3D打印技術在鑄造中的產業(yè)化應用 變革未來

為推動中國制造業(yè)的發(fā)展及轉型升級，國家推出了“中國制造2025”計劃，而我公司10年前的長期發(fā)展規(guī)劃正好與此不謀而合，均是通過技術創(chuàng)新與引進高端智能設備，使制造業(yè)走上創(chuàng)新型企業(yè)的道路。

　　3D打印設備采用的是增材制造技術，即是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件，其綜合了計算機圖形處理、數(shù)字化信息控制、激光技術、機電技術和材料技術等多項高技術優(yōu)勢，可以用來改善產品制造環(huán)節(jié)，大幅縮短研發(fā)和生產過程。在眾多3D打印技術之中，三維印刷技術（簡稱3DP技術）具有成形速度快，成形材料價格低等特點，且成形過程不需要支撐，多余粉末材料去除方便，特別適合于做內腔復雜的原型，最適于與鑄造工藝相結合，實現(xiàn)產業(yè)化應用。

　　2012年引入進口高效大型3D打印設備，開展3D打印技術在鑄造中的產業(yè)化應用研究。設備采用3DP工藝，主要用于鑄造砂型的直接打印成形，傳統(tǒng)鑄造中的模具制造、造型、制芯、合型4個工序全部由3D打印一個工序代替。3DP技術是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造三維物體的技術，是信息技術與材料技術、數(shù)字制造技術的融合。其原理為：第一步，鋪砂器用型砂按設定的流砂量逐層鋪砂并緊實；第二步，打印噴頭用樹脂粘結劑將砂型的截面“印刷”在鋪好的每層砂層上；第三步，“印刷”完畢后，升降平臺下降0.3~0.5mm，鋪砂器再一次鋪砂，打印噴頭再一次“印刷”，如此循環(huán)往復直至打印完整個砂型。

　　在3DP打印技術與鑄造業(yè)相結合應用的過程中，一方面，由于購入的3D打印設備是從國外進口的，其設備要求采用設備制造公司提供的型砂、樹脂、固化劑等材料，且其3D打印設備和型砂均有專利保護。在試運行階段，采用設備原配的型砂、樹脂、固化劑等材料可以打印出完美的砂型，但其成本很高，以此現(xiàn)狀企業(yè)將是虧本銷售，不符合企業(yè)發(fā)展需求。為此，技術團隊開始尋找其他可用于3DP技術的型砂、樹脂、固化劑等材料，通過對型砂粒度、型砂硅含量等的對比分析并于國內相關生產廠家合作，最終研制出了可生產出合格砂型的國產化3D打印用鑄造型砂；通過對樹脂、固化劑的調配與試驗，研發(fā)出了與國產型砂相配合的樹脂、固化劑的加入量。通過原材料國產化，使得3D打印砂型的成本降低了60%，為公司贏得了一定的利潤空間。另一方面，由于受目前3DP打印技術的限制，3D打印砂型常會發(fā)生分層的問題。為了解決此問題，對樹脂、固化劑的配比及后期砂型烘干方式、溫度進行了研究，最終克服了3D打印砂型易分層的缺陷，大大降低了鑄件的廢品率，降低了3DP技術生產鑄件的質量成本。

　　3DP技術生產鑄件，具有以下方面的優(yōu)勢：
　　第一，縮短鑄造生產流程。3DP技術打印鑄造砂型省去了制作砂型模具的時間和費用，大大縮短了新產品的開發(fā)周期和成本，為公司開拓新的市場搶占了先機。
　　第二，提高鑄件質量，提升生產效率。3DP技術可以將零散的小砂型打印為一個整體，避免了手工制芯、造型中組芯過程造成的累積誤差，提高了砂型的尺寸精度，避免了因砂型尺寸不符造成了鑄件尺寸超差的缺陷，且節(jié)省了部分組芯工序。
　　第三，設計靈活，節(jié)約成本，降低制造難度。由于3DP打印工藝是采用數(shù)字化文件傳輸入3D打印設備的方式，故其設計方案修改靈活、及時，且可以完成手工造型無法完成的復雜型腔結構的打印，降低了生產難度。
　　第四，以人為本，綠色鑄造，智能鑄造。3DP打印技術大幅改善了鑄造現(xiàn)場的環(huán)境，降低了操作人員的勞動強度；用3D打印機替代了人工制芯、造型，節(jié)省了人力成本，同時實現(xiàn)了鑄造業(yè)的智能生產、綠色生產。

　　3D打印技術在鑄造領域的產業(yè)化應用，對中國鑄造行業(yè)的轉型升級，鑄造工序智能化，以及未來鑄造智能工廠的建設將產生變革性的意義。

來源：鑄造生態(tài)圈