铸造行业作为全球经济建设的基础产业，对世界经济的繁荣起着重要的作用。随着高端设备对轻量化和功能性的要求越来越高，高性能的大型铸造部件也变得越来越复杂。例如，与2010年代的航空发动机中间接收器相比，新一代中间接收器采用了更为复杂的弯曲鹅颈流道和盲区结构，重量减少了约30%，推重比提高了约20%，降低了25%左右的燃料消耗。目前，传统的铸造技术工艺流程大致分为分模(芯)设计、模具制造和模具铸造三个阶段。虽然上述传统工艺形成的铸件工艺稳定，性能良好，也形成了固定的生产线，但仍存在分离铸造和拼接工艺时间长等问题，并且难以实现复杂结构件的整合成型。

航空发动机中间接收器

近几年来，随着3D打印技术（增材制造技术）的发展，使得复杂结构件的制造成为了可能。在铸造领域，3D打印技术可以实现零部件的绿色设计和绿色制造，对结构复杂的零件进行设计和成形，实现轻量化制造，降低材料消耗。通过增材制造技术代替机械加工方法制备模具，可以减少材料损耗和能耗，提高生产效率，并且降低了高端铸件的报废率。同时，增材制造技术可以实现复杂结构件的整体设计和铸造，有利于构件性能的提升。目前，砂型打印正在助力铸造行业，主要分为选择性激光烧结工艺（SLS）和粘合剂喷射3D打印工艺（3DP）。

SLS工作原理：激光束根据三维模型的截面信息有选择地扫描粉末层，将粉末材料烧结并粘接在一起。一层完成后，工作平台下降一层厚度，重复此步骤，直至整个模具加工完成。

主要特点:(1)材料利用率高;(2) 模具强度高、性能稳定。(3)成型材料种类繁多:SLS适用于聚合物、陶瓷和复合材料的制备。打印熔模、砂模。

SLS主要难点(气体量大)：制备出既符合SLS工艺要求又符合铸造工艺要求的粉末材料。增加砂型(型芯)粘结剂含量有利于提高模具(型芯)的强度，但会导致铸件缺陷增多，甚至报废。相反，降低粘结剂含量，模具(型芯)强度降低，不能满足铸造要求。

SLS铸造应用案例

3DP工作原理：根据三维模型各层的轮廓信息，将微液滴喷射到薄粉末层的表面，然后粘合剂与粉体发生物理化学反应，产生一定的结合力。并通过液滴的粘接作用将层与层之间固定，直到打印出3D模型，并对粘接的部分进行后处理，形成三维实体模型或零件。

粉末粘接过程大致可分为以下三个步骤:(1)喷嘴移动，选择性地将粘合剂沉积在粉末层表面，粘合剂通过毛细管作用穿透粉末层，溶解被涂砂表面的树脂。(2)胶粘剂挥发后，溶解的树脂析出，通过粘接桥将颗粒粘接在一起，形成初坯。(3)初始毛坯低温烧结后，树脂与胶粘剂发生交联反应，得到用于铸造的砂型(芯)。

3DP打印模具

3DP砂型打印相对SLS砂型打印来说，成型件尺寸较大，不需要激光器成本投入，整体运营成本较低，除此之外，3DP还可以进行金属件的制造，吸引了GE、Digital Metal、惠普、大众汽车等众多大厂在这个领域进行开发投入和实际应用。在2019Formnext展会上，HP的粘合剂喷射金属3D打印机设备打印尺寸为430 x 320 x 200毫米，使用粘合剂喷射工艺，可生产大量零件和大型零件。另外，大众汽车集团选择HP Metal Jet作为其增材制造工业化战略的基础。大众和惠普正携手沿着在设计与生产进行强强合作，还与第三方应用厂商GKN Powder Metallurgy展开密切合作，2019年在短短数周内生产出了10,000多个高品质零部件，很好支持全新ID.3电动汽车的发布会。

HP的粘合剂喷射金属3D打印机和金属打印件

山东中科先进技术研究院也加入到了3DP的研发热潮中，山东中科先进技术研究院综合科学中心正在致力于3DP打印设备和打印材料的研发，实现高质量砂型和陶瓷型芯的打印制造，从而助力于铸造行业。同时，综合科学中心研发的3DP打印设备也为以后致力于金属件的打印埋下伏笔。