沈阳铸造研究所有限公司快速铸造技术3D打印砂型

铸造小虎

增材制造技术迅猛发展，但适用于铸造生产的增材制造装备急需解决，增材制造用造型材料及粘结剂体系尚不成熟，相关标准更是空白。开发环境友好的造型材料已经成为铸造实现绿色生产的重要技术需求。在铝、镁合金精密砂型铸造技术方面，我国采用的传统树脂砂铸造工艺，在尺寸精度、复杂程度、力学性能、铸件清砂等方面一直无法满足航空装备产品设计和铸造工艺的要求。


高端装备轻合金铸造技术国家重点实验室依托于沈阳铸造研究所有限公司，绿色快速铸造技术研究室（下称研究室）是国家重点实验室五个下设研究室之一。研究室的主要目标是致力于快速铸造技术的应用及绿色铸造材料的开发。快速铸造技术结合了增材制造技术，相对于传统铸造工艺，其无需制作木模、模样等，具有制造周期短、研发成本低、砂型／砂芯一体化制造及可制造出任意复杂形状铸铸型或原型等优点，可实现复杂铸件的整体近净成形。

研究室目前拥有多台3D打印成型机，可提供以下打印服务：

砂型/砂芯打印服务；

铸造工艺设计及砂型打印；

系统化解决方案-即直接提供铸件产品；

蜡模打印服务。

以快速砂型/砂芯为例，目前研究室拥有多台德国voxeljet喷墨打印机，打印机采用喷墨打印原理，根据数模图形，先铺一层预混固化剂的原砂，然后将粘合剂喷在需要成型的区域，形成零件截面，然后不断重复，层层叠加，最终获得所需的砂型。

3D打印砂型工作原理

研究室主要机型为VX2000，最大打印尺寸2000 mm *1000 mm *1000mm，打印分辨率≥300dpi，打印层厚0.2~0.5mm，打印精度±0.3mm，打印速率≤45秒/层（80L/小时），主要用于砂型/砂芯3D打印批量生产应用，适用于铝镁合金、铸铁、铸钢等材质铸件，特别适用于单件、小批量、高端复杂铸件制造及新产品开发，也可用于砂型3D打印粘结剂、固化剂和原砂等原材料开发及型砂性能研究。


VX2000 3D打印机


VX2000工作照片


VX2000打印的复杂、大型砂芯示例

以某复杂铝合金铸件为例，通过采用3D打印砂型的手段来实现该产品的快速铸造，具有以下突出优点：

（1）制造周期短。3D打印技术直接根据模型打印砂块，省去模具设计和加工的过程，工期可缩短两个月以上；

（2）工艺灵活性高。在铸件研制阶段，需要不断的调节铸造工艺，模具修改困难。 3D打印在工艺改进阶段仅仅需要直接修改砂型数据，提高工艺研发效率；

（3）降低组型难度，提高铸件尺寸精度。3D打印可以将传统分型的部分砂块整体打印出来，简化砂块的组型方案，同时保证铸件尺寸精度；

（4）砂型透气性、溃散性良好。3D打印采用制备的砂型孔隙率高，不仅易于清理，而且透气性能良好，解决了呛火缺陷，并且能直接打印空心砂芯，进一步改善排气能力。

最终得到的复杂铸件如下：


某复杂铝合金铸件

技术背景

增材制造（Additive Manufacturing，AM）也称3D打印，采用离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系，是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。