1、形式人防的大國，但不是鑄造強國，許多中小企業長期依靠生產附加值低的簡單鑄件，而對技術難度較高的復雜鑄件望而生畏。因為對于復雜鑄件，特別是對于一些形狀復雜且小批量生產的薄壁鑄件，鑄造一直是個難題。更何況現在客戶對短周期及低成本要求很高，傳統的工藝很難勝任。 快速成形（ RP ）的出現和發展為解決上述問題提供了一條極具前景的新路，因此我們應好好運用這一先進技術為鑄造業服務。快速成形技術（ RP ）是一種集計算機輔助設計、精密機械、數控 激光 技術和材料學為一體的新興技術。它采用軟件離散化和材料堆積的原理，將所設計物體的 CAD 模型轉化為實物樣件。由于 RP 技術采用將三維形體轉化為二維平面分層制

2、造的原理，因此能夠處理任意復雜的構件，而且構件越是復雜越能體現它的優越性。 但由快速成形設備生產的制件只是原型或模型而不是鑄件，運用這些原型或模型來生產鑄件可以選擇多種工藝路線，而如何選擇最佳的工藝路線則需要相應的專業知識。華中科技大學快速成形中心于 1991 年開始快速成形技術的研究，是中國最早開展該項技術研究的單位之一，并取得了豐碩的成果，成功推出了多種快速成形系統，經用戶使用，產生了顯著的經濟效益和社會效益。近年來對快速成形在各行業中的運用，特別是對復雜鑄件的快速制造開展了大量的研究，積累了豐富的經驗。在此我們將這些研究成果介紹給讀者。 母模制造方法的選擇與比較 目前，國內外研究了多種快

3、速成形方法，比較成熟實用的主要有 LOM 、 SLA 、 SLS 、 FDM 、 3DP 1.501、立體光刻（SLA） SLA是利用紫外激光掃描光敏樹脂、光敏樹脂在激光的作用下固化逐層堆集而成。用SLA原型可代替鑄造中的木模和熔模精密鑄造中的蠟模。SLA技術成形速度快，精度高。由于SLA所用樹脂為熱固性光敏樹脂，加熱不能熔失，只能燒失，所以熔模鑄造時對焙燒工藝要求較高，原型件最好做成鏤空結構。SLA原型對水較敏感，長時間在潮濕環境中易吸潮變形，所以要注意防潮。SLA的設備及運行成本較高，適合于制造薄壁精細輪廓精密鑄件的模型。 2、分層實體制造（LOM） LOM工藝是根據零件分層得到的輪廓信息

4、用激光切割薄材，這樣逐層堆集而成的三維實體。LOM 3、選擇性激光燒結（SLS） 其原理是：激光束在計算機的控制下，對粉末進行掃描，掃描部分粉末熔化粘結而成的實體。SLS技術的最大特點是成形材料廣泛，塑料、陶瓷、金屬、蠟粉、腹膜砂及它們的復合材料都可作為SLS的成形材料，制備相應的功能件、金屬件、蠟模及砂型（芯），所以適用性強。SLS制作蠟模進行熔模鑄造是目前在國內運用最為廣泛的方法，不僅成本相對較低，而且精度高，表面質量好，無需支撐，可制作形狀極其復雜的蠟模生產復雜鑄件。 4、熔絲沉積（FDM） 熔絲沉積將材料液化后經過噴嘴逐層沉積成制件，成形材料包括塑料絲、蠟絲等，因此制備塑料原型件和蠟模

5、。該工藝中沒有價格昂貴的激光器，所以設備價格低，且由于材料被完全熔化，制件強度高。但成形速度慢，制件精度差，表面質量差，且噴絲頭的噴嘴易產生流延和堵塞。 5、三維打印（3DP） 三維打印工作原理類似于噴墨打印機。該技術的材料包括陶瓷、金屬/有機復合材料等。該技術成本較低，成形速度快，精度高，但制件表面粗糙，強度不高，且打印噴頭容易堵塞。在鑄造中適合于原型的驗證制作蠟模或制造石膏型。 快速制造與鑄造方法的選擇 1、熔模鑄造 SLS快速成形所得到的蠟模可直接用于熔模鑄造得到金屬件。這種快速成形工藝無需制造壓型，大大縮短了毛坯的生產周期，并可實現小批量生產。 SLS制作蠟模不僅速度快，價格相對便宜，

6、表面質量高，而且所用蠟料性質與一般鑄造中的高溫蠟料或中蠟料相似，只要對熔模鑄造中現行的焙燒工藝稍微改變就可實現SLS蠟料的焙燒脫出。SLS蠟模在熔模鑄造中的運用十分廣泛，既可鑄造小型精密鑄件，也可制作大型復雜鑄件，特別是可以與常規低熔點蠟模組焊成復合蠟模，即用普通蠟料壓型制作鑄件的簡單部分，而用SLS制作復雜部分，大幅提高生產效率，降低蠟模制作成本。 用SLA法制作的樹脂件也可用于熔模鑄造，非人防SLA專用樹脂，原型件的制造成本也高，所以目前在國內運用還不如SLS法廣泛。FDM也可擠出蠟料，只是FDM的成形速度慢，表質質量不高，所以這方面的應用也不多。 2 、石膏型及陶瓷型精密鑄造 石膏型及陶

7、瓷型鑄造具有高精度及低表面粗糙度值的優點。利用快速成形獲得鑄造陶瓷型或石膏型有多種途徑： (1 利用 LOM 、 SLA 、 、3DP制作的原型當母模，直接翻制成陶瓷型或石膏型，對于形狀復雜不易拔模的制件可以先轉制成硅橡膠型。這種方法的特點是成本低，且可實現小批量生產，但這種方法不適用形狀復雜、不能拔模的制件；(2 類似于熔模鑄造的方法，用SLS、SLA、3DP或FDM制作蠟模，再熔失或燒失。 3、砂型鑄造 傳統的砂型鑄造一般要先制木模，而木模制造靠人工的方法往往在技術、生產周期、精度及材質方面難于完全滿足要求。用快速成形得到的LOM模型可以代替木模直接用于鑄造生產。由于經過了特殊的處理，紙質

8、模堅如硬木，表面光滑有利于砂型鑄造。它在200以下工作，可以翻制50200件砂型。其優點是成本低，制造速度快，無需高水平木模工和相應的木工機械就能在很短時間內制作高精度模樣，對于形狀復雜的大、中型鑄件，其優點尤為突出。如發動機機體、缸蓋、進（排）氣管和底盤變速器離合器殼體等都可以用這種方法制造。紙質模或樹脂模取代木模使得金屬模胚的制造周期和成本大大降低，而且精度的提高可以減少機械加工余量和加工費用。 用SLS燒結覆膜砂可直接成形砂型（芯）用于鑄造，這種方法經濟快速，尤其對于內腔流道特別復雜的鑄件有其它方法無法比擬的優勢。 復雜鑄件鑄造方法的選擇與生產實例 獨基加、復雜液壓閥體的快速鑄造 圖1所

9、示為國外客戶訂貨的材質為HT200的液壓閥鑄件的三維圖。該件外形上的凸凹形面較多，并有許多與內流道相通的小圓孔及異形孔。特別是該件的內腔流道形狀更為復雜（其形狀可見圖2中形成流道的型芯），共有四條流道：最窄流道截面直徑僅5mm×流道長64mm（長徑比約13），且也成彎扭狀，其兩端分別與右側面及低平面相通。該閥體的內腔流道形狀彎扭變化很大，不僅沿水平方向彎扭、而且還沿空間任意方向彎扭，同一流道出現多個不等直徑或不等截面形狀，有的流道過分細長，各流道出口中心線不在外部形狀上的同一平面上等問題，這些均會給該閥體鑄件的制造工藝帶來很大的困難，傳統的砂型鑄造和消失膜鑄造均難以勝任。選擇性激光燒

10、結快速成形不僅制模周期短，費用低，而且特別適合于制作復雜零件的原型或型(芯120圖1 閥體鑄件的三維圖形備注：1.<2000平方米的車庫鋼筋、砼調整系數為圖2 閥體下砂型及型芯的三維圖形2.特大型車庫（車位500輛）鋼筋、砼調整系為(1選用石膏型精密鑄造方法。直接用選擇性激光燒結快速成形方法，不需模具，直接依據客戶的三維圖形，施放金屬收縮率后，輸入SLS快速成形機中，僅在一天內即可制作出與圖1形狀完全相同的蠟模，然后直接用石膏灌漿，進行石膏型精密鑄造獲得鑄件。但石膏型精鑄工藝一般只適合澆注鋁合金鑄件，而液壓閥體所要求的材料為灰鑄鐵，其熔點比鋁合金高，因此不適宜用石膏型精密鑄造。且復雜石膏

11、芯因無芯骨，強度低，易被金屬所壓斷。 5%0.1m，指標變化1.5%；當地下水位較低且采用天然地基基礎時增加8%；東北等地區覆土取值按凍土層另行考慮。(3選用直接燒結覆膜砂型(芯的方法。選擇性激光燒結覆膜砂已在生產中得到了一定的運用，因覆膜砂的潰散性好，所以特別適用于制作復雜砂芯，因此我們最終決定選用選擇性激光燒結成形技術燒結覆膜砂，直接制造復雜液壓閥體的砂型及砂芯，然后澆注鑄件。10%18%；由圖3可見用華中科技大學開發的選擇性激光燒結快速成形燒結的覆膜砂型不僅實現了砂型（芯）的整體成形，而且強度高，表面粗糙度低。圖4為用其澆注的鑄件，可見鑄件流道清晰，表面光滑。5.地下室層數為兩層時，減1

12、0%調整；結構形式復雜鑄件的快速制造基礎作者：華中科技大學 沈其文 楊勁松    來源：雅式工業專網地基承載力fak(KN/獨立地下車庫50170熔模精密鑄造是實現鑄件批量生產的有效方法之一。在傳統的熔模鑄造過程中，最困難的環節是快速制造制作熔模壓型，對于形狀復雜的大型件更為突出，通常是根據鑄件的形狀及尺寸進行設計，經金屬切削加工制成，周期長并且成本高。采用快速成形技術制造母模，通過快速軟模或快速過渡模等得到熔模鑄造的壓型。然后用此壓型注射蠟模，再用此蠟模經傳統的失蠟鑄造工藝制作金屬鑄件，不僅工藝簡單而且成本低。其制作工藝可以分為：(1 用快速成形制作母

13、模再翻制成硅橡膠軟模、金屬冷噴模、石膏型、陶瓷型和經過中間轉換的合金模、電鑄模、環氧樹脂模等陰模當壓型，壓制蠟模；(2 用快速成形直接制造壓型，如華中科技大學開發的高分子/金屬復合材料，用選擇性激光燒結成形，制件經表面處理后可以直接作為熔模壓型，從而大大簡化了小批量生產鑄件的步驟。50圖3 SLS燒結閥體的上（左，經后固化）、下（右，未后固化）覆膜砂型及型（芯）6）、特殊情況調整計算方法：圖4 用覆膜砂型(芯澆注的液壓閥體鑄件及其剖分圖2、DISA線模具的快速鑄造 DISA線用模板一般采用灰鐵材質，其制造工藝一般是制作木模后翻制金屬模具毛坯，現通過數控加工來獲得。此種制造工藝工序繁瑣，制造周期

14、長（一般23個月），而且每片模塊都需要數控加工，成本較高。 快速成形的出現為快速制造DISA模具提供了條件。DISA線用快速模板有兩種工藝：(1用SLS蠟模進行精密鑄造，直接獲得表面糙度低、尺寸精度高的近無余量模具；(2直接將LOM快速原型代替木模作模具，在DISA線上直接進行射壓造型鑄造模具，這種方法成本低，速度快，鑄造方便。如圖5為DISA模具的LOM原型，圖6為翻制的金屬模具毛坯。 圖5 DISA模具的LOM原型 圖6 翻制的金屬模具毛坯3、摩托車缸體的快速鑄造 摩托車缸體為典型的復雜薄鑄件，模鑄件材質為鋁合金，要求較高的表面質量和精度。因此可選擇用SLS直接制造蠟模（圖7），再用精密鑄

15、造的方法澆注鑄件。由于制件過薄，且有很細的孔洞。鋁合金的熔點低，因此可以直接用石膏灌漿，宜選用石膏型精密鑄造獲得鑄件（圖8）。 圖7 摩托車缸體的SLS蠟模 圖8 摩托車缸體的快速鑄件4、汽車排氣管的快速鑄造 我們曾接到要求在2個星期內產出3件球墨鑄鐵汽車排氣管的精密鑄件的訂單。汽車排氣管的曲面復雜，特別是對內空氣道有較高的要求，宜選用SLS蠟模精密鑄造的方法。由于材質要求球墨鑄鐵，因此不適合于石膏型鑄造。雖然排氣管的氣道曲面復雜，但氣道內空直徑較大，可以掛砂結殼，因此可以采用熔模精密鑄造的方法實現快速鑄造。如圖9、10所示。 圖9 汽車排氣管蠟模件 圖10 汽車排氣管速鑄件5、小泵輪的快速制造 小泵輪屬于小鑄件，葉片部分復雜精細，若用SLS蠟模，在