我國是鑄造大國，2021年鑄造產(chǎn)量達5130萬噸，產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界榜首。中國鑄造協(xié)會數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，國內(nèi)現(xiàn)有26000家鑄造廠，其中砂型鑄件的市場規(guī)模約1200億元。但近年來行業(yè)發(fā)展面臨重重困難，節(jié)能減排壓力大、技術(shù)工人短缺、同質(zhì)化競爭嚴重等問題凸顯。為擺脫困境，企業(yè)投入大量資金進行新產(chǎn)品研發(fā)和技術(shù)改造，而隨著經(jīng)濟發(fā)展增速放緩、人口紅利衰減和綜合成本上升，鑄造行業(yè)產(chǎn)品附加值總體降低，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的步伐放緩，亟待探明一條新的轉(zhuǎn)型發(fā)展之路。傳統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)無法改變這個局面，亟需一種能為眾多鑄造企業(yè)“創(chuàng)新賦能”的新技術(shù)——以較低的成本、可預期的收益，構(gòu)建企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)從低端向中高端轉(zhuǎn)換的“綠色通道”。

在這個背景下，3DP砂型打印技術(shù)（也稱“粘結(jié)劑噴射砂型3D打印技術(shù)”）進入人們的視野，歷經(jīng)多年的發(fā)展和成熟，已經(jīng)極具競爭力。本文中可以看到國產(chǎn)砂型3D打印設(shè)備出現(xiàn)在陜西省咸陽市一家民營鑄造企業(yè)的生產(chǎn)線上，為他們的鑄件產(chǎn)品賦予了“不對稱競爭”的技術(shù)優(yōu)勢，成功進軍高端鑄件市場。

砂型鑄造與鍛造、擠壓、焊接、銑削等金屬加工工藝相比，是最為簡約高效的金屬成型技術(shù)之一，因此被廣泛采用。傳統(tǒng)砂型鑄造主要采用模具翻制砂型或芯盒方式造型，需要制造木模或金屬模具，制造模具耗時長、成本較高且存在風險，使得不少鑄造企業(yè)在前期新產(chǎn)品開發(fā)時面臨兩難的選擇——如果開了模具而拿不到訂單，就會白白損失模具費。在這種情況下，除了新產(chǎn)品開發(fā)以外，一些小批量件、復雜件的需求也難以得到滿足。另一方面，模具翻砂本身也有許多工藝短板，如為模具組裝和脫模預留的裝配余量和拔模斜度余量等，導致砂型鑄造產(chǎn)品的加工去除量較大、尺寸誤差偏高、鑄造面光潔度較差等問題。因此，對質(zhì)量要求更高的復雜鑄件不得不放棄砂型鑄造工藝，轉(zhuǎn)而采用其他成本更高的替代工藝，例如壓力鑄造、精密鑄造等。

3DP砂型打印技術(shù)的出現(xiàn)，可以很大程度上改變砂型鑄造所處的不利境地。采用3DP砂型打印技術(shù)無需模具，直接打印砂型，可以用最少時間和最低成本完成新產(chǎn)品開發(fā)和中小批量產(chǎn)品交付。經(jīng)過3DP工藝驗證后，鑄造工藝得以完善、合同順利簽訂，再投入資金開模具進行大批量制造，可以節(jié)省大量模具投入。在質(zhì)量方面，3DP砂型不受到模具翻砂工藝的制約，具有10微米級的高精度、復雜結(jié)構(gòu)一體自由成型，部分鑄鋁件的鑄造面精度可以和精密鑄造媲美，同時也減少了裝配誤差造成的廢品率，減少了工人勞動，綜合經(jīng)濟效益十分顯著。

近年來，在技術(shù)及市場需求的雙重驅(qū)動下，我國3DP砂型打印技術(shù)發(fā)展迅速。國內(nèi)領(lǐng)先的3D打印裝備及制造服務(wù)提供商北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司（三帝科技旗下，簡稱“隆源成型”）自主開發(fā)并推出了AFS-J1600、AFS-J2100系列量產(chǎn)型設(shè)備，實現(xiàn)了15s以內(nèi)/層的打印速度并通過了1000小時級設(shè)備穩(wěn)定性測試，具有良好的打印精度和內(nèi)在質(zhì)量，面向鑄鋁、鑄鐵、鑄鎂、鑄鋼等應(yīng)用需求，配套豐富的砂材體系及粘結(jié)劑材料體系。

陜西省武功縣欣鑫有色金屬鑄造有限公司于2021年引進了兩臺隆源成型3DP砂型打印機用于砂型生產(chǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)完全替代了木模翻砂工藝。不僅節(jié)省了開模成本和時間，還避免了模具設(shè)計的不合理及修模造成的風險。生產(chǎn)效率大幅提高，尤其對于周期短、精度高、小批量的高附加值產(chǎn)品試制，能夠更加得心應(yīng)手地高質(zhì)高效交付，成為一大競爭優(yōu)勢。

欣鑫鑄造通過隆源成型3DP砂型打印機采用砂型快速鑄造工藝為某車廠試制發(fā)動機缸體，由于缸體結(jié)構(gòu)復雜，且壁厚較小，如果采用傳統(tǒng)方法制作周期需要1個多月。3DP砂型打印設(shè)備制作的砂型，精度和強度較傳統(tǒng)工藝均有很大提高，抗拉強度可達2MPa，鑄件表面粗糙度低于Ra12.5，缺陷控制良好，無多肉、氣孔、裂紋、夾渣，無表面缺陷及殘缺。僅耗時10天交付灰鑄鐵（HT250）成品鑄件，制作周期縮短了2/3，成本降低30%。

欣鑫鑄造通過隆源成型3DP砂型打印機采用砂型快速鑄造工藝為某新能源車企試制輕量化車架，如果采用傳統(tǒng)方法制作，生產(chǎn)周期需要40天。采用3DP砂型打印快速鑄造，最終成型鑄件的尺寸精度達到CT7級，表面粗糙度低于Ra12.5μm，鑄件表面無氣孔、裂紋，形狀完整、結(jié)構(gòu)清晰。最終6天交付鋁合金（ZL101）成品鑄件，制作周期縮短85%，成本減少32%。

欣鑫鑄造負責人譚大為表示，現(xiàn)在訂單多得做不過來，兩臺3DP砂型打印機24小時開機連軸運轉(zhuǎn)，目前月打印20噸砂型的產(chǎn)能已遠遠滿足不了巨大的市場需求。欣鑫鑄造下一步將引進更多的3DP砂型打印機，實現(xiàn)月產(chǎn)能近百噸、年產(chǎn)值近億元的目標。“如今各種復雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品我們都能生產(chǎn)，效率提升了2倍，成本降低了一半。同時，因為交貨周期大幅縮短，產(chǎn)品的利潤率也有很大提高，我們得到的是實實在在的效益。”在很多傳統(tǒng)鑄造企業(yè)還在因高耗能、高污染、產(chǎn)品精度達不到要求而面臨轉(zhuǎn)型困境的當下，欣鑫鑄造已搭上3D打印綠色鑄造的快車成功實現(xiàn)了突圍。

綜上，3DP砂型打印技術(shù)對于砂型性能、加工速度、成型尺寸等的優(yōu)化提升具備明顯優(yōu)勢，目前已成熟應(yīng)用于鑄造生產(chǎn)中，尤其適用于新品研發(fā)、復雜產(chǎn)品及小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。隨著市場的進步以及對新產(chǎn)品開發(fā)速度與質(zhì)量要求的逐漸提升，相信在未來幾年，面對千億級的砂型鑄造市場，3DP砂型打印會占據(jù)越來越多的份額，助力中國鑄造高質(zhì)量發(fā)展。

【關(guān)于隆源成型】
北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司（Longyuan AFS Co.,Ltd.）為北京三帝科技股份有限公司（3D Printing Technology, Inc.）旗下企業(yè)。1994年即研制成功國內(nèi)首臺自主知識產(chǎn)權(quán)的商品化工業(yè)級3D打印設(shè)備——選區(qū)激光粉末燒結(jié)快速成型機，是中國最早實現(xiàn)工業(yè)級3D打印產(chǎn)業(yè)化、服務(wù)化的企業(yè)之一，是國家高新技術(shù)企業(yè)，中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè)，海淀區(qū)創(chuàng)新企業(yè)，北京市專精特新企業(yè)，智能制造關(guān)鍵技術(shù)裝備供應(yīng)商。
隆源成型專注3D打印裝備及制造服務(wù)，公司擁有近30年的3D打印服務(wù)經(jīng)驗，通過研究院、博士后工作站、工程技術(shù)中心“三位一體”的協(xié)同創(chuàng)新體系，提供堅實的技術(shù)保障。通過自主研發(fā)的SLS選區(qū)激光燒結(jié)、SLM選區(qū)激光熔化、3DP砂型打印、BJ噴墨金屬打印、DED定向能量沉積等系列智能裝備，通過分布全國的智造中心為用戶提供砂型打印快速鑄造、蠟型打印精密鑄造、成品件快速試制、梯度金屬3D打印等快速制造服務(wù)。逾千家設(shè)備、加工服務(wù)用戶遍布航空航天、汽車、摩托車、軌道交通、船舶泵閥、機械制造、藝術(shù)鑄造、金屬加工等領(lǐng)域。