站长之家用户 - 传媒 2022-05-30 13:38

隆源成型3DP砂型打印助力中国铸造

我国是铸造大国, 2021 年铸造产量达 5130 万吨,产业规模位居世界榜头。中国铸造协会数据统计显示,国内现有 26000 家铸造厂,其中砂型铸件的市场规模约 1200 亿元。但近年来行业发展面临重重困难,节能减排压力大、技术工人短缺、同质化竞争严重等问题凸显。为摆脱困境,企业投入大量资金进行新产品研发和技术改造,而随着经济发展增速放缓、人口红利衰减和综合成本上升,铸造行业产品附加值总体降低,产业转型升级的步伐放缓,亟待探明一条新的转型发展之路。传统的技术已经无法改变这个局面,亟需一种能为众多铸造企业“创新赋能”的新技术——以较低的成本、可预期的收益,构建企业产品技术从低端向中高端转换的“绿色通道”。

在这个背景下,3DP砂型打印技术(也称“粘结剂喷射砂型3D打印技术”)进入人们的视野,历经多年的发展和成熟,已经相当竞争力。本文中可以看到国产砂型3D打印设备出现在陕西省咸阳市一家民营铸造企业的生产线上,为他们的铸件产品赋予了“不对称竞争”的技术优势,成功进军高端铸件市场。

砂型铸造与锻造、挤压、焊接、铣削等金属加工工艺相比,是比较为简约有效的金属成型技术之一,因此被广泛采用。传统砂型铸造主要采用模具翻制砂型或芯盒方式造型,需要制造木模或金属模具,制造模具耗时长、成本较高且存在风险,使得不少铸造企业在前期新产品开发时面临两难的选择——如果开了模具而拿不到订单,就会白白损失模具费。在这种情况下,除了新产品开发以外,一些小批量件、复杂件的需求也难以得到满足。另一方面,模具翻砂本身也有许多工艺短板,如为模具组装和脱模预留的装配余量和拔模斜度余量等,导致砂型铸造产品的加工去除量较大、尺寸误差偏高、铸造面光洁度较差等问题。因此,对质量要求更高的复杂铸件不得不放弃砂型铸造工艺,转而采用其他成本更高的替代工艺,例如压力铸造、精密铸造等。

3DP砂型打印技术的出现,可以很大程度上改变砂型铸造所处的不利境地。采用3DP砂型打印技术无需模具,直接打印砂型,可以用比较少时间和较低成本完成新产品开发和中小批量产品交付。经过3DP工艺验证后,铸造工艺得以完善、合同顺利签订,再投入资金开模具进行大批量制造,可以节省大量模具投入。在质量方面,3DP砂型不受到模具翻砂工艺的制约,具有 10 微米级的高精度、复杂结构一体自由成型,部分铸铝件的铸造面精度可以和精密铸造媲美,同时也减少了装配误差造成的废品率,减少了工人劳动,综合经济效益十分显著。

近年来,在技术及市场需求的双重驱动下,我国3DP砂型打印技术发展迅速。国内领先的3D打印装备及制造服务提供商北京隆源自动成型系统有限公司(三帝科技旗下,简称“隆源成型”)自主开发并推出了AFS-J1600、AFS-J2100 系列量产型设备,实现了15s以内/层的打印速度并通过了 1000 小时级设备稳定性测试,具有良好的打印精度和内在质量,面向铸铝、铸铁、铸镁、铸钢等应用需求,配套丰富的砂材体系及粘结剂材料体系。

 

图:隆源成型3DP砂型打印机AFS-J1600、AFS-J2100

陕西省武功县欣鑫有色金属铸造有限公司于 2021 年引进了两台隆源成型3DP砂型打印机用于砂型生产,现在已经完全替代了木模翻砂工艺。不仅节省了开模成本和时间,还避免了模具设计的不合理及修模造成的风险。生产效率大幅提高,尤其对于周期短、精度高、小批量的高附加值产品试制,能够更加得心应手地高质有效交付,成为一大竞争优势。

 

欣鑫铸造通过隆源成型3DP砂型打印机采用砂型快速铸造工艺为某车厂试制发动机缸体,由于缸体结构复杂,且壁厚较小,如果采用传统方法制作周期需要 1 个多月。3DP砂型打印设备制作的砂型,精度和强度较传统工艺均有很大提高,抗拉强度可达2MPa,铸件表面粗糙度低于Ra12.5,缺陷控制良好,无多肉、气孔、裂纹、夹渣,无表面缺陷及残缺。仅耗时 10 天交付灰铸铁(HT250)成品铸件,制作周期缩短了2/3,成本降低30%。

  

图:3DP砂型快速铸造发动机缸体

欣鑫铸造通过隆源成型3DP砂型打印机采用砂型快速铸造工艺为某新能源车企试制轻量化车架,如果采用传统方法制作,生产周期需要 40 天。采用3DP砂型打印快速铸造,比较终成型铸件的尺寸精度达到CT7 级,表面粗糙度低于Ra12.5μm,铸件表面无气孔、裂纹,形状完整、结构清晰。比较终 6 天交付铝合金(ZL101)成品铸件,制作周期缩短85%,成本减少32%。

 

图:3DP砂型快速铸造新能源轻量化车架

欣鑫铸造负责人谭大为表示,现在订单多得做不过来,两台3DP砂型打印机 24 小时开机连轴运转,目前月打印 20 吨砂型的产能已远远满足不了巨大的市场需求。欣鑫铸造下一步将引进更多的3DP砂型打印机,实现月产能近百吨、年产值近亿元的目标。“如今各种复杂结构的产品我们都能生产,效率提升了 2 倍,成本降低了一半。同时,因为交货周期大幅缩短,产品的利润率也有很大提高,我们得到的是实实在在的效益。”在很多传统铸造企业还在因高耗能、高污染、产品精度达不到要求而面临转型困境的当下,欣鑫铸造已搭上3D打印绿色铸造的快车成功实现了突围。

 

综上,3DP砂型打印技术对于砂型性能、加工速度、成型尺寸等的优化提升具备明显优势,目前已成熟应用于铸造生产中,尤其适用于新品研发、复杂产品及小批量产品的生产。随着市场的进步以及对新产品开发速度与质量要求的逐渐提升,相信在未来几年,面对千亿级的砂型铸造市场,3DP砂型打印会占据越来越多的份额,助力中国铸造高质量发展。

【关于隆源成型】

北京隆源自动成型系统有限公司(Longyuan AFS Co.,Ltd.)为北京三帝科技股份有限公司(3D Printing Technology, Inc.)旗下企业。 1994 年即研制成功国内头台自主知识产权的商品化工业级3D打印设备——选区激光粉末烧结快速成型机,是中国比较早实现工业级3D打印产业化、服务化的企业之一,是国家高新技术企业,中关村高新技术企业,海淀区创新企业,北京市专精特新企业,智能制造关键技术装备供应商。

隆源成型专注3D打印装备及制造服务,公司拥有近 30 年的3D打印服务经验,通过研究院、博士后工作站、工程技术中心“三位一体”的协同创新体系,提供坚实的技术保障。通过自主研发的SLS选区激光烧结、SLM选区激光熔化、3DP砂型打印、BJ喷墨金属打印、DED定向能量沉积等系列智能装备,通过分布全国的智造中心为用户提供砂型打印快速铸造、蜡型打印精密铸造、成品件快速试制、梯度金属3D打印等快速制造服务。逾千家设备、加工服务用户遍布航空航天、汽车、摩托车、轨道交通、船舶泵阀、机械制造、艺术铸造、金属加工等领域。

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