解析3D打印技术在大型铸锻件领域应用(3)
2．2 大型铸件砂型3D打印
砂型材料3D打印技术的原理是通过低功率 激光器对树脂砂进行逐层烧结最终形成复杂砂 型，目前主要用于中小型复杂铸件的快速制造。采用3D打印技术生产大型铸件砂型有以下优点：
（1）大型铸件目前使用的反箱制模型方法对拔模角度有很高要求，而3D打印砂型对拔模 角度无要求， 甚至可以实现负拔模角度；
（2）3D打印砂型无需制模、反模等过程，就可以制作非常 复杂的铸件，摆脱了工艺方法对铸件形状的约束；
（3）3D打印砂型使单件小批量生产的大型铸件的生产周期缩短，成本降低。
3D打印砂型在大型铸件中使用的主要难点有：
（1）性能问题。大型铸件几何尺寸很大，3D打印砂型的强度需要提高。3D打印的砂型致密性较高，发气量较大，在大型铸件生产过程中可能出现很多缺陷，因此，需要通过实验方式分析具体工艺措施或原材料配比来解决缺陷。
（2）速度问题。目前的3D打印速度较慢，提高加工速度的方法基本与模型3D打印一致。
（3）设备问题。大型砂型强度较低，应尽量减少运输过程，其生产设备最好设置在铸造车间内。 目前，还不能使用3D打印技术直接生产大 型铸件的整体砂型， 但是可以将3D打印砂型作为大型铸件砂型的镶件或砂芯，用于成形铸件局部复杂区域。
未来，最经济有效的大型铸件生产方式将会是非金属材料3D打印技术、铸件传统生产工艺以及数值模拟技术三者的结合，具体的工艺步骤是：
（1）生产单位收到零件图纸及模型，开始铸件及浇铸系统初步设计；
（2）综合考虑铸件变形、开裂等因素，采用有限元软件对铸件结构和浇铸系统设计进行优化；
（3）将优化后的模型进行分解，模型基体部分采用传统木模成形，复杂几何尺寸部分采用模型3D打印成形，二者通过粘接形成铸件最终模型；
（4）将铸件中形状复杂、负拔模角度部分采用砂型3D打印成形；
（5）将3D打印砂型镶嵌在大型铸件砂型中，结合模型生成最终的大型铸件砂型。
由于采用3D打印技术生产的模型及砂型是由数模直接转化成实体模型，无需人工操作，因此可以提高模型表面质量，缩短铸件生 产周期， 摆脱传统工艺方法对铸件结构的限制，从而提高铸件的材料利用率、减少铸件缺陷、降低铸 件成本。
3D打印技术作为一种通用的零件加工手段，极大的摆脱了传统工艺方法对产品设计、生产周期、生产成本等生产要素的束缚，为传统制造业的转型升级开辟了一种新的思路。3D打印技术在 大型铸锻件生产领域有很大的发展空间，金属3D打印技术在大型铸锻件的制造及修复领域发挥了 重要作用，非金属3D打印技术改进了大型铸件生产工艺，实现了降本增效、缩短生产周期、提高铸件质量。从目前3D打印技术的发展情况来看， 3D打印技术在大型铸锻件领域的应用还需要经历一个由小型到大型，由非关键部位到关键部位，由普通零件到重要零件的发展过程。
目前，我国大型铸锻件行业处于产能严重过剩、低端产品恶性竞争，高端产品受制于人的不利局面。采用传统的方法对大型铸锻件生产工艺进行改进已不能有效降低生产成本、提高零件质量、缩短生产周期、拓展市场空间。因此必须引进新的技术和方法才能大幅提高我国大型铸锻件行业的竞争力。3D打印技术又称增材制造技术，是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，是新一轮科技革命和产业变革的重大机遇 。
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