泵輪制作的時間和成本大比拼：傳統(tǒng)鑄造工藝與3D Systems QuickCast工藝

Tech Cast LLC是高品質(zhì)精密鑄造的領(lǐng)先供應(yīng)商。公司的專長之一是制作大型且復(fù)雜的泵輪鑄件，重量可達50磅（158.76千克）,，直徑長達30英寸（76.2厘米）,。

設(shè)計一個性能良好的泵輪是一大挑戰(zhàn)。被泵取的液體常常具有復(fù)合成份且流速和流量都很高,。當前的分析工具只能對泵的性能進行粗略評估,，實際性能還得通過實驗來確定。因此,，實現(xiàn)泵輪的最佳性能是一個迭代的過程：模型設(shè)計,、泵輪制造、性能測試,、設(shè)計調(diào)整,，直到達成最優(yōu)設(shè)計，否則需要一直循環(huán)此過程,。

然而在現(xiàn)實操作中,，以這種方式優(yōu)化泵輪性能非常昂貴。模具成本很高,，交貨期也很長,，特別是對于Tech Cast這種制造大型泵輪的制造商來說。含內(nèi)流道的產(chǎn)品因為通常需要型芯,，該型芯要么是可溶性物質(zhì)要么是陶瓷等,，所以需要制作兩套模具來完成。這個過程不僅僅是簡單地需要重復(fù)修改設(shè)計或者重建模具進行設(shè)計變更評估,。因此,，泵輪制造商在泵輪達到合格性能時就停止迭代了。他們無法承受因為要達到最優(yōu)設(shè)計,，而需再次迭代所產(chǎn)生的成本和時間,。

△QuickCast原型只占傳統(tǒng)模具制作成本的一小部分

Tech Cast公司開創(chuàng)了一個新流程，可極大減少每次迭代耗費的成本和時間,。這樣一來,，泵輪制造商只花費比之前制作一個鑄件更少的時間，就能制作出更多設(shè)計版本的泵輪,。Tech Cast公司使用3D Systems的QuickCast服務(wù)制作原型,，就無需再制作每次迭代所需的模具。QuickCast制作的原型可作為直接鑄造用原型（通過3D打印工藝來創(chuàng)建原型）,，現(xiàn)在在北美是常用的直接原型制作技術(shù),。有了QuickCast原型，無需耗費時間來制作蠟?zāi)Ｋ�需模具就能得到鑄件,，如此一來,，數(shù)天內(nèi)就可以評估新設(shè)計,，而不是數(shù)月。

QuickCast原型只占傳統(tǒng)模具制作成本的一小部分,，并且一周內(nèi)就能完成,，所以在3周內(nèi)完全加工泵輪是可行的。QuickCast工藝制作的樹脂原型內(nèi)部是中空的,，加溫可能導(dǎo)致原型膨脹,，但是因為有蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，避免了把模殼撐壞,。這樣最大程度地減少了原型所用的材料,，另外可以說是幾乎無灰燃燒，也能夠快速地完成鑄造工序,，而無需其他額外步驟,。

最近，Tech Cast和3D Systems一起為QuickCast工藝量化其優(yōu)勢,。一個直徑約15英寸（38.1厘米）雙吸式泵輪被用于研究,。鑄件分別通過蠟?zāi)＃��?DSystems的QuickCast原型鑄造而成,。

鑄造過程的每一步耗費的成本和時間都被記錄,，因此可以做出精確的比較。

第一個步驟是創(chuàng)建鑄件的CAD模型,�,？蛻舸_定了需被制作的泵輪。鑄造廠必須放大泵輪的縮率,，以抵消在鑄造中金屬的收縮,，增加后期加工定位特征和澆鑄口。傳統(tǒng)鑄造工藝和3DSystems的QuickCast工藝都需要更改CAD模型,，CAD建模通常需要花費1周時間,。

△泵輪原型

在傳統(tǒng)鑄造工藝中，數(shù)模是直接發(fā)送給制作蠟型的模具廠,。針對這個泵輪,，制作模具將耗費4萬美元，工期需要7到9周,。

而Tech Cast公司采用的QuickCast工藝是這樣的,。CAD模型被發(fā)送到3D Systems公司，通過QuickCast工藝制作了原型,。制作原型的成本僅為3150美元,，只需要1周時間。

在傳統(tǒng)鑄造工藝中,，工廠只能在收到所需模具后,，才能加工原型,，泵輪鑄件再通過Tech Cast公司的傳統(tǒng)熔模鑄造工藝制作而成。過程中大多數(shù)的勞動量都是加工原型和創(chuàng)建組裝件,。

而收到QuickCast 制作的原型，與傳統(tǒng)鑄造工藝會有細微的差別,，因為QuickCast 的原型在鑄造前是需高溫氣化掉的,，所以需要設(shè)計排氣口，而不是像傳統(tǒng)失蠟鑄造那樣融化原型,。因為無需勞力用于加工原型,，實際上QuickCast制作的原型在鑄造過程中幾乎沒有什么勞動含量，但它需要額外的數(shù)小時用于制程變更,。

下圖是Tech Cast的工藝和傳統(tǒng)鑄造工藝關(guān)于泵輪的對比,。

使用Tech Cast采用的QuickCast工藝制作的泵輪大概僅需傳統(tǒng)鑄造工藝的1/3時間，也僅需傳統(tǒng)制造1/10的成本,。另外,，通過QuickCast原型制作的鑄件僅需81美元的少量勞動（假定1小時60美元的勞動負擔率），遠低于傳統(tǒng)鑄件所需的勞動成本,。

△組裝好的泵輪原型

相較于傳統(tǒng)工藝,，新方法大大縮短周期，在原本只能完成一個鑄件的時間內(nèi)至少可以進行2次鑄造及修正,。

假設(shè)當?shù)谝粋�鑄件被測試了,，性能并不合格。制造商將進行工程變更來改善性能并制作第二個泵輪來進行測試,。鑄造廠將制作經(jīng)過修改的鑄件模型,。因為當只有一個地方需要被改變時，不需要整個星期的時候來創(chuàng)建初始模型,。我們設(shè)定數(shù)天的時間可以將設(shè)計變更實現(xiàn)在鑄造模型上,。

在傳統(tǒng)鑄造工藝中，制作原型所需的模具隨著設(shè)計的變更也必須進行改變,。進行變更所需的成本和時間也決定于這是一次怎樣的變更,，平均來說即使一個細微的變更也需要15%的模具制作成本和2周的時間。修改過的模具將被用于制作一個新的原型,。

在Tech Cast公司的工藝中,，最新的模型將被用于制作新的QuickCast原型，直接用于鑄造,。

下圖總結(jié)了完成第二個泵輪的2種方式,。

使用傳統(tǒng)鑄造工藝，如果經(jīng)過設(shè)計變更,，泵輪性能可以被接受,，那么制造商就有可能進入生產(chǎn),。此時這個項目已經(jīng)落后于進度，進入市場的急切已經(jīng)超過優(yōu)化泵輪性能的需要,。

使用Tech Cast的工藝,，如果在第二個泵輪之后需要預(yù)定一個模具，就需要增加7-9周的時間和4萬美元的成本,，這意味著將泵輪投入生產(chǎn)所需的時間和成本基本上同傳統(tǒng)鑄造工藝一樣,。

但如果還需要進行設(shè)計變更，制造第三個泵輪,，對比如下圖,。

如果確認了第三個泵輪設(shè)計，并確定投入生產(chǎn),，Tech Cast工藝將比傳統(tǒng)鑄造工藝提早一周時間完成,，并節(jié)省約2500美元。

Tech Cast工藝的其中一優(yōu)勢是泵輪的設(shè)計變更可以在同一時間內(nèi)進行,。如果制造商已經(jīng)選擇立即嘗試這三種設(shè)計,，并選擇最好的設(shè)計投產(chǎn)，那么結(jié)果如下圖：

如果制造商選擇最佳性能的設(shè)計進入投產(chǎn),，并訂購相關(guān)的模具,，那么他們將比傳統(tǒng)鑄造工藝提早6周進入生產(chǎn)，還能節(jié)省下2500美元,。

Tech Cast工藝的另一優(yōu)勢就是模具還在制造的時候,，鑄件可以繼續(xù)通過QuickCast原型制造。這可以讓制造商建立實地實驗,，并在模具完成前制作初始生產(chǎn)泵,，這樣產(chǎn)品上市就能更快。

Tech Cast公司的工藝也能用于需要陶瓷型芯的葉輪,。Tech Cast公司可通過增材制造工藝得到陶瓷型芯,，這樣一來，在制作模具前就能對泵輪進行優(yōu)化了,。

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3D Systems提供全面的3D產(chǎn)品和服務(wù),，包括3D打印機、打印材料,、云計算按需定制部件和數(shù)字設(shè)計工具,。公司的生態(tài)系統(tǒng)覆蓋了從產(chǎn)品設(shè)計到工廠車間的先進應(yīng)用。3D Systems精準的醫(yī)療解決方案包括模擬,、虛擬手術(shù)規(guī)劃,、醫(yī)療、牙科設(shè)備以及給患者定制的外科手術(shù)器械的打印,。作為3D打印的創(chuàng)始者和未來3D解決方案的開發(fā)者,，3D Systems花費了30年的時間幫助專業(yè)人士和企業(yè)優(yōu)化他們的設(shè)計,、改造工作流程，將創(chuàng)新產(chǎn)品推向市場,、驅(qū)動新的商業(yè)模式,。

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