Почему при появлении новых технологий литья, продолжают использоваться технологии «прошлого века»

Бытует мнение, причём количество его приверженцев растёт с каждым годом, что развитие аддитивных технологий сведёт на нет применение традиционных методов получения литых заготовок.

Безусловно, выглядит очень заманчиво. Светлое чистое помещение. В большие окна льётся дневной свет. Цех больше похож на офис, а рабочие-литейщики – на менеджеров среднего звена. Тонкий яркий луч искрится на поверхности заготовки – в рабочей камере слой за слоем рождается отливка. Или форма для её получения. Никакой пыли и грязи, и чёрной «земли» под ногами. Наконец-то! Литейное производство перестало быть чем-то страшным, когда под потолком цеха несётся ковш, разбрызгивая во все стороны капли раскалённого металла, рабочий, голыми (ну, хорошо, в асбестовых рукавицах) руками, придерживает опоку на встряхивающей машине, а чтобы добраться до бункера над смесителем в земледелке, вам надо пройти по щиколотку в мелкой чёрной пыли…

На смену «дедовским» способам пришло светлое будущее – прогрессивные аддитивные технологии. Думаете, так когда-нибудь будет? Давайте поговорим об этом!

И выясним, кто древнее?

Даже по времени появления в мире людей традиционные и аддитивные методы получения изделий спорят друг с другом.

Как свидетельствуют археологи, самым древним методом получения отливок было литьё в землю, а вернее, в песок. Более 5000 лет прошло с появления первых отливок.

Что говорят приверженцы аддитивных технологий?

Представьте, древние египтяне «придумали» первые 3D-принтеры! Именно слой за слоем укладывали они блоки, возводя готовые изделия – пирамиды. Разница лишь в том, что сейчас напечатанные формы и отливки получают на микроуровне. Первые же строители работали с «крупными формами».

Но давайте от мечты об идеальном мире и о спорах, кто древнее, вернёмся к конкретным фактам и сравним преимущества и недостатки традиционных и аддитивных способов получения отливок/

Традиционные технологии получения отливки

К традиционным методам литья относятся следующие технологии.

1. Литьё в песчано-глинистые формы (ПГС)
Это привычный, недорогой, достаточно универсальный и экологичный, но трудоёмкий процесс получения отливок.

2. Литьё в холодно-твердеющую смесь (ХТС)
Этот способ литья пришёл из технологии получения стержней из самотвердеющих песчано-смоляных смесей. Сейчас он хорошо распространяется, потому что при относительной простоте исполнения позволяет получать отливки хорошей точности. Однако способ требует повышенного внимания к экологическим проблемам производства.

3. Вакуумно-плёночный метод (ВПФ)
Достаточно новый способ получения литья, не получил ещё широкого распространения, но имеет на это большие перспективы. Так как по универсальности исполнения не уступает литью в ПГС, а по экологичности и точности в разы его превосходит.

4.  Литьё в кокиль
Не все отливки можно получать этим способом, однако он давно и успешно применяется в производстве из-за стабильности получаемых свойств и качества литья.

3. Литьё металлов под давлением
Этот способ относится к точным методам литья, с его помощью получают тонкостенные отливки сложной конфигурации.

Конечно, это список не всех традиционных методов получения отливок, их гораздо больше, но этот небольшой обзор позволил нам установить основные преимущества классических методов:

- универсальность – как по номенклатуре отливок, так и по используемому материалу, а также конфигурации литья
- использование в массовом производстве, так как в большинстве случаев эти способы поддаются автоматизации, а где-то даже роботизации процессов
- низкая себестоимость получаемого литья – технологии давно отработаны, материалы и оборудование доступны
- экологичность – при должном уровне производства, применении современного оборудования и соблюдения требований экологической безопасности, указанные способы литья не наносят существенного вреда окружающей среде.

Аддитивные технологии литейного производства

Прежде чем рассматривать преимущества аддитивных технологий нам нужно договориться о терминологии в этом всё ещё новом деле.

Аддитивными технологиями называют процесс послойного выращивания объекта из какого-либо материала. Относительно литейного производства, объектом может стать форма или сама отливка.

Форму, в которую потом традиционным способом заливается металл, можно выращивать из:
- песка со смолой, тогда процесс получения отливки будет напоминать литьё ХТС
- металлического порошка, тогда это будет похоже на литьё в кокиль

Структура металлической отливки, полученной аддитивными технологиями, вызывает вопросы даже у специалистов. Дело в том, что пока никто не гарантирует, что механические свойства такой отливки идентичны механическим свойствам отливки, полученной традиционными методами. Значит, в процессе эксплуатации, особенно ответственных изделий, могут возникнуть неожиданные ситуации.

Таким образом, в рамках этой статьи, мы не будем рассматривать аддитивные технологии относительно получения готового металлического изделия. Остановимся на послойно выращенных песчано-смоляных формах.

Особенности литейных аддитивных технологий

1. Аддитивные технологии позволяют создавать детали сложной геометрической формы, порой такую форму и не сделаешь с использованием традиционных методов литья. Однако такую форму можно сделать, комбинируя классические технологии.

2. На первый взгляд аддитивные технологии могут ускорять процесс получения готового изделия, потому что для его получения достаточно иметь 3D-модель, без долгого процесса её физического изготовления. Однако за то время, которое уходит на процесс послойного выращивания одной формы, в массовом производстве можно получить десятки и сотни готовых изделий.

3. Аддитивные технологии позволяют получить максимальную точность готового изделия. Ни одна традиционная технология не даст возможность изготовить отливку с такой точностью. Но нужна ли она во всех изделиях? Там, где работает штучное производство, может быть, это оправданно, но массовому железнодорожному или автомобильному литью не обязательно иметь максимальную точность. Необходим баланс – затрат и нужного качества продукции.

4. Цена брака формы, полученной по аддитивным технологиям, очень высока. Что-то пошло не так и выбрасывать придётся всю недоделанную форму. Брак в традиционном литье обходится не так дорого, а при грамотно налаженном производстве стремится к нулю.

5. Материалы для аддитивных технологий получаются достаточно дорогими. Например, песок – его можно использовать только определённой фракции, чтобы проходило через сопло принтера. Такой песок гораздо дороже обыкновенного кварцевого, применяемого в технологии ХТС или ПГС. Смолы, связывающей песчинки, требуется в разы больше, чем для ХТС, это также отражается на цене, а ещё и на экологической составляющей процесса.

Все вышеописанные нюансы отражаются на ещё одном очень важном показателе производства – цене.

Таким образом, во всех ли отливках нужны преимущества, которые дают модели, полученные с помощью аддитивных технологий? Не перекрывают ли недостатки этих новейших технологий всех их преимуществ?

Во всяком случае, по себестоимости и скорости получения отливки, аддитивные технологии явно проигрывают традиционным.

Компания СЛТ выступает за «умное» использование любых технологий. Аддитивные методы получения литейных форм и даже отливок могут существовать наряду с традиционными способами. Но классические – ПГС, ХТС, ВПФ и т.д. – тоже нельзя снимать со счётов. Ни в коем случае!

Будет совершенствоваться оборудование, будут улучшаться материалы. Возможно даже появление новых методов литья. Но говорить об отмене «дедовских» способов преждевременно. Они обусловлены природой, законами физики, универсальны, понятны, производительны, достаточно точны и экологичны. А вы как думаете?