3D打印如何革新砂型铸造

砂型铸造历史悠久数千年，工艺近乎未变。但现在，得益于3D打印，变革正在发生。以下是部分成果。

助百年老店持续创新

在高竞争市场，即便百年老店也须持续改进以留住客户。D.W. Clark是一家多合金金属铸造公司，为砂型铸造引入3D打印并取得显著成果。

该公司据报将交付周期从数月缩至数周，消除了传统工装与模型制造。D.W. Clark采用粘结剂喷射技术，副总裁Jeff Burek举例说明潜在时间压缩。

“有客户要求两周内完成叶轮精加工。尽管机器运行仅几轮，我们仍在几天内完成模具设计、打印、浇铸、热处理、精加工，全流程两周搞定。”

引入3D打印的另一优势是降低复杂零件生产成本。打印机基于数字文件工作，需要时可快速复制。且所选打印机比传统铸造工艺用砂更少，意味材料成本更低。

此案例展示砂型铸造如何助老牌企业保持相关性、持续满足客户需求，同时获取其他韧性收益。

低成本加速原型制造

将3D打印应用于砂型铸造，也是企业缩短原型周期的吸引人选择。GRATZ Engineering是德国公司，全国多地设点，员工近250人。发现3D打印在砂型铸造项目原型阶段优势显著。公司常结合砂型铸造与3D打印，以及直接金属激光烧结（DMLS）。

零件管理负责人Andreas Steinbronn表示：“金属3D打印如激光烧结，若不追求速度则太贵。若原型有两三周工期，我们通常倾向经典金属铸造配合3D打印砂模，或用聚甲基丙烯酸甲酯制投资铸造模型。”

Steinbronn续言：“这大幅削减成本，零件耐用性与稳定性提升也是优势。最实用的是大构建体积与快速打印速率。”

也有3D打印与DMLS直接对比：“粘结剂喷射系统可在同一打印过程中并行嵌套生产涡轮增压器等多个原型变体，而非像DMLS仅单层生产。”

助力企业原型制造更轻更薄新设计

砂型铸造是制造复杂金属零件的长青工艺。除效率与成本效益，还有可重复利用性。每个砂模一次性使用，但取出成品后砂混合物可回收供下次成型。

结合3D打印提供另一种可持续性：让客户在生产前彻底检验原型并严格测试，大幅节省时间金钱。

英国公司Brooks Crownhill Ltd.（BCP）用3D砂型铸造制造电机外壳与汽车零件。销售总监Lee Henderson称企业对这新兴工艺不陌生。

“我们用3D打印铸造或打印铸造已有一段时间。巨大优势显而易见：工艺快、省本、给设计师巨大创作自由。这对重新思考成熟零件、尽可能省材至关重要，如通过拓扑优化零件。”Henderson说。

Henderson还谈到3D打印砂型铸造如何应对新客户需求。客户更多要求更轻更薄新设计。他表示铣削、芯射等传统工艺无法适配客户零件几何形状，但3D打印砂型铸造可以。Henderson称许多人仍不了解3D打印砂型铸造优势，但此类成果或助其普及。

让铸造厂盘活房地产

3D打印成选项前，铸造厂不得不划出大片厂房存放样板匹配板。这些模板是为客户制作的零件副本。铸造工人在客户再次下单时依赖这些板。匹配板排列常极其庞大，铸造厂甚至付费租仓库存放。

但3D打印依赖数字文件，用于砂型铸造的公司可最小化甚至消除现场存放实体匹配板的做法。Viridis3D专注3D打印砂型铸造，Howard Rhett指出3D打印的数字化意味着公司无需再担心湿度控制、防虫等仓储麻烦。
取而代之，中低频用模板可存U盘。这是便携选项，移除传统存储诸多不便。若腾出足够空间，可用于业务增长与扩张。

此外，数字化客户文件加速从接单到开工的时间。某些情况下，铸造工人可在收到数字文件当天即向大型模具浇注熔融金属。

证明工艺带来多重收益

持续研究显示，采用3D打印砂型铸造可预期诸多优势。一项研究对比制造泵体时的3D打印与传统砂型铸造。

团队发现3D打印法仅用26小时打印砂模零件，而传统法达该步骤需六周以上。 且3D打印泵体表面粗糙度比传统件约光滑300微米，重量轻近27%。

另一研究对比3D打印陶瓷砂模与传统工艺。3D打印件轻95%，金属收得率优化29%，且传统法制造时间近乎翻倍，因需制作两部分模型并打磨表面。

3D打印改写砂型铸造游戏规则

这些例子凸显为何3D打印越来越被视为传统砂型铸造的吸引人替代方案。虽非主流实践，但可能很快改变。随着更多公司试水获显著成果，其他铸造厂应跟进，推广此技术。