一張圖看懂3D打印的各種技術(shù)在鑄造業(yè)對(duì)應(yīng)哪些應(yīng)用

李克強(qiáng)總理形容3D打印用于鑄造業(yè)帶來(lái)的變化，說(shuō)：“剛才我們看的是‘傻大黑粗’，現(xiàn)在已是‘窈窕淑女’了”，那么，3D打印在鑄造業(yè)到底有哪些神奇作用？且看下面這張圖。

3DP粘接劑噴射3D打印技術(shù)

3DP粘接劑噴射3D打印技術(shù)中的3DP顧名思義就是3D printing, 也就是現(xiàn)今3D打印技術(shù)的起源技術(shù)。3DP工作原理是，先鋪一層粉末，然后使用噴嘴將粘合劑噴在需要成型的區(qū)域，讓材料粉末粘接，形成零件截面，然后不斷重復(fù)鋪粉、噴涂、粘接的過程，層層疊加，獲得最終打印出來(lái)的零件。

3DP技術(shù)用于鑄造業(yè)上，3D科學(xué)谷要提醒谷友的是我們最容易想到的是打印砂模，而忽略另外一個(gè)應(yīng)用：打印PMMA。關(guān)于這兩處應(yīng)用在鑄造業(yè)的詳細(xì)介紹，請(qǐng)參考3D科學(xué)谷發(fā)布的想快速完成試制？－德國(guó)和日本鑄造業(yè)的經(jīng)典案例。

當(dāng)然，3DP技術(shù)技術(shù)的打印材料范圍也在不斷發(fā)展，除了砂模和PMMA，未來(lái)有哪些新的材料進(jìn)入這一領(lǐng)域？值得關(guān)注與期待。

代表性企業(yè)：

德國(guó)Voxeljet

德國(guó)Voxeljet公司成立于1999。該公司還通過麻省理工學(xué)院的非獨(dú)家專利許可生產(chǎn)三維噴墨打印機(jī)。Voxeljet于2013年十月在紐約證券交易所上市。Voxeljet設(shè)備的銷售額從2014年的19臺(tái)上升到2015年的25臺(tái)。其設(shè)備的售價(jià)在12萬(wàn)到160萬(wàn)歐元之間。Voxeljet主要應(yīng)用領(lǐng)域是航空航天工業(yè)，另外還為鑄造廠、汽車工業(yè)、藝術(shù)家、建筑師，提供原型服務(wù)和產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)。

美國(guó)Exone

工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)制造商ExOne主要服務(wù)于航空航天、汽車、重型設(shè)備、能源等領(lǐng)域，其應(yīng)用領(lǐng)域主要是小批量、高價(jià)值的制造型復(fù)合砂模具。2015年還將推出其有史以來(lái)最大的3D打印系統(tǒng)——Exerial。該Exerial系統(tǒng)能夠使客戶進(jìn)行工業(yè)化的批量生產(chǎn)，超越了該公司目前可用于快速制造和小批量生產(chǎn)的其它系統(tǒng)。

中國(guó)峰華卓立

在國(guó)內(nèi)3D砂模打印的技術(shù)被稱為PCM技術(shù)，來(lái)源于1997年在清華大學(xué)激光成型中心進(jìn)行的研發(fā)及工藝實(shí)踐，2002年佛山市科技局把該項(xiàng)目引入并落戶佛山市。峰華卓立設(shè)備特點(diǎn)是無(wú)模鑄型快速制造，柔性、準(zhǔn)確地一體化制造，可制造金屬模具毛坯，設(shè)備運(yùn)行成本低，自動(dòng)化程度高。

///SLS選擇性激光燒結(jié)技術(shù)

SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強(qiáng)度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地?zé)�結(jié)下層截面。 SLS工藝最大的優(yōu)點(diǎn)在于選材較為廣泛，如尼龍、蠟、ABS、樹脂裹覆砂（覆膜砂）、聚碳酸脂（poly carbonates）、金屬和陶瓷粉末等都可以作為燒結(jié)對(duì)象。

SLS技術(shù)在鑄造行業(yè)上的用途包括燒結(jié)覆膜砂，替代砂模鑄造。燒結(jié)塑料材料，用于熔模鑄造。

代表性企業(yè)：

德國(guó)EOS

EOS成立于1989年，是世界著名的快速成形設(shè)備制造商。EOS提供包括系統(tǒng)、軟件、材料以及材料開發(fā)和服務(wù)在內(nèi)的模塊化解決方案組合。除了被市場(chǎng)熟知的SLM選擇性激光熔化技術(shù)，其塑料和金屬的選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS）在市場(chǎng)上處于領(lǐng)先地位。

中國(guó) TPM 盈普

中山盈普光電設(shè)備有限公司成立于2004年，于2007年打造出國(guó)內(nèi)首臺(tái)直接制造尼龍塑膠零件的激光燒結(jié)成型3D打印系統(tǒng)。2013年，盈普與來(lái)自美國(guó)的3D打印行業(yè)巨頭達(dá)成合資協(xié)議，并且在2014年啟動(dòng)上海合資公司計(jì)劃，從事以激光燒結(jié)高分子材料及金屬材料成型為核心工藝的工業(yè)級(jí)3D打印科技的研發(fā)，生產(chǎn)以及銷售的業(yè)務(wù)。

中國(guó)Farsoon 華曙高科

華曙高科不但具有選擇性激光燒結(jié)（SLS）設(shè)備制造能力，還具備材料生產(chǎn)技術(shù),華曙高科的SLS尼龍粉末材料在供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的同時(shí)，也成功銷往美國(guó)、瑞典、意大利等海外市場(chǎng)。

中國(guó)Huake 3D 華科三維

武漢華科三維科技有限公司是華中地區(qū)投資規(guī)模最大的專業(yè)3D打印裝備研發(fā)制造平臺(tái)，注冊(cè)資本6000萬(wàn)元人民幣；由華中科技大學(xué)產(chǎn)業(yè)集團(tuán)、華中數(shù)控、華工投資、合旭控股及華中科大快速成型技術(shù)團(tuán)隊(duì)等聯(lián)合發(fā)起設(shè)立的高新技術(shù)企業(yè)。

中國(guó)AFS 隆源自動(dòng)成型

北京隆源自動(dòng)成型系統(tǒng)有限公司成立于1994年，為三帝打印科技有限公司(3DP Technology, Inc.)控股子公司。隆源是中國(guó)最早開發(fā)選區(qū)粉末燒結(jié)激光快速成型機(jī)的企業(yè)，目前設(shè)備的技術(shù)范圍包括SLS,SLM以及LENS技術(shù)。隆源成型加工服務(wù)中心已為航空航天、汽車摩托車、泵業(yè)閥體等行業(yè)快速制造了大批量的異形復(fù)雜制件。

Binhurp 武漢濱湖 ／ 中國(guó)

武漢濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司以華中科技大學(xué)快速制造中心為技術(shù)依托，是國(guó)內(nèi)最早從事3D打印技術(shù)自主研發(fā)的單位之一。自1991年以來(lái)，公司先后研發(fā)制造出SLS、SLM等不同成型原理的3D打印設(shè)備。

///光敏樹脂固化技術(shù)

液態(tài)光敏樹脂通過（激光頭或者投影，以及化學(xué)方式）發(fā)生固化反應(yīng)，凝固成產(chǎn)品的形狀。與SLA (Stereolithography Apparatus) 光固化快速成形技術(shù)類似的還有：DLP(Digital Light Processing)數(shù)字光處理，CLIP 連續(xù)液界面生產(chǎn)技術(shù)。

光敏樹脂固化技術(shù)用于鑄造業(yè)主要是用來(lái)做熔模，另外還可以替代砂模壓鑄時(shí)用到的木模。另外，3D科學(xué)谷認(rèn)為光敏樹脂固化技術(shù)本身在飛速發(fā)展，包括陶瓷、碳纖維等材料技術(shù)與樹脂固化技術(shù)的結(jié)合，未來(lái)這一技術(shù)將給鑄造業(yè)帶來(lái)哪些新的應(yīng)用，值得關(guān)注與期待。

代表性企業(yè)：

美國(guó)3D Systems

1988年美國(guó)3D Systems公司根據(jù)該專利制作并商業(yè)化了世界上第一臺(tái)快速成型機(jī)SLA250。自此，基于SLA成型技術(shù)的3D打印機(jī)走進(jìn)大眾的視線。3D Systems基于SLA成型技術(shù)的3D打印機(jī)ProX 800適用于多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

中國(guó)UnionTec聯(lián)泰三維

從2000年起，聯(lián)泰科技從事工業(yè)級(jí)3D打印技術(shù)研發(fā)應(yīng)用已有十幾年的歷史，是國(guó)內(nèi)最早從事3D打印機(jī)SLA激光快速成型技術(shù)研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)。在熔模鑄造領(lǐng)域，聯(lián)泰三維打印的具有特殊中空結(jié)構(gòu)的光敏樹脂原型樣件，用于金屬產(chǎn)品的快速鑄造，大大減少了從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的時(shí)間。聯(lián)泰三維的光固化快速成型3D打印閉環(huán)控制系統(tǒng)及方法擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利。

中國(guó)PrismaLab普利生機(jī)電

上海普利生機(jī)電科技使用 LCD 光學(xué)器件，其立體光固化成型技術(shù)（SLA）的3D打印機(jī)銳打400，由普利生機(jī)電有限公司自主研發(fā)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。銳打400基于普利生在曝光設(shè)備和感光化學(xué)技術(shù)研究領(lǐng)域多年的技術(shù)積累開發(fā)而成，獨(dú)有的MFP技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)專利。

除此之外，光敏樹脂固化技術(shù)還包括EnvisionTec (在中國(guó)通過瑞士大昌洋行提供銷售和服務(wù)），Carbon 3D, Formlab, 以及中國(guó)的智壘電子科技，珠海西通電子，中山東方博達(dá)電子等等。

另外，除了光敏樹脂，F(xiàn)DM熔融擠出式3D打印技術(shù)亦可用于熔模鑄造，詳見3D科學(xué)谷發(fā)布的桌面3D打印機(jī)助力西門子金屬部件制造。

3D科學(xué)谷認(rèn)為在產(chǎn)業(yè)化方面，光敏樹脂固化技術(shù)用于飾品、牙科領(lǐng)域的熔模鑄造應(yīng)用正在改變這些行業(yè)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈，并誕生新的用戶體驗(yàn)，圍繞著個(gè)性化規(guī)模生產(chǎn)，光敏樹脂固化技術(shù)勢(shì)必從用于手扳設(shè)計(jì)驗(yàn)證的原型應(yīng)用走向增材制造應(yīng)用領(lǐng)域。

機(jī)遇與風(fēng)險(xiǎn)共存，對(duì)于設(shè)備廠商和材料供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，更精、更快成為能夠在光敏樹脂固化技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)一席之地的關(guān)鍵詞，而技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的激烈也給上游企業(yè)帶來(lái)很大的壓力，對(duì)于在中國(guó)從事光敏樹脂固化技術(shù)開發(fā)和服務(wù)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，如何布局產(chǎn)業(yè)鏈、如何進(jìn)行品牌戰(zhàn)略層面的競(jìng)爭(zhēng)，這些將更加挑戰(zhàn)經(jīng)營(yíng)者的智慧。

///蠟?zāi)よT造技術(shù)

蠟?zāi)?D打印已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于我們的生活，例如：飾品設(shè)計(jì)者透過數(shù)碼設(shè)計(jì)工具，直接將3D飾品打印成為蠟?zāi)＃�或是牙科醫(yī)師制作假牙、牙模、齒模等，也大量的應(yīng)用蠟?zāi)５募夹g(shù)，取代傳統(tǒng)石膏模，制造出更為堅(jiān)硬的假牙應(yīng)用于患者身上。

代表性企業(yè)：

美國(guó)3D Systems

3D Systems用于蠟?zāi)４蛴〉闹饕獧C(jī)型是ProJet® 3510系列。

美國(guó)SolidScape

美國(guó)SolidScape公司是Stratasys旗下公司，成立于1994年，其打印的蠟?zāi)Ｊ抢硐氲拿撓炶T造和模具制作的原型，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品、骨科、牙科、假肢、珠寶、玩具等領(lǐng)域。


Review

除了上述詳細(xì)介紹的3D打印技術(shù)及企業(yè)外，3D打印還用于鑄造領(lǐng)域金屬模的打印，而LENS近凈型成型技術(shù)不斷突破打印尺寸限制，還帶來(lái)的多材料打印的材料工藝解決方案應(yīng)用空間。而當(dāng)砂模或者熔模打印的尺寸受到打印限制時(shí)，還可以采用LOM層壓3D打印技術(shù)來(lái)打印用于替代木模，在這一點(diǎn)，國(guó)際上的汽車廠商就曾通過LOM層壓3D打印技術(shù)來(lái)打印大型曲軸的“木�！�。

中國(guó)的鑄造業(yè)正在面臨轉(zhuǎn)型升級(jí)的壓力，中鑄協(xié)預(yù)測(cè)到2020年鑄造企業(yè)將減少至1.5萬(wàn)家以內(nèi)，鑄件總產(chǎn)量達(dá)到5500萬(wàn)噸，鑄件產(chǎn)值約7000億元的規(guī)模。占企業(yè)總數(shù)量30％的鑄造企業(yè)（約4500家）的鑄件產(chǎn)量將會(huì)達(dá)到鑄件總產(chǎn)量的80％以上。球墨鑄鐵（包含蠕墨鑄鐵）占鑄鐵產(chǎn)量的比例將由2014年的37％提高到42％左右，鋁、鎂等輕合金的鑄件產(chǎn)量將由13％提高至20％左右。到2020年，我國(guó)的鑄造綜合能耗將比2015年下降10％，廢砂利用率進(jìn)一步提高，年鑄造廢砂再生量達(dá)到300萬(wàn)噸以上。

而3D打印在其中將發(fā)揮其獨(dú)特的作用。

轉(zhuǎn)自：3D科學(xué)谷