砂型铸造是众多金属铸造方法中最传统的一种，现在不可避免地迎来了高度工业化和全球化需求的挑战。在缩短交货时间和减少材料消耗的同时，如何生产出形状更加复杂，数量更庞大的产品将成为竞争胜出的关键因素。

砂型铸造也是大型铸件批量生产的首选解决方案之一，例如风力涡轮机和现代基础设施所需的铸件。同时也适用于汽车、航空航天甚至艺术等相关领域。在数字化时代，世界不是二元的，总有反思和创新的机会，这正是砂型铸造存在的价值。维捷voxeljet专注于将传统铸造工艺与灵活高效的3D砂型打印技术相融合，持续优化和提高生产供应环节。

该技术最初是为原型设计和小批量生产而开发的，如今已经成熟，能为大批量生产提供经济的解决方案。在本月的内容分享中，我们想带您深入了解3D打印砂型铸造。通过这些内容，您可以了解有关维捷voxeljet粘结剂喷射技术的全面概述，各种可用材料，以及和直接金属激光烧结等其他增材制造技术的差异，探索铸造厂如何通过采用粘结剂喷射技术来简化工作流程，节省高达75%的成本和交货时间，还有砂型铸造技术和粘结剂喷射技术的未来发展趋势。

传统砂型铸造

砂型铸造是一种金属成型工艺，先要从木材、塑料、金属磨铣或雕刻的三维图案中形成一个模具。

典型的模型套件由三部分组成：

模型的下半部分(也称为底板)。

模型的顶部部分(顶模)。

砂芯(放在底板和顶模之间，以在所需的金属零件内形成空腔。例如，用于冷却发动机缸盖的水套芯)。

在铸造前，在浇注金属的模具中设计了一个浇口系统，引导金属液进入模具内的空腔。金属液凝固后，破壳清砂，取出冷却后的铸件。如果有必要的话，可以对其进行再加工，以适应最终的应用。

模具制造的挑战

在上述所有工艺步骤中，模具制造和浇注系统的设计是成本最高、耗时最长的阶段，特别是对于几何形状复杂的零件。此外，这些模具还需要在特殊环境中小心存储，以便将来使用，这也增加了铸造厂的整体存储和运营成本。

随着复杂的零件需求的日益增加，设计建模过程的成本愈发高昂。因此，模具生产成为铸造项目中的一个主要成本因素，使得备件和样品生产很难控制成本。

除了高昂的成本外，时间因素也起着关键作用。根据其几何形状的不同，传统模具制造周期通常至少需要6-8周，而到成品铸件完成并交付给客户可能需要10-12周。

鉴于这些事实，现在是引入3D打印砂型铸造技术的时候了。这项技术可以很好地解决这些挑战，并为快速且经济高效地生产复杂铸件铺平道路。

3D打印砂型模具和砂芯

维捷Voxeljet 3D砂型打印技术无论是用于原型、备件还是中小批量生产，都可以快速、精确且经济地制造出模具。设计的速度和自由度是增材制造技术的核心。许多设备制造商很快意识到了3D打印的时间和成本优势，其中就包括宝马(BMW)和戴姆勒(Daimler)。早在2002年，这两家公司就投资了名为粘结剂喷射技术的新型3D打印技术，当时该技术的商业化时间只有三年。

3D砂型打印无需传统砂型制造所需的硬模型，从而实现了复杂铸件的快速生产。它还允许实现以前难以想象的设计，包括非均匀的分模线、优化浇口和浇注系统设计、集成砂型、随形排气口以及局部减重，通常这些是传统模具制造工艺无法实现的。

CAD数据是3D打印的基础，这个模型CAD数据被上传到3D打印设备，一个软件将模型切成薄层，每层代表模型的一个横截面。然后，打印程序开始。成型箱的底板可升降，一开始成型箱底板被完全抬高，铺砂器开始将适当的颗粒材料(砂子)薄薄地涂在成型箱底板上。砂子打印的标准层厚度为300微米。接下来，一个高清打印头(200dpi)按照设计要求，在成型箱底板的砂子上打出上传模型的横截面的区域。同时，未被打印的材料保持松散。在每一层之后，成型箱底板按设定的层厚下降。铺砂器再铺上一层颗粒材料，而这层材料又有选择地与前一层粘合在一起。这个过程一直持续到物体达到所需高度或成型箱被填满。打印结束后，未被打印的材料被吸走，打印件被取出。最后，还可以根据要求对打印的部件进行精加工。

所有使用的材料都是常见的铸造材料，传统砂型铸造中也会用到这些材料。这些材料包括颗粒大小为140-250微米的各种硅砂，如用于制芯的特殊砂以及各种粘合剂，包括呋喃和苯酚树脂以及无机粘合剂。

对于砂型打印，维捷voxeljet提供了三个具有不同构建体积的3D打印机:

VX1000 (1000x600x500mm)

VX2000 (2000x1000x1000mm)

VX4000 (4000x2000x1000mm)

这些系统适用于需要打印大型砂模或批量砂模和型芯的客户