Максим Сергеевич Варфоломеев – кандидат технических наук, доцент кафедры 1101
125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, 4
Maksim S. Varfolomeev – Cand. Sci. (Eng.), Assistant Professor, Department 1101
4 Volokolamskoe shosse, Moscow 125993
Игорь Алексеевич Петров – кандидат технических наук, доцент кафедры 1101
125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, 4
Igor’ A. Petrov – Cand. Sci. (Eng.), Assistant Professor, Department 1101
4 Volokolamskoe shosse, Moscow 125993
Приведены результаты исследований, направленные на совершенствование литейной технологии получения опытно-экспериментальных отливок из алюминиевых сплавов методом литья по выжигаемым моделям, изготовленным с применением 3D-печати. Для создания выжигаемых моделей использовали метод осаждения расплавленной нити (FDM – fused deposition modeling), а в качестве материала моделей был выбран биоразлагаемый материал – полилактид (PLA – polylactide). Установлено, что для уменьшения шероховатости выжигаемой PLA-модели необходимо проводить химическую постобработку ее поверхности дихлорметаном. В результате окунания модели в растворитель на 10 с она приобретает гладкую и глянцевую поверхность. Испытания механической прочности PLA-пластин на трехточечный статический изгиб показали, что данный показатель составляет в среднем ~ 45,1 МПа. Термомеханический анализ полилактида выявил, что в процессе нагрева керамической оболочки выше 150 °С полилактидная модель начинает интенсивно расширяться, оказывая существенное давление на керамическую оболочку. Для уменьшения напряжений в процессе удаления полилактидной модели из керамической формы необходимо максимально увеличить время нагрева в интервале температур 150–300 °С, а также целесообразно использовать пустотелые выжигаемые модели отливки со степенью заполнения ячеистой структуры не более 30 %. При этом напряжения в оболочке не будут превышать ее прочность. С помощью термогравиметрического анализа выявлены характерные температурные характеристики термодеструкции PLA-пластика. Установлено, что материал из полилактида полностью выгорает при нагреве до температуры 500 °С, не оставляя после себя остатков золы. Анализ результатов позволил определить технологические режимы выжигания полилактидных моделей из керамических форм. На принтере Picaso 3D Designer (Россия) были напечатаны PLA-модели, которые использовали для получения опытно-экспериментальных отливок из алюминиевых сплавов. Выявлено, что шероховатость поверхности (Ra) отливки, полученной по выжигаемой модели, обработанной дихлорметаном, уменьшается на 81,75 % – с 13,7 до 2,5 мкм.
This article describes the results of a study aimed at improving production technology of experimental castings from aluminum alloys by investment casting using models produced by 3D printing. The consumable models were produced using fused deposition modeling (FDM). Biodegradable polylactide (PLA) was used as a material for the models. In order to decrease the surface roughness of consumable PLA model. chemical post-treatment by dichloromethane needs to be performed. After immersion of the model into the solvent for 10s, its surface becomes smooth and glossy. Three-point static bending tests of PLA plates demonstrated a mechanical strength of average ~45.1 MPa. A thermomechanical analysis of polylactide demonstrated that in the course of heating of ceramic shell in excess of 150 °C, the polylactide model begins to expand intensively by exerting significant pressure on the ceramic shell. In order to decrease stress during the removal of polylactide model from ceramic mold, the heating time in the range of 150–300 °C needs to be heated to a maximum. The use of hollow consumable casting models with a cellular structure not higher than 30 % is also sensible. The stresses on the shell will not exceed its strength. Characteristic temperature properties of PLA plastic thermal destruction were detected using thermogravimetric analysis. Polylactide was established to completely burn out upon heating to 500 °C leaving no ash residue. Analysis of the results identified the burning modes of polylactide models from ceramic molds. Using a Picaso 3D Designer printer (Russia), the PLA models were printed used for production of experimental castings from aluminum alloys. It was revealed that the surface roughness (Ra) of a casting produced using a consumable model treated by dichloromethane decreases by 81.75 %: from 13.7 to 2.5 μm.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.