在傳統(tǒng)鑄造行業(yè)，砂型制造一直是影響生產(chǎn)效率、成本和復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑄件成型能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著市場(chǎng)對(duì)高精度、短交期和復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑄件需求的增加，傳統(tǒng)手工造型和模具制造方式已難以滿足現(xiàn)代制造要求。砂型3D打印機(jī)作為一種先進(jìn)的增材制造技術(shù)，可以直接打印復(fù)雜砂型和型芯，無需模具，大幅縮短生產(chǎn)周期、降低成本，并提升設(shè)計(jì)自由度。本文將探討傳統(tǒng)鑄造廠為何應(yīng)考慮引入砂型3D打印技術(shù)，以提升競(jìng)爭(zhēng)力、優(yōu)化生產(chǎn)流程，并滿足市場(chǎng)對(duì)高效、精準(zhǔn)鑄造的需求。下邊是專們寫給鑄造廠的老板們的，希望對(duì)各位老板有啟發(fā)。

作為鑄造廠老板，你是不是經(jīng)常遇到這樣的情況？

——客戶要做小批量試制件，做個(gè)金屬模具要20萬，結(jié)果訂單才50件，一算賬發(fā)現(xiàn)模具費(fèi)比賺的錢還多，只能放棄訂單！
——客戶來了個(gè)帶蜂窩結(jié)構(gòu)的航空件訂單，傳統(tǒng)砂芯拼裝誤差比零件尺寸還大，盯著報(bào)廢的鑄件非常頭痛！
——競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手用3D打印接了個(gè)某知名汽車電池包訂單，自家報(bào)價(jià)比人家低30%還是沒中標(biāo)，最后打聽到人家的交貨比我們快2個(gè)月，很無奈！

——客戶動(dòng)不動(dòng)改設(shè)計(jì)，倉庫里堆了300多套報(bào)廢模具，查賬發(fā)現(xiàn)模具庫存占用了半年利潤，這滋味太痛苦了！

——客戶發(fā)了個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的件過來，并且說價(jià)格不是問題，一評(píng)估發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)鑄造工藝做不出來，看著這么高附加值的訂單也只能放棄！

下邊我們幫各位老板一一梳理清楚，一篇文章讓你全面了解3D打印砂型鑄造技術(shù)！

什么是砂型3D打印？

砂型3D打印是一種比較新的技術(shù)，簡(jiǎn)單來說，就是像搭積木一樣，用特殊的材料一層一層地 “堆” 出鑄造用的砂型。

以前傳統(tǒng)的做砂型方法，可能需要先做模具，再用模具去造型，過程比較復(fù)雜，而且如果要做一些形狀很奇怪、很復(fù)雜的砂型，就會(huì)特別困難，成本也高。但砂型 3D 打印就不一樣了，它是通過電腦里的三維模型來工作的。你把設(shè)計(jì)好的鑄件三維模型數(shù)據(jù)輸入到 3D 打印機(jī)里，打印機(jī)就會(huì)根據(jù)模型的形狀和結(jié)構(gòu)，把特殊的沙子或者類似沙子的材料，按照一層一層的方式精準(zhǔn)地鋪放和粘結(jié)起來，就像用無數(shù)個(gè)很薄的 “沙片” 逐漸搭建成一個(gè)完整的砂型。這樣，不管是多么復(fù)雜的形狀，只要能在電腦里設(shè)計(jì)出來，它都能打印出來，而且速度還挺快，也不需要像傳統(tǒng)方法那樣制作復(fù)雜的模具，能節(jié)省很多時(shí)間和成本呢。

砂型3D打印機(jī)原理

砂型3D打印通常采用粘結(jié)劑噴射技術(shù)（Binder Jetting, BJ），其基本原理如下：

1. 鋪砂：打印機(jī)在打印平臺(tái)上均勻鋪設(shè)一層特定的鑄造用砂（如硅砂、陶瓷砂或覆膜砂）。
2. 噴射粘結(jié)劑：噴頭按照計(jì)算機(jī)模型（CAD數(shù)據(jù)）精確噴射粘結(jié)劑，使特定區(qū)域的砂粒粘結(jié)在一起。
3. 重復(fù)堆積：平臺(tái)下降，再次鋪砂并噴射粘結(jié)劑，逐層固化成型，直至整個(gè)砂型打印完成。
4. 后處理：去除未粘結(jié)的松散砂料，對(duì)打印出的砂型進(jìn)行硬化、清理，隨后即可用于金屬澆鑄。

3D打印砂型鑄造解決哪些核心問題？

每一項(xiàng)技術(shù)的存在或誕生必定是有它的“使命”。通俗來說就是解決了特定問題，滿足了市場(chǎng)需求，這就是它存在的價(jià)值。下邊我們來看看砂型3D打印技術(shù)解決了哪些傳統(tǒng)鑄造遇到的棘手問題，如下：

• 復(fù)雜形狀零件制造：傳統(tǒng)砂型鑄造制造復(fù)雜形狀模具難度大、成本高，像航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片內(nèi)部精細(xì)冷卻通道，傳統(tǒng)工藝難以精準(zhǔn)成型。3D 打印砂型依據(jù)數(shù)字模型，能輕松將復(fù)雜形狀變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，從帶有密集內(nèi)凹、凸起的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體砂型，到有著精妙仿生結(jié)構(gòu)的醫(yī)療器械外殼砂型，都能完美呈現(xiàn)。
• 生產(chǎn)周期長：傳統(tǒng)砂型鑄造需經(jīng)歷設(shè)計(jì)模具、制造模具、調(diào)試模具等冗長流程，大型模具制造周期常超數(shù)月。3D 打印砂型無需模具制作，直接按數(shù)字模型打印，設(shè)計(jì)修改也只需在電腦上操作模型，重新打印即可，能大幅縮短生產(chǎn)周期。如研發(fā)新款汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體時(shí)，傳統(tǒng)鑄造模具報(bào)廢重制至少兩周，3D 打印砂型當(dāng)天就能完成新模型打印，次日即可投入鑄造。
• 成本控制難：傳統(tǒng)鑄造模具制造材料浪費(fèi)嚴(yán)重，復(fù)雜模具材料利用率不足 30%，且人工成本高。3D 打印砂型按需打印，精準(zhǔn)用砂，材料利用率超 90%，減少浪費(fèi)。打印過程自動(dòng)化程度高，可降低人力成本。以小型鑄造廠為例，年產(chǎn)能 5000 件小型管件鑄件，引入 3D 打印砂型后，材料成本年降 15 萬元，人工成本削減 20 萬元。
• 鑄件精度低：傳統(tǒng)砂型因模具磨損、分型面貼合誤差等，鑄件尺寸偏差常超 ±1mm，后續(xù)機(jī)加工余量多、材料浪費(fèi)大，且易出現(xiàn)局部疏松、夾砂等缺陷，導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能不均。3D 打印砂型由數(shù)字化模型精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)，砂型尺寸精度可達(dá) ±0.5mm 以內(nèi)，能實(shí)現(xiàn)均勻緊實(shí)，避免砂粒松散不均，同時(shí)優(yōu)化凝固過程，大幅減少縮孔、縮松，保障鑄件內(nèi)部質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
• 環(huán)保壓力大：傳統(tǒng)鑄造的模具制造產(chǎn)生大量廢金屬、廢塑料，砂型處理后廢砂堆積如山。3D 打印砂型生產(chǎn)中，未使用的砂可回收再利用，廢棄物極少，且打印過程無需大量化學(xué)粘結(jié)劑，減少有害氣體揮發(fā)，改善車間環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用 3D 打印砂型后，鑄造車間廢棄物排放降低超 80%，粉塵、有害氣體濃度達(dá)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

鑄造廠如何評(píng)估是不是需要買砂型3d打印機(jī)？

一臺(tái)砂型3D打印機(jī)的價(jià)格不便宜（通常來說尺寸越大越貴），要購買的話相對(duì)是比較謹(jǐn)慎的，特別是中小型鑄造廠。為了幫助老板們?cè)u(píng)估一下是否有購買的必要，我們特地整理出了下邊的一些評(píng)估要點(diǎn)，給傳統(tǒng)鑄造廠的老板們一個(gè)參考，然后根據(jù)自己的情況來決定要不要購買：

生產(chǎn)需求

• 產(chǎn)品復(fù)雜度：若鑄造廠經(jīng)常生產(chǎn)復(fù)雜形狀、有精細(xì)結(jié)構(gòu)或內(nèi)部通道的鑄件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、汽車缸體等，傳統(tǒng)工藝難以滿足要求，砂型3D打印機(jī)能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。
• 生產(chǎn)規(guī)模與批量：對(duì)于小批量、多品種的鑄件生產(chǎn)，砂型 3D 打印機(jī)可靈活快速切換產(chǎn)品，無需制作模具，能降低成本和周期。但大規(guī)模、單一品種的鑄件生產(chǎn)，傳統(tǒng)工藝可能更具成本效益。
• 交貨期要求：若客戶對(duì)交貨期要求嚴(yán)格，砂型 3D 打印機(jī)可縮短生產(chǎn)周期，快速響應(yīng)訂單。

成本效益

• 設(shè)備投資：需考慮砂型 3D 打印機(jī)的購買成本、安裝調(diào)試費(fèi)用及后期維護(hù)成本。
• 運(yùn)行成本：包括打印材料、能源消耗、人工成本等。對(duì)比傳統(tǒng)鑄造工藝，分析長期運(yùn)行成本的高低。
• 潛在收益：考慮使用砂型 3D 打印機(jī)后，因產(chǎn)品質(zhì)量提升、生產(chǎn)周期縮短、廢品率降低等帶來的潛在收益。

技術(shù)能力

• 員工技能：評(píng)估現(xiàn)有員工對(duì) 3D 打印技術(shù)的掌握程度，是否需要培訓(xùn)或招聘專業(yè)人才。
• 技術(shù)支持：了解設(shè)備供應(yīng)商的技術(shù)支持能力，包括安裝調(diào)試、培訓(xùn)、故障維修等服務(wù)是否及時(shí)有效。

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)

• 行業(yè)趨勢(shì)：關(guān)注同行是否已采用砂型 3D 打印技術(shù)，若競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手已應(yīng)用并獲得優(yōu)勢(shì)，為保持競(jìng)爭(zhēng)力，鑄造廠可能需要考慮購買。
• 客戶需求：了解客戶對(duì)產(chǎn)品的新要求和期望，若客戶希望看到鑄造廠采用先進(jìn)技術(shù)提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，購買砂型 3D 打印機(jī)有助于滿足客戶需求，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

環(huán)保要求

• 如果當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求嚴(yán)格，傳統(tǒng)鑄造工藝在廢砂處理、廢氣排放等方面壓力大，砂型 3D 打印機(jī)因材料利用率高、廢棄物少等優(yōu)勢(shì)，有助于企業(yè)滿足環(huán)保要求。

砂型3D打印需要哪種人才？

考慮到很多傳統(tǒng)鑄造企業(yè)可能沒有配備3D打印砂型鑄造相關(guān)的專業(yè)人才，我們特地整理出該崗位工人需要有具有哪些方面的技能及平時(shí)的工作職責(zé)，以便工廠在招聘時(shí)做參考。

專業(yè)要求：

1. 機(jī)械工程、材料科學(xué)、鑄造工程、增材制造等相關(guān)專業(yè)；
2. 熟悉砂型3D打印（Binder Jetting）技術(shù)，具備相關(guān)設(shè)備操作經(jīng)驗(yàn)者優(yōu)先；
3. 熟練使用CAD、3D建模軟件（如SolidWorks、AutoCAD、Magics等），具備基本的數(shù)據(jù)處理能力；
4. 了解鑄造工藝，熟悉砂型材料特性、后處理流程及常見鑄造缺陷分析；
5. 具備設(shè)備維護(hù)、故障排查能力，能夠獨(dú)立解決設(shè)備運(yùn)行中的常見問題；
6. 良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，能夠與鑄造工程師、生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)密切配合，共同優(yōu)化生產(chǎn)流程；
7. 具備較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，能快速掌握新技術(shù)，并對(duì)增材制造在鑄造行業(yè)的應(yīng)用有濃厚興趣。

崗位職責(zé)：

1. 負(fù)責(zé)砂型3D打印機(jī)的日常操作，包括設(shè)備調(diào)試、打印任務(wù)執(zhí)行及質(zhì)量控制；
2. 處理3D打印數(shù)據(jù)，包括CAD模型優(yōu)化、切片及打印參數(shù)設(shè)置；
3. 監(jiān)督打印過程，確保砂型質(zhì)量符合鑄造要求，并進(jìn)行必要的后處理（如清理、硬化等）；
4. 負(fù)責(zé)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，排查和解決打印過程中的問題，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行；
5. 與鑄造技術(shù)團(tuán)隊(duì)合作，優(yōu)化3D打印砂型的工藝，提升鑄件質(zhì)量和生產(chǎn)效率；
6. 研究和引進(jìn)新材料、新工藝，持續(xù)改進(jìn)砂型3D打印在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用；
7. 負(fù)責(zé)公司內(nèi)部人員的3D打印技術(shù)培訓(xùn)，提高團(tuán)隊(duì)整體技術(shù)水平。

總結(jié)

綜上所述，砂型 3D 打印技術(shù)為傳統(tǒng)鑄造廠帶來了諸多機(jī)遇與變革，它能有效解決傳統(tǒng)鑄造過程中面臨的復(fù)雜形狀零件制造難題、生產(chǎn)周期冗長、成本難以控制、鑄件精度欠佳以及環(huán)保壓力大等一系列棘手問題。通過綜合評(píng)估生產(chǎn)需求、成本效益、技術(shù)能力、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和環(huán)保要求等方面，鑄造廠老板們能夠更加科學(xué)、理性地判斷是否引入砂型 3D 打印機(jī)。而配備專業(yè)的技術(shù)人才，則是確保這項(xiàng)技術(shù)在鑄造廠中順利落地、發(fā)揮最大效能的關(guān)鍵。

在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的鑄造市場(chǎng)中，主動(dòng)擁抱新技術(shù)，積極做出改變，或許就能搶占先機(jī)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)與持續(xù)發(fā)展。對(duì)于傳統(tǒng)鑄造廠來說，砂型 3D 打印技術(shù)不僅僅是一項(xiàng)技術(shù)的更迭，更是一次突破發(fā)展瓶頸、提升核心競(jìng)爭(zhēng)力的絕佳契機(jī)。希望各位鑄造廠老板能夠結(jié)合自身企業(yè)的實(shí)際情況，充分權(quán)衡利弊，做出最適合企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的決策，讓企業(yè)在時(shí)代的浪潮中乘風(fēng)破浪，駛向更廣闊的市場(chǎng)藍(lán)海。