Революция от микрона до печи: как Chengdu Yehua Technology с помощью 3D-печати преобразует тысячелетнюю литейную промышленность (часть 1) 

В современном цехе промышленного парка Сантай в Мяньяне тихо разворачивается технологический диалог, охватывающий тысячелетия. С одной стороны — традиционное литье по песчаным формам, искусство, которому насчитываются тысячелетия, и которое восходит к бронзовому веку и до сих пор остается основой производственной индустрии; с другой — всего десятилетняя технология 3D-печати, символ передовых цифровых производственных методов. Компания Chengdu Yehua Technology Co., Ltd., основанная в 2005 году, является высокотехнологичным предприятием и активно объединяет эти, казалось бы, несовместимые технологии, вызывая тихую революцию в литейной отрасли.

Тысячелетняя дилемма песчаного литья

Литейное производство в песчаных формах, являясь одним из древнейших методов формовки металла, до сих пор обеспечивает около 70% производства литых изделий во всём мире. От автомобильных блоков двигателя до крупных лопастей гидротурбин, от железнодорожных деталей до авиационных компонентов — литейное производство в песчаных формах вездесуще. Однако фундаментальные проблемы этого древнего ремесла до сих пор не были решены: сложность изготовления форм, длительные циклы разработки, зависимость от высококвалифицированных работников, а также естественные ограничения для дизайнерских инноваций.

Традиционное песчаное литьё требует нескольких этапов: изготовление модели, подготовка формы, формовка песчаной формы, сборка и заливка. Разработка формы для сложного изделия может занять несколько месяцев, а её стоимость достигать десятков и даже сотен тысяч юаней. Для производства малых серий сложных отливок традиционные методы оказываются экономически невыгодными и неэффективными по времени.

«Каждый раз, когда клиенту нужно изменить дизайн, это означает, что форму нужно переделывать, а время и затраты растут в геометрической прогрессии», — вспоминает основатель компании YeHua Technology. «Особенно это касается аэрокосмической отрасли: какой-то компонент ракеты может требовать десятки итераций, и традиционные методы просто не справляются с такими требованиями.»

3D-печать песчаных форм: прорыв в интеграции технологий

Прорыв компании Yehua Technology начался с простого наблюдения: если песчаная форма может быть напрямую изготовлена методом 3D-печати, то этап создания самой формы можно полностью пропустить. В 2018 году исследовательская команда компании начала изучать процесс 3D-печати песчаных форм на основе технологии струйного напыления связующего (Binder Jetting).

Суть этой технологии заключается в сочетании традиционного литейного песка (таких как кварцевый песок, циркониевый песок и т.д.) с специальным связующим, которое через высокоточный печатающий головку послойно наносят, склеивая песчинки в заранее заданную трехмерную структуру. После завершения печати песчаная форма проходит процесс отверждения и готова к непосредственному использованию для заливки металла без каких-либо форм.

«В первые два года мы столкнулись с множеством неудач», — признался главный технический директор Yehua Technology доктор Ли Мин. «Проблемы с недостаточной прочностью песчаных форм, неудовлетворительной шероховатостью поверхности, отклонениями размерной точности, воздушными дефектами при заливке… Каждая проблема казалась неразрешимой.»

Поворотным моментом стал 2020 год, когда команда разработала запатентованную «технологию многоуровневого контроля пористости». Создавая градиентную структуру пор внутри песчаной формы, удавалось обеспечить как вентиляцию при заливке металла, так и достаточную прочность конструкции. Эта технология впервые позволила 3D-печатным песчаным формам превзойти по характеристикам традиционно изготавливаемые вручную формы.