Литье по выплавляемым моделям (FDM)

Техническое руководство по литью по выплавляемым моделям с использованием FDM-шаблонов

1. Введение

1.1. Обзор технологии

Литье по выплавляемым моделям (investment casting) — это высокоточный метод производства металлических деталей, обеспечивающий отличное качество поверхности и точность размеров. Традиционно для создания моделей используются восковые шаблоны, требующие дорогостоящих пресс-форм. Однако применение FDM-печати (Fused Deposition Modeling) позволяет исключить этап изготовления пресс-форм, сократив время и затраты на производство.

1.2. Преимущества FDM-шаблонов

• Экономия на оснастке – устранение затрат на изготовление пресс-форм ($3 000 – $30 000).

• Сокращение сроков – переход от проектирования к готовой детали за дни вместо недель.

• Свобода геометрии – возможность создания сложных форм, недоступных для механической обработки.

• Гибкость – быстрая адаптация конструкции без дополнительных инвестиций.

---

2. Традиционный процесс и модификации для FDM

2.1. Стандартные этапы литья по выплавляемым моделям

1. Изготовление пресс-формы (ЧПУ-обработка).

2. Литье восковых моделей.

3. Сборка модельного блока (литниковой системы).

4. Нанесение керамической оболочки.

5. Удаление воска (автоклав или выплавление).

6. Заливка металла.

7. Удаление оболочки, механическая обработка.

2.2. Изменения для FDM-шаблонов

• Замена восковых моделей – FDM-шаблоны печатаются напрямую из термопластика (ABS, ABS-M30).

• Увеличение толщины оболочки – дополнительные 3 слоя керамики для предотвращения трещин.

• Модифицированный цикл выжигания – двухэтапный процесс (удаление восковых элементов + выжигание пластика).

• Добавление вентиляционных каналов – для улучшенного газоотвода.

---

3. Подготовка файлов и печать

3.1. CAD-моделирование

• Компенсация усадки: Увеличение размеров модели на 0,007–0,020 мм/мм (зависит от сплава).

• Удаление углов наклона – не требуются для FDM-печати.

• Интеграция литников и вентиляционных каналов (опционально).

3.2. Настройки FDM-печати

• Ориентация модели: Оптимальное позиционирование для минимизации поддержек и улучшения качества поверхности.

• Толщина слоя: Рекомендуется 0,13 мм (для мелких деталей – 0,05 мм).

• Разреженное заполнение (sparse fill):

  • Воздушный зазор: 1,52–3,30 мм (зависит от диаметра сопла).

  • Толщина стенок: 0,30–0,66 мм.

  • Сплошные слои: 3 верхних и 3 нижних.

Таблица: Параметры разреженного заполнения для разных сопел

Диаметр сопла	Толщина стенки	Воздушный зазор
T10 (0,25 мм)	0,30 мм	1,52 мм
T16 (0,41 мм)	0,51 мм	2,54 мм
T20 (0,51 мм)	0,66 мм	3,30 мм

---

4. Постобработка шаблонов

4.1. Удаление поддержек

• Механическое удаление или растворение (для материалов с растворимыми поддержками).

4.2. Герметизация поверхности

• Станция сглаживания Finishing Touch – автоматическая обработка за 5 минут.

• Химическое сглаживание – погружение в ацетон или MEK (ограниченное время для сохранения геометрии).

• Ручная шлифовка + заполнение пор (совместимые с литьем материалы).

4.3. Сборка крупногабаритных моделей

• Склеивание растворителями или термическая сварка.

• Сверление вентиляционных отверстий в местах соединений.

---

5. Изготовление литейной формы

5.1. Формирование керамической оболочки

• Нанесение на 3 слоя больше, чем для восковых моделей.

• Вентиляционные каналы: Открытие доступа кислорода к внутренней структуре FDM-шаблона.

5.2. Выжигание

1. Удаление восковых элементов (автоклав или паяльная лампа).

2. Выжигание пластика:

   • Вариант 1: 4 часа при 870°C.

   • Вариант 2: Нагрев до 1120°C с выдержкой 2–3 часа.

5.3. Промывка оболочки

• Удаление остатков золы струей воды под давлением.

---

6. Рекомендуемые материалы и оборудование

6.1. FDM-принтеры

• Stratasys Fortus 360mc/400mc/900mc

• Dimension 1200/Elite

6.2. Материалы

• ABS-M30 – наилучшее качество поверхности.

• ABSplus – баланс стоимости и свойств.

• ABS (стандартный) – для менее ответственных деталей.

6.3. Дополнительные инструменты

• Паста для герметизации (например, Micro-Mark’s SAME STUFF).

• Керамические наполнители для сложных полостей (Ransom & Randolph 50/50).

---

7. Примеры применения

• Аэрокосмическая отрасль: Лопатки турбин с внутренними каналами охлаждения.

• Автомобилестроение: Кастомные детали трансмиссии.

• Медицина: Биосовместимые имплантаты из титана.

 

---

8. Заключение

Использование FDM-шаблонов для литья по выплавляемым моделям позволяет:

• Сократить затраты на 80–90% для малых серий.

• Уменьшить сроки производства с 4 недель до 3–5 дней.

• Изготавливать детали сложной геометрии, недоступные для других методов.