Вектори розвитку адитивного виробництва та приклад його застосування при литті за моделями, що газифікуються
Additive technologies are considered to be the basis of the industrial revolution of the XXI century, so domestic scientific and technological institutes and innovative industries should actively develop this area to close the existing gap with the scienceintensive economies of the world. The foreca...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Physico-technological Institute of Metals and Alloys
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/20 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Metal and Casting of Ukraine |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Metal and Casting of Ukraine| _version_ | 1871465415755956224 |
|---|---|
| author | Михнян, Олена Нейма, Олександр Дорошенко, Володимир |
| author_facet | Михнян, Олена Нейма, Олександр Дорошенко, Володимир |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Олена Михнян",
"institution": "Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України"
},
{
"author": "Олександр Нейма",
"institution": "Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України"
},
{
"author": "Володимир Дорошенко",
"institution": "Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України"
}
] |
| author_sort | Михнян, Олена |
| baseUrl_str | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T12:09:42Z |
| description | Additive technologies are considered to be the basis of the industrial revolution of the XXI century, so domestic scientific and technological institutes and innovative industries should actively develop this area to close the existing gap with the scienceintensive economies of the world. The forecasted main directions of development and implementation in industry and our daily additive manufacturing (AM) are described, information about which increases our orientation in this flow of high technologies and which will also contribute to the modernization of foundry processes. For the simplest and most profitable implementation of AM in the foundry production of existing shops, the Lost Foam Casting (LFC) process is recommended, in particular by developing and implementing methods for printing lightweight patterns of expanded polystyrene (EPS) waste. In LFC process, the cost of molding in dry vacuum sand is perhaps the lowest of all known foundry methods. The created method of printing polymer foundry patterns is described, in which cylindrical rod blanks are made in a two-stage mode, from which a filament for an operating printer is then obtained. These types of 3D printers for printing from filament are the most common and inexpensive. Polystyrene, obtained from EPS waste and spent on printing patterns, has a minimum ash content, which will help ensure the quality of castings grown by the LFC method. Two methods of casting have been created for the LFC process with printed patterns, which differ from the traditional methods described by V.S. Shulyak. It is proposed to bring the one-time pattern out of the sand form with the help of a tubular outlet and thus allow the release of excessive gases from its gasification into the air of the shop. But you should install electric lighters over the hole of the evaporators and neutralize the gases from the pattern by burning them. Printed patterns should be made with a continuous longitudinal channel or cavity (shell pattern, possibly with spacers) and by analogy with the V-process, the pattern should be functionally considered as a synthetic thick film, which is lined with sandy surface. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:49:54Z |
| format | Article |
| fulltext |
83ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
Про те, як зміниться АВ в наступне десятиліття [1],
сайт www.additivemanufacturing.media подає 6 ідей чи
векторів, описаних нижче. Також доповнимо ці про-
гнози відносно адаптації АВ до ливарного виробни-
цтва.
1. Спрощення виробництва запасних частин при-
зведе до реорганізації всього життєвого циклу про-
дукту. 3D-друк має великий потенціал як джерело
вторинного ринку та запасних частин, але лише як-
що для цих деталей існують файли для 3D-друку.
У майбутньому ми будемо менше покладатися на
3D-сканування та зворотну інженерію, оскільки та-
кі цифрові файли існуватимуть із самого початку та
створюватимуться як частина початкової розробки
продукту.
2. Все частіше виникатимуть «нестандартні» та
органічні (біонічні) конструкції. Існує певна міра, до
якої сьогоднішні дизайнери та інженери утримуються
від використання АВ в повній мірі геометричних мож-
ливостей просто тому, що споживачі та користувачі
3D-друкованих виробів повинні відчувати довіру та
А
дитивні технології вважаються основою промис-
лової революції XXI століття, тому вітчизняним
науково-технологічним інститутам та інновацій-
ним виробництвам варто активно розвивати цей
напрям, щоб ліквідувати вже наявне відставання від
наукоємних економік світу. Коли стереолітографію бу-
ло винайдено більше 30 років тому, чи хтось міг би
здогадатися, що технологія 3D-друку «вибухне», по-
шириться і змінить спосіб виготовлення виробничих
деталей? Ймовірно, ні.
Представники наукової школи ливарних процесів
проф. Шинського О.Й. останні 10 років мають ряд
оглядових публікацій і патентів стосовно промислово-
го використання 3D-друку в ливарному виробництві
та проводять за цією темою експериментальні до-
слідження (рисунок). І хоча деякі проблеми навколо
адитивного виробництва (AВ) за цей час залишилися
незмінними, технології, матеріали та застосування
зросли в геометричній прогресії. Прогнози свідчать
[1], що це зростання триватиме, хоча, можливо, в ін-
ших напрямках, ніж досі.
ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022, № 2 (329), 83-87
https://doi.org/10.15407/scin15.04.005
УДК 681.3: 621.74.045
О.В. Михнян, канд. техн. наук, ст. наук. співр., e-mail: mixnyan@ukr.net, https://orcid.org/0000-0003-3210-4173
О.В. Нейма, наук. співр., e-mail: neima_alex@ukr.net, https://orcid.org/0000-0001-5438-7253
В.C. Дорошенко, д-р техн. наук, ст. наук. співр., пров. наук. співр., e-mail: doro55v@gmail.com,
https://orcid.org/0000-0002-0070-5663
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна)
Вектори розвитку адитивного виробництва та приклад його
застосування при литті за моделями, що газифікуються
Адитивні технології вважаються основою промислової революції XXI століття, тому вітчизняним науково-техноло-
гічним інститутам та інноваційним виробництвам варто активно розвивати цей напрям, щоб ліквідувати вже наяв-
не відставання від наукоємних економік світу. Описано прогнозовані основні напрями розвитку та впровадження
в промисловість і наше повсякдення адитивного виробництва (АВ), інформація про які підвищує нашу орієнта-
цію в цьому потоці високих технологій і які водночас сприятимуть модернізації ливарних процесів. Для найбільш
простого і вигідного впровадження АВ в ливарному виробництві діючих цехів рекомендовано процес лиття за
моделями, що газифікуються (ЛГМ), зокрема шляхом розробки і реалізації способів друку легковагих моделей
з відходів пінополістиролу (ППС). При ЛГМ витрати на формовку в сухому вакуумованому піску чи не найнижчі з
усіх відомих ливарних способів. Описано створений спосіб друку полімерних ливарних моделей, в якому за дво-
етапним режимом виготовляють циліндричні заготовки-стрижні, з яких потім отримують філамент для діючого
принтера. Такі типи 3D-принтерів для друку з філаменту найбільш поширені і недорогі за вартістю. Полістирол,
отриманий з відходів ППС і витрачений на друк моделей, має мінімальну зольність, що сприятиме забезпеченню
якості виливків, виготовлених методом ЛГМ. Для ЛГМ-процесу з друкованими моделями створено два способи
лиття, що відрізняються від традиційних методів, описаних В.С. Шуляком. Пропонується разову модель вивести
за межі піщаної форми за допомогою трубчастого випору і тим самим уможливити вихід надмірної кількості га-
зів від її газифікації в повітря цеху. Але при цьому слід встановити електричні запальники над отвором випорів і
нейтралізувати гази від моделі шляхом їх спалення. Друковані моделі слід виготовляти з суцільним повздовжнім
каналом чи порожниною (оболонкова модель, можливо з розпірками) і за аналогією з V-процесом модель функ-
ціонально розглядати як синтетичну товсту плівку, якою облицьовано поверхню піщаної форми.
Ключові слова: адитивне виробництво, модель, відходи пінополістиролу, 3D-друк, лиття за моделями, що
газифікуються, філамент, нейтралізація газів.
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
84 ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
6. Нові види 3D-друку, які ми ще не уявляли. Лише
минулий рік виявив кілька несподіваних засобів про-
дукування деталей шар за шаром, зокрема АВ спосо-
бом нарощування знизу завдяки випромінюванню від
екрана, що на дні ванни з чутливим до тверднення від
світла рідким полімером. Не можна сказати, що на-
ступні десять не можуть додати наступних варіантів.
Методи 3D-друку, які сьогодні тільки розвиваються, є
лише зародком ідеї або, можливо, взагалі ще не існу-
ють, можуть стати наступним важливим кроком про-
гресу AВ у наступному десятилітті.
Інноваційні 3D-технології все активніше сприяють
формуванню нового вигляду ливарного виробництва,
тому поточні дослідження ФТІМС НАН України нерід-
ко включають до своїх розділів цю високотехнологіч-
ну тематику. 3D-друк або AВ – це виготовлення деталі
безпосередньо з її комп’ютерного файлу автоматизо-
ваного проєктування (computer-aided design, CAD).
Сьогодні найдешевшим способом застосування
3D-друку, насамперед у вітчизняному ливарному ви-
робництві, без збільшення собівартості виливків в ді-
ючих цехах є друкування полімерних моделей для їх
газифікації у піщаній формі при литті металу за мето-
дом ЛГМ, бо при ЛГМ витрати на формовку в сухому
вакуумованому піску чи не найнижчі з усіх відомих
ливарних способів. 3D-принтери для полімерних ви-
робів наразі наявні на вітчизняному ринку практично
в десятках моделей і цінових значень, також полімер-
ний філамент – нитка для друкування постачається
по імпорту декількох видів.
Розглянемо деякі проблеми застосування АВ для
ЛГМ та планування досліджень для їх вирішення,
зокрема мова йде про виготовлення філамента для
3D-друку ливарних моделей з відходів пінополістиро-
лу. Увагу до цієї теми викликало те, що маса сучас-
них друкованих моделей на одиницю об’єму вища від
традиційних моделей з пінополістиролу (ППС), відпо-
відно, і газотвірність з ростом пікових тисків утворю-
ваного газу від спроб їх газифікації у ливарній формі.
Також друковані моделі мають більші (ніж моделі з
ППС) твердий залишок і зольність, які при їх газифі-
кації у формі нальотом покривають поверхню форми
та погіршують якість виливків. Тому друковані моде-
лі дуже мало застосовують для ЛГМ за традиційною
технологією через вказані перешкоди.
визнання до цих об’єктів. В міру того, як люди звик-
нуть до генеративно розроблених і оптимізованих за
топологією конструкційних форм, відкриються двері
для все більш складних, асиметричних і оптимізо-
ваних об’єктів, чи то аерокосмічні кронштейни, чи то
компоненти автомобільних двигунів, чи то споживчі
товари.
3. Поява нової категорії промислового цеху (фер-
ми), що спеціалізується на АВ металевих деталей.
АВ все глибше впроваджується в ливарне виробни-
цтво (особливо на стадії підготовки виробництва но-
вої номенклатури виливків), взаємодоповнюючи та
часом витісняючи сьогоднішні ливарні процеси і мо-
дифікуючи їх під ефективні цифрові технології. Деталі
АВ відрізняються від заготовок чи металевих вилив-
ків, з якими більшість машинних цехів звикли працю-
вати. На горизонті з’являється новий клас обробних і
складальних цехів, укомплектованих та обладнаних
для кріплення, сканування, оброблення та контролю
часто «неправильних» деталей, реалізація яких мож-
лива за допомогою 3D-друку.
4. Більше використання матеріалів, притаманних
AВ. 3D-друк дозволяє зберігати матеріал, стимулю-
ючи використання матеріалу лише там, де це необ-
хідно, також все більше підтримує використання гра-
дієнтних матеріалів, поєднання (комбінування) різних
матеріалів та композитів. Ці можливості ставлять під
сумнів уявлення про те, що одна деталь повинна бути
виготовлена з одного матеріалу, і забезпечать більш
інноваційний дизайн і краще заощадження цінних ма-
теріалів. Розширення можливостей для екологічно
чистих матеріалів із біологічних чи придатних до ути-
лізації вторинних джерел також стимулює поширення
таких матеріалів, наприклад, заявка на патент [2].
5. Винахідники як нова категорія виробників. Сьо-
годні існує жорстка грань між розробкою продукту та
виробництвом, яка часто перепиняє рух від проєк-
тування та ідеї до можливого виробництва за допо-
могою будь-якого методу лиття, механічної обробки
чи іншого традиційного методу. Не так з АВ; без за-
стосування механічних інструментів дизайн продукту
може продовжувати змінюватися, навіть коли виріб
надходить у виробництво – і винахідник може продо-
вжувати брати участь, навіть бути виробником за до-
помогою 3D-друку.
Процес 3D-друку моделей газотурбінного двигуна (ГТД) у ФТІМС НАН України та друковані моделі; показано внутрішню
комірчасту структуру частково друкованої моделі (справа на фото)
85ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
Зарубіжні компанії зараз роблять лише перші до-
слідження для створення легкоплавких матеріалів
для 3D-друку разових моделей, газифікація яких мо-
гла б наближатись до моделей з ППС. А тим часом за-
стосовують спосіб лиття за друкованими моделями,
що випалюються (прожарюванням у печах) з кера-
мічної оболонки з кількох вогнетривких шарів подібно
до технології лиття за моделями, що витоплюються,
з досить високою собівартістю литва, властивою цим
обом зазначеним технологіям.
З метою створення способу АВ ливарних моделей
(та будь-яких тривимірних об'єктів) для переведення
з процесу лиття за 3D-друкованими моделями, що
випалюються, на більш економну технологію ЛГМ у
вакуумованих формах з сипкого піску нами розробле-
но спосіб виробництва моделей для ЛГМ з відходів
ППС за місцем їх утворення як метод їх утилізації [2].
Це науково-технологічне рішення обґрунтовано ре-
зультатами наших досліджень і полягає в тому, що в
способі АВ ливарних моделей, який включає процес
витікання формотвірного матеріалу із сопла, перемі-
щуваного в просторі за заданою програмою траєкто-
рією, в якості формотвірного матеріалу патентується
застосування розплаву подрібнених відходів ППС.
Також в якості подрібнених відходів придатне засто-
сування відходів чи стружки при виготовленні фре-
зеруванням виробів з ППС на верстатах з числовим
програмним управлінням (ЧПУ) (3D-фрезерах), а та-
кож термокомпактовані відходи ППС [3].
Матеріал ППС за своїми техніко- і фізико-хіміч-
ними показниками давно відпрацьований для ЛГМ,
має мінімальний вуглецевий залишок. Його відходи
мають низькі показники міцності і твердості, тому їх
легко дробити чи молоти. Після придбання відділом
проф. Шинського О.Й. 3D-принтера (див. рисунок),
що друкує філаментом, перспективними стають від-
працювання в лабораторії режимів отримання з сип-
ких подрібнених відходів ППС філамента і експери-
ментальні роботи по друкуванню з нього легковагих
моделей для ЛГМ оптимальної конструкції.
Для експериментального виготовлення філамента
з ППС в невеликій кількості для лабораторних випро-
бувань розробляється спосіб отримання нитки філа-
мента охолодженням в воді тонкого струменя розпла-
ву, який, наприклад, виходить з сопла клейового піс-
толету, як найпростіший варіант такого виготовлення
філамента за умов, що отвір сопла додаткової насад-
ки звужено відповідно до заданої товщини філамен-
та. Такі пістолети (з живленням від електромережі
220 V) серійно випускаються для з'єднання деталей
розплавом полімеру з температурою 120–150 °C. В
цей пістолет заправляють клейові стрижні діаметром
11,2 мм і нагрівають їх подачею електроживлення на
ТЕН в нагрівальній камері, дотичної до сопла. Се-
рійно випускаються також пістолети для клейових
стрижнів Ø12,0 мм та з нагріванням до 200 °C.
При цьому передбачено спроєктувати та виготови-
ти лабораторний пристрій для виготовлення стрижнів
Ø11,2–12,0 мм, в якому з подрібнених відходів ППС,
що подаються на вході, на виході під тиском крізь на-
гріте сопло виходив би струмінь розплаву полістиро-
лу відповідного діаметра. Для спрощення конструкції
в якості робочого органу імпровізованого екструдера
можливо застосувати шнек, зокрема від м’ясорубки.
Також при виконанні цих експериментальних робіт
корисно використати численні розробки А.О. Стрю-
ченка з утилізації відходів ППС для регулювання
експлуатаційних властивостей стрижнів і філамен-
та. Якщо ці виплавлені вироби будуть надто ламки-
ми, то для здатності змотування їх на котушку для
3D-принтера їх пластичність можна збільшувати до-
зованим додаванням у ці відходи скипидару (як ефек-
тивного пластифікатора) чи розчину ППС у ньому [4].
Також це може бути одним із способів регулювання
властивостей отриманих моделей.
Крім того, для ЛГМ з моделями підвищеної маси,
зокрема спеціально для 3D-друкованих моделей, у
2021–2022 рр. відділом фізико-хімії ливарних про-
цесів проф. Шинського О.Й. розроблено два спосо-
би лиття металу. В першому способі застосовано
примусову вентиляцію порожнини форми за рахунок
подання від компресора потоку повітря в зазор між
моделлю і дзеркалом металу в процесі газифікації
моделі [5]. При цьому потік повітря сприяє окисленню
продуктів моделі. А в другому – застосовано принци-
пи вакуумно-плівкової формовки (ВПФ, V-процес) з
утворенням порожнини моделі, що має посилену (з
вектором вертикального спрямування) вентиляцію за
рахунок відповідного відношення величин діаметрів
випорів і стояка, що характерно для способу ВПФ [6].
При цьому модель друкують з суцільним повздовжнім
каналом чи порожниною (оболонковою, можливо
з розпірками) і за деякою аналогією з ВПФ модель
функціонально розглядають як синтетичну (досить
товсту) плівку, якою облицьовано поверхню піщаної
форми. В обох випадках, оскільки гази від термоде-
струкції здатні виходити за межі форми крізь випор,
над його отвором ставлять електричний запальник
для допалювання цих газів.
Висновки
Таким чином, описано прогнозовані основні на-
прями розвитку та впровадження в промисловість і
наше повсякдення адитивного виробництва, які вод-
ночас сприятимуть модернізації ливарних техноло-
гій. Як найбільш просте і вигідне впровадження АВ
в ливарному виробництві рекомендовано його засто-
сування в технології ЛГМ, зокрема шляхом розробки
способів друку легковагих моделей з ППС, а також
екологічно безпечних процесів газифікації таких мо-
делей у вакуумованому піску ливарної форми з підви-
щенням рівня якості литва, порівняно з виливанням у
поширені форми з піщаних сумішей зі зв'язувальним
компонентом.
86 ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
1. Hendrixson S. 6 Ways Additive Manufacturing Will Change in the Next Decade. 11.02.2022. URL: https://www.
additivemanufacturing.media/articles/6-ways-additive-manufacturing-will-change-in-the-next-decade
2. Заявка u202105814 Україна, МПК: МПК8 B22C 9/02, B22C 15/02, В29С47/78. Спосіб адитивного виробництва
полістирольної ливарної моделі чи іншого тривимірного об'єкту складної конфігурації / О.Й. Шинський, В.С. Дорошен-
ко, П.Б. Калюжний, О.В. Михнян, О.В. Нейма. Подано 18.10.2021.
3. Шинский О.Й., Тихонова О.А., Стрюченко А.А., Дорошенко В.С. Исследование процессов термокомпактирования от-
ходов пенополистирола. Твердые бытовые отходы. 2011. № 4. С. 48–50.
4. Патент 9003 Україна, МПК С08J 3/02, C08F 12/00, B22C 1/16. Застосування живичного скипидару як розчинника для
відходів пінополістиролу / О.Й. Шинський, Є.В. Терліковський, А.О. Стрюченко, І.О. Шинський, Ю.Ю. Ладарєва. Опубл.
15.09.2005, Бюл. 9.
5. Патент 147217 Україна, МПК B22C 7/02, B22C 9/04. Спосіб лиття металу за моделями, що газифікуються, з окисленням
продуктів газифікації / О.Й. Шинський, В.С. Дорошенко. Опубл. 24.04.2021, Бюл. № 16.
6. Патент 150121 Україна, МПК B22C 7/02, B22C 9/04. Спосіб лиття металу за адитивно виготовленими моделями, що
газифікуються у вакуумованих формах з сипкого піску, з окисленням продуктів газифікації / О.Й. Шинський, В.С. До-
рошенко. Опубл. 05.01.2022. Бюл. № 1.
ЛІТЕРАТУРА
Надійшла 04.03.2022
1. Hendrixson, S. 6 Ways Additive Manufacturing Will Change in the Next Decade. 11.02.2022. URL: https://www.
additivemanufacturing.media/articles/6-ways-additive-manufacturing-will-change-in-the-next-decade
2. Application u202105814 Ukraine, IPC B22C 9/02, B22C 15/02, V29S47/78. Method of additive production of polystyrene
foundry model of other three-dimensional object of complex configuration / O.Y. Shynskyi, V.S. Doroshenko, P.B. Kaliuzhnyi,
O.V. Mikhnyan, O.V. Neima, podano 18.10.2021 [in Ukrainian].
3. Shynskyi, O.Y., Tikhonova, O.A., Stryuchenko, A.A., Doroshenko, V.S. (2011). Study of the processes of thermal compaction
of polystyrene waste. Tverdye bytovye otkhody, no. 4, pp. 48–50 [in Russian].
4. Patent 9003 Ukraine, IPC С08J 3/02, C08F 12/00, B22C 1/16. Use of gum turpentine as solvent for waste of foam polystyrene /
O.Y. Shynskyi, Y.V. Terlikovskyi, А.О. Striuchenko, І.O. Shynskyi, Yu.Yu. Ladareva, opubl. 15.09.2005, Byul. 9 [in Ukrainian].
5. Patent 147217 Ukraine, IPC B22C 7/02, B22C 9/04. The method of casting metal for models that are gasified, for oxidizing
gasification products / O.Y. Shynskyi, V.S. Doroshenko, opubl. 24.04.2021, Byul. 16 [in Ukrainian].
6. Patent 150121 Ukraine, IPC B22C 7/02, B22C 9/04. Method of metal casting according to additively made models gasified in
vacuum forms from loose sand with oxidation of gasification products / O.Y. Shynskyi, V.S. Doroshenko, opubl. 05.01.2022.
Byul. no. 1 [in Ukrainian].
REFERENCES
Received 04.03.2022
87ISSN 2077-1304. Met. lit'e Ukr., vol. 30, 2022. № 2 (329)
ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА І ПРОЦЕСИ ЛИТТЯ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ
Summary
Additive technologies are considered to be the basis of the industrial revolution of the XXI century, so domestic scientific and
technological institutes and innovative industries should actively develop this area to close the existing gap with the science-
intensive economies of the world. The forecasted main directions of development and implementation in industry and our daily
additive manufacturing (AM) are described, information about which increases our orientation in this flow of high technologies
and which will also contribute to the modernization of foundry processes. For the simplest and most profitable implementa-
tion of AM in the foundry production of existing shops, the Lost Foam Casting (LFC) process is recommended, in particular by
developing and implementing methods for printing lightweight patterns of expanded polystyrene (EPS) waste. In LFC process,
the cost of molding in dry vacuum sand is perhaps the lowest of all known foundry methods. The created method of printing
polymer foundry patterns is described, in which cylindrical rod blanks are made in a two-stage mode, from which a filament for
an operating printer is then obtained. These types of 3D printers for printing from filament are the most common and inexpen-
sive. Polystyrene, obtained from EPS waste and spent on printing patterns, has a minimum ash content, which will help ensure
the quality of castings grown by the LFC method. Two methods of casting have been created for the LFC process with printed
patterns, which differ from the traditional methods described by V.S. Shulyak. It is proposed to bring the one-time pattern out
of the sand form with the help of a tubular outlet and thus allow the release of excessive gases from its gasification into the air
of the shop. But you should install electric lighters over the hole of the evaporators and neutralize the gases from the pattern
by burning them. Printed patterns should be made with a continuous longitudinal channel or cavity (shell pattern, possibly with
spacers) and by analogy with the V-process, the pattern should be functionally considered as a synthetic thick film, which is
lined with sandy surface.
Additive production, pattern, expanded polystyrene waste, 3D printing, Lost Foam Casting, fila-
ment, gas neutralization.Keywords
O.V. Mikhnyan, PhD (Engin.), Senior Researcher, e-mail: mixnyan@ukr.net,
https://orcid.org/0000-0003-3210-4173
O.V. Neima, Researcher, e-mail: neima_alex@ukr.net,
https://orcid.org/0000-0001-5438-7253
V.S. Doroshenko, Dr. Sci. (Engin.), Senior Research Scientist, Leading
Researcher, e-mail: doro55v@gmail.com,
https://orcid.org/0000-0002-0070-5663
Physico-technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine
(Kyiv, Ukraine)
Vectors of development of additive production and an example of its application in casting
on gasified patterns
|
| id | oai:oai.metalsandcasting.com:article-20 |
| institution | Metal and Casting of Ukraine |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-23T01:01:41Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Physico-technological Institute of Metals and Alloys |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwmetalsandcastingcom/91/4fbcbe14ef297f1d07616ae826001091.pdf |
| spelling | oai:oai.metalsandcasting.com:article-202026-07-22T12:09:42Z Vectors of development of additive production and an example of its application in casting on gasified patterns Вектори розвитку адитивного виробництва та приклад його застосування при литті за моделями, що газифікуються Михнян, Олена Нейма, Олександр Дорошенко, Володимир additive production pattern expanded polystyrene waste 3D printing lost foam casting filament gas neutralization адитивне виробництво модель відходи пінополістиролу 3D-друк лиття за моделями, що газифікуються філамент нейтралізація газів Additive technologies are considered to be the basis of the industrial revolution of the XXI century, so domestic scientific and technological institutes and innovative industries should actively develop this area to close the existing gap with the scienceintensive economies of the world. The forecasted main directions of development and implementation in industry and our daily additive manufacturing (AM) are described, information about which increases our orientation in this flow of high technologies and which will also contribute to the modernization of foundry processes. For the simplest and most profitable implementation of AM in the foundry production of existing shops, the Lost Foam Casting (LFC) process is recommended, in particular by developing and implementing methods for printing lightweight patterns of expanded polystyrene (EPS) waste. In LFC process, the cost of molding in dry vacuum sand is perhaps the lowest of all known foundry methods. The created method of printing polymer foundry patterns is described, in which cylindrical rod blanks are made in a two-stage mode, from which a filament for an operating printer is then obtained. These types of 3D printers for printing from filament are the most common and inexpensive. Polystyrene, obtained from EPS waste and spent on printing patterns, has a minimum ash content, which will help ensure the quality of castings grown by the LFC method. Two methods of casting have been created for the LFC process with printed patterns, which differ from the traditional methods described by V.S. Shulyak. It is proposed to bring the one-time pattern out of the sand form with the help of a tubular outlet and thus allow the release of excessive gases from its gasification into the air of the shop. But you should install electric lighters over the hole of the evaporators and neutralize the gases from the pattern by burning them. Printed patterns should be made with a continuous longitudinal channel or cavity (shell pattern, possibly with spacers) and by analogy with the V-process, the pattern should be functionally considered as a synthetic thick film, which is lined with sandy surface. Адитивні технології вважаються основою промислової революції XXI століття, тому вітчизняним науково-технологічним інститутам та інноваційним виробництвам варто активно розвивати цей напрям, щоб ліквідувати вже наявне відставання від наукоємних економік світу. Описано прогнозовані основні напрями розвитку та впровадження в промисловість і наше повсякдення адитивного виробництва (АВ), інформація про які підвищує нашу орієнтацію в цьому потоці високих технологій і які водночас сприятимуть модернізації ливарних процесів. Для найбільш простого і вигідного впровадження АВ в ливарному виробництві діючих цехів рекомендовано процес лиття за моделями, що газифікуються (ЛГМ), зокрема шляхом розробки і реалізації способів друку легковагих моделей з відходів пінополістиролу (ППС). При ЛГМ витрати на формовку в сухому вакуумованому піску чи не найнижчі з усіх відомих ливарних способів. Описано створений спосіб друку полімерних ливарних моделей, в якому за двоетапним режимом виготовляють циліндричні заготовки-стрижні, з яких потім отримують філамент для діючого принтера. Такі типи 3D-принтерів для друку з філаменту найбільш поширені і недорогі за вартістю. Полістирол, отриманий з відходів ППС і витрачений на друк моделей, має мінімальну зольність, що сприятиме забезпеченню якості виливків, виготовлених методом ЛГМ. Для ЛГМ-процесу з друкованими моделями створено два способи лиття, що відрізняються від традиційних методів, описаних В.С. Шуляком. Пропонується разову модель вивести за межі піщаної форми за допомогою трубчастого випору і тим самим уможливити вихід надмірної кількості газів від її газифікації в повітря цеху. Але при цьому слід встановити електричні запальники над отвором випорів і нейтралізувати гази від моделі шляхом їх спалення. Друковані моделі слід виготовляти з суцільним повздовжнім каналом чи порожниною (оболонкова модель, можливо з розпірками) і за аналогією з V-процесом модель функціонально розглядати як синтетичну товсту плівку, якою облицьовано поверхню піщаної форми. Physico-technological Institute of Metals and Alloys 2023-05-20 Article Article Рецензована Стаття application/pdf https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/20 Metal and Casting of Ukraine; Vol. 30 No. 2 (2022): Metal and Casting of Ukraine Метал та лиття України ; Том 30 № 2 (2022): Метал та лиття України 2706-5529 2077-1304 uk https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/20/20 Авторське право (c) 2023 Олена Михнян, Олександр Нейма, Володимир Дорошенко https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | адитивне виробництво модель відходи пінополістиролу 3D-друк лиття за моделями що газифікуються філамент нейтралізація газів Михнян, Олена Нейма, Олександр Дорошенко, Володимир Вектори розвитку адитивного виробництва та приклад його застосування при литті за моделями, що газифікуються |
| title | Вектори розвитку адитивного виробництва та приклад його застосування при литті за моделями, що газифікуються |
| title_alt | Vectors of development of additive production and an example of its application in casting on gasified patterns |
| title_full | Вектори розвитку адитивного виробництва та приклад його застосування при литті за моделями, що газифікуються |
| title_fullStr | Вектори розвитку адитивного виробництва та приклад його застосування при литті за моделями, що газифікуються |
| title_full_unstemmed | Вектори розвитку адитивного виробництва та приклад його застосування при литті за моделями, що газифікуються |
| title_short | Вектори розвитку адитивного виробництва та приклад його застосування при литті за моделями, що газифікуються |
| title_sort | вектори розвитку адитивного виробництва та приклад його застосування при литті за моделями, що газифікуються |
| topic | адитивне виробництво модель відходи пінополістиролу 3D-друк лиття за моделями що газифікуються філамент нейтралізація газів |
| topic_facet | additive production pattern expanded polystyrene waste 3D printing lost foam casting filament gas neutralization адитивне виробництво модель відходи пінополістиролу 3D-друк лиття за моделями що газифікуються філамент нейтралізація газів |
| url | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/20 |
| work_keys_str_mv | AT mihnânolena vectorsofdevelopmentofadditiveproductionandanexampleofitsapplicationincastingongasifiedpatterns AT nejmaoleksandr vectorsofdevelopmentofadditiveproductionandanexampleofitsapplicationincastingongasifiedpatterns AT dorošenkovolodimir vectorsofdevelopmentofadditiveproductionandanexampleofitsapplicationincastingongasifiedpatterns AT mihnânolena vektorirozvitkuaditivnogovirobnictvataprikladjogozastosuvannâprilittízamodelâmiŝogazifíkuûtʹsâ AT nejmaoleksandr vektorirozvitkuaditivnogovirobnictvataprikladjogozastosuvannâprilittízamodelâmiŝogazifíkuûtʹsâ AT dorošenkovolodimir vektorirozvitkuaditivnogovirobnictvataprikladjogozastosuvannâprilittízamodelâmiŝogazifíkuûtʹsâ |