鑄造是制造業的根本,鑄造業的發展更是國家強國戰略的關鍵一環。國家非常重視鑄造產業的發展和布局,“十四五”規劃明確了要數字化轉型發展的目標:到2025年,采用3D打印技術生產的鑄件超過50萬噸;實現無機粘結劑等綠色造型材料的示范應用;鑄造廢砂再生循環利用達到800萬噸以上;培育200家以上綠色鑄造工廠。今年4月三部委的聯合發文中也提出,要推動一體化壓鑄成形、無模鑄造、砂型3D打印等先進工藝技術實現產業化應用。

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作為世界第一鑄造大國,中國的鑄造產業有4000億左右的市場規模,全球占比45%;有24000多家鑄造廠,2022年鑄件總產量5170萬噸,保持著穩健的增長。但同時也存在產能過剩、高能耗、高污染、不強、不精的問題,節能減排壓力大、技術工人短缺、自主創新能力弱、同質化競爭嚴重。據統計,全國鑄件年產量萬噸以上的鑄造企業超過千家,5萬噸以上的企業近200家。頭部2000多家的鑄件產量占全國總產能的55%以上。而頭部企業缺乏定制能力或小批量試制能力,開發新產品速度慢、成本高;“長尾”企業產能利用率低,大多要被淘汰;只有“長尾”中的頭部企業,在依靠3D打印和自動化率提升后能夠生存,并可能有數倍的集中度提升空間。

在政策、市場、技術等的多輪驅動下,3DP砂型打印技術應運而起。3DP砂型打印技術是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或非金屬等可粘合材料,逐層打印的方式來構造物體的數字化綠色制造技術。相較傳統砂型鑄造,3DP砂型打印技術無需模具,直接打印砂型,設計靈活,可以低本、高效地完成新品開發和中小批量產品交付,快速響應市場需求。在質量方面,3DP砂型不受模具翻砂工藝的制約,具有微米級高精度,復雜結構一體自由成型,部分鑄鋁件的鑄造面精度可和精密鑄造媲美,同時也減少了裝配誤差造成的廢品率,減少了工人勞動。

目前,3DP砂型打印技術已在鑄造生產中得到了成熟的商業化應用,是一項真正經過市場驗證的普惠性技術。其對砂型性能、加工速度、成型尺寸等的優化提升優勢明顯,尤其適用于新品研發、復雜產品及小批量產品的生產。一些引入3DP砂型打印裝備進行智能化改造的鑄造企業,已經建立了綠色、柔性、高端的快速鑄造能力,實現了生產效率、產能、營收的翻倍增長。部分企業甚至由于技術和服務提升明顯,出現了供不應求、訂單外溢的情況。

圖:已成熟應用3DP砂型打印技術的綠色快速鑄造工廠

面對市場上各品牌的3DP砂型打印設備,價格、性能、穩定性、使用維護成本等通常是用戶在選購時會考量的因素。其中,由3D打印裝備及快速制造服務提供商北京三帝科技股份有限公司自主研制的一款生產型旗艦產品——隆源成型3DP砂型打印設備AFS-J1600Pro一經面市即廣受市場青睞,已被多家鑄造廠用戶購入用于產線,憑借卓越的成型精度、平衡可控的鑄造性能和優良的可靠性幫助用戶解決了鑄造生產中效率、強度與鑄造性能的矛盾,完成訂單數千萬。

據了解,該設備成型缸尺寸為1600×800×600mm,采用了最新一代高穩定性、低噪音的高速振動鋪粉技術和2-Pass高精度打印技術,配合高性能成型工藝和智能算法技術,可實現15秒每層的打印速度和最高±0.3mm的打印精度;打印砂型的抗拉強度最高可達2.5MPa,發氣量8-11ml/g,表面粗糙度≤Ra25。設備采用了模塊化設計,維護方便靈活,維護成本低;配備智能化系統,令操作更簡便,可實現一鍵式打印,且具有打印預警提示功能;還可通過視覺監控等智能化系統,實現加工全過程的實時監測、記錄可追溯。面向鑄鋁、鑄鐵、鑄鋼、鑄鎂等不同鑄造應用需求,提供開源砂材工藝解決方案,配套豐富的砂材體系及高性能的粘結劑、固化劑、清洗劑,為用戶優化使用成本。

某用戶通過AFS-J1600Pro采用砂型快速鑄造工藝為某新能源車企試制輕量化車架,6天即交付鋁合金(ZL101)成品鑄件。成品尺寸精度達到CT7級,表面粗糙度優于Ra12.5,鑄件表面無氣孔、裂紋,形狀完整、結構清晰。相較傳統制造工藝需要40天的制作周期,采用3DP砂型打印快速鑄造,制作周期縮短了85%,成本減少32%。

某用戶通過AFS-J1600Pro采用砂型快速鑄造工藝為某車廠試制發動機缸體,由于缸體結構復雜,且壁厚較小,如果采用傳統方法制作周期需要1個多月。3DP砂型打印設備制作的砂型,精度和強度較傳統工藝均有很大提高,抗拉強度可達2MPa,鑄件表面粗糙度優于Ra12.5,缺陷控制良好,無多肉、氣孔、裂紋、夾渣,無表面缺陷及殘缺。僅耗時10天即交付灰鑄鐵(HT250)成品鑄件,制作周期縮短了2/3,成本降低30%。

“十四五”是我國經濟結構調整、產業轉型升級的重要階段,也是我國鑄造行業加快發展的重要時期。一些鑄造企業還在因高能耗、高污染、產品精度達不到要求、招工難等問題而困擾,深陷資金、技術、訂單的循環怪圈中而彷徨和迷茫。建議這些企業經營者們應及早跳出固有思維,在深刻理解并領會國家大政方針的基礎上,主動求變,轉換思路和發展方式,通過技術、工藝的改造升級,走綠色化、智能化、高端化的可持續發展之路,才能抓住機遇,在困境中實現突圍。

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