解析3D打印技术在大型铸锻件领域应用(2)
1．4 大型零件表面处理
金属3D打印技术的一个重要发展方向就是 多材料以及渐变材料的3D打印成形，该领域的研究成果可以在大型零件，特别是在结构复杂或功能复杂零件的表面处理上得到应用。相比于电镀、热喷涂以及化学气相沉积等传统的金属表面处理方式，金属3D打印技术被看作是激光涂覆工艺的延伸，具有结合层牢固、涂层厚度大且可控、数字化控制、材料范围广等优势，特别是在大型零件的局部改性和强化方面优势明显。
1．5 金属材料3D打印技术的研究重点
根据目前金属3D打印技术的发展情况，以 上研究方向在技术上都有很大的可行性，而且许多技术已在小型零件上得到应用。为了使金属3D打印技术在大型铸锻件领域早日得到应用，当前应在以下几个方面进行重点研究：
（1）材料方面。相对于钛合金及高温合金，大型铸锻件使用的铁基合金较为简单，关键是材料成本的控制。
（2）设备方面。目前3D打印设备的工作台面尺寸及承重有限，无法满足大型铸锻件局部加工要求，未来需要开发更加灵活便捷的加工设备。
（3）系统方面。3D打印制造及修复需要三维反求、建模、二维路径转化等操作，而大型铸锻件多为单件小批量生产，缺陷出现随机性大，因此未来需要对相应软件及操作进行集成，从而提高生产效率。
（4）工艺方面。不断优化金属3D打印工艺参数，使其更好适应大型铸锻件的特殊要求，预防开裂、变形以及脱落等缺陷的产生。
（5）性能方面。为了使3D打印技术在核电、火电以及大型压力容器等大型零件上得到持久应用，类似持久蠕变、低周疲劳等材料基础实验数据需要长期积累。
（6）标准问题。不同于小型零件，安全生产是大型铸锻件修复及制造的重点，而各种生产和质量标准的缺失是3D打印技术在该领域发展的重要瓶颈，标准的制定也需要较长的时间。
2 非金属材料3D打印技术
以蜡模快速成形和砂型快速成形为主的3D打印技术在小型精密铸件以及铸件快速成形领域已得到广泛的应用，并且有向大型化发展的趋势，目前已经可以制作2m以上的模型。重量在（20～500）t之间的汽轮机缸体、水电机组的叶片以及冶金设备机架等大型铸件一般采用木模+砂型铸造生产，目前还未使用3D打印技术进行生产制造。
2．1大型铸件模型3D打印
非金属材料3D打印技术可以实现复杂模型的快速建立，对于生产批量大、形状复杂、表面要求高的大型铸件， 可以整体或局部替代木模，从而有效缩短大型铸件生产周期，提高铸件生产质量。针对3D打印技术在大型模型建立过程中出现的成形速度慢、变形严重以及成本较高等问题，目前的解决方法有几种：
（1）增大3D打印线材直径以提高加工速度；
（2）采用多喷头设计以提高加工速度；
（3）多个小设备并行工作，拼粘成大型模型以提高加工速度；
（4）在3D打印设备上增加热保温装置，减少零件变形翘曲；
（5）优化3D打印参数，从而减少模型变形及开裂等问题；
（6）优化3D打印材料，在保证模型质量的同时降低材料成本及使用量；
（7）采用木模基体拼粘3D打印局部方案，降低生产成本，缩短制造周期。
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