我們都知道，當(dāng)今世界的主流制造工藝是模具工藝。模具工藝也素有“工業(yè)之母”的稱號(hào)。我們生活中的許多日常消費(fèi)品，都是由模具工藝制造而來。

提到模具，就不能不說到鑄造工藝。

鑄造，就是往一個(gè)模具里頭灌熱的金屬漿，金屬漿成型冷卻后就有了預(yù)期的形狀。

工業(yè)產(chǎn)品的鑄造，可不像雞蛋仔的形狀那么簡單。很多工業(yè)零件的模具，是由一整套組合拼接、組合而成。

這一整套模具，都可以通過3D打印技術(shù)來完成。在3D打印機(jī)的CAD文件里，一整套模具是這樣“平躺”在打印臺(tái)上的。

由于成型缸的空間是比較充裕的，所以出于節(jié)省成本的考慮，在打印之前，工程師能夠把很多模型文件都導(dǎo)入進(jìn)去。所以每次打印之前，模型數(shù)據(jù)看起來密密麻麻的。

打印數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備好后，就可以把成型箱推入到打印機(jī)里，開始安排打印了。

與常見的桌面型3D打印機(jī)不同，一臺(tái)砂型3D打印機(jī)體積是相當(dāng)大的，因此只有在工廠里才能看到。以2米×1米×1米成型體積的3D打印機(jī)德國Voxeljet為例，下圖可以直觀地看到機(jī)器與人的大小比例。

3D打印的過程，就是先鋪一層砂，用粘接劑進(jìn)行固化，然后層層疊加。砂模的材料是石英砂，由于是利用樹脂把砂材料粘結(jié)起來，所以這種砂也叫樹脂砂。

樹脂砂材料的層厚可以低至僅僅300微米（三根人類頭發(fā)絲的厚度）。

打印完成后就是鑄造的過程。我們以渦輪工業(yè)件的制作為例，看看它是怎么被鑄造出來的。

在第三步，我們看到“3D打印模具與傳統(tǒng)模具的組合”。因?yàn)橐惶啄＞咄怯缮靶竞屯饽＝M合在一起的，砂芯的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，外模相對(duì)簡單。所以很多廠家出于成本的考量，只用3D打印來制作砂芯，外模還是用傳統(tǒng)工藝制造。

下圖為3D打印與傳統(tǒng)的鑄造模式的對(duì)比。

在鑄造工業(yè)中，傳統(tǒng)的流程一般是：

CAD設(shè)計(jì)→預(yù)處理→工裝夾具制造→砂型制造→鑄造。

周期在4周甚至更長。

而3D打印的流程是：

CAD設(shè)計(jì)→預(yù)處理→砂型打印→鑄造。

最快的話5天就可以完成，交貨期按“天”計(jì)算而不是按“周”。省去了大量昂貴、繁瑣的中間環(huán)節(jié)。

其實(shí)，這種3D打印砂型模具的鑄造技術(shù)并非德國獨(dú)有。

在我國，3D打印技術(shù)給鑄造業(yè)帶來了“神奇”變化。中央電視臺(tái)和工信部聯(lián)合制作的大型工業(yè)紀(jì)錄片《大國重器》，介紹了我國自主研發(fā)的3D砂型打印機(jī)。

經(jīng)過2000層的堆疊，中國自主設(shè)計(jì)制造的3D砂芯打印機(jī)完成了它的第一個(gè)作品。 經(jīng)過吹砂這道程序，固化的砂芯漸漸呈現(xiàn)。

我國原先使用進(jìn)口砂料的最大問題就是成本，加上運(yùn)費(fèi)，相當(dāng)于2000元一噸。而在使用國產(chǎn)砂替代后，成本下降了三分之二。

7年光陰，12項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破，132項(xiàng)專利，原材料全部國產(chǎn)化。這就是大國重器，這就是中國制造。

上文所展示的這些砂型3D打印工業(yè)品，更像是藝術(shù)品。他們代表了智能制造的未來，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，也直接或間接地讓我們的生活更加美好。

在中國3D打印文化博物館的展廳里，就收藏并展示了這些砂型3D打印的“藝術(shù)品”。我們希望更多的人了解3D打印技術(shù)，發(fā)現(xiàn)科技之美。

中國3D打印文化博物館展出的砂型模具

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