3D打印技术作为一种增材制造技术，逐渐被大家认知并广泛应用。3D打印突破了先模具再生产的制造模式，直接生产熔模精密铸造蜡模，普通砂铸用砂型、砂芯和金属型等工艺用复杂砂芯，同时也可以直接打印成金属件。众多3D打印直接或间接成型金属零件方法中，3D打印技术与传统铸造业相融合，快速制造低成本铸件，倍受制造业关注。本文介绍几种工业级3D打印和快速制造金属的方法，解决单件样机、中小批量、低成本、短周期铸造件供给问题。3D打印、融合配套技术用于企业的科研和生产具有十分明显的价值，进一步探索和推广应用具有十分重大的意义。3D打印技术发展至今，已经历半个多世纪，从“快速成型”到“3D打印”再到“增材制造”，从默默无闻到家喻户晓。近十年得到了大家高度重视和飞速发展，3D打印企业、新型打印技术和工艺如春笋般长遍中国大地。3D打印技术已在工业造型、机械制造、军事、航空航天、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、珠宝等领域都得到了广泛应用。高强度塑料、直接成型金属、打印砂、石蜡、陶瓷、ABS、PP、PC、尼龙玻纤、橡胶、铝基合金、铁基合金、镍基、钛合金等都不新鲜了，打印巧克力、药片、眼镜、鞋子等都出现在大家生活中。3D打印技术被誉为推动“工业4.0”和“工业智造2025”关键性技术，推动制造行业发展革命性技术，它将同机器人技术、互联网技术共同改变人类生产生活方式。3D打印技术已经开始和多种行业进行融合，改变了传统生产工艺流程和方式，改变了大家的对3D打印“科研试制”“小批量”“贵”的负面印象，正积极的研究和广泛应用，本文重点介绍3D打印在铸造业中的融合应用情况。下面介绍工业级3D打印、铸造融合配套技术和融合应用情况。1.工业级3D打印、铸造融合配套技术本文重点介绍SLS、SLA、3DP三种打印技术和铸造融合配套技术。SLS打印材料是粉末。激光的能量让粉末产生高温和相邻的粉末发生烧结反应连接在一起,通过层叠和选区烧结的过程实现复杂产品的成型。SLS可以说是一种万能技术，只要能制成粉末的材料都能应用。目前用于铸造主要材料有尼龙、PS、EPS、石蜡、覆模砂芯。SLA是用激光选择性地让需要成型的液态光敏树脂发生聚合反应变硬，通过层叠和选区烧结的过程实现复杂产品的成型。目前主要材料为液态光敏树脂。3DP采用粉末材料成形，通过喷头用粘接剂(如树脂、硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面，主要材料是树脂砂、石膏、热塑性塑料、陶瓷、金属。铸造方面主要用法有：25WMEM·2020年 第4期www.cmtba.org.cnSpecial Planning特别策划图1 尼龙模具 图7 传动箱EPS泡沫图9 发动机零件砂型和砂芯一体化制造图10 排气管打印砂型、砂型组装和浇注后零件图8 排气管EPS泡沫图3 复杂叶轮PS蜡件图5 复杂缸盖蜡件图2 PS树脂模具图4 光敏树脂蜡件图6 复杂缸体蜡件（2）熔模铸造用蜡模直接打印蜡件、PS浸蜡制作蜡件、光敏树脂蜡件代替金属模具或硅胶模压制蜡件。打印蜡件特点是无需模具可生成蜡件，蜡件可以是无限制复杂，蜡件的个性化十分强，只与三维数据有关，用于中小批量无模快速铸造和复杂零部件生产中，各种蜡件如图3～图6所示。（3）消失模铸造模型打印EPS制作消失模泡沫，用于消失模铸造工艺，模型与蜡模类似，不同在于，可以在浇注前通过燃烧法去除部分或全部模型，也可以在浇注过程中自身气化去除。EPS泡沫如图7、图8所示。（4）砂型打印打印铸造用砂型和砂芯，通过激光烧结或粘结的方法，将硅砂、锆砂、宝珠砂、铬矿砂等制造成砂型和砂芯，通过3D打印可实现任意复杂砂型和砂芯的一体化制造（见图9），同时可根据铸件特点，打印不同换热系数的砂型，实现顺序凝固，大大提高了铸件的尺寸精密和内部质量，如图10所示。2.工业级3D打印、铸造融合配套技术应用目前，3D打印技术已成功与砂型重力铸造、砂型低压铸造、金属型型芯、熔模精密铸造、消失模铸造等多种铸造方法相融合，正在探索与真空增压铸造、差压铸造、石膏型铸造及砂型与石膏型复合等多种铸造方法进行融合、深度融合。技术可用于生产铝合金、铸钢、铸铁、铸钛及镍基合金等铸件的快速生产，生产速度很快。3D打印制造与零件复杂程度无关，以中等复杂铸件为例，3D打印与砂型铸造融合，最快1～3个工作日完成铸件毛坯生产，3D打印与硅溶胶熔模精密铸造铸件最快2～5个（1）快速模具生产尼龙粉成型尼龙件，PS件浸树脂、光敏树脂作为砂铸模具代替木模制作砂型或砂芯，如图1、图2所示。模具特点：表面光滑、尺寸精密好，不易开裂，模具修改方便，模具可实现中等复杂铸型和型芯的铸造，可实现50～100件批次的应用。打印的尼龙件和PS件通过真空铸型机翻制硅胶模具，广泛应用到各种复杂蜡模的生产。26www.cmtba.org.cnWMEM·2020年 第4期Special Planning特别策划图11 缸盖铸件图13 铝合金叶轮铸件图12 缸体铸件图14 合金钢叶轮铸件工作日；复杂三缸机体和缸盖铸件生产10套也只需要10个工作日。三缸机体和缸盖为3D打印与石膏型真空增压铸造技术融合生产的结果，如图11、图12所示。目前，大量叶轮、蜗轮、泵体等为代表的典型不规则曲面铸件的设计和生产企业，不再仅采用模具进行铸件生产，而是通过3D打印和铸造融合的方法生产，铸件设计更加考虑符合流体力学、空气动力学等，打破了以制造为先的设计理念，大大提高了铸件使用寿命和使用效果。叶轮如图13、图14所示。大量的军工企业，已经不再通过模具法获得铸件毛坯，纷纷选用成熟的3D打印加铸造的方法完成铸件毛坯生产，速度快、低成本、质量优势明显，使得企业产生了强烈的依赖感。很多企业通过学习3D打印技术，利用3D打印制造与零件复杂程度无关的特点，转变了原有以制造为先的设计理念，有效的提高了零件的功能，零件的结构更加精致合理。3.工业级3D打印、铸造融合配套技术的意义 综上所述,3D打印与铸造融合，使复杂铸件快速铸造成为可能，使繁杂的工序变得更加简单，使复杂铸件制造成本更低、周期更短。这项技术已大量应用于汽车、航空航天、兵器等开发密集型行业，并不断延伸到各行各业，对社会生产力提高具有跨时代意义。3D打印与铸造融合技术将会成为推动“工业4.0”和“工业智造2025”关键性技术，推动制造行业发展革命性技术，它将同其他先进技术共同改变人类生产生活方式。 □参考文献：[1] 吴凯，莫志豪，李雪峰，梁建文. 基于Geomagic逆向建模的3D打印技术研究[J]. 模具制造，2018，18(05):73-76.[2] 何志明. 3D打印技术对产品的影响[J]. 包装工程，2018，39(10):188-193.[3] 尹光辉，陈杭，游俊，夏娟. 3D打印技术在工业设计上的研究[J]. 科教导刊(中旬刊)，2018(04):52-54+57.[4] 张雨明，吴锐. 我国3D打印技术研究及产业化发展现状[J]. 中国材料进展，2018，37(03):237-240.[5] 文小燕.机械制造及自动化中的3D打印技术[J]. 自动化与仪器仪表，2018(08)：174-176.资讯重庆机床高精度数控蜗轮加工机床课题顺利通过验收2020年6月5日，由重庆机床（集团）有限责任公司牵头承担的国家科技重大专项“WG37125CNC高精度数控蜗轮加工机床”课题在重庆机床集团通过了专家验收。工信部产业发展促进中心石平、重庆市经信委装备处王鹏参加会议，课题验收专家组长由总体组专家杨京彦研究员担任，重庆机床刘德永董事长、衡德超总经理，重庆大学王时龙副校长及课题组骨干成员参加会议。会上，刘德永董事长介绍了企业及技术创新情况，曾令万总工程师汇报了课题申报、实施等总体情况。专家组听取了课题任务及子任务完成情况汇报，对相关资料进行了审查，并对项目成果应用示范现场进行了查验。经质询和讨论，项目综合绩效评价专家组认为该项目完成了研究内容，达到了考核指标要求。 现该WG37125CNC高精度数控蜗轮加工机床作为工作母机在生产现场开展示范应用，可形成高精度蜗轮加工年产能约1000件，加工出的蜗轮精度比重庆机床原有的涡轮加工设备高2级，将生产的高端装备精度提升1-2级。随着精密机床、高精度分度转台、精密减速器等领域的转型升级及快速发展，对高精度蜗轮的数量需求会越来越多，课题研制的高精度数控蜗轮加工机床将在这些领域得到部署和应用推广，为国家重大装备开发、高端装备持续发展奠定坚实基础。
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