Spojení slévárenství a 3D tisku

Spojením FFF 3D tisku a tradičního přesného lití (investment casting) v projektu STR-Replica ověřujeme, jak vytavitelné filamenty pomáhají vyrábět kovové díly s vysokou přesností a detailností – od testovacích vzorků až po repliky historických komponent.

Spojení slévárenství a 3D tisku

V rámci projektu STR-Replica jsme se pustili do testování spojení moderní technologie FFF 3D tisku s tradiční metodou přesného lití kovů. Cílem bylo ověřit, zda lze pomocí vytavitelných filamentů vytvořit model, který bude vhodný pro výrobu kovových dílů s vysokou přesností a detailností.

• Komplexní tvary bez složitých forem: 3D tiskem připravíš detailní vytavitelné modely.
• Opakovatelnost a rychlé iterace: úpravy modelu proběhnou v CADu a tiskárně, bez drahých úprav forem.
• Vhodné pro renovace i malé série: ideální pro repas historických dílů i zakázkovou výrobu.

Co je přesné lití?

Přesné lití, známé také jako investment casting nebo lost wax casting, je metoda, která umožňuje výrobu složitých kovových dílů pomocí vytavitelného modelu. Tento model se obalí keramickou skořepinou, následně se vytaví a vzniklá dutina se zalije roztaveným kovem. Po ztuhnutí se skořepina rozbije a odhalí finální výrobek. V našem případě jsme zkoušeli odlévat šedou litinu.

Využití 3D tisku

Namísto tradičního vosku jsme použili vytavitelný filament Polycast, který je speciálně navržen pro tento typ aplikace. Pomocí naší 3D tiskárny  Bambulab H2D jsme vytvořili testovací model, který byl následně použit jako základ pro lití.
Jako testovací model jsme využili kompresorové kolo proudového motoru. Tento model má velmi tenké stěny, otvory pro šrouby M3 a další prvky, které gravitačním litím velmi těžko odlévají.
Cílem bylo na tomto testovacím vzorku zjistit, jak se vytavitelný filament chová a zda je vhodný pro tento způsob odlévání. Naším cílem je odlít válec motoru pro předválečnou Jawu 500 SV, která byla vyrobena pouze v několika prototypech. Vzhledem k tomu, že tento odlitek váží několik kilogramů, chceme nejdříve odladit proces výroby vytavitelného modelu, abychom měli jistotu, že se požadovaný díl povede kvalitně odlít.

Základní postup krok za krokem

1. Návrh a příprava modelu: CAD → export (např. STL), kontrola tlouštěk stěn a odplynění dutin.
2. 3D tisk vytavitelného modelu: vhodná tryska/vrstva, orientace pro minimalizaci podpor a hladký povrch.
3. Povrchová úprava modelu: jemné zabroušení, případně vyhlazení pro lepší kvalitu otisku ve skořepině.
4. Výroba keramické skořepiny: opakované máčení + posyp (zrnitost dle vrstvy) pro potřebnou pevnost.
5. Vytavení modelu: kontrolovaná teplotní křivka, aby materiál odvedl plynule a nezanechal zbytky.
6. Odlití kovu: předehřev skořepiny, nalití šedé litiny, chlazení dle doporučení slitiny.
7. Dočištění odlitku: rozbití skořepiny, odstranění nálitků, broušení, případně obrábění.

Výsledky testu

První testovací odlitky ukázaly, že 3D tištěné modely z vytavitelného materiálu jsou kompatibilní s metodou přesného lití. Nicméně je zde prostor pro zlepšení. V některých místech formy se vytavitelný filament špatně vytavil, což způsobilo jeho spálení po nalití tekuté litiny. Díky tomu se uvolnily přebytečné plyny, které způsobily prasknutí formy. Dále se na modelu objevuje pórovitost a vměstky.

Ladění procesu: typické potíže a jak na ně

• Neúplné vytavení modelu: pomáhá pečlivější sušení skořepiny a řízený teplotní profil vytavení (plynulé křivky, dostatečná doba).
• Pórovitost a vměstky: důsledná filtrace/čistota taveniny a stabilní teplota; u modelu minimalizace dutin, které by zadržely plyn.
• Praskání skořepiny: kontrola tloušťky skořepiny, správné nálitky/odvzdušnění a pozvolné teplotní změny.
• Velké díly (např. válec Jawa 500 SV): nejdřív „vytunit“ vytavitelný model na menším vzorku, pak přenést nastavení na cílový díl.

Naším cílem je dále rozvíjet tuto technologii a nabídnout ji jako službu našim zákazníkům. V kombinaci s ekologickým přístupem a důrazem na udržitelnost představuje přesné lití s využitím 3D tisku moderní cestu k obnově starých zařízení i výrobě nových, kvalitních dílů. Nicméně ještě musíme naše materiály testovat a vychytat nejlepší kombinaci vytavitelného materiálu pro danou technologii lití. O tom jak pokračujeme budeme v našem blogu průběžně informovat.

Časté otázky (FAQ)