Stratasys直接制造公司采用立体光刻技术（stereolithography）

制造的聚合物（不是蜡制的）精密铸造件的模样

Stratasys直接制造公司（Stratasys Direct Manufacturing）采用聚合物配方（polymer formulation）而不是蜡料制造精密铸造件模样，满足某些精密铸造厂的特殊需求。

对于铸件最关键的是其形状，这也是为什么有如此多的铸造方法的原因。数千年来，手艺人、工人、现在的工程师用金属液充型制造零件。铸造技术的演变起源于许多争论，以及无数的研究和无数的创新。而在最近的十年间，增材制造的工业化促成了许多金属铸造的创新。

当然，增材制造是一个完全不同的工业，不过像金属铸造一样，它也有很多方法和技术。即使如此，在若干方面，例如打印砂型和砂芯，形成或者修改铸型或工装等，金属铸造和增材制造技术是非常类似的。最近，人们关注的一点是精密铸造的模样，增材制造可以提供制造精铸件模样的材料和工艺。

精密铸造是成本高，附加值也高的金属铸造方法。精铸件有非常精细的形状，薄壁、复杂的内部形状和空腔等，以及特殊的功能，如燃气发动机叶轮、阀等零件，还有镶嵌零件。

精密铸造所花费的时间和劳动增加了铸件的成本。通常，零件的最终形状是由复杂精细的蜡模形成的。一个或者多个蜡模粘到一个“蜡树”上，然后浸入陶瓷浆料，浆料覆盖蜡样形成涂层，然后硬化。这个过程重复多次，直到一个硬的陶瓷壳形成为止。下一步，带蜡模的陶瓷壳结构一起加热，蜡模熔化倒出，留下型腔充入熔融的金属液。金属凝固后，打碎陶瓷壳，就可以取出铸件。

上面说的工艺是简化的过程，但是事实上精密铸造就是要耗费时间，要正确执行每一步工艺，才能得到好的铸件。因此，缩短制造时间，就是赚得更多金钱。“我们的目标就是让精密铸造件的模样尽可能便宜，”Stratasys直接制造公司总经理查克?亚历山大（Chuck Alexander）说。缩短制造时间，这就是世界工业化增材制造技术的主要提供者之一、3D打印和定制制造服务提供者Stratasys公司所要做的。

亚历山大说：“客户来找我们有各种原因，或者要用我们的设备，或者我们要用的经验和知识，或者两者都是。拥有北美尺寸和产能最大的3D打印设备能保证他们的项目能按时完成。”

增材制造（或者3D打印）可以有各种形式，最常用一种技术的就是“立体光刻”（stereolithography，SL或SLA）。在这个工艺中，将计算机辅助设计（CAD）文件转换成立体光刻（STL）格式，指示打印机构建一个3D结构，以一层层连续方式，每一层和前一层粘接。Stratasys是3D立体光刻技术的主要提供者之一，打印机每一层薄到0.002英吋，完成的零件尺寸精度高，表面光滑，具有精细的形状。

立体光刻通过将CAD数据转换给打印机（立体光刻系统），

以连续层状构建一个三维结构的方法制造三维零件

所以，很清楚，为什么和如何将制造精密铸造将作为Stratasys目标市场。“采用立体光刻制造精密铸造模样，与蜡模制作有关的工装费用取消了。”亚历山大强调说。“模样越大越复杂，相对于蜡模，选择立体光刻的价值比例越大。通常，复杂零件仅需一周或两周就可交付。这就能让铸造厂帮助其客户以更快的速度和更低的成本将产品推向市场。”

但是，Stratasys提供的不是蜡样，而是其开发的聚合物材料打印的模样。

“我们主要的模样材料SC1000P是我们自己开发的配方，能将模样表面和耐火涂层互相影响降至最低。有一些超合金或者反应性金属（如锑）可能是重要成分，但我们需要另外不含锑的模样材料。”

亚历山大报道说：“Stratasys去年和立体光刻材料供应商苏莫斯（Somos）建立了合作关系，现在Stratasys有经过beta-测试（beta-测试是严格的产品测试）的第二代无锑配方苏莫斯组分（Somos Element），以确保能提供的模样精准、坚固、便于运输等。”

他补充说，有比改变模样材料更多的东西，“我们认识到用蜡的特点，而且我们研究了打印蜡模的打印机。但是蜡模难以运输，而且蜡样不能太大。当零件比较大时，蜡样需要激冷和其他工作区域。蜡模很难做成大的和复杂的形状。”

亚历山大还指出，采用立体光刻生产精铸模样的特殊优点，首先是批量灵活，可大可小。“随着光刻机器进一步开发，我们可以在一间厂房里生产更大的零件。增材制造业的发展也使我们相信，我们将很快能制造几何形状非常小的模样。”

他报告说，Stratasys直接制造公司已经开始生产带浇冒系统的精密铸造模样，这有几个优点：首先，为于铸造厂节省了时间和人工，不再需要人工装配浇冒系统；其次，不是手工装配，精度更好；最后，有计算机辅助设计就有机会评估和修改浇注系统设计，增加工艺的可靠性。

“因为降低了模样制造费用，并且模样带浇注系统对铸造厂来说更有成本效益，我们看到更多这些应用。”他报道说。

立体光刻打印模样的设计和成本的优势再结合Stratasys公司所提供的服务更具吸引力。亚历山大报的小组每周可以交付数百件小尺寸成品模样。他说“根据模样的尺寸和复杂程度，最大的、最复杂的模样可能要花一到两周。唯一使过程速度减慢的是在需要独特的表面光洁度的时候。我们正在努力工作，以开发像打印一样的表面光洁度，以降低劳动力成本和增加速度。”

立体光刻技术的“CAD直接（CAD direct）”是重要的一方面。“没有什么能妨碍‘设计零件’，”亚历山大说道。“只要铸造厂和其客户一起工作，确信这个设计能行，我们就可以直接从软件打印这个设计。”

资源和经验是模样精度的保证。Stratasys公司有CNC（计算机数字控制）能力和在模样生产方面的专业经验，这能有助于使工艺过程简化和更加合理。“我们有自己的机加工和装配夹具，可以交付高精度的大型零件模样，”他说道，“我们经常和铸造厂一起工作，以发现立体光刻可能出现的精度问题。”

任何有关模样开发的问题，通常都可以通过增材制造技术固有的灵活性来解决。“采用CAD直接打印，没有等待工装的时间，非常容易创建新的迭代过程来优化。对于铸造厂来说，只需较少的评估时间即可确保其生产能力，”亚历山大说道。实际上，立体光刻能达到的精度分辨率和最小特征尺寸比浇铸金属能达到得要更好。

立体光刻生产的模样适用于大多数精密铸造件。“在交通运输和航天航空业，可应用到许多薄壁的如商业喷气发动机零件，涡轮增压器壳体和航空用箱体等，”亚历山大说。“由于立体光刻可以达到的水平和我们自己的能力，这项技术可以有许多应用。立体光刻模样可以装配冷却管线和陶瓷芯上，可在铸件上形成细孔，应用前景是巨大的。”

“上述应用最近受到允许特殊金属应用的无锑材料的冲击，”他补充说，但是亚历山大仍然坚持他的研究小组的经验和专业知识。

“铸造厂告诉我们这些应用，他们可能对立体光刻的能力有所怀疑，但是我们将和他们一起工作，找到解决方案。成本效益是主要因素，但是，精密铸造采用立体光刻技术有许多优势。”

金属铸造和增材制造的相通性使这两种技术相结合，并寻找共同应用。“压铸和金属型铸造还没有受到来自增材制造的冲击，”亚历山大说。“对增材制造来说，因为增材制造的技术成本和砂型铸造的成本结构不相称，砂型铸造是一个缓慢开发的市场，Stratasys公司仍然在研究提供打印砂型和砂芯的选项。”

消失模的泡沫模样可以采用立体光刻生产，但是亚历山大的小组不认为这样生产泡沫模样具有更高的“价值”。

然而，对于精密铸造，增材制造技术是一种机会，也是一种威胁。

“直接打印金属对于很小的，复杂的零件是一个好的选项，”他说。“精密铸造厂当和客户交交流应当熟悉直接打印金属，因为直接打印金属对于验证设计和帮助客户更快进入市场是很有用的。”

3D打印是金属铸造和增材制造领域不断变化的指示器，在这个领域中，未来的高技术精密零件正在形成。

据悉，Stratasys直接制造公司是Stratasys公司（成立于1988年）将其原有的增材制造服务部门RedEye和收购的Solid Concepts和Harvest Technologies整合在一起形成的世界最大先进制造服务中心。

Stratasys直接制造公司丰富多样的技术和不断扩展的制造能力将不只是扩大，而是真正打破增材制造能力的界限。整合之后，Stratasys直接制造公司拥有超过11项先进制造技术能力，从FDM到LS、CNC和模具制造，为客户提供其他公司所不具备的先进制造体验。更大的制造能力也让Stratasys直接制造公司可以满足一些关键市场（航空航天、医疗和汽车等）的客户对于直接制造零部件日益增长的需求。这些垂直市场是Stratasys直接制造公司增长最快的领域，因为增材制造能够以一种有效的方式制造出高品质、轻量化零件，并能够帮助企业节省时间和金钱。Stratasys直接制造认为，制造业更好、更高效、更具环保意识的未来掌握在3D打印手中。

（如需转载，请注明来自《铸造》201709期）