3D打印铸造复杂零件案例

一、3DP砂型打印技术在航空航天领域的应用案例

航空航天领域对于零件的性能和结构设计要求极高，复杂、高端的产品制造需求促使3D打印技术得到广泛应用。北京三帝科技股份有限公司联合旗下武功县欣鑫有色金属铸造有限公司进行的“3DP砂型打印技术在绿色智能铸造中的应用实践”报告中指出，3DP砂型3D打印技术可用于航空航天等领域的复杂、高端产品制造，改善产品结构设计，提高产品性能。

在实际案例中，某航空航天企业需要制造一款具有复杂内部结构的发动机零件。传统铸造方法在制造这种复杂零件时，面临着模具制造难度大、周期长、成本高的问题，而且难以实现一些精细结构的制造。采用3DP砂型打印技术后，企业可以根据零件的三维模型直接打印砂型。通过这种方式，不仅能够快速制造出符合设计要求的砂型，而且可以实现复杂内部结构的精确铸造。该技术还改善了产品的结构设计，使得零件的性能得到显著提高，同时减少了模具投入和浪费，缩短了研发周期，降低了生产成本。

二、砂型3D打印技术制备复杂铝合金铸件案例

砂型3D打印技术使传统铸造在工艺设计、砂型分型设计方面更加开放与灵活，在实际操作方面更加精确与快捷。中国航发北京航空材料研究院针对某复杂铝合金壳体铸件，利用砂型3D打印技术进行了成功的制备。

首先，根据砂型3D打印技术的特点，设计开放式的浇注系统。这种设计方式能够更好地适应复杂铸件的成型需求，提高铸件的质量。同时，结合模拟仿真技术进行工艺优化，通过计算机模拟分析，预测铸件在铸造过程中可能出现的问题，并对工艺参数进行调整和优化。然后进行砂型设计与打印，利用3D打印技术精确地制造出砂型。最后进行铸件制备与检验，经过严格的检验，最终在较短的周期内研制出满足技术要求的复杂铝合金铸件。这一案例充分展示了砂型3D打印技术在复杂铝合金铸件制造中的优势，为航空航天等领域的铝合金铸件制造提供了新的方法和途径。

三、3D打印多合金复杂零件无排放铸造装置案例

常规的V法铸造存在环境污染、模具开发周期长、耗能大、质量和生产效率低以及适应金属材料少等问题。为了解决这些问题，一种基于3D打印多合金复杂零件无排放铸造装置应运而生。

该装置包括模具装置、温度传感器、集气系统、抽气泵系统和控制器等部分。模具装置作为3D打印模具的支撑平台，其上设置V法铸造打印腔体，腔体两侧设置抽气孔。温度传感器设置于模具装置内部，用于检测模具装置内部温度。集气系统通过集气管路与抽气孔连接，收集V法铸造打印腔体内部的气体。抽气泵系统通过抽气管道与集气系统连接，并将集气系统内收集的气体输送给收集装置。控制器接收温度传感器的检测信号并对抽气泵系统进行控制。

在实际应用中，某铸造企业利用该装置进行多合金复杂零件的铸造。通过该装置，有效地解决了V法铸造中的环境污染问题，减少了气体排放和粉尘污染。同时，由于采用3D打印技术制造模具，缩短了模具的开发周期，提高了生产效率。此外，该装置还能够适应多种金属材料的铸造，为企业生产更多种类的复杂零件提供了可能。

四、镁合金3D打印复杂曲面零件案例

镁合金具有密度低、比强度和比刚度高等优点，在航空航天、汽车等领域具有广阔的应用前景。然而，制造镁合金复杂曲面零件一直是一个技术难题。一种镁合金3D打印复杂曲面零件的方法为解决这一问题提供了有效的途径。

该方法首先对原材料进行处理，取包括高纯镁、高纯锌、高纯钙、中间合金，将其表面进行清理，并在200 - 300℃分别预热1.5 - 2小时。然后将烘干的原材料放入坩埚中，在保护气氛电阻炉中加热至350 - 450℃时通入保护气体，加入覆盖剂，待温度升高至680℃完全熔化时加入称量好的中间合金，充分搅拌精炼使合金均匀混合。待合金混合均匀后，将温度降至650 - 700℃，静置并扒渣，去除表面的氧体夹杂。接着在保护气氛下将经过精炼扒渣的合金溶液浇入经过预热的模具中熔炼，得到镁合金熔液。将镁合金熔液过热处理后置于雾化装置进行雾化，得到镁合金粉末。

打印时采用选择性激光熔融方法，通入惰性气体，对基板的打印面进行梯度激光预热，再根据零件的三维模型进行选择性激光打印，打印的激光功率为250 - 400w，扫描速率为300 - 500mm/s，扫描方式为往复扫描。得到镁合金为原料的3D打印产品后，进行热处理和时效处理后空冷。某汽车制造企业采用这种方法制造镁合金复杂曲面零件，成功地将零件应用于汽车发动机的轻量化设计中，提高了汽车的燃油经济性和性能。

五、粉末冶金与金属3D打印合作生产复杂零件案例

粉末冶金专家SSI Sintered Specialities与粘合剂喷射金属3D打印机制造商ExOne展开合作，致力于复杂金属3D打印零件的大批量生产。

SSI Sintered Specialties公司成立于1982年，因其成套的金属3D打印、注塑和加工系统生产定制工具部件而闻名。该公司在中国、韩国、德国、日本和巴西设有办事处，目前每年输送零件数量超过1亿个。作为双方合作项目的一部分，SSI Sintered Specialties公司在其位于威斯康星州的总部安装了ExOne公司的X1 160Pro和InnoventPro3L系统，用于粘合剂喷射材料、自动化和工艺的研发工作，同时也为客户大规模地制造复杂零件。

SSI Sintered Specialties公司首席运营官Paul Hauck表示，在公司的技术组合中增加金属粘结剂喷射是新的方向，它将为客户提供市场上最先进的技术，便于批量生产复杂形状的部件。通过这次合作，双方充分发挥各自的优势，利用3D打印技术的灵活性和粉末冶金的材料优势，实现了复杂金属零件的高效、大批量生产，为工业制造领域提供了更多的解决方案。

六、3D打印在新能源汽车零部件研发试制中的应用案例

新能源汽车的快速发展对零部件的研发和制造提出了更高的要求。3DP砂型3D打印技术在新能源汽车零部件研发试制中具有重要的应用价值。

某新能源汽车企业在研发一款新型电机壳体时，面临着研发周期短、成本控制严格的挑战。传统的模具制造方式需要花费大量的时间和成本来制作模具，而且在研发过程中如果需要对设计进行修改，模具也需要重新制作，这无疑会增加研发成本和时间。采用3DP砂型3D打印技术后，企业可以快速制造出电机壳体的砂型，进行铸件的试制。通过这种方式，减少了模具投入和浪费，改善了生产环境。同时，利用3D打印技术可以快速对设计进行修改和优化，加快了研发进度。该企业在较短的时间内完成了新型电机壳体的研发和试制，并且降低了研发成本，提高了产品的竞争力。

综上所述，3D打印技术在铸造复杂零件方面具有巨大的优势和潜力。通过以上不同领域的案例可以看出，3D打印技术能够解决传统铸造方法在制造复杂零件时面临的诸多问题，如模具制造难度大、周期长、成本高、环境污染等。随着3D打印技术的不断发展和完善，它将在更多领域得到广泛应用，为制造业的发展带来新的机遇和挑战。