中國是鑄造的大國,，但不是鑄造強(qiáng)國,，許多中小企業(yè)長期依靠生產(chǎn)附加值低的簡單鑄件，而對技術(shù)難度較高的復(fù)雜鑄件望而生畏,。因?yàn)閷τ趶?fù)雜鑄件,，特別是對于一些形狀復(fù)雜且小批量生產(chǎn)的薄壁鑄件，鑄造一直是個難題,。更何況現(xiàn)在客戶對短周期及低成本要求很高,，傳統(tǒng)的工藝很難勝任。

快速成形（RP）的出現(xiàn)和發(fā)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(yīng)好好運(yùn)用這一先進(jìn)技術(shù)為鑄造業(yè)服務(wù),。快速成形技術(shù)（RP）是一種集計算機(jī)輔助設(shè)計,、精密機(jī)械,、數(shù)控激光技術(shù)和材料學(xué)為一體的新興技術(shù)。它采用軟件離散化和材料堆積的原理,，將所設(shè)計物體的CAD模型轉(zhuǎn)化為實(shí)物樣件,。由于RP技術(shù)采用將三維形體轉(zhuǎn)化為二維平面分層制造的原理，因此能夠處理任意復(fù)雜的構(gòu)件,，而且構(gòu)件越是復(fù)雜越能體現(xiàn)它的優(yōu)越性,。

但由快速成形設(shè)備生產(chǎn)的制件只是原型或模型而不是鑄件，運(yùn)用這些原型或模型來生產(chǎn)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(yīng)的專業(yè)知識,。華中科技大學(xué)快速成形中心于1991年開始快速成形技術(shù)的研究，是中國最早開展該項技術(shù)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(tǒng)，經(jīng)用戶使用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,。近年來對快速成形在各行業(yè)中的運(yùn)用,，特別是對復(fù)雜鑄件的快速制造開展了大量的研究，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),。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(nèi)外研究了多種快速成形方法,，比較成熟實(shí)用的主要有LOM,、SLA、SLS,、FDM,、3DP，這些技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn),，其具體原理和特點(diǎn)如下：

一,、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?zāi)?。SLA技術(shù)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(jié)構(gòu)。SLA原型對水較敏感,，長時間在潮濕環(huán)境中易吸潮變形,，所以要注意防潮。SLA的設(shè)備及運(yùn)行成本較高,，適合于制造薄壁精細(xì)輪廓精密鑄件的模型,。

二,、分層實(shí)體制造(LOM)

LOM工藝是根據(jù)零件分層得到的輪廓信息用激光切割薄材,，這樣逐層堆集而成的三維實(shí)體。LOM主要特點(diǎn)是設(shè)備和材料價格較低,，運(yùn)行成本也低,。原型經(jīng)處理后強(qiáng)度好，精度高,，不變形,，在鑄造中可代替復(fù)雜的木模，特別適合于中小型鑄造廠單件或小批量生產(chǎn)。

三,、選擇性激光燒結(jié)(SLS)

其原理是：激光束在計算機(jī)的控制下,，對粉末進(jìn)行掃描，掃描部分粉末熔化粘結(jié)而成的實(shí)體,。SLS技術(shù)的最大特點(diǎn)是成形材料廣泛,，塑料、陶瓷,、金屬,、蠟粉、腹膜砂及它們的復(fù)合材料都可作為SLS的成形材料,，制備相應(yīng)的功能件,、金屬件、蠟?zāi)＜吧靶停ㄐ荆?，所以適用性強(qiáng),。SLS制作蠟?zāi)＿M(jìn)行熔模鑄造是目前在國內(nèi)運(yùn)用最為廣泛的方法，不僅成本相對較低,，而且精度高,，表面質(zhì)量好，無需支撐,，可制作形狀極其復(fù)雜的蠟?zāi)Ｉa(chǎn)復(fù)雜鑄件,。

四、熔絲沉積（FDM）

熔絲沉積將材料液化后經(jīng)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?zāi)?。該工藝中沒有價格昂貴的激光器,，所以設(shè)備價格低，且由于材料被完全熔化,，制件強(qiáng)度高,。但成形速度慢，制件精度差,，表面質(zhì)量差,，且噴絲頭的噴嘴易產(chǎn)生流延和堵塞。

五,、三維打?。?DP）

三維打印工作原理類似于噴墨打印機(jī)。該技術(shù)的材料包括陶瓷,、金屬/有機(jī)復(fù)合材料等,。該技術(shù)成本較低,，成形速度快，精度高,，但制件表面粗糙,，強(qiáng)度不高，且打印噴頭容易堵塞,。在鑄造中適合于原型的驗(yàn)證制作蠟?zāi),；蛑圃焓嘈汀?/span>

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?zāi),？芍苯佑糜谌勰ｈT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(chǎn)周期,，并可實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn),。

SLS制作蠟?zāi)２粌H速度快，價格相對便宜,，表面質(zhì)量高,，而且所用蠟料性質(zhì)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(xiàn)行的焙燒工藝稍微改變就可實(shí)現(xiàn)SLS蠟料的焙燒脫出,。SLS蠟?zāi)Ｔ谌勰ｈT造中的運(yùn)用十分廣泛,，既可鑄造小型精密鑄件，也可制作大型復(fù)雜鑄件,，特別是可以與常規(guī)低熔點(diǎn)蠟?zāi)＝M焊成復(fù)合蠟?zāi)?，即用普通蠟料壓型制作鑄件的簡單部分，而用SLS制作復(fù)雜部分,，大幅提高生產(chǎn)效率,，降低蠟?zāi)Ｖ谱鞒杀尽?/span>

用SLA法制作的樹脂件也可用于熔模鑄造，SLA樹脂件強(qiáng)度高,，表面質(zhì)量好,，所以可用于鑄造非常精細(xì)的小型鑄件。但由于焙燒工藝復(fù)雜,，并要求采用易燒失的SLA專用樹脂,，原型件的制造成本也高，所以目前在國內(nèi)運(yùn)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(zhì)質(zhì)量不高,，所以這方面的應(yīng)用也不多,。

熔模精密鑄造是實(shí)現(xiàn)鑄件批量生產(chǎn)的有效方法之一,。在傳統(tǒng)的熔模鑄造過程中,，最困難的環(huán)節(jié)是快速制造制作熔模壓型,，對于形狀復(fù)雜的大型件更為突出，通常是根據(jù)鑄件的形狀及尺寸進(jìn)行設(shè)計,，經(jīng)金屬切削加工制成,，周期長并且成本高。采用快速成形技術(shù)制造母模,，通過快速軟?；蚩焖龠^渡模等得到熔模鑄造的壓型。然后用此壓型注射蠟?zāi)?，再用此蠟?zāi)＝?jīng)傳統(tǒng)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) 用快速成形制作母模再翻制成硅橡膠軟模,、金屬冷噴模,、石膏型、陶瓷型和經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換的合金模,、電鑄模,、環(huán)氧樹脂模等陰模當(dāng)壓型，壓制蠟?zāi)＃?/span>

(2) 用快速成形直接制造壓型,，如華中科技大學(xué)開發(fā)的高分子/金屬復(fù)合材料,，用選擇性激光燒結(jié)成形，制件經(jīng)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(chǎn)鑄件的步驟,。

2、石膏型及陶瓷型精密鑄造

石膏型及陶瓷型鑄造具有高精度及低表面粗糙度值的優(yōu)點(diǎn),。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、SLS,、3DP制作的原型當(dāng)母模,，直接翻制成陶瓷型或石膏型，對于形狀復(fù)雜不易拔模的制件可以先轉(zhuǎn)制成硅橡膠型,。這種方法的特點(diǎn)是成本低,，且可實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)，但這種方法不適用形狀復(fù)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?zāi)＃偃凼Щ驘А?/span>

3,、砂型鑄造

傳統(tǒng)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(shù),、生產(chǎn)周期、精度及材質(zhì)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(chǎn),。由于經(jīng)過了特殊的處理，紙質(zhì)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50~200件砂型,。其優(yōu)點(diǎn)是成本低,，制造速度快，無需高水平木模工和相應(yīng)的木工機(jī)械就能在很短時間內(nèi)制作高精度模樣,，對于形狀復(fù)雜的大,、中型鑄件，其優(yōu)點(diǎn)尤為突出,。如發(fā)動機(jī)機(jī)體,、缸蓋、進(jìn)（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(zhì)?；驑渲Ｈ〈灸Ｊ沟媒饘倌Ｅ叩闹圃熘芷诤统杀敬蟠蠼档停揖鹊奶岣呖梢詼p少機(jī)械加工余量和加工費(fèi)用,。

用SLS燒結(jié)覆膜砂可直接成形砂型（芯）用于鑄造,，這種方法經(jīng)濟(jì)快速，尤其對于內(nèi)腔流道特別復(fù)雜的鑄件有其它方法無法比擬的優(yōu)勢,。