编辑导语：介绍了3DP技术及其在复杂增压器铸件中的应用，阐述了3D打印技术相比于传统铸造在铸件外观质量、尺寸精度、生产流程以及操作难易程度上的优势，3D打印作为制造业转型升级的一个方面，在铸造领域取得了突破性的进展，使铸造行业“3D打印、机器人等技术”工业化应用+绿色智能工厂成为可能。
由于增压器壳体结构复杂且薄壁多层，小批量、多品种，铸件表面质量、尺寸精度稳定性差，废品率居高不下，满足不了用户对铸件质量的要求，为提高铸件质量，开发新的铸造工艺，从2017年公司开始研究3DP技术在铸件生产中的应用。
3DP技术：首先铺砂器将型砂按设定的流砂量逐层铺砂并紧实， 然后用打印喷头将树脂粘结剂“印刷”在铺好的每层砂层上，“印刷”完毕后，升降平台下降0.3～0.5 mm，铺砂器再一次铺砂，打印喷头再一次“印刷”，如此循环往复直至打印完整个砂型，最后除去模型上多余的粉末材料即可，如图1所示。3DP技术成形速度快，没有支撑结构，多余粉末去除方便，特别适合制作复杂的内腔形状，耗材和成形材料的价格相对便宜，打印成本低。
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图1 3DP技术原理示意图
3DP技术以其独特优势和巨大的发展潜力，吸引了众多企业的关注，3DP技术具有设计制造一体化、高度柔性、缩短新产品开发周期和降低研发成本等优点。笔者公司采用3DP技术生产某壳体的过程，如图2～图7所示。其中图2为铸造工艺设计方案，图3为采用铸造模拟软件进行工艺模拟，图4为砂型分型及虚拟制造，图5为砂型打印，图6为合箱浇注，图7为采用3D打印技术生产的铸件。
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图2 铸造工艺设计方案
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S-Temperature-Finish
图3 铸造工艺凝固模拟
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图4 虚拟制造砂型
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图5 砂型打印
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图6 合箱浇注
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图7 试制铸件
（1）缩短生产流程
3DP直接打印型/芯，省去了模具设计、制作及造型制芯过程，大大缩短了新产品的开发周期和成本；采用传统铸造开发新产品大约需要35天，而采用3DP技术则仅仅需要5天，使得生产更加快捷、过程更加可控、效率更高，3DP技术与传统铸造开发流程对比如图8所示。
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图8 开发流程对比
（2）提高铸件质量，提升生产效率
该壳体若采用传统的铸造方法需要21个砂芯（见图9），而3DP技术不再区分外模芯和内腔芯，而是直接将复杂结构的型芯整体打印，分芯数量大大减少，避免了手工制芯、组芯过程造成的累积误差，提高了砂型的尺寸精度，避免了因砂型尺寸不符造成的铸件尺寸超差，且节省了部分组芯工序（见图10）。
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图9 传统铸造工艺
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图10 传统铸造铸型
（3）以人为本，绿色铸造
3DP技术大幅改善了铸造现场的环境，降低了操作人员的劳动强度；用3D打印机替代了人工制芯、造型，节省了人力成本，同时实现了铸造业的智能生产、绿色生产,实现“六无”生产（无砂箱、无模具、无行车、无温差、无污染、无重体力劳动），生产环境舒适，安全；而传统铸造生产环境噪音大，粉尘大，危险系数较高；3D打印技术作为制造业转型升级的核心技术之一，真正让铸造由“傻大黑粗”向“窈窕淑女”转变。
（1）铸件尺寸精度提高
①3DP技术生产的砂芯精度为±0.5 mm，所得铸件壁厚的偏差可控制在1 mm以内。
②3DP技术生产的铸件表面粗糙度可达到GB/T 6060.1-2018 Ra25水平，而木模表面粗糙度约为Ra50。
③铸造用砂芯尺寸精度控制水平：3DP技术＞金属模＞木模。根据ISO 8062判定三种工艺方法的成型精度水平，木模为CT 10～CT 13级，金属模为CT 9～CT 12级，而3DP技术为CT 8～CT 11级。
（2）铸件外观质量好
由于不用起模、分芯数量少，铸件毛坯披缝少，3D打印铸件外观质量及后序清理效率显著提高。
（3）铸件集成设计
通过3DP工艺方法，可成型形状更加复杂的铸件，对原有通过装配的零散部件进行一体化集成设计，以提高产品功能诉求和铸件的使用性能。
（4）成本对比
以笔者公司某产品为例，3DP技术与传统铸造材料消耗与制造成本对比见表1、表2。
表1 3DP技术与传统铸造材料消耗及价格对比
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表2 3DP技术与传统铸造制造成本对比
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从表1、表2可以看出，虽然3DP工艺成本比传统铸造略高，但3D打印工艺对工人技能要求不高，砂型质量好，铸件尺寸精度高、表面质量好，废品率低；3D打印可实现三班倒，相对效率高，某产品8套砂型采用3DP只用了2.5天就可完工；而传统铸造仅模具生产周期就需要30天；故综合成本3D打印成本低于传统铸造。
铸造作为传统制造业的基础，也必须考虑可持续发展，未来铸造的发展，从产品需求上呈现“品种多样性、结构复杂化、更新换代快”等特点，从铸造生产上要求优质可靠、高效智能、绿色低碳，这对铸造工艺提出了更高的要求。3D打印技术作为制造业转型升级的核心技术之一，在铸造领域取得了突破性进展，使铸造行业“3D打印、机器人等技术”工业化应用+绿色智能工厂成为可能。
自2017年起，笔者一直从事3DP技术的应用研发，在新产品开发中应用3DP技术，大大缩短了新产品开发的周期，已成功开发75种合格增压器壳体。2020年5月，在量产产品中推广使用3DP技术，现开发了25个品种的各种轴流增压器壳体，已经量产壳体15种，产品合格率同比传统铸造的合格率均提高了15%，为公司提质增效打下了坚实的基础。
