探讨3D打印技术和铸造模拟技术在精密铸造生产中的运用

探讨3D打印技术和铸造模拟技术在精密铸造生产中的运用

高旭

上海万泽精密铸造有限公司  201499

摘要：当前随着科学技术的优化和发展，在信息时代的影响下，3D打印技术和铸造模拟技术也在不断地进步，其为精密铸造前期的工艺开发及后期的工艺改进，均提供了强有力的支持，推动了精密铸造的发展和进步。当前3D打印技术和铸造模拟技术被广泛应用，其可以发现当前精密铸造工艺设计及后续生产存在的问题，并不断进行模拟和优化，提升铸造工艺开发成功率、有效性及生产质量。3D打印技术和铸造模拟技术在实际应用的过程中，可以满足铸造的各类需要，提升铸造效率，同时在实际进行铸造生产的过程中，无需生产模具，起到缩短开发周期和成本控制的目的。

关键词：3D打印技术；铸造模拟技术；精密铸造；运用

引言：当前各行业在实际发展建设的过程中，都离不开零部件的支持，比如说汽车、航空航天以及国防等，而且部分零部件具有不对称性以及复杂性的特点，而且在实际进行制造的过程中，需要保证制造的精密性。针对此情况，可以积极利用3D打印技术以及铸造模拟技术，其模拟技术可以避免反复工艺试验，节约时间成本和材料成本，降低制造企业的成本支出，同时也提升了制造效率，保证零部件个性化以及多样化生产制造。

一、3D打印技术和铸造模拟技术概述

现阶段，铸造行业为了保证零件生产铸造的精准性，积极利用3D打印技术以及铸造模拟技术，避免出现铸造错误的情况。当前进行精密铸造的过程中，根据当前时代的发展以及进步，对整体生产铸造进行了完善和优化，并积极应用3D打印技术和铸造模拟技术，将二者结合应用，在很大程度上提升了精密铸造质量以及效率。在实际应用的过程中，主要从工艺设计方面入手，对其重量、体积、模数、补缩以及浇铸等数据参数进行制定，并绘制3D蜡模浇注系统，随后应用铸造模拟技术对设计结果进行仿真模拟，最后再应用3D打印技术无模具制造蜡件，通过精密铸造得到产品，根据研究调查，从设计到生产总计需要消耗15-25天的时间。在实际应用3D打印技术以及铸造模拟技术的过程中，其主要具有以下几个特点：（1）应用此种技术进行精密铸造的过程之中，可以节约能源以及资源，贯彻落实“绿色发展”战略措施；（2）使得传统铸造行业朝着现代化、机械化、网络化以及智能化的方向发展，推动铸造业的进步；（3）改变传统铸造行业的生产模式，由传统消减式逐渐转变为叠加式，将集中生产逐渐转变为分散生产[1]。

二、3D打印技术和铸造模拟技术在精密铸造生产中的运用

（一）基本应用思路

1.在完成三维模型设计之后，需要将铸件毛坯的各项信息输入到PROCAST铸造工艺设计软件之中，随后利用浇注系统计算、冒口计算、冷铁计算、孤立熔池计算以及模数计算，明确铸件的各参数信息，在进行此项内容的过程中，管理人员需要建立各部门之间的关联，保证有效的沟通交流，并对整体过程进行管理，提升参数信息的准确性以及可靠性。

2.在得到数据参数之后，管理人员需要进行相应的核对以及检查，随后工作人员分析大小以及位置，并将浇注系统以及冒口（冷铁）添加到铸件毛坯之中。

3.工作人员需要在CAE铸造工艺模拟软件之中添加初始化的浇筑系统以及冒口信息，随后进行模拟，并对其数据参数进行优化和完善，输出准确的浇注以及冒口数据信息。

4.利用三维技术，形成初始三维毛坯图，随后根据三维图展现的各项数据参数，应用激光粉末快速成型机，制造铸件原型蜡件，其不仅包括各项参数信息，同时也包括收缩量。

5.工作人员需要将原型蜡件与浇注系统进行连接，在实际进行连接的过程中，需要严格按照铸造工艺设计方案，随后进行制壳、脱蜡以及高温烘焙等环节，最终形成模壳。

6.在完成膜壳制造之后，即可投入使用，只需要将达到温度要求的金属液体倒入膜壳中即可，随后进行冷却处理，然后脱壳，最终铸造铸件毛坯。

7.最后，相关工作人员需要应用数控设备，按照毛坯铸件进行制造，这样制造出的产品可以满足设计的要求，同时也保证了设计的科学性以及合理性。

（二）铸件铸造工艺设计

在实际开展整体铸造之前，相关设计人员需要明确铸件铸造工艺，保证整体流程的规范性以及合理性，进而保证整体铸造的有效性，保证在工期要求之内完成铸件生产，提升企业的经济利益以及社会效益。设计人员在实际进行设计的过程中，通常会应用铸造模拟技术，应用此技术的主要目的是为了计算毛坯模数、工艺热节以及冒口系统，随后在此基础上对浇注以及凝固进行设计，最终完成毛坯工艺设计，在此过程中，管理人员需要对全过程进行管理控制，保证计算数据的精准性，并在检查的过程中，明确当前存在的问题和缺陷，与设计人员进行沟通，及时改进，保证铸造工艺设计的合理性以及科学性。此时铸造模拟技术就可以发挥重要的作用和价值，明确浇口位置，进而为后续3D打印技术的应用提供了强有力的支持[2]。

1.明确工艺流程

在实际进行铸件铸造工艺设计的过程中，主要应用铸造模拟技术，此过程主要由两个步骤组成。第一，计算工艺热节，进而明确铸件的实际情况，同时也可以确定浇注系统；第二，分析当前存在的缺陷，并在此基础上设计浇口棒，最终形成铸件，并保证铸件信息的精准性以及可靠性，且保证其不存在缩孔缩松缺陷的情况。管理人员在实际进行管理工作的过程中，需要保证按照流程步骤开展工作，进而保证整体工作的规范性，提升设计的科学性以及可靠性。

2.前处理

在实际进行模拟的过程中，需要根据当前的实际情况选择铸件毛坯网格，并控制其长宽高，以实际情况为基础对其进行剖分，保证满足对网格单元数量需求。

3.计算铸件模型

在实际针对铸件模型进行计算的过程中，需要结合实际工艺设计的需求，进而明确相关工艺参数数据，同时也需要明确铸件材质、铸型材料以及浇注温度，同时管理人员需要对模壳温度进行管理控制，通常情况下来讲模壳温度需保持在900℃-1110℃之间，浇注温度一般控制在1400℃-1500℃左右。

4.评判铸造工艺

通常情况下来讲，在对铸造工艺进行评判的过程中需要应用铸造模拟技术对全过程进行模拟，并对其进行验证，进而保证铸造工艺的科学性以及适用性，保证满足铸造需求。

（三）3D打印技术

1.蜡模生产

首先需要明确各项数据参数，保证其精准性以及可靠性。在实际进行生产的过程中，需要考虑到蜡模收缩率、合金收缩率以及膜壳膨胀情况，同时也需要参考模拟结果，进而得到蜡模在三维空间的整体收缩率。在明确收缩率之后，可以应用UG软件对零件进行处理，调整蜡模各项尺寸数据参数，最终得到尺寸有效的毛坯铸件[3]。

2.蜡模组焊

在实际进行蜡模组焊的过程中，需要严格按照铸件工艺方案进行，提升与浇注系统连接的有效性，保证整体连接的可靠性以及稳定性。最后需要应用快速成型机制造蜡模，保证蜡模制造满足铸件的各项需求，保证蜡模数据参数的精密性，同时在实际进行工作的过程中，也需要保证其表面的光滑性，避免出现变形情况，随后再进行组焊、制壳以及脱壳。

3.型壳制造

快速成型技术的应用，可以保证满足蜡模各项性能的需求，同时也可以应用原有工艺进行涂料的配置，此外浆料以及撒砂的配置也可以应用此种技术工艺。通常情况下来讲，粘结剂的种类较多。但是通常情况下来讲，应用硅溶胶或者是硅酸乙酯，而面层耐火材料可以选择锆英粉，背层材料为莫来石或者是煤矸石粉。

结语：综上所述，在实际进行精密铸造的过程中应用3D打印技术和铸造模拟技术，可以在很大程度上节约时间成本和材料成本，进而为铸件创新预留了大量的时间，保证铸件的多样化发展，同时也有助于成本控制，保证企业的经济利益以及社会效益，此外也提升了铸造的精密化水平，保证铸造质量，推动铸造行业的发展和进步，并提升了企业的竞争力以及竞争优势。

参考文献：

[1]吴昊.蓝光三维测量及3D打印技术在高精度铸件生产中的应用[J].电讯工程,2022(1):32-36

[2]汪大新,张金雨.3D打印技术在箱体铸件开发中的应用[J].铸造设备与工艺,2021(3):21-2257

[3]左强,杨国娟,洪润洲,等.应用砂型3D打印技术制备复杂铝合金铸件[J].铸造,2021,70(4):493-497