3D打印+鑄造：驅(qū)動(dòng)綠色鑄造變革,，助力雙碳目標(biāo)達(dá)成

在全球積極應(yīng)對(duì)氣候變化,、邁向可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程中,，3D打印與鑄造的融合為我國(guó)鑄造產(chǎn)業(yè)的綠色升級(jí)帶來(lái)了關(guān)鍵契機(jī),，這一變革與雙碳目標(biāo)緊密相連,，亟待從國(guó)家政策層面進(jìn)行系統(tǒng)性的規(guī)劃與推動(dòng)，尤其是結(jié)合我國(guó)龐大的鑄造產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和獨(dú)特的制造業(yè)集群優(yōu)勢(shì),。

△3DP砂型打印工藝制造的綠色鑄造砂型

龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)�,；�礎(chǔ)

我國(guó)作為全球鑄造大國(guó)，擁有雄厚的基礎(chǔ)工業(yè)體量,，目前有2萬(wàn)4千多家鑄造企業(yè),，鑄造產(chǎn)量占世界45%。據(jù)中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)數(shù)據(jù),，2023年中國(guó)各類(lèi)鑄件總產(chǎn)量5190萬(wàn)噸,。如此龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,，為鑄造產(chǎn)業(yè)集群的形成和發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),，眾多企業(yè)的集聚產(chǎn)生了規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，降低了生產(chǎn)成本,，提高了生產(chǎn)效率.

完整的產(chǎn)業(yè)鏈配套

鑄造產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng),，涵蓋了上游的原材料供應(yīng)商、設(shè)備供應(yīng)商,，中游的鑄造企業(yè),，以及下游的眾多應(yīng)用領(lǐng)域。我國(guó)鑄造產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)的企業(yè)分工明確,、協(xié)作緊密,，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈配套。例如在河南等地的鑄造產(chǎn)業(yè)集群中,，不僅有大量的鑄造企業(yè),，還有提供生鐵、廢鋼等原材料的供應(yīng)商,，以及生產(chǎn)鑄造機(jī)械,、加工設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備的企業(yè)，這種完整的產(chǎn)業(yè)鏈條使得企業(yè)間的交易成本降低,，生產(chǎn)周期縮短,，能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，增強(qiáng)了集群的整體競(jìng)爭(zhēng)力.

豐富的技術(shù)與人才資源

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,，我國(guó)鑄造產(chǎn)業(yè)集群積累了豐富的技術(shù)和人才資源,。一方面，集群內(nèi)的企業(yè)在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷探索和創(chuàng)新,，形成了各自的核心技術(shù)和工藝,，如一些地區(qū)在砂型鑄造、精密鑄造,、壓鑄等領(lǐng)域具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì),；另一方面，產(chǎn)業(yè)集群吸引了大量的專(zhuān)業(yè)人才,，包括技術(shù)工人,、工程師、科研人員等,，他們?yōu)槠髽I(yè)的技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新提供了智力支持,。同時(shí)，集群內(nèi)企業(yè)間的人才流動(dòng)和技術(shù)交流也較為頻繁,，促進(jìn)了技術(shù)的傳播和創(chuàng)新,，有利于提升整個(gè)集群的技術(shù)水平.

強(qiáng)大的市場(chǎng)輻射能力

我國(guó)的鑄造產(chǎn)業(yè)集群分布廣泛，且多集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),、交通便利的地區(qū),，如長(zhǎng)三角、珠三角等,，這些地區(qū)具有優(yōu)越的地理位置和良好的市場(chǎng)環(huán)境,，能夠輻射全國(guó)乃至全球市場(chǎng)。以長(zhǎng)三角地區(qū)的鑄造產(chǎn)業(yè)集群為例,，其生產(chǎn)的鑄件產(chǎn)品不僅滿(mǎn)足了國(guó)內(nèi)汽車(chē),、機(jī)械裝備等行業(yè)的大量需求，還出口到歐美,、東南亞等國(guó)際市場(chǎng),，強(qiáng)大的市場(chǎng)輻射能力為產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展提供了廣闊的空間，促使企業(yè)不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,，提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場(chǎng)份額.

政策支持與產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)

國(guó)家高度重視鑄造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,，出臺(tái)了一系列相關(guān)政策，如“十四五”規(guī)劃中明確了鑄造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的目標(biāo),，包括到2025年采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的鑄件超過(guò)50萬(wàn)噸等 ,。這些政策為鑄造產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展提供了有力支持，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)集群向高端化、智能化,、綠色化方向發(fā)展,，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，提升了集群的整體競(jìng)爭(zhēng)力.

區(qū)域品牌效應(yīng)

一些知名的鑄造產(chǎn)業(yè)集群已經(jīng)形成了區(qū)域品牌效應(yīng),，如泊頭的“中國(guó)鑄造名城”,、焦作的氣缸套、“含山鑄造”,、“林州鑄造”等 ,。這些區(qū)域品牌在市場(chǎng)上具有較高的知名度和美譽(yù)度，能夠吸引更多的客戶(hù)和資源,，為集群內(nèi)的企業(yè)帶來(lái)了更多的發(fā)展機(jī)遇,。同時(shí)，區(qū)域品牌的建設(shè)也促使企業(yè)更加注重產(chǎn)品質(zhì)量和品牌形象,，加強(qiáng)了企業(yè)間的合作與自律,，有利于維護(hù)集群的整體利益和市場(chǎng)秩序.

我國(guó)鑄造企業(yè)遍布各地，形成了多個(gè)特色鮮明的中國(guó)制造集群,。如河南省,，新鄉(xiāng)市年產(chǎn)大型鑄鋼件5.5萬(wàn)噸，出口量30%以上,，輝縣市擁有100多家鑄造企業(yè),，產(chǎn)能超過(guò)130萬(wàn)噸；平頂山郟縣被稱(chēng)為中國(guó)鑄鐵鍋之都……

這些集群在長(zhǎng)期發(fā)展過(guò)程中,，積累了豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)資源,，但同時(shí)也面臨著傳統(tǒng)鑄造工藝帶來(lái)的高能耗、高污染以及資源浪費(fèi)等問(wèn)題,。據(jù)統(tǒng)計(jì),，傳統(tǒng)鑄造工藝在材料利用率方面存在較大提升空間,，且能源消耗強(qiáng)度較高,，這不僅增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，也對(duì)環(huán)境造成了較大壓力,，與我國(guó)雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)存在一定矛盾 ,。

3D打印+鑄造新質(zhì)生產(chǎn)力

從提效、減污和降本的角度看,，3D打印+鑄造具有綠色屬性和先進(jìn)性：

提效

• 生產(chǎn)周期大幅縮短：某公司采用“3D+”鑄造工藝后,，生產(chǎn)周期縮短60%以上，如組芯壓縮機(jī)內(nèi)氣缸的生產(chǎn)周期從48天縮短至12天,，L型床身從45天縮短至15天,。

• 產(chǎn)能顯著提升：“3D+”鑄造工藝產(chǎn)能提升50%，效率翻番，能快速響應(yīng)市場(chǎng)需求,，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,。

• 快速原型制作：砂型3D打印技術(shù)可在短時(shí)間內(nèi)制作復(fù)雜砂型，快速完成原型部件制作,，如某新能源車(chē)企試制商卡水冷電機(jī)殼,，采用3DP砂型打印10天即交付，相比傳統(tǒng)工藝60天的制作周期縮短了83%,。

減污

• 材料浪費(fèi)減少：3D打印按需制造,，支撐砂在線回收，砂子利用率可達(dá)95%以上,，減少了傳統(tǒng)制模過(guò)程中的原材料浪費(fèi),。

• 粉塵污染降低：三帝科技砂型3D打印設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中能有效減少粉塵產(chǎn)生，配合再生砂等環(huán)保材料,，助力鑄造廠實(shí)現(xiàn)綠色制造,。

降本

• 模具成本降低：傳統(tǒng)鑄造中，儀表板模具成本70萬(wàn)-100萬(wàn)元,，保險(xiǎn)杠模具35萬(wàn)-70萬(wàn)元,，發(fā)動(dòng)機(jī)部件模具15萬(wàn)-60萬(wàn)元甚至更高，而3D打印砂模成本低,，設(shè)計(jì)修改靈活,，無(wú)需昂貴模具制造費(fèi)用。

• 人力成本減少：3D打印過(guò)程自動(dòng)化,，減少了對(duì)人工操作的依賴(lài)及人為錯(cuò)誤,，降低了人力成本，如三帝科技3D打印設(shè)備只需簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可操作,，無(wú)需大量人力協(xié)同,。

• 能源消耗降低：3DP打印工藝3D 打印技術(shù)能耗比砂芯制造和注塑設(shè)備較低。與注塑成型相比,，3DP打印砂型是通過(guò)噴頭噴出粘結(jié)劑將砂子粘結(jié)成型,，無(wú)需像注塑成型那樣對(duì)材料進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的加熱熔融等過(guò)程，所以能耗大幅降低,。與3DP打印砂型相比,，傳統(tǒng)砂芯制造中的熱芯盒法制芯，需使芯盒保持在200℃-300℃,，讓芯砂射入芯盒中后,，氯化銨在較高溫度下與樹(shù)脂中的游離甲醛反應(yīng)生成酸，從而使型芯很快硬化,，此過(guò)程能耗多,。而3DP打印砂型過(guò)程中,，砂子無(wú)需加熱到如此高溫，且設(shè)備本身能耗相對(duì)較低,。

△經(jīng)過(guò)3DP砂型打印工藝升級(jí)改造后的綠色快速鑄造工廠

三帝科技助力3D鑄造

在此背景下,，三帝科技的探索實(shí)踐為行業(yè)發(fā)展提供了有益借鑒。三帝科技通過(guò)收購(gòu)6家傳統(tǒng)鑄造廠,，引入3D打印技術(shù)推動(dòng)其轉(zhuǎn)型升級(jí),，成效顯著。在生產(chǎn)環(huán)節(jié),，3D打印技術(shù)的精準(zhǔn)特性大幅提高了材料利用率,，有效降低了原材料從開(kāi)采到加工各環(huán)節(jié)的碳排放，減少了對(duì)環(huán)境的影響,，這對(duì)于我國(guó)鑄造產(chǎn)業(yè)降低資源消耗強(qiáng)度,、提高資源利用效率具有重要示范意義，與國(guó)家相關(guān)部門(mén)推動(dòng)各行業(yè)綠色發(fā)展,、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的政策方向高度契合 ,。

從能源消耗角度分析，傳統(tǒng)鑄造過(guò)程中的反復(fù)加工和修正工序?qū)е履茉聪�耗量��,，�?D打印輔助鑄造則簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程,，降低了能源需求。國(guó)家一直致力于能源領(lǐng)域的改革與發(fā)展,，出臺(tái)了一系列提高能源利用效率和推廣清潔能源應(yīng)用的政策措施,。鑄造企業(yè)采用3D打印技術(shù)后，能夠更好地與這些能源政策協(xié)同,，例如引入節(jié)能型3D打印鑄造設(shè)備,，并結(jié)合清潔能源供電，進(jìn)一步降低碳排放,，助力鑄造行業(yè)能源結(jié)構(gòu)的綠色優(yōu)化,，為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)下能源消耗總量和強(qiáng)度“雙控”發(fā)揮積極作用 。

在技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)方面,，我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)新興技術(shù)在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的深度應(yīng)用與融合創(chuàng)新,。國(guó)家在“十四五”期間，工信部等部門(mén)已印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)鑄造和鍛壓行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》,，為行業(yè)發(fā)展指明方向,，如推動(dòng)智能化改造,，打造智能制造示范工廠,；助力綠色發(fā)展，調(diào)整產(chǎn)能置換政策,；支持優(yōu)質(zhì)企業(yè)發(fā)展,，培育專(zhuān)精特新“小巨人”和制造業(yè)單項(xiàng)冠軍,；發(fā)展產(chǎn)業(yè)集群，培育鑄造特色產(chǎn)業(yè)集群等 ,。對(duì)于3D打印+鑄造這一創(chuàng)新模式,，國(guó)家相關(guān)部門(mén)高度重視，應(yīng)在研發(fā)投入,、人才培養(yǎng)和技術(shù)推廣等方面加大政策扶持力度,，延續(xù)并深化“十四五”的發(fā)展策略到“十五五”規(guī)劃及以后階段。通過(guò)設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)研發(fā)基金,，鼓勵(lì)高校,、科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研深度合作，聯(lián)合攻克技術(shù)難題,，加速綠色鑄造技術(shù)的成熟與應(yīng)用普及,，提升我國(guó)鑄造產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)水平，增強(qiáng)在國(guó)際市場(chǎng)上的低碳競(jìng)爭(zhēng)力,，以技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,，實(shí)現(xiàn)從鑄造大國(guó)向鑄造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，而專(zhuān)精特新“小巨人”三帝科技的實(shí)踐成果也為政策的精準(zhǔn)實(shí)施和優(yōu)化提供了現(xiàn)實(shí)參考 ,。

從產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展視角出發(fā),，國(guó)家相關(guān)部門(mén)可充分發(fā)揮我國(guó)制造業(yè)集群優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)建立3D打印+鑄造的綠色產(chǎn)業(yè)園區(qū),。以三帝科技收購(gòu)的鑄造廠及其所在的產(chǎn)業(yè)集群為基礎(chǔ),，吸引上下游相關(guān)企業(yè)入駐園區(qū)，形成完整的綠色產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài),。在園區(qū)內(nèi)集中配置完善的基礎(chǔ)設(shè)施與環(huán)保配套設(shè)施,，實(shí)現(xiàn)廢棄物的集中處理和循環(huán)利用，構(gòu)建綠色產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán),。企業(yè)間通過(guò)共享3D打印技術(shù)資源,、能源管理系統(tǒng)等，能夠有效降低整體運(yùn)營(yíng)成本和碳排放,，同時(shí)便于統(tǒng)一監(jiān)管和推廣綠色鑄造標(biāo)準(zhǔn),，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)企業(yè)的綠色低碳協(xié)同發(fā)展，打造成為雙碳目標(biāo)下我國(guó)傳統(tǒng)鑄造產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的示范樣本,，以點(diǎn)帶面推動(dòng)全國(guó)鑄造行業(yè)的全面綠色變革,，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)提供堅(jiān)實(shí)的產(chǎn)業(yè)支撐和有力的政策實(shí)踐范例,，進(jìn)一步彰顯我國(guó)在全球綠色制造領(lǐng)域的引領(lǐng)地位和大國(guó)擔(dān)當(dāng) ,。