尽管金属铸造行业仍市值 500 亿美元，仅在美国就直接提供了 16 万个工作岗位，但国内铸造厂的产量还不到 10 年前的一半。产量下降可归因于多种因素，包括境外生产更便宜、金属替代品性能提高，以及工艺流程各阶段的熟练技术人员减少等诸多现实。那么，航空航天、汽车或能源等重工业领域的制造商该如何快速、经济地采购金属部件呢？
仍然为这些行业提供产品的铸造厂之所以能够蓬勃发展，是因为他们采用了新的生产方法，并尝试了新兴技术。我们采访了 Diversified Metalsmiths 公司的 John Farr，了解 Diversified 如何将现代技术融入其金属铸造工作流程，以降低成本、缩短交货时间并提高灵活性。
借助 Form 系列立体光固化 (SLA) 3D 打印机和新型 Clear Cast Resin，Diversified 就能够在内部快速、经济地打印模型，而无需改变铸造工作流程或依赖外部供应商。
“我们购买 Form 3L 的主要原因是模型成本......即使摊销 Form 3L 和相关设备，我们目前的订单至少也能实现成本收支平衡，而在未来的订单中，每个部件可节省 200 多美元。在我们的工艺中，PMMA 和 Clear Cast Resin SLA 样品在铸造前后的差别很小。”
Diversified Metalsmiths 技术副总裁 John Farr
铸造的精度和成本效益：利用 3D 打印金属部件
本次网络研讨会将为您介绍几家成熟的铸造厂使用 Formlabs 3D 打印机制造 3D 打印模型，并将其用于铸造金属部件的方法。了解铸造厂如何通过将 Formlabs Clear Cast Resin 和 Materialise Magic 的晶格与传统铸造方法相结合，降低成本，缩短周转时间并提高金属部件的质量。
Diversified 的多元化客户群
与其说 Diversified 是一家高产量的工厂，不如说是一家“工作车间”，但他们并非唯一。全国各地的许多小型铸造厂都在进行类似的大批量生产，并拥有稳定的客户群，他们依赖这些铸造厂生产高精度、周转快的部件。Farr 说：“我们的客户不会向其他公司询价，他们知道我们能准确地满足他们的需求。”
如果需要中小批量、公差要求严格且周转时间短的金属部件，Diversified 是您的不二之选。他们约 70% 的订单量源自流体控制应用，如叶轮、泵壳、阀门、排水器、格栅和工业流体组件。另外 30% 的应用范围包括无人机制造、汽车组件、医疗器械，甚至艺术品。
虽然产量会略有不同，但每个月 Diversified 大约生产三吨铸件。他们针对不同的任务使用多个熔炉；大多数铸件都很小，可以使用 400 磅的熔炉，但他们也可以使用 1100 磅的熔炉来生产较大的部件。
Diversified 的稳定订单之一是钛叶轮，年订单量为 100 件。随着钛成本的上升，Diversified 不得不寻找其他方法来降低工作流程中其他部分的成本。SLA 3D 打印模型就是其中一种成功抵消钛成本上升的方法。
传统与现代的融合
工业熔模铸造行业的许多工作流程仍依赖于传统工艺，如上图所示，将熔融铝浇注到空心熔模中。
在某些方面，金属铸造是一个非常传统的行业，其核心工作流程数千年来从未改变。在其他方面，铸造厂一直是现代制造业的先驱。在 Diversified，Farr 和他的同事是最早采用 3D 打印技术的人之一。Farr 说：“从 90 年代中期开始，我们就以某种形式参与了 3D 打印投资模式。”
随着制作传统蜡型（将液态蜡注入空心金属模具）愈发耗时和昂贵，Diversified 公司开始使用蜡 3D 打印机来制作模型。在一个特定的项目中，需要使用四种不同的工具，包括用于注入可溶性蜡芯、蜡冷却器、可溶性蜡冷却器和完全组装部件的工具。所有工具都必须定制、注蜡、组装，并（经常）返工以消除任何瑕疵。“制作一个蜡模所需的工时令人望而却步。这需要花费一天的时间，所以从人工成本的角度来看，其沉没成本过高。”
Diversified 团队引进了 3D Systems 公司的蜡打印机和热喷射 3D 打印机，并将它们集成到工作流程中，作为传统注射工作流程的一对一替代品。几年后，一位客户向他们介绍了一种新产品：使用 VoxelJet 粘合剂喷射打印机 3D 打印 PMMA 聚合物，这种材料燃烧清洁，而且比他们一直使用的蜡打印机具有更高的尺寸稳定性。
由于该行业的成本开始普遍上涨，即使外包使用另一台聚合物 3D 打印机的成本也十分高昂，每个模型的成本约为 300 美元，而将这台机器引入公司内部的成本将远远超过六位数。
“价格一旦开始上涨，我们就不得不开始寻找其他产品。我们考察了 FDM 和 SLA，首先选择了五台 FDM 打印机，因为它们提供可溶性支撑结构。我们当时不需要任何不同的东西，”Farr 说道。
但是，当一位客户向他们提出每年 100 个叶轮的订单时，Farr 的团队需要一个新的解决方案，于是他们再次联系了 Formlabs，询问有关 Form 3L 大幅面 SLA 3D 打印机的事宜。
利用 Formlabs 生态圈进行金属铸造
Form 3L 以及后处理解决方案 Form Wash L 和 Form Cure L 提供了比许多业余级桌面 3D 打印机更大的外形尺寸、便捷的工作流程和极高的打印质量。
在新的 3D 打印解决方案中，Diversified 需要满足几个规格：可清洁燃烧的材料、可靠易用的生态圈以及叶轮项目所需的尺寸。“整个生态圈和支持系统对我们很有意义。打印机和软件的安装与完成，在同价位产品中似乎都要好得多，”Farr 表示。在 Formlabs 团队打印了一个测试部件后，Farr 发现 Form 3L 和 Clear Cast Resin 可以立即融入他们的工作流程，无需改变燃烧温度、浆料配方或部件设计。由于可以直接在部件中添加浇口特征，使用 Formlabs 打印机制作的模型甚至还能略微改进工艺。
“Clear Cast Resin 部件可以直接融入工作流程。而且很好的是，我们可以在部件上直接排列打印浇口，而使用 PMMA 时却做不到这一点。”
Diversified Metalsmiths 技术副总裁 John Farr
可以轻松转换工作流程，因此最后需要验证的是燃烧过程。事实证明，Clear Cast Resin 也能有效替代外包的 PMMA 模型，而且成本很低。Farr说：“燃烧效果与 PMMA 一致，也就是我们可以将其视为 PMMA，没有任何问题。”
对于在 Form 3L 中使用 Clear Cast Resin 打印单个叶轮模型的情况，Diversified 在材料和人工方面的花费约为 80 美元。与 300 美元的外包成本相比，他们能够快速实现打印机的投资回报，同时扩大使用范围并找到新的应用。每周打印三次，他们在不到九个月的时间内就获得实现了打印机的投资回报。
| 外包 PMMA 模型 | 内部打印 Clear Cast Resin 模型 | |
|---|---|---|
| 成本 | 300 美元 | 80 美元 |
| 周转时间 | 2 周 | 24 小时 |
使用 Formlabs Clear Cast Resin 3D 打印模型进行工业熔模铸造
本白皮书介绍了几家知名铸造厂使用由 Formlabs 的立体光固化 (SLA) 3D 打印机制作的 3D 打印模型铸造金属部件的方法。
量身定制的完美工具
熔模铸造模型是一种牺牲模型，当订单量增加时，在生产批次中，3D 打印每个模型并不总是合适的解决方案。然而，在“最佳位置”，Form 3L 和 Clear Cast Resin 就是理想的工具。“如果客户打电话来要求生产一千个此类部件，那么此时我们就需要进行模具加工。但此类模具的加工成本可能需要 3 万美元，所以需要生产大量部件才能证明成本的合理性，”Farr 说。
在公司内部使用打印机和材料（如 Form 3L 和 Clear Cast Resin），可以减少总体人工操作时间，并在第一时间获得复杂的几何形状和尺寸。
“砂型不像熔模铸造那么精确，所以需要在熔模铸造工艺引入 3D 打印来获得几乎完美的几何形状，这样可以节省预印和后处理时间，以便打磨其他产品。使用 3D 打印技术，我只需在按下按钮后，去处理其他事情，然后跳过铸造后的机械加工和手工操作，这样节省下来的时间足以弥补 3D 打印模型的成本，” Farr 说道。
开始使用 Clear Cast Resin
3D 打印技术用于熔模铸造工作流程已有数十年历史。虽然 3D 打印并不适合所有情况，但材料科学和打印精度的进步使其成为某些工作中更有效的工具。
Form 系列 SLA 3D 打印机和 Clear Cast Resin 提供了“轻松设置，静候成品”的工作流程，以及行业领先的精度和清洁燃烧。通过减少预印过程中的人工操作以及印后的打磨或手动加工部件，这些 3D 打印模型降低了总体单件成本，并在无需改变工作流程的情况下引入了新的功能。
如需开始使用 Clear Cast Resin，请立即订购。如需了解如何开始使用 3D 打印的熔模铸造模型生产金属部件，请下载我们的白皮书。
