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鑄造是制造業(yè)的根本,鑄造業(yè)的發(fā)展更是國家強(qiáng)國戰(zhàn)略的關(guān)鍵一環(huán)。國家非常重視鑄造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和布局,“十四五”規(guī)劃明確了要數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的目標(biāo):到2025年,采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的鑄件超過50萬噸;實(shí)現(xiàn)無機(jī)粘結(jié)劑等綠色造型材料的示范應(yīng)用;鑄造廢砂再生循環(huán)利用達(dá)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(lián)合發(fā)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(jìn)工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

作為世界第一鑄造大國,中國的鑄造產(chǎn)業(yè)有4000億左右的市場規(guī)模,全球占比45%;有24000多家鑄造廠,2022年鑄件總產(chǎn)量5170萬噸,保持著穩(wěn)健的增長。但同時也存在產(chǎn)能過剩、高能耗、高污染、不強(qiáng)、不精的問題,節(jié)能減排壓力大、技術(shù)工人短缺、自主創(chuàng)新能力弱、同質(zhì)化競爭嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計,全國鑄件年產(chǎn)量萬噸以上的鑄造企業(yè)超過千家,5萬噸以上的企業(yè)近200家。頭部2000多家的鑄件產(chǎn)量占全國總產(chǎn)能的55%以上。而頭部企業(yè)缺乏定制能力或小批量試制能力,開發(fā)新產(chǎn)品速度慢、成本高;“長尾”企業(yè)產(chǎn)能利用率低,大多要被淘汰;只有“長尾”中的頭部企業(yè),在依靠3D打印和自動化率提升后能夠生存,并可能有數(shù)倍的集中度提升空間。

在政策、市場、技術(shù)等的多輪驅(qū)動下,3DP砂型打印技術(shù)應(yīng)運(yùn)而起。3DP砂型打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運(yùn)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(gòu)造物體的數(shù)字化綠色制造技術(shù)。相較傳統(tǒng)砂型鑄造,3DP砂型打印技術(shù)無需模具,直接打印砂型,設(shè)計靈活,可以低本、高效地完成新品開發(fā)和中小批量產(chǎn)品交付,快速響應(yīng)市場需求。在質(zhì)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(fù)雜結(jié)構(gòu)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(shù)已在鑄造生產(chǎn)中得到了成熟的商業(yè)化應(yīng)用,是一項真正經(jīng)過市場驗(yàn)證的普惠性技術(shù)。其對砂型性能、加工速度、成型尺寸等的優(yōu)化提升優(yōu)勢明顯,尤其適用于新品研發(fā)、復(fù)雜產(chǎn)品及小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。一些引入3DP砂型打印裝備進(jìn)行智能化改造的鑄造企業(yè),已經(jīng)建立了綠色、柔性、高端的快速鑄造能力,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)效率、產(chǎn)能、營收的翻倍增長。部分企業(yè)甚至由于技術(shù)和服務(wù)提升明顯,出現(xiàn)了供不應(yīng)求、訂單外溢的情況。

圖:已成熟應(yīng)用3DP砂型打印技術(shù)的綠色快速鑄造工廠

面對市場上各品牌的3DP砂型打印設(shè)備,價格、性能、穩(wěn)定性、使用維護(hù)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(wù)提供商北京三帝科技股份有限公司自主研制的一款生產(chǎn)型旗艦產(chǎn)品——隆源成型3DP砂型打印設(shè)備AFS-J1600Pro一經(jīng)面市即廣受市場青睞,已被多家鑄造廠用戶購入用于產(chǎn)線,憑借卓越的成型精度、平衡可控的鑄造性能和優(yōu)良的可靠性幫助用戶解決了鑄造生產(chǎn)中效率、強(qiáng)度與鑄造性能的矛盾,完成訂單數(shù)千萬。

據(jù)了解,該設(shè)備成型缸尺寸為1600×800×600mm,采用了最新一代高穩(wěn)定性、低噪音的高速振動鋪粉技術(shù)和2-Pass高精度打印技術(shù),配合高性能成型工藝和智能算法技術(shù),可實(shí)現(xiàn)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(qiáng)度最高可達(dá)2.5MPa,發(fā)氣量8-11ml/g,表面粗糙度≤Ra25。設(shè)備采用了模塊化設(shè)計,維護(hù)方便靈活,維護(hù)成本低;配備智能化系統(tǒng),令操作更簡便,可實(shí)現(xiàn)一鍵式打印,且具有打印預(yù)警提示功能;還可通過視覺監(jiān)控等智能化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)加工全過程的實(shí)時監(jiān)測、記錄可追溯。面向鑄鋁、鑄鐵、鑄鋼、鑄鎂等不同鑄造應(yīng)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(jié)劑、固化劑、清洗劑,為用戶優(yōu)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(dá)到CT7級,表面粗糙度優(yōu)于Ra12.5,鑄件表面無氣孔、裂紋,形狀完整、結(jié)構(gòu)清晰。相較傳統(tǒng)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(fā)動機(jī)缸體,由于缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且壁厚較小,如果采用傳統(tǒng)方法制作周期需要1個多月。3DP砂型打印設(shè)備制作的砂型,精度和強(qiáng)度較傳統(tǒng)工藝均有很大提高,抗拉強(qiáng)度可達(dá)2MPa,鑄件表面粗糙度優(yōu)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(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要階段,也是我國鑄造行業(yè)加快發(fā)展的重要時期。一些鑄造企業(yè)還在因高能耗、高污染、產(chǎn)品精度達(dá)不到要求、招工難等問題而困擾,深陷資金、技術(shù)、訂單的循環(huán)怪圈中而彷徨和迷茫。建議這些企業(yè)經(jīng)營者們應(yīng)及早跳出固有思維,在深刻理解并領(lǐng)會國家大政方針的基礎(chǔ)上,主動求變,轉(zhuǎn)換思路和發(fā)展方式,通過技術(shù)、工藝的改造升級,走綠色化、智能化、高端化的可持續(xù)發(fā)展之路,才能抓住機(jī)遇,在困境中實(shí)現(xiàn)突圍。

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