近幾年，3D打印技術不斷深入發展，其與傳(chuan)統(tong)制造(zao)相融合，能(neng)夠(gou)在無(wu)模具(ju)生產(chan)情(qing)況下，保證鑄件(jian)質量、縮短生產(chan)周期和降(jiang)低生產(chan)成(cheng)本(ben)。

結合(he)軍工企(qi)業較多(duo)科研研制、單件樣(yang)機、中小批量(liang)、多(duo)品種、打仗式生產(chan)等特(te)點，迫切需要(yao)(yao)采用該(gai)技術解決傳統模具高(gao)價、低(di)效的問題；迫切需要(yao)(yao)通過相關(guan)知識介紹(shao)和相關(guan)案例的展示(shi)，引導企(qi)業進行相關(guan)應用。

以某(mou)廠科研和批量為例，介紹相應的方法、質量、成(cheng)本、生產(chan)周期和應用情況，驗證工業(ye)級3D打印、融(rong)合配套技術用于企(qi)業(ye)的科研和生產(chan)，可成(cheng)為一(yi)種較(jiao)理想的生產(chan)方式(shi)，對(dui)于后續(xu)探索和推廣(guang)應用具有(you)重(zhong)要意義。

一(yi)直以來，存在(zai)著一(yi)些認(ren)為(wei)3D打(da)印成(cheng)本(ben)高、不(bu)適合用(yong)于實際生(sheng)產的誤解，在(zai)軍工企(qi)業這種情況更加(jia)嚴(yan)重。但隨著客戶招標訂貨、交貨周(zhou)期需求變化，以及(ji)單件(jian)(jian)樣機、小批量、多(duo)品種、打(da)仗(zhang)式(shi)生(sheng)產在(zai)科研和生(sheng)產中日益廣泛，采用(yong)傳統的先模具再(zai)生(sheng)產零件(jian)(jian)的方(fang)(fang)式(shi)，從成(cheng)本(ben)和生(sheng)產周(zhou)期方(fang)(fang)面很難(nan)滿足發展需要(yao)。

從2018年8月(yue)開始，筆者所(suo)在企業采用幾種工業級3D打(da)印設備生產塑(su)料和(he)金(jin)屬(shu)零件(jian)(jian)，完(wan)成了300余種近(jin)10000件(jian)(jian)零件(jian)(jian)的研發和(he)生產，3D技術發揮了較好作用。

1．工業(ye)級3D打印和融(rong)合(he)配(pei)套技術

3D打(da)印(yin)技術(shu)已在工業造型、機械制造等(deng)諸多領域得到(dao)了廣(guang)泛應用(yong)，從(cong)(cong)(cong)產品概念設計樣件(jian)到(dao)功能驗證零件(jian)，從(cong)(cong)(cong)外飾(shi)件(jian)到(dao)核心(xin)功能件(jian)，從(cong)(cong)(cong)單(dan)一零件(jian)到(dao)整體打(da)印(yin)組裝，從(cong)(cong)(cong)打(da)印(yin)塑料件(jian)到(dao)直接打(da)印(yin)金屬零件(jian)。主要成(cheng)型材料有ABS、PP、PC、石蠟、尼(ni)龍(long)玻纖、橡膠、陶(tao)瓷、砂、鋁基合(he)(he)金、鐵基合(he)(he)金、鎳基、鈦合(he)(he)金等(deng)。

3D打(da)(da)印(yin)技術(shu)有選(xuan)(xuan)(xuan)擇性激(ji)光(guang)(guang)燒結（SLS）、激(ji)光(guang)(guang)選(xuan)(xuan)(xuan)區熔(rong)化(hua)（SLM）、激(ji)光(guang)(guang)選(xuan)(xuan)(xuan)區光(guang)(guang)固化(hua)（SLA）、粘合(he)劑噴射（3DP）等幾種主要方(fang)(fang)式，可針對不(bu)同(tong)材料(liao)和零件特征選(xuan)(xuan)(xuan)用不(bu)同(tong)的打(da)(da)印(yin)方(fang)(fang)法。融合(he)配套(tao)技術(shu)主要有硅溶膠熔(rong)模精(jing)密鑄(zhu)(zhu)造、石膏型真(zhen)空增壓鑄(zhu)(zhu)造、電磁低壓鑄(zhu)(zhu)造、砂(sha)型差壓鑄(zhu)(zhu)造等。

采用SLS技(ji)術配(pei)合(he)(he)硅溶(rong)膠熔模(mo)精(jing)(jing)密鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)生(sheng)產鑄(zhu)(zhu)(zhu)鋼(gang)、鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵、鑄(zhu)(zhu)(zhu)鈦、鑄(zhu)(zhu)(zhu)銅等(deng)合(he)(he)金(jin)，生(sheng)產周(zhou)期(qi)為10-15天(tian)，尺寸精(jing)(jing)密優(you)于(yu)(yu)CT7，光表(biao)(biao)面粗(cu)糙(cao)(cao)度Ra6.3μm；SLS技(ji)術配(pei)合(he)(he)石膏型真空增壓鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)生(sheng)產薄壁(bi)鋁(lv)合(he)(he)金(jin)、大型鋁(lv)合(he)(he)金(jin)鑄(zhu)(zhu)(zhu)件，優(you)點在于(yu)(yu)造(zao)形制殼簡(jian)單，生(sheng)產周(zhou)期(qi)為7-12天(tian)，尺寸精(jing)(jing)密優(you)于(yu)(yu)CT7，光表(biao)(biao)面粗(cu)糙(cao)(cao)度Ra5.0μm；3DP技(ji)術配(pei)合(he)(he)電磁低壓鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)、砂型差壓鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)生(sheng)產復雜內(nei)腔鑄(zhu)(zhu)(zhu)件，生(sheng)產周(zhou)期(qi)為3-5天(tian)，尺寸精(jing)(jing)密優(you)于(yu)(yu)CT12，光表(biao)(biao)面粗(cu)糙(cao)(cao)度Ra12.5μm。

3D打印(yin)和(he)傳統鑄造(zao)技術融(rong)合配套，解決(jue)了(le)無模具快(kuai)速鑄造(zao)問(wen)題(ti)，降(jiang)低了(le)3D打印(yin)制造(zao)金(jin)屬類零件成(cheng)本。

2．3D打(da)印技術(shu)在(zai)軍用裝備零部件生產方(fang)面(mian)的應(ying)用

在科研階段，3D打印(yin)技術主要用(yong)于(yu)產(chan)品設計、設計驗(yan)證(zheng)、功(gong)能(neng)驗(yan)證(zheng)、樣機模(mo)型制作、樣機生產(chan)。采用(yong)不同3D打印(yin)方法快速(su)生產(chan)塑料和(he)金屬(shu)部件(jian)，滿足科研階段不同需要。

在設(she)(she)計產品結構和結構評估(gu)時，產品的相(xiang)對(dui)比例、顏色搭配等是否合(he)理，往(wang)往(wang)在電腦顯(xian)示中(zhong)無法很(hen)好體現，通過(guo)3D打印SLA技(ji)術(shu)按(an)照要求比例打印出較高強度的塑(su)料（整個(ge)(ge)打印過(guo)程僅(jin)需要幾個(ge)(ge)小時或(huo)1-2個(ge)(ge)工作(zuo)日），再通過(guo)噴漆(qi)(qi)和烤漆(qi)(qi)等上色手段，裝(zhuang)配各部件，最(zui)后(hou)得(de)到可拆裝(zhuang)的產品設(she)(she)計模型（如圖）。

在(zai)功能驗證(zheng)、招(zhao)標樣(yang)機生產(chan)時，傳統開模具生產(chan)各(ge)零部件(jian)(jian)的方法，制作成本(ben)和時間(jian)成本(ben)往往很大(da)，浪(lang)費也(ye)比較大(da)。采用(yong)(yong)3D打印SLS、SLA、SLM和3DP技(ji)術進行直(zhi)接(jie)或間(jian)接(jie)生產(chan)樣(yang)機的塑料件(jian)(jian)和金屬件(jian)(jian)，將零部件(jian)(jian)的提供(gong)時間(jian)縮短為10-15個(ge)工(gong)作日。采用(yong)(yong)這種(zhong)工(gong)藝方法使得該廠新研(yan)某型招(zhao)標樣(yang)機順利(li)生產(chan)和交付，整(zheng)(zheng)個(ge)零件(jian)(jian)生產(chan)和整(zheng)(zheng)機裝配僅(jin)用(yong)(yong)60天，大(da)部分(fen)零件(jian)(jian)在(zai)只有二維零件(jian)(jian)加(jia)工(gong)圖的情(qing)況下(xia)，20天內提供(gong)合格鑄(zhu)件(jian)(jian)毛(mao)坯。

某(mou)些(xie)采(cai)用(yong)(yong)3D打(da)印的成(cheng)(cheng)本遠低于模具(ju)成(cheng)(cheng)本。經鑄件成(cheng)(cheng)本核算(suan)得知：中大型(xing)、中等復(fu)雜鑄件毛(mao)(mao)坯(pi)需求在30件內(nei)，3D打(da)印費用(yong)(yong)與(yu)模具(ju)費用(yong)(yong)相(xiang)當；小(xiao)型(xing)、復(fu)雜鑄件毛(mao)(mao)坯(pi)需求在50-100件，3D打(da)印費用(yong)(yong)與(yu)模具(ju)費用(yong)(yong)相(xiang)當，但(dan)生(sheng)產時(shi)間(jian)(jian)與(yu)大小(xiao)和復(fu)雜程度(du)關系不大，生(sheng)產時(shi)間(jian)(jian)均為10-20個(ge)作日。結(jie)合(he)某(mou)些(xie)軍品(pin)生(sheng)產特點，采(cai)用(yong)(yong)3D打(da)印方式，優勢明顯(xian)。

該廠對(dui)所生產的300余種近10000件(jian)(jian)零件(jian)(jian)進行了生產驗(yan)(yan)證(zheng)，通過外形尺寸、化學成分、機(ji)械性(xing)能(neng)、CT缺(que)陷等(deng)檢測，整機(ji)裝(zhuang)配并(bing)通過整機(ji)實際驗(yan)(yan)證(zheng)。

在(zai)批(pi)生產階(jie)段(duan)，3D打(da)印技術(shu)(shu)主要用(yong)于復(fu)雜(za)結構零(ling)部件(jian)(jian)、中(zhong)小批(pi)量(liang)、模(mo)具成(cheng)本(ben)高零(ling)部件(jian)(jian)、模(mo)具開(kai)發前期和(he)復(fu)雜(za)內腔(qiang)等生產情況。結合(he)軍品生產特(te)點，3D打(da)印技術(shu)(shu)在(zai)批(pi)生產階(jie)段(duan)，優勢(shi)也十分明顯。用(yong)于復(fu)雜(za)結構零(ling)部件(jian)(jian)和(he)模(mo)具成(cheng)本(ben)高零(ling)部件(jian)(jian)生產，成(cheng)本(ben)和(he)時間(jian)優勢(shi)更(geng)為明顯。

在模(mo)(mo)(mo)(mo)具開(kai)(kai)發前期(qi)，由于材(cai)料(liao)收縮、變形、成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)工(gong)藝(yi)合理性(xing)等情況的(de)(de)(de)(de)不(bu)可預見(jian)性(xing)，模(mo)(mo)(mo)(mo)具開(kai)(kai)發往往需(xu)要幾次的(de)(de)(de)(de)尺寸調整，增(zeng)加了模(mo)(mo)(mo)(mo)具的(de)(de)(de)(de)開(kai)(kai)發成(cheng)(cheng)本，生產(chan)周(zhou)期(qi)很(hen)難確定(ding)。采用3D打印(yin)技術(shu)將模(mo)(mo)(mo)(mo)具生產(chan)的(de)(de)(de)(de)蠟模(mo)(mo)(mo)(mo)、砂型(xing)(xing)等打印(yin)出來，先進行成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)性(xing)試驗，通過試驗確定(ding)最佳(jia)的(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)(mo)具尺寸、反變形量、合理成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)工(gong)藝(yi)等，這種方式既保證了前期(qi)小批(pi)零(ling)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)供(gong)給，又(you)大大降低模(mo)(mo)(mo)(mo)具開(kai)(kai)發成(cheng)(cheng)本和縮短模(mo)(mo)(mo)(mo)具開(kai)(kai)發周(zhou)期(qi)。模(mo)(mo)(mo)(mo)具開(kai)(kai)發時間將控(kong)制在30個(ge)工(gong)作(zuo)日內，首批(pi)零(ling)件(jian)(jian)20天內提(ti)供(gong)，大批(pi)量在45個(ge)工(gong)作(zuo)日內提(ti)供(gong)。本體為變形和成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)工(gong)藝(yi)無法預見(jian)的(de)(de)(de)(de)典型(xing)(xing)案(an)例，本體SLS打印(yin)蠟模(mo)(mo)(mo)(mo)和硅溶膠精密鑄件(jian)(jian)毛坯如下圖所示。

在復(fu)雜內(nei)(nei)腔(qiang)零件生產(chan)過(guo)程(cheng)中，內(nei)(nei)腔(qiang)往(wang)往(wang)是(shi)通(tong)過(guo)組(zu)芯形成，組(zu)芯都是(shi)人為完(wan)成，精(jing)度較(jiao)差，通(tong)過(guo)3DP進行整(zheng)體(ti)打印，解決(jue)了模具整(zheng)體(ti)無法出芯的問題，同時拓寬了研發設計人員思(si)路，增加了復(fu)雜內(nei)(nei)腔(qiang)零件生產(chan)能力。

3．結論

工(gong)(gong)業(ye)級3D打印、融(rong)合(he)配套技術用于軍工(gong)(gong)企業(ye)的(de)科(ke)研和批生(sheng)產(chan)(chan)，無疑是一種較好的(de)生(sheng)產(chan)(chan)方式，它解決了制造(zao)周期長(chang)、模具成本高、加工(gong)(gong)量大(da)、補焊、尺寸(cun)不(bu)穩(wen)定、內(nei)部缺陷多(duo)、反修(xiu)次數多(duo)等現有(you)制造(zao)問題，在新(xin)產(chan)(chan)品開發，單件、小批量/復(fu)雜零部件生(sheng)產(chan)(chan)方面優勢明顯。

工業級3D打印、融合配(pei)套技術(shu)的(de)(de)使(shi)用，改(gai)變了純模(mo)(mo)具(ju)生(sheng)產(chan)模(mo)(mo)式，打破了產(chan)品(pin)設計人(ren)員(yuan)圍繞(rao)“先(xian)制(zhi)造(zao)再功能(neng)(neng)”的(de)(de)老舊設計思維，樹(shu)立圍繞(rao)“先(xian)功能(neng)(neng)再制(zhi)造(zao)”的(de)(de)嶄新開發模(mo)(mo)式。

工業(ye)級3D打印、融合配(pei)套技術有(you)(you)利(li)于充分(fen)發(fa)(fa)揮設計(ji)人員的(de)想(xiang)象力(li)，有(you)(you)利(li)于結構合理(li)化、功(gong)能結構一體化和輕量化的(de)發(fa)(fa)展(zhan)，有(you)(you)利(li)于產品的(de)快(kuai)速研(yan)發(fa)(fa)和生產。

工(gong)業(ye)級(ji)3D打印(yin)、融合配套技術(shu)在以兵(bing)器為代表的軍工(gong)企業(ye)進(jin)行探索和推廣應(ying)用，具有十分(fen)重要的意(yi)義。