Являясь краеугольным камнем промышленного производства, литейная отрасль давно столкнулась с рядом трудностей, имеющих глубокие корни. Среди них высокий процент брака - "скрытая стоимость", которая не только означает прямые потери сырья, но и приводит к длительному циклу разработки продукции, высоким затратам на доработку и потере ценных рыночных возможностей. Для некоторых сложных структур, с высокими техническими требованиями к отливкам, выход традиционного процесса будет резко снижаться. Эта дилемма заставила отрасль срочно искать технологические изменения, которые устранили бы первопричины проблемы. В этом контексте аддитивное производство (широко известное как 3D-печать) с его уникальными преимуществами для традиционной литейной промышленности обеспечивает подрыв всей цепочки цифровых решений для преобразования и модернизации отрасли обеспечивает новый путь.

Глава 1: Глубокое погружение: корневая проблема дефектов традиционного литья

1.1 Распространенные дефекты литья и их глубинные причины

Дефекты литья являются непосредственной причиной высокого уровня брака. Эти дефекты не случайны, а продиктованы физическими и технологическими ограничениями, присущими традиционным процессам литья.

во-первых,воздушно-пузырьковаявместе скратер. Пористость в основном возникает из-за участия или невозможности эффективного отвода газов (например, водорода, выделения из формы) в жидком металле в процессе заливки и затвердевания. Когда газ, растворенный в жидком металле, высвобождается из-за снижения растворимости во время охлаждения и затвердевания, внутри или на поверхности отливки образуются пузыри, если они не будут своевременно удалены. С этим связана усадка - естественное явление уменьшения объема металла во время затвердевания. Если система охлаждения спроектирована неправильно, что приводит к локальному повышению температуры формы или недостаточной усадке, образуются внутренние пустоты или впадины, известные как усадочные отверстия.

Следующий.сэндвичвместе снеправильная модель. При традиционном литье в песчаные формы песчаные формы и песчаные сердечники обычно должны быть собраны и склеены после изготовления из нескольких частей по отдельности. В этом процессе любой крошечный разрыв песчаного сердечника или неправильное склеивание могут привести к попаданию частиц песка в металлическую жидкость, образуя дефекты захвата песка. Кроме того, если разделительная поверхность формы или песчаный сердечник расположены неточно, это может привести к дефектам литья, когда верхняя и нижняя части отливки оказываются несовмещенными.

конецхолодный барьервместе стреск. Если текучесть металлической жидкости плохая, температура заливки слишком низкая или конструкция бегуна узкая, два потока металла застывают, не успев полностью слиться у передней кромки, оставляя слабо связанную холодную сегрегацию. А во время охлаждения и затвердевания, если внутри отливки возникают неравномерные напряжения, при усадке могут образоваться термические трещины.

1.2 Дилемма "высокой стоимости" и "низкой эффективности" традиционного производства пресс-форм

Другой основной проблемой традиционного процесса литья является процесс изготовления формы. Традиционное производство деревянных или металлических коробок - это трудоемкий процесс, зависящий от высококвалифицированных работников, с длительными сроками изготовления и значительными затратами. Любое незначительное изменение конструкции означает необходимость переделки формы, что приводит к большим дополнительным затратам и неделям или даже месяцам ожидания.

Такая чрезмерная зависимость от физических форм также существенно ограничивает свободу проектирования отливок. Сложные внутренние бегунки и полые структуры не могут быть отлиты в единое целое с помощью традиционных процессов изготовления форм и должны быть разобраны на множество отдельных стержней, которые затем собираются с помощью сложной оснастки и ручного труда. ². Эти технологические ограничения вынуждают конструкторов идти на компромисс и жертвовать характеристиками детали ради технологичности, например, упрощать каналы охлаждения, чтобы приспособить их к процессам сверления, не обеспечивающим оптимального охлаждения.

Таким образом, высокий процент брака при традиционном литье - это не отдельная техническая проблема, а продукт его основных процессов. Традиционный режим "физических проб и ошибок" заставляет литейное производство при обнаружении дефектов проходить через длительный процесс модификации формы и повторного тестирования, что представляет собой высокорисковый и низкоэффективный цикл. Революционная ценность 3D-печати заключается в том, что она предоставляет "бесформенное" решение, коренным образом перестраивающее весь производственный процесс, который станет традиционным режимом "физических проб и ошибок". Революционная ценность 3D-печати заключается в том, что она предоставляет "бесформенное" решение, которое коренным образом меняет весь производственный процесс, превращая традиционную модель "физических проб и ошибок" в модель "цифрового моделирования проверки", которая ставит риск перед процессом, тем самым устраняя большинство причин устаревания из первоисточника.

Глава 2: 3D-печать: революционный прорыв от технологии к решению

2.1 Бесформенное производство: устранение основных причин устаревания

Основным преимуществом 3D-печати является ее "бесформенный" метод производства, который позволяет обойти все проблемы, связанные с формами, присущие традиционному литью, что радикально снижает количество брака.

Непосредственно из CAD в песчаную форму. Струйное нанесение связующего в аддитивном производстве - ключ к достижению этой цели. Она осуществляется путем точного распыления жидкого связующего на тонкий слой порошка (например, кварцевого или керамического песка) с помощью печатающей головки промышленного класса на основе цифровой модели 3D CAD. Склеивая слой за слоем, 3D-модель в цифровом файле создается в виде твердой песчаной формы или песчаного стержня. Этот процесс полностью исключает необходимость использования физических форм. Поскольку нет необходимости в длительном проектировании и изготовлении формы, цикл изготовления формы может быть сокращен с недель или даже месяцев до нескольких часов или дней, что позволяет печатать по требованию и быстро реагировать на изменения в дизайне, значительно сокращая первоначальные инвестиции и затраты на проб и ошибок.

Цельное формование и сложные конструкции. Послойное изготовление с помощью 3D-печати дает беспрецедентную свободу проектирования. Он позволяет отливать сложные песчаные сердечники, которые традиционно должны быть разделены на несколько частей, например, извилистые бегунки внутри двигателя, в единое целое. Это не только упрощает процесс литья, но и, что более важно, полностью исключает необходимость сборки, склеивания и смещения сердечников, устраняя, таким образом, такие распространенные дефекты, как захват песка, отклонения размеров и неправильная форма, вызванные этими проблемами.

2.2 Оптимизация процесса: данные для обеспечения качества литья

Ценность 3D-печати выходит далеко за рамки самого понятия "без форм". Она переводит процесс производства в совершенно новое цифровое измерение, позволяя проверять и оптимизировать данные еще до начала физического производства, превращая "исправление" в "предвидение".

Цифровое моделирование и проектирование. На этапе цифрового проектирования, предшествующего 3D-печати, инженеры могут использовать передовое программное обеспечение для анализа методом конечных элементов (FEM), чтобы провести точное виртуальное моделирование процессов заливки, усадки и охлаждения. Это позволяет предвидеть и устранить потенциальные дефекты, которые могут привести к пористости, усадке или трещинам, еще до начала производства. Например, моделируя течение жидкого металла в бегунках, можно оптимизировать конструкцию системы заливки, чтобы обеспечить плавное заполнение и эффективное удаление воздуха. Такое цифровое прогнозирование значительно повышает процент успеха первого пробного прогона и гарантирует выход отливок на начальном этапе.

Отличные свойства песка. 3D-печатные песчаные формы благодаря своей послойной конструкции могут достигать равномерной плотности и воздухопроницаемости, которых трудно добиться при использовании традиционных процессов. Это очень важно для процесса литья. Равномерная газопроницаемость обеспечивает беспрепятственный выход газов, образующихся внутри песчаной формы, в процессе заливки, что значительно снижает дефекты пористости, вызванные плохим отводом воздуха.

Охлаждение с помощью формы. Технология конформного охлаждения - еще одно революционное применение 3D-печати в области литейных форм. Вставки в формы, изготовленные с помощью 3D-печати металла, имеют охлаждающие бегунки, которые могут быть спроектированы таким образом, чтобы в точности повторять контуры поверхности отливки. Это обеспечивает быстрое и равномерное охлаждение, значительно снижая деформацию и усадку, вызванную неравномерной усадкой, что значительно уменьшает количество брака. Согласно данным, пресс-формы с охлаждением по ходу движения могут сократить время цикла впрыска до 70%, при этом значительно улучшая качество продукции.

От "физических проб и ошибок" к "цифровому предвидению". Основной вклад 3D-печати заключается в преобразовании традиционной модели литейного производства "проб и ошибок" в "предвосхищающее производство". Она позволяет литейщикам выполнять многочисленные итерации в цифровой среде с минимальными затратами, что является фундаментальным изменением в мышлении и бизнес-процессах. Такая модель "гибридного производства" облегчает освоение 3D-печати традиционными литейными предприятиями и обеспечивает наиболее эффективное производство. Например, 3D-печать можно использовать для создания самых сложных и подверженных ошибкам песчаных стержней, которые затем можно комбинировать с песчаными формами, изготовленными традиционными методами, таким образом "опираясь на сильные стороны".

Глава 3: SANTI TECHNOLOGY: цифровой двигатель для расширения возможностей литейной промышленности

3.1 Основное оборудование: "жесткая сила" для инноваций в литье

Являясь пионером и лидером в области аддитивного производства в Китае, компания 3DPTEK обеспечивает мощную поддержку литейной промышленности с помощью самостоятельно разработанного основного оборудования.

Основными продуктовыми линейками компании являютсяПесочный принтер 3DPчто подчеркивает ее лидерство в области технологий. Флагманские устройства3DPTEK-J4000Благодаря большому размеру отливки 4000 x 2000 x 1000 мм она является высококонкурентной в мировом масштабе. Такой большой размер позволяет отливать крупные и сложные отливки одним куском без необходимости сращивания, что исключает возможные дефекты, возникающие при сращивании. В то же время, например

3DPTEK-J1600PlusПодобные устройства обеспечивают высокую точность ±0,3 мм и высокую скорость печати, что позволяет добиться превосходного качества при быстром производстве.

Кроме того, компания SANTI TechnologyОборудование для селективного лазерного спекания (SLS)Такие серии, какLaserCore-6000Машины также отлично зарекомендовали себя в области точного литья. Оборудование этой серии особенно подходит для изготовления восковых форм для литья по выплавляемым моделям, обеспечивая более точное решение для высококлассных, тонких деталей, таких как аэрокосмические и медицинские детали.

Стоит отметить, что SANDI Technology является не только поставщиком оборудования, но и экспертом в области материалов и технологических решений. Компания разработала более 20 связующих и 30 рецептур материалов, совместимых с чугуном, стальным литьем, алюминием, медью, магнием и другими литейными сплавами. Благодаря этому оборудование компании может быть легко интегрировано в широкий спектр литейных производств, обеспечивая клиентам всестороннюю техническую поддержку.

3.2 Услуги All-link: интегрированные решения для литья

Конкурентное преимущество SANDY Technology заключается не только в аппаратном обеспечении, но и в комплексных решениях, которые она предоставляет по всей цепочке. Компания имеет сильную инновационную систему "Троица" - "исследовательский институт + постдокторское рабочее место + команда R&D". Эта модель обеспечивает непрерывную итерацию технологий и инновационный импульс, а накопление более 320 патентов является убедительным доказательством технологического лидерства компании.

Компания предлагает услуги "под ключ" - от проектирования и 3D-печати до литья, механической обработки и контроля. Такая вертикально интегрированная модель значительно упрощает управление цепочкой поставок заказчика, снижает затраты на связь и риски, а также позволяет литейному заводу сосредоточиться на своей основной деятельности.

3.3 Классический пример: доказательство ценности на основе данных

Успешные примеры - самый убедительный инструмент для убеждения потенциальных клиентов. Благодаря серии реальных проектов компания SANDY Technology количественно подтвердила значительную ценность технологии 3D-печати для бизнеса.

для того чтобыКорпуса автомобильных двигателей с водяным охлаждениемЭтот пример отлично демонстрирует, как процесс литья в песчаные формы 3DP решает проблему цельного литья: "большой размер, тонкие стенки, сложные спиральные каналы охлаждения". ²¹. Успешное применение этой технологии в области новых энергетических транспортных средств доказало ее значительные преимущества в производстве высокопроизводительных отливок сложной структуры.

С другой стороныКорпус промышленного насосаВ случае с компанией SANDI была принята гибридная модель производства "внешняя форма 3DP + внутреннее ядро SLS". Эта дополнительная стратегия позволила сократить производственный цикл на 80%, и в то же время повысить точность размеров отливок до уровня CT7, что отлично доказало мощный эффект гибридного способа производства.

Проект совместного предприятия с литейным заводом Xinxin Foundry - самый веский аргумент в пользу бизнеса. Внедрив технологию 3D-печати, литейный завод добился увеличения оборота на 1 351 TP3T, удвоил прибыль, вдвое сократил время выполнения заказа и снизил затраты на 301 TP3T - ряд количественных показателей, которые служат неопровержимым доказательством окупаемости технологии 3D-печати в литейной промышленности.

В таблице ниже показано, как 3D-печать может решить болевые точки литейной промышленности как на техническом, так и на бизнес-уровне:

Глава 4: Взгляд в будущее: цифровизация и устойчивость в литейной промышленности

Технология 3D-печати ведет литейную промышленность от традиционного "производства" к фундаментальной трансформации "умного производства". Согласно соответствующему отчету, масштабы китайской индустрии аддитивного производства продолжают расти высокими темпами, и в 2022 году они превысят 32 млрд юаней. Эти данные ясно показывают, что цифровая трансформация стала необратимой тенденцией развития отрасли.

В будущем 3D-печать будет глубоко интегрирована с искусственным интеллектом (ИИ), IoT и другими технологиями для достижения полной автоматизации и интеллектуального управления производственными линиями. Литейные заводы смогут использовать алгоритмы искусственного интеллекта для оптимизации параметров литья, а датчики IoT - для мониторинга производственного процесса в режиме реального времени, что позволит еще больше повысить выход продукции и эффективность производства.

Кроме того, уникальные преимущества 3D-печати в реализации сложных легких конструкций помогут автомобильной, аэрокосмической и другим отраслям промышленности улучшить характеристики продукции и снизить энергопотребление, что идеально подходит для глобального устойчивого развития. Модель производства 3D-печати по требованию и высокий коэффициент использования материала (несвязанный порошок выше 90% может быть переработан) также значительно снижают образование отходов, что открывает перед литейной промышленностью экологически безопасный путь развития для литейной промышленности.

заключительные замечания 3D-печать - это не конец литья, а его новаторство. Она дает традиционной литейной промышленности беспрецедентную гибкость, эффективность и гарантию качества благодаря двум основным преимуществам - "бесформенности" и "цифровости". Это позволяет литейному производству освободиться от высокого уровня брака и вступить в новую эру большей эффективности, конкурентоспособности и инноваций. Для любого литейного предприятия, стремящегося выделиться на конкурентном рынке, внедрение технологии 3D-печати, представленной компанией SanDi Technology, - это уже не просто выбор, а необходимый путь в будущее.