沈陽鑄造研究所有限公司快速鑄造技術(shù)3D打印砂型

增材制造技術(shù)迅猛發(fā)展，但適用于鑄造生產(chǎn)的增材制造裝備急需解決，增材制造用造型材料及粘結(jié)劑體系尚不成熟，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)更是空白。開發(fā)環(huán)境友好的造型材料已經(jīng)成為鑄造實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)的重要技術(shù)需求。在鋁、鎂合金精密砂型鑄造技術(shù)方面，我國采用的傳統(tǒng)樹脂砂鑄造工藝，在尺寸精度、復(fù)雜程度、力學(xué)性能、鑄件清砂等方面一直無法滿足航空裝備產(chǎn)品設(shè)計(jì)和鑄造工藝的要求。

高端裝備輕合金鑄造技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托于沈陽鑄造研究所有限公司，綠色快速鑄造技術(shù)研究室（下稱研究室）是國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室五個(gè)下設(shè)研究室之一。研究室的主要目標(biāo)是致力于快速鑄造技術(shù)的應(yīng)用及綠色鑄造材料的開發(fā)。快速鑄造技術(shù)結(jié)合了增材制造技術(shù)，相對于傳統(tǒng)鑄造工藝，其無需制作木模、模樣等，具有制造周期短、研發(fā)成本低、砂型／砂芯一體化制造及可制造出任意復(fù)雜形狀鑄鑄型或原型等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜鑄件的整體近凈成形。

研究室目前擁有多臺3D打印成型機(jī)，可提供以下打印服務(wù)：
砂型/砂芯打印服務(wù)；
鑄造工藝設(shè)計(jì)及砂型打印；
系統(tǒng)化解決方案-即直接提供鑄件產(chǎn)品；
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以快速砂型/砂芯為例，目前研究室擁有多臺德國voxeljet噴墨打印機(jī)，打印機(jī)采用噴墨打印原理，根據(jù)數(shù)模圖形，先鋪一層預(yù)混固化劑的原砂，然后將粘合劑噴在需要成型的區(qū)域，形成零件截面，然后不斷重復(fù)，層層疊加，最終獲得所需的砂型。

3D打印砂型工作原理
研究室主要機(jī)型為VX2000，最大打印尺寸2000 mm *1000 mm *1000mm，打印分辨率≥300dpi，打印層厚0.2~0.5mm，打印精度±0.3mm，打印速率≤45秒/層（80L/小時(shí)），主要用于砂型/砂芯3D打印批量生產(chǎn)應(yīng)用，適用于鋁鎂合金、鑄鐵、鑄鋼等材質(zhì)鑄件，特別適用于單件、小批量、高端復(fù)雜鑄件制造及新產(chǎn)品開發(fā)，也可用于砂型3D打印粘結(jié)劑、固化劑和原砂等原材料開發(fā)及型砂性能研究。

VX2000 3D打印機(jī)

VX2000工作照片

VX2000打印的復(fù)雜、大型砂芯示例

以某復(fù)雜鋁合金鑄件為例，通過采用3D打印砂型的手段來實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的快速鑄造，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：
（1）制造周期短。3D打印技術(shù)直接根據(jù)模型打印砂塊，省去模具設(shè)計(jì)和加工的過程，工期可縮短兩個(gè)月以上；
（2）工藝靈活性高。在鑄件研制階段，需要不斷的調(diào)節(jié)鑄造工藝，模具修改困難。 3D打印在工藝改進(jìn)階段僅僅需要直接修改砂型數(shù)據(jù)，提高工藝研發(fā)效率；
（3）降低組型難度，提高鑄件尺寸精度。3D打印可以將傳統(tǒng)分型的部分砂塊整體打印出來，簡化砂塊的組型方案，同時(shí)保證鑄件尺寸精度；
（4）砂型透氣性、潰散性良好。3D打印采用制備的砂型孔隙率高，不僅易于清理，而且透氣性能良好，解決了嗆火缺陷，并且能直接打印空心砂芯，進(jìn)一步改善排氣能力。
最終得到的復(fù)雜鑄件如下：

某復(fù)雜鋁合金鑄件

技術(shù)背景
增材制造（Additive Manufacturing，AM）也稱3D打印，采用離散-堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動直接制造零件的科學(xué)技術(shù)體系，是融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、材料加工與成形技術(shù)、以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實(shí)體物品的制造技術(shù)。

來源：沈陽鑄造研究所