3D打印技術(shù)在鑄造領(lǐng)域如何產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用？

推動(dòng)中國(guó)制造業(yè)的發(fā)展及轉(zhuǎn)型升級(jí)，國(guó)家推出了"中國(guó)制造2025"計(jì)劃，而我公司十年前的長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃正好與此不謀而合，均是通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新與引進(jìn)高端智能設(shè)備，使制造業(yè)走上創(chuàng)新型企業(yè)的道路。

　　3D打印設(shè)備采用的是增材制造技術(shù)，即是采用材料“分層制造、逐層累加”的方法制造實(shí)體零件，其綜合了計(jì)算機(jī)圖形處理、數(shù)字化信息控制、激光技術(shù)、機(jī)電技術(shù)和材料技術(shù)等多項(xiàng)高技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以用來(lái)改善產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)，大幅縮短研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程。   
　　在眾多3D打印技術(shù)之中，三維印刷技術(shù)(簡(jiǎn)稱3DP技術(shù))具有成形速度快、成形材料價(jià)格低等特點(diǎn)，且成形過(guò)程不需要支撐，多余粉末材料去除方便，特別適合于做內(nèi)腔復(fù)雜的原型，最適于與鑄造工藝相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

　　2012年引入進(jìn)口高效大型3D打印設(shè)備，開展3D打印技術(shù)在鑄造中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究。設(shè)備采用3DP工藝，主要用于鑄造砂型的直接打印成形，使傳統(tǒng)鑄造中的模具制造、造型、制芯、合型等4個(gè)工序全部由3D打印一個(gè)工序代替。

　　3DP技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造三維物體的技術(shù)，是信息技術(shù)與材料技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)的融合。其原理為：

　　第一步，鋪砂器用型砂按設(shè)定的流砂量逐層鋪砂并緊實(shí);

　　第二步，打印噴頭用樹脂粘結(jié)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(tái)下降0.1-0.5mm，鋪砂器再一次鋪砂，打印噴頭再一次“印刷”，如此循環(huán)往復(fù)直至打印完整個(gè)砂型。

　　在3DP打印技術(shù)與鑄造業(yè)相結(jié)合應(yīng)用的過(guò)程中：

　　一方面，由于購(gòu)入的3D打印設(shè)備是從國(guó)外進(jìn)口的，其設(shè)備要求采用設(shè)備制造公司提供的型砂、樹脂、固化劑等材料，且其3D打印設(shè)備和型砂均有專利保護(hù)。在試運(yùn)行階段，采用設(shè)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(shù)團(tuán)隊(duì)開始尋找其他可用于3DP技術(shù)的型砂、樹脂、固化劑等材料，通過(guò)對(duì)型砂粒度、型砂硅含量等的對(duì)比分析，并于國(guó)內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)廠家合作，最終研制出了可生產(chǎn)出合格砂型的國(guó)產(chǎn)化3D打印用鑄造型砂;通過(guò)對(duì)樹脂、固化劑的調(diào)配與試驗(yàn)，研發(fā)出了與國(guó)產(chǎn)型砂相配合的樹脂、固化劑的加入量。通過(guò)原材料國(guó)產(chǎn)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(rùn)空間。

　　另一方面，由于受目前3DP打印技術(shù)的限制，3D打印砂型常會(huì)發(fā)生分層的問(wèn)題。為了解決此問(wèn)題，對(duì)樹脂、固化劑的配比及后期砂型烘干方式、溫度進(jìn)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(shù)生產(chǎn)鑄件的質(zhì)量成本。

　　利用3D打印直接成型砂型(芯)

　　使用3DP技術(shù)生產(chǎn)鑄件，具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

　　第一，縮短了鑄造生產(chǎn)流程

　　使用3DP技術(shù)打印鑄造砂型，省去了制作砂型模具的時(shí)間和費(fèi)用，大大縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本，為公司開拓新的市場(chǎng)搶占了先機(jī)。

　　第二，提高了鑄件質(zhì)量，提升了生產(chǎn)效率

　　3DP技術(shù)可以將零散的小砂型打印為一個(gè)整體，避免了手工制芯、造型中組芯過(guò)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(shè)計(jì)靈活，節(jié)約成本，降低了制造難度

　　由于3DP打印工藝是采用數(shù)字化文件傳輸入3D打印設(shè)備的方式，故其設(shè)計(jì)方案修改靈活、及時(shí)，且可以完成手工造型無(wú)法完成的復(fù)雜型腔結(jié)構(gòu)的打印，降低了生產(chǎn)難度。

　　第四，以人為本，綠色鑄造，智能鑄造

　　3DP打印技術(shù)大幅改善了鑄造現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。用3d打印機(jī)替代了人工制芯、造型，節(jié)省了人力成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了鑄造業(yè)的智能生產(chǎn)、綠色生產(chǎn)。

　　3D打印技術(shù)在鑄造領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，對(duì)中國(guó)鑄造行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)、鑄造工序智能化，以及未來(lái)鑄造智能工廠的建設(shè)將產(chǎn)生變革性的意義。