача: на печатную платформу наносится слой чрезвычайно мелкого керамического песка (обычно кремнеземного или циркониевого).
Струйная подача связующего вещества: подобно струйному принтеру, печатающая головка выборочно подает жидкую смолу-связующее вещество на определенные участки песчаного слоя в зависимости от данных, полученных при построении 3D-модели.
Отверждение и ламинирование: Связующее вещество быстро проникает в частицы песка и отверждает их, образуя отвержденную структуру текущего слоя. Затем платформа опускается, укладывая новый слой песчаной пыли, и процесс повторяется до тех пор, пока заготовка не будет готова.
Постобработка: После печати заготовка погружается в незатвердевший песчаный порошок. После извлечения она очищается пескоструйным методом, а затем подвергается постобработке, такой как сушка и пропитка для упрочнения, в зависимости от необходимости.
II. Подробный процесс подачи заявки.
Подготовка материалов:
Керамический песок должен соответствовать таким требованиям, как высокая чистота, однородный размер частиц (обычно 100-300 микрометров) и хорошая текучесть, чтобы обеспечить точность печати и качество поверхности.
В качестве связующего вещества используется специальная смола (например, фурановая или фенольная смола), которая должна обеспечивать быстрое проникновение и прочность при отверждении.
Процесс печати:
Опорная конструкция не требуется; несвязанный песчаный порошок естественным образом образует основу, что позволяет печатать чрезвычайно сложные геометрические формы (такие как полые каналы и неровные изогнутые поверхности).
Основные этапы постобработки:
Очистка: рыхлый песок удаляется с помощью сжатого воздуха.
Отверждение и упрочнение: Как правило, для повышения прочности сердцевины и устойчивости к эрозии расплавленным металлом проводится низкотемпературная термообработка (~200℃) или пропитка специальными покрытиями (например, золем диоксида кремния).
Непосредственно для литья: обработанный керамический песчаный стержень/форма устанавливается в традиционную песчаную форму, и в нее заливается расплавленный металл.
III. Основные преимущества
* **Бесформенное, гибкое производство:** Сложные литейные стержни изготавливаются непосредственно из цифровых моделей, преодолевая ограничения традиционных форм. Это особенно подходит для прототипирования, мелкосерийного производства и сложных конструкционных отливок.
* **Высокая точность и качество поверхности:** Возможно нанесение тонких деталей (минимальная толщина стенки может достигать 1-2 мм), а шероховатость поверхности может достигать Ra 12-25 мкм, что снижает необходимость последующей механической обработки.
* **Чрезвычайная свобода проектирования:** Можно создавать формы, которые невозможно изготовить традиционными методами, например, внутренние конформные каналы охлаждения, многогнездные и полые конструкции, что оптимизирует характеристики детали (например, малый вес, равномерное рассеивание тепла).
* **Материальная и экономическая эффективность:** Неиспользованный песчаный порошок можно перерабатывать и использовать повторно (уровень переработки обычно составляет >95%), он подходит для обработки крупных заготовок (длиной до нескольких метров).
* **Быстрая доставка:** Цикл от чертежей до готовой песчаной формы/стержня может быть сокращен с недель до дней.
IV. Основные области применения
* **Высококлассная литейная промышленность:**
* **Блоки цилиндров/головки блока цилиндров:** Сердечники для изготовления сложных каналов водяного охлаждения. Аэрокосмические компоненты: литейные формы для лопаток турбин и воздухозаборников (с использованием высокотемпературного циркониевого или керамического песка).
Насосы/клапаны/гидравлические компоненты: детали со сложными каналами для потока.
Прямое производство функциональной керамики:
Пористые керамические фильтры, носители катализаторов, огнеупорные компоненты и т. д. могут быть изготовлены методом высокотемпературного спекания после печати.
Искусство и архитектура:
Прототипы или формы для прямой отливки крупных скульптур и декоративных элементов.
V. Технологические и технологические проблемы развития
:
Прочность и хрупкость: детали, изготовленные методом песчаной печати из керамики, относительно хрупкие и требуют последующего упрочнения.
Контроль точности размеров: На него влияют такие факторы, как размер частиц песка и диффузия связующего вещества, что требует точной настройки параметров процесса.
Охрана окружающей среды и безопасность: связующие вещества могут содержать летучие вещества, что требует вентиляции; проблемы с пылью необходимо решать во время регенерации старого песка.
Направления на границе:
Нано-связующие/композитный песок: улучшение прочности и качества поверхности напечатанных деталей.
Интеллектуальная постобработка: сочетание искусственного интеллекта для оптимизации процессов выпечки и пропитки.
Многокомпонентная печать: встраивание охлаждающих медных трубок или датчиков в песчаные формы для создания «умных форм».
