金屬鑄造中3D打印技術(shù)的運用現(xiàn)狀與趨勢

金屬鑄造中3D打印技術(shù)的運用現(xiàn)狀與趨勢摘要:近年來,3D打印技術(shù)取得了較快的發(fā)展,并在各行各業(yè)中得到應(yīng)用.在重工業(yè)的鑄造行業(yè)中,3D打印技術(shù)也得到較大關(guān)注和重視,鑄造生產(chǎn)中3D打印的應(yīng)用越來越廣泛,例如,金屬在鑄造過程中容易出現(xiàn)不規(guī)律的質(zhì)量缺陷和不足,現(xiàn)代工業(yè)中的精細化產(chǎn)品鑄造生產(chǎn)的高質(zhì)量和精度要求,大型醫(yī)療器械主體架構(gòu)的鑄造成型的工藝難題,都可以通過3D打印技術(shù)的應(yīng)用得到優(yōu)化和改善.通過分析目前3D打印的技術(shù)水平和發(fā)展現(xiàn)狀,可以預(yù)測未來無論是國內(nèi)還是國外,激光打印鑄型技術(shù)都將是鑄造領(lǐng)域的重大變革和發(fā)展方向之一.文章首先介紹了3D打印技術(shù)當前階段的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀,討論了未來的應(yīng)用空間,再綜合3D打印技術(shù)在鑄造領(lǐng)域中的應(yīng)用,對3D打印技術(shù)未來在鑄造領(lǐng)域的發(fā)展方向進行探究.關(guān)鍵詞:3D打印技術(shù);鑄造領(lǐng)域;鑄造成型;技術(shù)發(fā)展;13D打印技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀況和應(yīng)用前景3D打印技術(shù)是一種新興的可以實現(xiàn)快速成型的技術(shù)手段,它是在數(shù)字模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,結(jié)合金屬粉末粘合技術(shù)的應(yīng)用,可以通過逐層累加的方式,像蓋房子一樣搭建出符合數(shù)模的實體.目前,3D打印技術(shù)已經(jīng)在模具研發(fā)和工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用,在鑄造模具、模型的相關(guān)生產(chǎn)中也有一定程度的嘗試.在科技快速發(fā)展的今天,3D打印技術(shù)也逐漸走向成熟,在一些精度要求特別高或者經(jīng)濟附加值高的領(lǐng)域,已經(jīng)在大力推行3D打印技術(shù)的融合.早期的3D打印技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的融合一般是利用數(shù)字技術(shù)材料打印機完成生產(chǎn),在計算機技術(shù)得到快速發(fā)展后,3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,在鑄造領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍和應(yīng)用深度也不斷加大.1.13D打印技術(shù)的主要應(yīng)用狀況分析現(xiàn)階段,3D打印技術(shù)在實踐中的應(yīng)用主要集中在三個方面:(1)在社會大眾的消費品方面,3D打印技術(shù)常用于工業(yè)新產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計和日用品的創(chuàng)意性開發(fā)生產(chǎn)過程,用于新模型的建立和個性化產(chǎn)品的定制,3D打印技術(shù)的系統(tǒng)化應(yīng)用,將工業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)水平提高到一個較高的水平,滿足了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)要求的提高,精度等級的提高等,在工業(yè)原料的加工方面有著不可替代作用,例如,模具和模型的加工制造,通過3D打印技術(shù)的植入,縮短了制造周期,降低了成本的同時還提高了產(chǎn)品精度;在生活日用品方面,3D打印技術(shù)極大的提高了生產(chǎn)的個性化水平,滿足了現(xiàn)代人的訂制需求;(2)在工業(yè)產(chǎn)品制造過程中,例如,外形尺寸較大的金屬加工件或者是在精度要求方面有嚴苛要求的金屬零部件加工中,3D打印技術(shù)的應(yīng)用,可以滿足高精度乃至超高精度的要求,解決一些因為構(gòu)件外形尺寸多大造成的加工困難的問題;(3)3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域和生物工程中也逐漸得到較為廣泛的應(yīng)用,例如,醫(yī)療領(lǐng)域中的軟組織再造技術(shù)、牙齒復(fù)刻技術(shù)等,都是通過3D打印技術(shù)來完成的,此外,一些大型的醫(yī)療設(shè)備的生產(chǎn)中也有3D打印技術(shù)應(yīng)用的影子.1.23D打印技術(shù)的應(yīng)用前景分析就目前而言,3D打印技術(shù)還是一項象征著高水平的尖端科技,其技術(shù)水平的高低可以折射出一個國家或者地區(qū)的技術(shù)水平的層級.目前,歐美一些發(fā)達國家在3D打印技術(shù)方面的建樹已經(jīng)初具規(guī)模,軟件和技術(shù)方面均有不錯的發(fā)展,我國雖然在3D打印方面也進行了研發(fā)并取得了初步的成果,但是在應(yīng)用方面還不成熟,尚不能滿足實踐生產(chǎn)提出的要求.現(xiàn)階段,我國在3D打印技術(shù)方面的研發(fā)和應(yīng)用方面主要存在以下不足:(1)技術(shù)與市場銜接不暢,缺乏深度融合;(2)社會各界對3D打印技術(shù)的重視程度不夠.就目前而言,3D打印技術(shù)在我國的應(yīng)用方面,例如醫(yī)療和建筑相關(guān)方面,已經(jīng)有較為成熟的應(yīng)用示范,但就整個社會層面來說,3D打印技術(shù)的普及率較低,一些企業(yè)更傾向于選擇正在使用的傳統(tǒng)技術(shù),一方面原因是傳統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用成本較低,另一方面是因為傳統(tǒng)技術(shù)與企業(yè)間已經(jīng)形成較好的磨合,企業(yè)對傳統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用得心應(yīng)手;目前我國在3D打印技術(shù)的材料應(yīng)用方面推廣欠缺.23D打印技術(shù)在整個鑄造領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀從3D打印技術(shù)出現(xiàn)到現(xiàn)在,該技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展,在技術(shù)積累和生產(chǎn)實踐方面,都完成了一定深度的成就.在鑄造領(lǐng)域中,3D打印技術(shù)也得到了較為成熟的應(yīng)用,例如,在鑄造模具的定制生產(chǎn)、砂型的成型制造以及金屬產(chǎn)品的直接打印方面,均可以看到3D打印技術(shù)的應(yīng)用;此外,由于3D打印技術(shù)可以修復(fù)產(chǎn)品在鑄造過程中出現(xiàn)的缺陷和不足,所以該技術(shù)在鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用較為深入且廣泛.2.13D打印技術(shù)在藝術(shù)鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用隨著3D打印技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,該技術(shù)在藝術(shù)品生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了較好的應(yīng)用.例如,我國一些從事藝術(shù)產(chǎn)業(yè)相關(guān)的公司,融合了3D打印技術(shù)和雕塑加工,將3D打印技術(shù)引入到了藝術(shù)品鑄造領(lǐng)域.可以說,3D打印技術(shù)的應(yīng)用,提高了該行業(yè)的經(jīng)濟效益,促進了藝術(shù)品鑄造的轉(zhuǎn)型,助力藝術(shù)品鑄造行業(yè)向著智能化、內(nèi)涵化的方向發(fā)展.2.23D打印技術(shù)中激光立體成形技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平的提高,激光立體成形技術(shù)也引入了3D打印技術(shù),并進行了有機融合,兩種技術(shù)融合后,通過激光先融化金屬粉末,然后再通過3D打印機可以直接完成各種形狀、各種類型產(chǎn)品的精準加工.3D打印激光立體成形技術(shù)的應(yīng)用,可以實現(xiàn)多種金屬的直接打印成形,且產(chǎn)品具有良好的精度和力學(xué)性能,可以滿足人們的多種使用需求.尤其是在航空鑄造領(lǐng)域,該技術(shù)有著非常廣泛的應(yīng)用,可以對鈦合金結(jié)構(gòu)件完成加工制造和零件修復(fù)等工藝,并取得了良好的效果.在航空領(lǐng)域,由于其特殊的要求較多,各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)也相對復(fù)雜,生產(chǎn)采購成本很高,通過借助3D打印技術(shù)與激光立體成形技術(shù)的融合,可以完成對航空構(gòu)件的有效修復(fù),一方面降低了航空企業(yè)的維護成本,另一方面也使得3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍得到拓寬,提高該領(lǐng)域的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益.2.33D打印技術(shù)在無模精密鑄型方面的應(yīng)用就整個鑄造領(lǐng)域而言,無模精密鑄型是能夠完成快速成型的一項重要技術(shù).當前階段,3D打印技術(shù)正在無模精密鑄型生產(chǎn)過程中的應(yīng)用也較為陳述,現(xiàn)梳理該技術(shù)的應(yīng)用思路如下:首先,通過激光完成SLS的燒結(jié).具體操作為:首先,使用覆膜砂,進行多層的鋪粉,在鋪粉的過程中利用激光技術(shù)實現(xiàn)這些粉末的固化,進而實現(xiàn)SLS的燒結(jié);其次,利用三維打印頭進行粘結(jié)劑噴射.通過識別界面輪廓上的數(shù)據(jù),使用兩個噴頭同時噴射粘結(jié)劑和催化劑,讓催化劑和粘結(jié)劑充分交聯(lián),可以將砂型鑄造進行涂層處理以滿足澆鑄需要;再者,借助三維打印的殼體鑄造技術(shù),將陶瓷顆粒與硅酸鹽水溶液融合在一起,進行殼型打印,需要注意的是,在進行澆鑄操作前,要先進行產(chǎn)品的充分焙燒.33D打印技術(shù)在整個鑄造領(lǐng)域中的發(fā)展趨勢探究在藝術(shù)鑄造領(lǐng)域方面,3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢為:從經(jīng)典鑄造生產(chǎn)模式向智能化制模方向過渡并延伸,所以,藝術(shù)鑄造領(lǐng)域?qū)?D打印技術(shù)的應(yīng)用需求量較大.3D打印技術(shù)在藝術(shù)品鑄造領(lǐng)域中的應(yīng)用,雖然目前還存在一定的不足和困難,但取得的成果也是豐碩的,未來還會有更加廣泛的機遇.例如,通過3D打印技術(shù)的應(yīng)用,可以實現(xiàn)模型和砂型鑄造的快速成形,從而加快了相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)的研發(fā)速度,降低了鑄造過程中的綜合研發(fā)成本.此外,3D打印技術(shù)在鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用可以降低產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的風險,滿足外形尺寸較小的產(chǎn)品的生產(chǎn)需求.同時,3D打印技術(shù)可以極大的降低高端鑄造零部件的殘次品發(fā)生率,并且可以完成不良產(chǎn)品的修復(fù),特別是在一些大型的高端鑄造產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量缺陷時,可以直接使用3D打印技術(shù)完成整個構(gòu)件的全面修復(fù),恢復(fù)其外形尺寸和性能水平,既降低了鑄件產(chǎn)品的不良率,又拓展了3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍,降低了生產(chǎn)維護方面的成本.3D打印技術(shù)的應(yīng)用和推廣,需要3D打印機具備卓越的性能,但是由于技術(shù)、經(jīng)驗等方面因素的限制,目前尚不能實現(xiàn)大型鑄模產(chǎn)品的精準打印和快速打印的零誤差.所以,為了提高3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍,需要提升3D打印機的性能水平,使其能夠滿足高效、快速的鑄模打印成形的需要;3D打印機方面的技術(shù)瓶頸突破后,必然會助力3D打印技術(shù)應(yīng)用范圍向更加廣泛的方面延伸,未來,無論是在航空設(shè)備鑄件、高端大型零部件、精密鑄件等產(chǎn)品的鑄造生產(chǎn)過程中,還是在一些高端構(gòu)件的修復(fù)方面,3D打印技術(shù)都必將占有舉足輕重的地位.4結(jié)語一方面,在研發(fā)和消費的綜合影響下,鑄造產(chǎn)品的設(shè)計越來越趨于個性化,傳統(tǒng)的鑄造工藝已經(jīng)不能滿足要求,產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計可以通過3D打印技術(shù)在大企業(yè)內(nèi)部實現(xiàn),3D打印技術(shù)依然成為高端鑄造生產(chǎn)工序以及高端鑄造產(chǎn)品形象的代名詞.甚至,美國和俄羅斯的一些軍工研發(fā)單位也在積極的推進3D打印技術(shù)與武器設(shè)計生產(chǎn)工藝的結(jié)合和實踐,以期提高武器產(chǎn)品的制造精度和使用性能;博士、力士樂等知名跨國集團也在嘗試將3D打印系統(tǒng)布置在鑄造廠內(nèi),越來越多的世界級大型企業(yè)已經(jīng)著手將3D打印技術(shù)應(yīng)用到鑄造領(lǐng)域中,并取得了一定的成效.但是,目前我國大多數(shù)企業(yè)還未具備將3D打印技術(shù)與鑄造產(chǎn)業(yè)進行融合的研發(fā)和設(shè)計能力,技術(shù)上對西方發(fā)達國家還存在較大的依賴性.所以,加大技術(shù)創(chuàng)新力度,推動3D打印與鑄造生產(chǎn)的融合,是我國鑄造領(lǐng)域升級轉(zhuǎn)型的重要方向.另一方面,使用3D打印技術(shù)可以制成鑄型模具,使用該模具可以便捷、快