我國是鑄造大國，2021年鑄造產量達5130萬噸，產業(yè)規(guī)模位居世界榜首。中國鑄造協會數據統(tǒng)計顯示，國內現有26000家鑄造廠，其中砂型鑄件的市場規(guī)模約1200億元。但近年來行業(yè)發(fā)展面臨重重困難，節(jié)能減排壓力大、技術工人短缺、同質化競爭嚴重等問題凸顯。為擺脫困境，企業(yè)投入大量資金進行新產品研發(fā)和技術改造，而隨著經濟發(fā)展增速放緩、人口紅利衰減和綜合成本上升，鑄造行業(yè)產品附加值總體降低，產業(yè)轉型升級的步伐放緩，亟待探明一條新的轉型發(fā)展之路。傳統(tǒng)的技術已經無法改變這個局面，亟需一種能為眾多鑄造企業(yè)“創(chuàng)新賦能”的新技術——以較低的成本、可預期的收益，構建企業(yè)產品技術從低端向中高端轉換的“綠色通道”。

在這個背景下，3DP砂型打印技術（也稱“粘結劑噴射砂型3D打印技術”）進入人們的視野，歷經多年的發(fā)展和成熟，已經極具競爭力。本文中可以看到國產砂型3D打印設備出現在陜西省咸陽市一家民營鑄造企業(yè)的生產線上，為他們的鑄件產品賦予了“不對稱競爭”的技術優(yōu)勢，成功進軍高端鑄件市場。

砂型鑄造與鍛造、擠壓、焊接、銑削等金屬加工工藝相比，是最為簡約高效的金屬成型技術之一，因此被廣泛采用。傳統(tǒng)砂型鑄造主要采用模具翻制砂型或芯盒方式造型，需要制造木?；蚪饘倌＞?，制造模具耗時長、成本較高且存在風險，使得不少鑄造企業(yè)在前期新產品開發(fā)時面臨兩難的選擇——如果開了模具而拿不到訂單，就會白白損失模具費。在這種情況下，除了新產品開發(fā)以外，一些小批量件、復雜件的需求也難以得到滿足。另一方面，模具翻砂本身也有許多工藝短板，如為模具組裝和脫模預留的裝配余量和拔模斜度余量等，導致砂型鑄造產品的加工去除量較大、尺寸誤差偏高、鑄造面光潔度較差等問題。因此，對質量要求更高的復雜鑄件不得不放棄砂型鑄造工藝，轉而采用其他成本更高的替代工藝，例如壓力鑄造、精密鑄造等。

3DP砂型打印技術的出現，可以很大程度上改變砂型鑄造所處的不利境地。采用3DP砂型打印技術無需模具，直接打印砂型，可以用最少時間和最低成本完成新產品開發(fā)和中小批量產品交付。經過3DP工藝驗證后，鑄造工藝得以完善、合同順利簽訂，再投入資金開模具進行大批量制造，可以節(jié)省大量模具投入。在質量方面，3DP砂型不受到模具翻砂工藝的制約，具有10微米級的高精度、復雜結構一體自由成型，部分鑄鋁件的鑄造面精度可以和精密鑄造媲美，同時也減少了裝配誤差造成的廢品率，減少了工人勞動，綜合經濟效益十分顯著。

近年來，在技術及市場需求的雙重驅動下，我國3DP砂型打印技術發(fā)展迅速。國內領先的3D打印裝備及制造服務提供商北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司（三帝科技旗下，簡稱“隆源成型”）自主開發(fā)并推出了AFS-J1600、AFS-J2100系列量產型設備，實現了15s以內/層的打印速度并通過了1000小時級設備穩(wěn)定性測試，具有良好的打印精度和內在質量，面向鑄鋁、鑄鐵、鑄鎂、鑄鋼等應用需求，配套豐富的砂材體系及粘結劑材料體系。

陜西省武功縣欣鑫有色金屬鑄造有限公司于2021年引進了兩臺隆源成型3DP砂型打印機用于砂型生產，現在已經完全替代了木模翻砂工藝。不僅節(jié)省了開模成本和時間，還避免了模具設計的不合理及修模造成的風險。生產效率大幅提高，尤其對于周期短、精度高、小批量的高附加值產品試制，能夠更加得心應手地高質高效交付，成為一大競爭優(yōu)勢。

欣鑫鑄造通過隆源成型3DP砂型打印機采用砂型快速鑄造工藝為某車廠試制發(fā)動機缸體，由于缸體結構復雜，且壁厚較小，如果采用傳統(tǒng)方法制作周期需要1個多月。3DP砂型打印設備制作的砂型，精度和強度較傳統(tǒng)工藝均有很大提高，抗拉強度可達2MPa，鑄件表面粗糙度低于Ra12.5，缺陷控制良好，無多肉、氣孔、裂紋、夾渣，無表面缺陷及殘缺。僅耗時10天交付灰鑄鐵（HT250）成品鑄件，制作周期縮短了2/3，成本降低30%。

欣鑫鑄造通過隆源成型3DP砂型打印機采用砂型快速鑄造工藝為某新能源車企試制輕量化車架，如果采用傳統(tǒng)方法制作，生產周期需要40天。采用3DP砂型打印快速鑄造，最終成型鑄件的尺寸精度達到CT7級，表面粗糙度低于Ra12.5μm，鑄件表面無氣孔、裂紋，形狀完整、結構清晰。最終6天交付鋁合金（ZL101）成品鑄件，制作周期縮短85%，成本減少32%。

欣鑫鑄造負責人譚大為表示，現在訂單多得做不過來，兩臺3DP砂型打印機24小時開機連軸運轉，目前月打印20噸砂型的產能已遠遠滿足不了巨大的市場需求。欣鑫鑄造下一步將引進更多的3DP砂型打印機，實現月產能近百噸、年產值近億元的目標。“如今各種復雜結構的產品我們都能生產，效率提升了2倍，成本降低了一半。同時，因為交貨周期大幅縮短，產品的利潤率也有很大提高，我們得到的是實實在在的效益?！痹诤芏鄠鹘y(tǒng)鑄造企業(yè)還在因高耗能、高污染、產品精度達不到要求而面臨轉型困境的當下，欣鑫鑄造已搭上3D打印綠色鑄造的快車成功實現了突圍。

綜上，3DP砂型打印技術對于砂型性能、加工速度、成型尺寸等的優(yōu)化提升具備明顯優(yōu)勢，目前已成熟應用于鑄造生產中，尤其適用于新品研發(fā)、復雜產品及小批量產品的生產。隨著市場的進步以及對新產品開發(fā)速度與質量要求的逐漸提升，相信在未來幾年，面對千億級的砂型鑄造市場，3DP砂型打印會占據越來越多的份額，助力中國鑄造高質量發(fā)展。

【關于隆源成型】
北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司（Longyuan AFS Co.,Ltd.）為北京三帝科技股份有限公司（3D Printing Technology, Inc.）旗下企業(yè)。1994年即研制成功國內首臺自主知識產權的商品化工業(yè)級3D打印設備——選區(qū)激光粉末燒結快速成型機，是中國最早實現工業(yè)級3D打印產業(yè)化、服務化的企業(yè)之一，是國家高新技術企業(yè)，中關村高新技術企業(yè)，海淀區(qū)創(chuàng)新企業(yè)，北京市專精特新企業(yè)，智能制造關鍵技術裝備供應商。
隆源成型專注3D打印裝備及制造服務，公司擁有近30年的3D打印服務經驗，通過研究院、博士后工作站、工程技術中心“三位一體”的協同創(chuàng)新體系，提供堅實的技術保障。通過自主研發(fā)的SLS選區(qū)激光燒結、SLM選區(qū)激光熔化、3DP砂型打印、BJ噴墨金屬打印、DED定向能量沉積等系列智能裝備，通過分布全國的智造中心為用戶提供砂型打印快速鑄造、蠟型打印精密鑄造、成品件快速試制、梯度金屬3D打印等快速制造服務。逾千家設備、加工服務用戶遍布航空航天、汽車、摩托車、軌道交通、船舶泵閥、機械制造、藝術鑄造、金屬加工等領域。