一般來說，鑄件尺寸越大，需要制造的砂芯數(shù)量就越多。3D打印技術(shù)用于大型鑄件砂模制造方面存在著砂芯排氣、砂芯固定，以及外冷鐵設(shè)置和固定等挑戰(zhàn)。不僅如此，這些砂模在金屬鑄造過程中通常還要滿足超高溫、超厚寬斷面、高承壓、干凈、無損等要求。最近，voxeljet-維捷通過與泵制造商的合作成功制造了3.2噸重的佩爾頓式水輪機(jī)用葉輪。

VX4000的大承諾

     Kirloskar Brothers Limited（KBL）是一家總部位于印度浦那的流體管理泵制造商，現(xiàn)已轉(zhuǎn)向通過3D打印-增材制造技術(shù)來制造備件，從而節(jié)約成本和時間。

而最近，KBL通過與德國工業(yè)級3D打印設(shè)備制造商voxeljet-維捷合作，為3.2噸（3200千克）佩爾頓式水輪機(jī)用葉輪制造3D打印鑄件。

使用傳統(tǒng)的制造技術(shù)，通常需要超過兩個月才能生產(chǎn)出該葉輪部件所需的完整模具。使用voxeljet-維捷3D打印，加上開發(fā)過程僅需幾周時間。

根據(jù)KBL企業(yè)研究工程與發(fā)展副總裁兼副總裁Ravi Birajdar，通過3D打印技術(shù)，不僅可以實現(xiàn)更高的精度，在非常短的時間內(nèi)交貨，還可以實現(xiàn)更好的可重復(fù)性并突破傳統(tǒng)加工的尺寸限制。

    voxeljet-維捷的特點(diǎn)是基于粘結(jié)劑噴射的大幅面3D打印技術(shù)，對于這款佩爾頓式水輪機(jī)用葉輪來說，由于尺寸巨大，通過傳統(tǒng)制造方法通常需要分拆成不同的部分來完成鑄造過程，再通過焊接將18個葉片焊接到葉輪上，這個過程非常復(fù)雜、耗時且昂貴。

     通過voxeljet-維捷大型工業(yè)級3D打印機(jī)VX4000一次性完成了全部工作，VX4000的打印面積為4,000 x 2,000 x 1,000 mm（長x寬x高）。打印過程為72小時，之后只需要KBL的專有涂層技術(shù)進(jìn)行后期處理。

   通過voxeljet-維捷的設(shè)備打印的模具用于鑄造直徑為2000mm的材料為CA6NM不銹鋼的佩爾頓式水輪機(jī)用葉輪。

KBL是印度第一家使用3D打印砂模進(jìn)行金屬鑄造的公司。除了佩爾頓式水輪機(jī)之外，該公司還通過voxeljet-維捷的設(shè)備制造其他種類的葉輪，包括像弗朗西斯型水輪機(jī)葉輪這樣復(fù)雜的產(chǎn)品。由于葉輪設(shè)計弧度的問題，傳統(tǒng)制造方式常常不得不將葉輪分為幾塊來生產(chǎn)，而通過3D打印，這些復(fù)雜的設(shè)計可以被完整的制造出來。

Review

      談起3D打印與鑄造相結(jié)合的應(yīng)用，還需要從理解3D打印的優(yōu)勢來著眼，3D打印有兩大特點(diǎn)：1是無?；瑢?yīng)的優(yōu)勢是作為研發(fā)試制階段的捷徑，加速迭代過程，減少研發(fā)成本；2是對產(chǎn)品的復(fù)雜性成本不敏感，對應(yīng)的優(yōu)勢是適合創(chuàng)新顛覆產(chǎn)品的設(shè)計，使得產(chǎn)品設(shè)計以功能實現(xiàn)為主導(dǎo)。

國內(nèi)鑄造業(yè)存在的普遍誤區(qū)是，僅僅發(fā)揮了3D打印的第一個優(yōu)勢，將3D打印砂?；蛘?D打印PMMA熔模用于產(chǎn)品的試制開發(fā)階段，也就是說加工的還是傳統(tǒng)設(shè)計的產(chǎn)品，而沒有將3D打印從源頭上用于創(chuàng)新產(chǎn)品的設(shè)計。

      3D打印的最大優(yōu)勢是用來制造那些傳統(tǒng)方式實現(xiàn)不了的設(shè)計，包括薄壁，復(fù)雜的形狀這樣的設(shè)計，用在汽車領(lǐng)域來說，可以通過3D打印經(jīng)過特殊設(shè)計的冷卻系統(tǒng)（這樣的設(shè)計通過傳統(tǒng)制造工藝無法制造出來），從而實現(xiàn)產(chǎn)品更高的性能。

3D科學(xué)谷的判斷是隨著3D打印與鑄造的結(jié)合，鑄造作為產(chǎn)品“誕生”的“源頭”，其決定產(chǎn)品核心競爭力的價值將顯現(xiàn)，3D打印可以從源頭決定一個產(chǎn)品的創(chuàng)新程度，很多大型企業(yè)將改變將鑄造外包給鑄造廠的模式，而是將鑄造將作為核心關(guān)鍵的一環(huán)納入到企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)運(yùn)營中，這個過程中或?qū)l(fā)生鑄造廠被并購的現(xiàn)象。

不僅僅是文中提到的大型葉輪的鑄造應(yīng)用，voxeljet-維捷正在走向產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的應(yīng)用方向。就在2018年，voxeljet-維捷通過與德國領(lǐng)先的汽車制造商的合作，實現(xiàn)自動化3D打印復(fù)雜的砂模和砂芯，該生產(chǎn)線有望成為世界上首次汽車關(guān)鍵零件生產(chǎn)領(lǐng)域的集成增材制造解決方案，該項目將利用3D打印的砂芯來鑄造關(guān)鍵發(fā)動機(jī)部件。

     從制造原型到制造傳統(tǒng)技術(shù)難以制造的小批量應(yīng)用，再到創(chuàng)造新的產(chǎn)品，3D打印正在推動一場從制造到創(chuàng)造的工業(yè)革命。