3D-печать промышленным песком — это не просто добавление связующего в любой доступный песок. Частицы должны работать посредством подачи, нанесения повторного покрытия, струйной обработки, отверждения, обработки и заливки. Даже песок из одного источника может меняться в зависимости от распределения частиц, мелкой фракции, влажности и истории повторного использования.
Начните с целевого сплава и отливки, затем подберите машину и связку. Закупочная цена за тонну не является критерием выбора.
Шесть основных материальных показателей
Распределение частиц по размерам
Пески для печати обычно имеют размер 50–200 меш, примерно 0,30–0,075 мм. Более мелкие зерна могут улучшить детализацию, но увеличивают площадь поверхности, потребность в связующем и риск проницаемости. Более крупные зерна могут нанести новый слой и лучше вентилироваться, но повлияют на поверхность. Морские и пустынные пески часто нуждаются в классификации для удаления частиц размером менее 0,075 мм или более 0,3 мм. Проверенное и стабильное распределение имеет большее значение, чем одно среднее значение.
Форма и поток
Округлые зерна обычно растекаются и распределяются более равномерно; угловатые зерна по-разному сцепляются и имеют большую площадь поверхности. В исходных данных указывается, что типичный коэффициент угловатости выше 1,4 для пустынного песка и ниже 1,2 для сферического керамического песка. Форма влияет на упаковку, потребность в связующем и прочность и должна быть проверена с помощью устройства для повторного нанесения покрытия.
Огнеупорность и тепловое расширение
Более высокая температура заливки обычно требует большей огнеупорности и стабильности. Кварцевый песок широко используется и поддерживается сложившейся практикой, но его фазовый переход и тепловое расширение требуют контроля. Керамический песок может по-разному работать при высоких температурах или при работе с чувствительной поверхностью, с разной стоимостью и степенью восстановления.
Химический состав и совместимость связующих
pH, состояние поверхности, влажность и примеси влияют на реакцию связующего. Морской песок может содержать 0,1–0,5% хлорида натрия и требует промывки и обжига. Песок пустыни может содержать более 90% кремнезема, но иметь поверхностную пленку с меньшим сродством к смоле. Содержание кремнезема в профессиональном литейном производстве часто превышает 98%, а содержание глины ниже 0,5%. Проводите повторную аттестацию струйной обработки, отверждения, прочности, хранения, газа и литья при каждой замене песка или связующего.
Проницаемость, газопроницаемость и разборчивость
Пресс-форма требует прочности при обращении и заливке, наличия газового тракта и возможности удаления после отливки. Максимальная прочность может означать больше связующего вещества, больше газа или более сильное удаление песка из затвердевшей отливки. Нацельтесь на окно процесса, которое соответствует требованиям детали.
Рекультивация и контроль лота
Повторно используемый песок накапливает мелкие частицы, остатки связующего вещества и термическую историю. Исходные данные свидетельствуют о повышении шероховатости поверхности на 50 % и повышении адсорбции смолы на 18 % после пяти циклов повторного использования сферического огнеупорного песка. Просейте, обеспыльте, охладите или утилизируйте, а затем смешайте с новым песком по результатам испытаний. Извлечение выше 90% возможно для квалифицированного материала, но приемлемые формы и отливки, а не только вес, определяют полезное извлечение. См. процесс струйной печати связующего.
Данные по перекрытию, поверхности и высоким температурам
Глинистый песок с содержанием глины 15–25% может давать изменение плотности слоя до ±12% из-за агломерации; Классифицированный кремнезем может иметь отклонения в пределах ±5%. Сообщается, что повторное покрытие с помощью вибрации увеличило плотность упаковки плохо текучего пустынного песка примерно с 1,2 до 1,6 г/см³.
Сферический огнеупорный песок может иметь шероховатость поверхности менее 1 мкм, что снижает проникновение смолы на 40%. Смешивание с более грубым песком с Ra более 3 мкм может изменить баланс проникновения, прочности и поверхности. Пустынный песок с общим содержанием оксидов калия и натрия более 2% может образовывать легкоплавкую фазу со связующим при температуре около 1400°C и увеличивать риск деформации.
Одна из разрабатываемых смесей, упомянутая в источнике, состоит из 60% кремнезема размером 70 меш, 30% керамического песка размером 100 меш и 10% регенерированного сферического огнеупорного песка размером 50 меш, с заявленной прочностью выше 2,5 МПа и проницаемостью выше 120. Считайте это экспериментальным эталоном, а не универсальной производственной формулой.
Сравнение материалов
| Песок | Потенциальное преимущество | Тщательно проверьте | Типичное рассмотрение |
|---|---|---|---|
| Литейный кремнезем | Широко доступные, зрелые знания в области затрат и процессов. | Расширение, мелкие частицы, связующее и сплав совпадают. | Множество общих форм и стержней |
| Керамический песок | Регулируемая форма и поведение при высоких температурах | Стоимость, повторное покрытие, восстановление и поставка | Термические, поверхностные или специфические работы со сплавами |
| Сферический огнеупорный песок | Текучесть, огнеупорность и низкий потенциал расширения | Спрос на связующее, экономика смешивания и восстановления | Жаропрочные сплавы и сложные сердечники |
| Хромит и специальные пески | Высокая огнеупорность, устойчивость к охлаждению и проникновению | Плотность, транспортировка, стоимость и сегрегация | Локальные горячие точки или отдельные стальные отливки |
| Обработанный природный песок | Потенциальная выгода от местных ресурсов | Соль, глина, мелочь, сортировка, партии и соответствие требованиям | Только после систематической квалификации |
Коммерческие названия, такие как керамический или сферический огнеупорный песок, могут относиться к разным химическим составам и маркам. Используйте точное обозначение TDS поставщика.
Можно ли напечатать морской или пустынный песок?
Необработанный природный песок обычно не должен использоваться в промышленной печати. Морской песок может содержать соль, ракушку, органику и нестабильные мелкие частицы; песок пустыни может иметь неподходящий сорт, форму или поверхность. Промывка, классификация, сушка или обработка поверхности по-прежнему требуют затрат, соблюдения требований по отходам, стабильности партии и проверки отливки.
По оценкам источников, стоимость опресненного и классифицированного морского песка составляет около 80 долларов США за тонну по сравнению с примерно 50 долларами США за тонну профессионального кремнезема. Прямая утилизация пустынного песка может оставаться ниже 30%, в то время как регенерированный профессиональный литейный песок может превышать 90%. В настоящее время квалифицированные формовочные пески обычно более экономичны, если учитывать обработку, стабильность и восстановление.
Рекомендуемая последовательность квалификации
- Определите сплав, температуру заливки, требования к поверхности и выбивке.
- Получите песок и связующее TDS/SDS и образцы партии.
- Измеряйте сортность, мелкие фракции, влажность, форму и критический химический состав.
- Проверьте подачу, нанесение следующего слоя, струйную очистку и удаление на машине.
- Испытайте прочность, размеры, условия хранения, проницаемость или газовую проницаемость, в зависимости от обстоятельств.
- Залейте репрезентативный стержень и осмотрите отливку.
- Замораживание поставок, смешивание, повторное использование, проверка и изменение правил.
См. раздел песчаные формы и стержни. Соответствующие материалы для SJ-1200 соответствуют текущей технической документации и результатам испытаний. Свяжитесь с технической командой для проверки материала и проверки квалификации в рамках плана реализации.
Часто задаваемые вопросы
Какие пески можно использовать при 3D-печати путем выборочного нанесения связующего на порошок?
Классифицированный кварцевый, керамический, сферический огнеупорный, хромитовый и другие квалифицированные литейные пески можно использовать, если машина, связующее вещество и сплав подходят.
Чем отличаются кварцевые, керамические и сферические пески?
Химический состав, форма, плотность, огнеупорность, расширение, цена и степень восстановления различаются. Ни один материал не является лучшим для каждой отливки.
Можно ли использовать обработанный морской или пустынный песок?
Разработка материала возможна после удаления соли, глины, мелких частиц и нестабильных примесей и проверки сортировки, склеивания, газа и литья. Лечение и соблюдение режима лечения должны быть экономичными.
Как размер зерна влияет на поверхность и проницаемость?
Мелкое зерно обычно улучшает воспроизведение, но увеличивает потребность в связующем и может снизить проницаемость; грубые зерна часто делают обратное. Полезный дистрибутив сочетает в себе печать и литье.
Можно ли утилизировать использованный печатный песок?
Некоторые из них можно просеивать, обеспыливать, охлаждать или утилизировать и повторно использовать в утвержденном соотношении. Контролируйте мелкие частицы, остатки связующего и партии и подтверждайте результаты форм и отливок.