中國是鑄造的大國，但不是鑄造強國，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。因為對于復(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)好好運用這一先進(jìn)技術(shù)為鑄造業(yè)服務(wù)?？焖俪尚渭夹g(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。近年來對快速成形在各行業(yè)中的運用，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。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，比較成熟實用的主要有LOM、SLA、SLS、FDM、3DP，這些技術(shù)各有優(yōu)缺點，其具體原理和特點如下：

　　1、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)備及運行成本較高，適合于制造薄壁精細(xì)輪廓精密鑄件的模型。

　　2、分層實體制造(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體。LOM主要特點是設(shè)備和材料價格較低，運行成本也低。原型經(jīng)處理后強度好，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)。

　　3、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)而成的實體。SLS技術(shù)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(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?芯)，所以適用性強。SLS制作蠟?zāi)＿M(jìn)行熔模鑄造是目前在國內(nèi)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(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。

　　4、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)！Ｔ摴に囍袥]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。

　　5、三維打印(3DP)

　　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?zāi)；蛑圃焓嘈汀?/p>

　　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現(xiàn)SLS蠟料的焙燒脫出。SLS蠟?zāi)Ｔ谌勰ｈT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(fù)雜鑄件，特別是可以與常規(guī)低熔點蠟?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?/p>

　　用SLA法制作的樹脂件也可用于熔模鑄造，SLA樹脂件強度高，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)?(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。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。這種方法的特點是成本低，且可實現(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)?，再熔失或燒失?/p>

　　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?，而且精度的提高可以減少機(jī)械加工余量和加工費用。

　　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。