3D打印+鑄造：驅動綠色鑄造變革，助力雙碳目標達成

在全球積極應對氣候變化、邁向可持續(xù)發(fā)展的進程中，3D打印與鑄造的融合為我國鑄造產(chǎn)業(yè)的綠色升級帶來了關鍵契機，這一變革與雙碳目標緊密相連，亟待從國家政策層面進行系統(tǒng)性的規(guī)劃與推動，尤其是結合我國龐大的鑄造產(chǎn)業(yè)基礎和獨特的制造業(yè)集群優(yōu)勢。

△3DP砂型打印工藝制造的綠色鑄造砂型

龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)�；�礎

我國作為全球鑄造大國，擁有雄厚的基礎工業(yè)體量，目前有2萬4千多家鑄造企業(yè)，鑄造產(chǎn)量占世界45%。據(jù)中國鑄造協(xié)會數(shù)據(jù)，2023年中國各類鑄件總產(chǎn)量5190萬噸。如此龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，為鑄造產(chǎn)業(yè)集群的形成和發(fā)展提供了堅實基礎，眾多企業(yè)的集聚產(chǎn)生了規(guī)模經(jīng)濟效應，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率.

完整的產(chǎn)業(yè)鏈配套

鑄造產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈較長，涵蓋了上游的原材料供應商、設備供應商，中游的鑄造企業(yè)，以及下游的眾多應用領域。我國鑄造產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)的企業(yè)分工明確、協(xié)作緊密，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈配套。例如在河南等地的鑄造產(chǎn)業(yè)集群中，不僅有大量的鑄造企業(yè)，還有提供生鐵、廢鋼等原材料的供應商，以及生產(chǎn)鑄造機械、加工設備、檢測設備的企業(yè)，這種完整的產(chǎn)業(yè)鏈條使得企業(yè)間的交易成本降低，生產(chǎn)周期縮短，能夠快速響應市場需求，增強了集群的整體競爭力.

豐富的技術與人才資源

經(jīng)過多年的發(fā)展，我國鑄造產(chǎn)業(yè)集群積累了豐富的技術和人才資源。一方面，集群內(nèi)的企業(yè)在長期的生產(chǎn)實踐中不斷探索和創(chuàng)新，形成了各自的核心技術和工藝，如一些地區(qū)在砂型鑄造、精密鑄造、壓鑄等領域具有獨特的技術優(yōu)勢；另一方面，產(chǎn)業(yè)集群吸引了大量的專業(yè)人才，包括技術工人、工程師、科研人員等，他們?yōu)槠髽I(yè)的技術研發(fā)和創(chuàng)新提供了智力支持。同時，集群內(nèi)企業(yè)間的人才流動和技術交流也較為頻繁，促進了技術的傳播和創(chuàng)新，有利于提升整個集群的技術水平.

強大的市場輻射能力

我國的鑄造產(chǎn)業(yè)集群分布廣泛，且多集中在經(jīng)濟發(fā)達、交通便利的地區(qū)，如長三角、珠三角等，這些地區(qū)具有優(yōu)越的地理位置和良好的市場環(huán)境，能夠輻射全國乃至全球市場。以長三角地區(qū)的鑄造產(chǎn)業(yè)集群為例，其生產(chǎn)的鑄件產(chǎn)品不僅滿足了國內(nèi)汽車、機械裝備等行業(yè)的大量需求，還出口到歐美、東南亞等國際市場，強大的市場輻射能力為產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展提供了廣闊的空間，促使企業(yè)不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模，提高產(chǎn)品質量和市場份額.

政策支持與產(chǎn)業(yè)引導

國家高度重視鑄造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出臺了一系列相關政策，如“十四五”規(guī)劃中明確了鑄造行業(yè)數(shù)字化轉型發(fā)展的目標，包括到2025年采用3D打印技術生產(chǎn)的鑄件超過50萬噸等 。這些政策為鑄造產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展提供了有力支持，引導產(chǎn)業(yè)集群向高端化、智能化、綠色化方向發(fā)展，推動了產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化升級，提升了集群的整體競爭力.

區(qū)域品牌效應

一些知名的鑄造產(chǎn)業(yè)集群已經(jīng)形成了區(qū)域品牌效應，如泊頭的“中國鑄造名城”、焦作的氣缸套、“含山鑄造”、“林州鑄造”等 。這些區(qū)域品牌在市場上具有較高的知名度和美譽度，能夠吸引更多的客戶和資源，為集群內(nèi)的企業(yè)帶來了更多的發(fā)展機遇。同時，區(qū)域品牌的建設也促使企業(yè)更加注重產(chǎn)品質量和品牌形象，加強了企業(yè)間的合作與自律，有利于維護集群的整體利益和市場秩序.

我國鑄造企業(yè)遍布各地，形成了多個特色鮮明的中國制造集群。如河南省，新鄉(xiāng)市年產(chǎn)大型鑄鋼件5.5萬噸，出口量30%以上，輝縣市擁有100多家鑄造企業(yè)，產(chǎn)能超過130萬噸；平頂山郟縣被稱為中國鑄鐵鍋之都……

這些集群在長期發(fā)展過程中，積累了豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗和產(chǎn)業(yè)資源，但同時也面臨著傳統(tǒng)鑄造工藝帶來的高能耗、高污染以及資源浪費等問題。據(jù)統(tǒng)計，傳統(tǒng)鑄造工藝在材料利用率方面存在較大提升空間，且能源消耗強度較高，這不僅增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，也對環(huán)境造成了較大壓力，與我國雙碳目標的實現(xiàn)存在一定矛盾 。

3D打印+鑄造新質生產(chǎn)力

從提效、減污和降本的角度看，3D打印+鑄造具有綠色屬性和先進性：

提效

• 生產(chǎn)周期大幅縮短：某公司采用“3D+”鑄造工藝后，生產(chǎn)周期縮短60%以上，如組芯壓縮機內(nèi)氣缸的生產(chǎn)周期從48天縮短至12天，L型床身從45天縮短至15天。

• 產(chǎn)能顯著提升：“3D+”鑄造工藝產(chǎn)能提升50%，效率翻番，能快速響應市場需求，提高企業(yè)競爭力。

• 快速原型制作：砂型3D打印技術可在短時間內(nèi)制作復雜砂型，快速完成原型部件制作，如某新能源車企試制商卡水冷電機殼，采用3DP砂型打印10天即交付，相比傳統(tǒng)工藝60天的制作周期縮短了83%。

減污

• 材料浪費減少：3D打印按需制造，支撐砂在線回收，砂子利用率可達95%以上，減少了傳統(tǒng)制模過程中的原材料浪費。

• 粉塵污染降低：三帝科技砂型3D打印設備在生產(chǎn)過程中能有效減少粉塵產(chǎn)生，配合再生砂等環(huán)保材料，助力鑄造廠實現(xiàn)綠色制造。

降本

• 模具成本降低：傳統(tǒng)鑄造中，儀表板模具成本70萬-100萬元，保險杠模具35萬-70萬元，發(fā)動機部件模具15萬-60萬元甚至更高，而3D打印砂模成本低，設計修改靈活，無需昂貴模具制造費用。

• 人力成本減少：3D打印過程自動化，減少了對人工操作的依賴及人為錯誤，降低了人力成本，如三帝科技3D打印設備只需簡單培訓即可操作，無需大量人力協(xié)同。

• 能源消耗降低：3DP打印工藝3D 打印技術能耗比砂芯制造和注塑設備較低。與注塑成型相比，3DP打印砂型是通過噴頭噴出粘結劑將砂子粘結成型，無需像注塑成型那樣對材料進行長時間的加熱熔融等過程，所以能耗大幅降低。與3DP打印砂型相比，傳統(tǒng)砂芯制造中的熱芯盒法制芯，需使芯盒保持在200℃-300℃，讓芯砂射入芯盒中后，氯化銨在較高溫度下與樹脂中的游離甲醛反應生成酸，從而使型芯很快硬化，此過程能耗多。而3DP打印砂型過程中，砂子無需加熱到如此高溫，且設備本身能耗相對較低。

△經(jīng)過3DP砂型打印工藝升級改造后的綠色快速鑄造工廠

三帝科技助力3D鑄造

在此背景下，三帝科技的探索實踐為行業(yè)發(fā)展提供了有益借鑒。三帝科技通過收購6家傳統(tǒng)鑄造廠，引入3D打印技術推動其轉型升級，成效顯著。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，3D打印技術的精準特性大幅提高了材料利用率，有效降低了原材料從開采到加工各環(huán)節(jié)的碳排放，減少了對環(huán)境的影響，這對于我國鑄造產(chǎn)業(yè)降低資源消耗強度、提高資源利用效率具有重要示范意義，與國家相關部門推動各行業(yè)綠色發(fā)展、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構的政策方向高度契合 。

從能源消耗角度分析，傳統(tǒng)鑄造過程中的反復加工和修正工序導致能源消耗量大，而3D打印輔助鑄造則簡化了生產(chǎn)流程，降低了能源需求。國家一直致力于能源領域的改革與發(fā)展，出臺了一系列提高能源利用效率和推廣清潔能源應用的政策措施。鑄造企業(yè)采用3D打印技術后，能夠更好地與這些能源政策協(xié)同，例如引入節(jié)能型3D打印鑄造設備，并結合清潔能源供電，進一步降低碳排放，助力鑄造行業(yè)能源結構的綠色優(yōu)化，為實現(xiàn)雙碳目標下能源消耗總量和強度“雙控”發(fā)揮積極作用 。

在技術創(chuàng)新推動方面，我國制造業(yè)的發(fā)展離不開新興技術在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的深度應用與融合創(chuàng)新。國家在“十四五”期間，工信部等部門已印發(fā)《關于推動鑄造和鍛壓行業(yè)高質量發(fā)展的指導意見》，為行業(yè)發(fā)展指明方向，如推動智能化改造，打造智能制造示范工廠；助力綠色發(fā)展，調(diào)整產(chǎn)能置換政策；支持優(yōu)質企業(yè)發(fā)展，培育專精特新“小巨人”和制造業(yè)單項冠軍；發(fā)展產(chǎn)業(yè)集群，培育鑄造特色產(chǎn)業(yè)集群等 。對于3D打印+鑄造這一創(chuàng)新模式，國家相關部門高度重視，應在研發(fā)投入、人才培養(yǎng)和技術推廣等方面加大政策扶持力度，延續(xù)并深化“十四五”的發(fā)展策略到“十五五”規(guī)劃及以后階段。通過設立專項研發(fā)基金，鼓勵高校、科研機構與企業(yè)開展產(chǎn)學研深度合作，聯(lián)合攻克技術難題，加速綠色鑄造技術的成熟與應用普及，提升我國鑄造產(chǎn)業(yè)的整體技術水平，增強在國際市場上的低碳競爭力，以技術創(chuàng)新驅動產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展，實現(xiàn)從鑄造大國向鑄造強國的轉變，而專精特新“小巨人”三帝科技的實踐成果也為政策的精準實施和優(yōu)化提供了現(xiàn)實參考 。

從產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展視角出發(fā)，國家相關部門可充分發(fā)揮我國制造業(yè)集群優(yōu)勢，引導建立3D打印+鑄造的綠色產(chǎn)業(yè)園區(qū)。以三帝科技收購的鑄造廠及其所在的產(chǎn)業(yè)集群為基礎，吸引上下游相關企業(yè)入駐園區(qū)，形成完整的綠色產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。在園區(qū)內(nèi)集中配置完善的基礎設施與環(huán)保配套設施，實現(xiàn)廢棄物的集中處理和循環(huán)利用，構建綠色產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)。企業(yè)間通過共享3D打印技術資源、能源管理系統(tǒng)等，能夠有效降低整體運營成本和碳排放，同時便于統(tǒng)一監(jiān)管和推廣綠色鑄造標準，促進產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)企業(yè)的綠色低碳協(xié)同發(fā)展，打造成為雙碳目標下我國傳統(tǒng)鑄造產(chǎn)業(yè)綠色轉型的示范樣本，以點帶面推動全國鑄造行業(yè)的全面綠色變革，為我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標提供堅實的產(chǎn)業(yè)支撐和有力的政策實踐范例，進一步彰顯我國在全球綠色制造領域的引領地位和大國擔當 。