增材制造技術迅猛發展,但適用于鑄造生產的增材制造裝備急需解決,增材制造用造型材料及粘結劑體系尚不成熟,相關標準更是空白。開發環境友好的造型材料已經成為鑄造實現綠色生產的重要技術需求。在鋁、鎂合金精密砂型鑄造技術方面,我國采用的傳統樹脂砂鑄造工藝，在尺寸精度、復雜程度、力學性能、鑄件清砂等方面一直無法滿足航空裝備產品設計和鑄造工藝的要求。

高端裝備輕合金鑄造技術國家重點實驗室依托于沈陽鑄造研究所有限公司,綠色快速鑄造技術研究室(下稱研究室)是國家重點實驗室五個下設研究室之一。研究室的主要目標是致力于快速鑄造技術的應用及綠色鑄造材料的開發。快速鑄造技術結合了增材制造技術,相對于傳統鑄造工藝,其無需制作木模、模樣等,具有制造周期短、 研發成本低、砂型/砂芯-體化制造及可制造出任意復雜形狀鑄鑄型或原型等優點，可實現復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,可提供以下打印服務:

砂型/砂芯打印服務;

鑄造工藝設計及砂型打印;

系統化解決方案即直接提供鑄件產品;

蠟模打印服務

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,打印機采用噴墨打印原理,根據數模圖形,先鋪一層預混固化劑的原砂 ,然后將粘合劑噴在需要成型的區域,形成零件截面,然后不斷重復,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) , 主要用于砂型/砂芯3D打印批量生產應用,適用于鋁鎂合金、鑄鐵、鑄鋼等材質鑄件,特別適用于單件、小批量、高端復 雜鑄件制造及新產品開發,也可用于砂型3D打印粘結劑、固化劑和原砂等原材料開發及型砂性能研究。

VX2000 3D打印機

VX2000工作照片

VX2000打印的復雜、大型砂芯示例

以某復雜鋁合金鑄件為例，通過采用3D打印砂型的手段來實現該產品的快速鑄造，具有以下突出優點：

(1 )制造周期短。3D打印技術直接根據模型打印砂塊,省去模具設計和加工的過程,工期可縮短兩個月以上;

(2)工藝靈活性高。在鑄件研制階段,需要不斷的調節鑄造I藝,模具修改困難。3D打印在 工藝改進階段僅僅需要直接修改砂型數據,提高工藝研發效率;

(3 )降低組型難度, 提高鑄件尺寸精度。3D打印可以將傳統分型的部分砂塊整體打印出來,簡化砂塊的組型方案,同時保證鑄件尺寸精度;

(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-步改善排氣能力。

最終得到的復雜鑄件如下:

技術背景

增材制造( Additive Manufacturing , AM )也稱3D打印,采用離散-堆積原理,由零件三維數據驅動直接制造零件的科學技術體系,是融合了計算機輔助設計、材料加工與成形技術、以數字模型文件為基礎,通過軟件與數控系統將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫用生物材料,按照擠壓、燒結、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積,制造出實體物品的制造技術。