离心铸造_转而采用其他成本更高的替代工艺

　　我国是铸造大国，2021年铸造产量达5130万吨，产业规模位居世界榜首。中国铸造协会数据统计显示，国内现有26000家铸造，其中砂型铸件的市场规模约1200亿元。但近年来行业发展面临重重困难，节能减排压力大、技术工人短缺、同质化竞争严重等问题凸显。为摆脱困境，企业投入大量资金进行新产品研发和技术改造，而随着经济发展增速放缓、人口红利衰减和综合成本上升，铸造行业产品附加值总体降低，产业转型升级的步伐放缓，亟待探明一条新的转型发展之路。传统的技术已经无法改变这个局面，亟需一种能为众多铸造企业“创新赋能”的新技术以较低的成本、可预期的收益，构建企业产品技术从低端向中高端转换的“绿色通道”。

　　在这个背景下，3DP砂型打印技术(也称“粘结剂喷射砂型3D打印技术”)进入人们的视野，历经多年的发展和成熟，已经极具竞争力。本文中可以看到国产砂型3D打印设出现在陕西省咸阳市一家民营铸造企业的生产线上，为他们的铸件产品赋予了“不对称竞争”的技术优势，成功进军高端铸件市场。

　　砂型铸造与锻造、挤压、焊接、铣削等金属加工工艺相比，是为简约高效的金属成型技术之一，因此被广泛采用。传统砂型铸造主要采用模具翻制砂型或芯盒方式造型，需要制造木模或金属模具，制造模具耗时长、成本较高且存在风险，离心铸造使得不少铸造企业在前期新产品开发时面临两难的选择如果开了模具而拿不到订单，就会白白损失模具费。在这种情况下，除了新产品开发以外，一些小批量件、复杂件的需求也难以得到满足。另一方面，模具翻砂本身也有许多工艺短板，如为模具组装和脱模预留的装配余量和拔模斜度余量等，导致砂型铸造产品的加工去除量较大、尺寸误差偏高、铸造面光洁度较差等问题。因此，对质量要求更高的复杂铸件不得不放弃砂型铸造工艺，转而采用其他成本更高的替代工艺，例如压力铸造、精密铸造等。

　　3DP砂型打印技术的出现，可以很大程度上改变砂型铸造所处的不利境地。采用3DP砂型打印技术无需模具，直接打印砂型，可以用少时间和成本完成新产品开发和中小批量产品交付。经过3DP工艺验证后，铸造工艺得以完善、合同顺利签订，再投入资金开模具进行大批量制造，可以节省大量模具投入。在质量方面，离心铸造3DP砂型不受到模具翻砂工艺的制约，具有10微米级的高精度、复杂结构一体自由成型，部分铸铝件的铸造面精度可以和精密铸造媲美，同时也减少了装配误差造成的废品率，减少了工人劳动，综合经济效益十分显著。

　　近年来，在技术及市场需求的双重驱动下，我国3DP砂型打印技术发展迅速。国内的3D打印装及制造服务提供商北京隆源自动成型系统(三帝科技旗下，简称“隆源成型”)自主开发并推出了AFS-J1600、AFS-J2100系列量产型设，实现了15s以内/层的打印速度并通过了1000小时级设稳定性测试，具有良好的打印精度和内在质量，面向铸铝、铸铁、铸镁、铸钢等应用需求，配套丰富的砂材体系及粘结剂材料体系。

　　陕西省武功县欣鑫有色金属铸造于2021年引进了两台隆源成型3DP砂型打印机用于砂型生产，现在已经完全替代了木模翻砂工艺。不仅节省了开模成本和时间，还避免了模具设计的不合理及修模造成的风险。生产效率大幅提高，尤其对于周期短、精度高、小批量的高附加值产品试制，能够更加得心应手地高质高效交付，成为一大竞争优势。

　　欣鑫铸造通过隆源成型3DP砂型打印机采用砂型快速铸造工艺为某车试制发动机缸体，由于缸体结构复杂，且壁厚较小，如果采用传统方法制作周期需要1个多月。3DP砂型打印设制作的砂型，精度和强度较传统工艺均有很大提高，抗拉强度可达2MPa，铸件表面粗糙度低于Ra12.5，缺陷控制良好，无多肉、气孔、裂纹、夹渣，无表面缺陷及残缺。仅耗时10天交付灰铸铁(HT250)成品铸件，制作周期缩短了2/3，离心铸造成本降低30%。

　　欣鑫铸造通过隆源成型3DP砂型打印机采用砂型快速铸造工艺为某新能源车企试制轻量化车架，如果采用传统方法制作，生产周期需要40天。采用3DP砂型打印快速铸造，终成型铸件的尺寸精度达到CT7级，表面粗糙度低于Ra12.5m，铸件表面无气孔、裂纹，形状完整、结构清晰。终6天交付铝合金(ZL101)成品铸件，制作周期缩短85%，成本减少32%。

　　欣鑫铸造负责人谭大为表示，现在订单多得做不过来，两台3DP砂型打印机24小时开机连轴运转，目前月打印20吨砂型的产能已远远满足不了巨大的市场需求。欣鑫铸造下一步将引进更多的3DP砂型打印机，实现月产能近百吨、年产值近亿元的目标。“如今各种复杂结构的产品我们都能生产，效率提升了2倍，成本降低了一半。同时，因为交货周期大幅缩短，产品的利润率也有很大提高，我们得到的是实实在在的效益。”在很多传统铸造企业还在因高耗能、高污染、产品精度达不到要求而面临转型困境的当下，欣鑫铸造已搭上3D打印绿色铸造的快车成功实现了突围。

　　综上，3DP砂型打印技术对于砂型性能、加工速度、成型尺寸等的优化提升具明显优势，目前已成熟应用于铸造生产中，尤其适用于新品研发、复杂产品及小批量产品的生产。随着市场的进步以及对新产品开发速度与质量要求的逐渐提升，相信在未来几年，面对千亿级的砂型铸造市场，3DP砂型打印会占据越来越多的份额，助力中国铸造高质量发展。

　　北京隆源自动成型系统(Longyuan AFS Co.,Ltd.)为北京三帝科技股份(3D Printing Technology, Inc.)旗下企业。1994年即研制成功国内首台自主知识产权的商品化工业级3D打印设选区激光粉末烧结快速成型机，是中国早实现工业级3D打印产业化、服务化的企业之一，是国家高新技术企业，中关村高新技术企业，海淀区创新企业，北京市专精特新企业，智能制造关键技术装供应商。

　　隆源成型专注3D打印装及制造服务，拥有近30年的3D打印服务经验，通过研究院、博士后工作站、工程技术中心“三位一体”的协同创新体系，提供坚实的技术保障。通过自主研发的SLS选区激光烧结、SLM选区激光熔化、3DP砂型打印、BJ喷墨金属打印、DED定向能量沉积等系列智能装，通过分布全国的智造中心为用户提供砂型打印快速铸造、蜡型打印精密铸造、成品件快速试制、梯度金属3D打印等快速制造服务。逾千家设、加工服务用户遍布航空航天、汽车、摩托车、轨道交通、船舶泵阀、机械制造、艺术铸造、金属加工等领域。
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