看3.2噸重的葉輪如何通過3D列印技術輕鬆做到鑄造

一般來說，鑄件尺寸越大，需要製造的砂芯數量就越多。3D列印技術用於大型鑄件砂模製造方面存在著砂芯排氣、砂芯固定，以及外冷鐵設置和固定等挑戰。

不僅如此，這些砂模在金屬鑄造過程中通常還要滿足超高溫、超厚寬斷面、高承壓、乾淨、無損等要求。最近，voxeljet-維捷通過與泵製造商的合作成功製造了3.2噸重的佩爾頓式水輪機用葉輪。

圖片：完整的鋼鑄件，來源voxeljet-維捷

VX4000的大承諾

Kirloskar Brothers Limited（KBL）是一家總部位於印度浦那的流體管理泵製造商，現已轉向通過3D列印-增材製造技術來製造備件，從而節約成本和時間。

而最近，KBL通過與德國工業級3D列印設備製造商voxeljet-維捷合作，為3.2噸（3200千克）佩爾頓式水輪機用葉輪製造3D列印鑄件。

使用傳統的製造技術，通常需要超過兩個月才能生產出該葉輪部件所需的完整模具。使用voxeljet-維捷3D列印，加上開發過程僅需幾周時間。

根據KBL企業研究工程與發展副總裁兼副總裁Ravi Birajdar，通過3D列印技術，不僅可以做到更高的精度，在非常短的時間內交貨，還可以做到更好的可重復性並突破傳統加工的尺寸限制。

voxeljet-維捷的特點是基於黏結劑噴射的大幅面3D列印技術，對於這款佩爾頓式水輪機用葉輪來說，由於尺寸巨大，通過傳統製造方法通常需要分拆成不同的部分來完成鑄造過程，再通過焊接將18個葉片焊接到葉輪上，這個過程非常複雜、耗時且昂貴。

通過voxeljet-維捷大型工業級3D列印機VX4000一次性完成了全部工作，VX4000的列印面積為4,000 x 2,000 x 1,000 mm（長x寬x高）。列印過程為72小時，之後只需要KBL的專有塗層技術進行後期處理。

圖片：完整voxeljet 3D列印砂型鑄件，來源voxeljet-維捷

通過voxeljet-維捷的設備列印的模具用於鑄造直徑為2000mm的材料為CA6NM不銹鋼的佩爾頓式水輪機用葉輪。

KBL是印度第一家使用3D列印砂模進行金屬鑄造的公司。除了佩爾頓式水輪機之外，該公司還通過voxeljet-維捷的設備製造其他種類的葉輪，包括像弗朗西斯型水輪機葉輪這樣複雜的產品。由於葉輪設計弧度的問題，傳統製造方式常常不得不將葉輪分為幾塊來生產，而通過3D列印，這些複雜的設計可以被完整的製造出來。

3D科學谷Review

談起3D列印與鑄造相結合的應用，還需要從理解3D列印的優勢來著眼，3D列印有兩大特點：1是無模化，對應的優勢是作為研發試制階段的捷徑，加速迭代過程，減少研發成本；2是對產品的複雜性成本不敏感，對應的優勢是適合創新顛覆產品的設計，使得產品設計以功能做到為主導。

國內鑄造業存在的普遍錯誤是，僅僅發揮了3D列印的第一個優勢，將3D列印砂模或者3D列印PMMA熔模用於產品的試制開發階段，也就是說加工的還是傳統設計的產品，而沒有將3D列印從源頭上用於創新產品的設計。

3D列印的最大優勢是用來製造那些傳統方式做到不了的設計，包括薄壁，複雜的形狀這樣的設計，用在汽車領域來說，可以通過3D列印經過特殊設計的冷卻系統（這樣的設計通過傳統製造工藝無法製造出來），從而做到產品更高的性能。

3D科學谷的判斷是隨著3D列印與鑄造的結合，鑄造作為產品「誕生」的「源頭」，其決定產品核心競爭力的價值將顯現，3D列印可以從源頭決定一個產品的創新程度，很多大型企業將改變將鑄造外包給鑄造廠的模式，而是將鑄造將作為核心關鍵的一環納入到企業內部的生產經營中，這個過程中可能將發生鑄造廠被並購的現象。

不僅僅是文中提到的大型葉輪的鑄造應用，voxeljet-維捷正在走向產業化生產的應用方向。就在2018年，voxeljet-維捷通過與德國領先的汽車製造商的合作，做到自動化3D列印複雜的砂模和砂芯，該生產線有望成為世界上首次汽車關鍵零件生產領域的集成增材製造解決方案，該項目將利用3D列印的砂芯來鑄造關鍵發動機部件。

從製造原型到製造傳統技術難以製造的小批量應用，再到創造新的產品，3D列印正在推動一場從製造到創造的工業革命。

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