Использование стереолитографии в литейном производстве

Французская компания 3DCeram, специализирующаяся на изготовлении принтеров для 3D-печати керамических изделий, разработала процесс производства сложных литейных стержней для лопаток турбин двигателей, в котором используется процесс лазерной стереолитографии (SLA) 3D-печати и инновационный материал SILICORE. 

Лазерная технология SLA строит детали путем селективного отверждения фотополимеризующейся керамической суспензии с помощью управляемого компьютером ультрафиолетового лазерного луча на 3D-принтере CERAMAKER 900. В производстве литейных стержней керамика выбирается в зависимости от типа сплава, используемого в литейном производстве, чтобы на стадии литья не происходило химической реакции между сердечником и металлом. Керамика также должна обладать термомеханической стойкостью, выдерживать разливку металла, иметь низкий коэффициент теплового расширения, высокую размерную стабильность во время процесса и иметь хорошую выщелачиваемость после процесса охлаждения металла.

Для производства литейных сердечников лопаток турбин компания 3DCeram разработала материал SILICORE на основе кремнезема. Этот материал принципиально не отличается от других композиций на основе кремнезема, которые десятилетиями использовались при литье лопаток турбин на основе никеля. Он характеризуется превосходной термостойкостью, обусловленной низким коэффициентом теплового расширения. Кроме того, сердцевина на основе кремнезема обладает высокой выщелачиваемостью и может быть легко удалена после литья с помощью содового или калийного раствора, которые безопасны для сплавов. Спекание кремнеземной сердцевины приводит к образованию кристобалита в процессе девитрификации, обеспечивая термостойкость сердцевины и высокую стабильность размеров.

В целом процесс 3DCeram предлагает целый ряд преимуществ для процесса литья по выплавляемым моделям, включая большую гибкость конструкции, более высокую степень сложности ядра, более быструю итерацию новых конструкций и повышенную рентабельность за счет более низких инвестиций в техническое обслуживание и хранение инструмента.

На первом этапе печатается керамическое 3D-ядро и встраивается в восковую отливку. Восковая форма (с внутренним керамическим сердечником) подвергается рентгеновскому контролю, чтобы убедиться, что керамический сердечник не имеет трещин или повреждений.

После этого собираются литейные блоки и выполняется отливка в литейные формы сплава на основе никеля. После выщелачивания керамического сердечника лопатка вновь подвергается рентгеновскому и ультразвуковому методам контроля. Это необходимо для того, чтобы убедиться, что керамический материал успешно удален в процессе выщелачивания, а с помощью ультразвука измеряют толщину различных участков лопатки.

Изготовление лопаток с интегрированными каналами и полостями позволяет уменьшить вес турбины и количество металла, используемого на ее изготовление. Это снижает как стоимость производства, так и стоимость эксплуатации, повышая экономичность турбины.

Источник: 3DCeram