宝马（BMW）推出了全新发动机BMW S58，S58 发动机将取代S55 发动机安装于宝马M车型中。

2013年，宝马推出的S55发动机，这款六缸发动机为宝马M3轿车和M4双门轿跑车提供动力，作为S55的“继任者”，S58 将延续S55 的优势，并在技术和性能方面有所提升。BMW S58将被安装于宝马紧凑SUV及其轿跑版本宝马X3 M和X4 M 车型中以及下一代M3 和M4 车型中。

为了满足轻量化以及热管理性能的需求，宝马采用了3D打印技术来制造S58发动机缸盖的铸造砂芯。

图片来源：BMW

 实现集成冷却通道的复杂缸盖结构

S58发动机的基础是宝马最新的模块化架构，和S55一样使用并联双涡轮增压设计，分别为1-3缸和4-6缸提供压缩空气。(宝马S58发动机视频)

图片来源：BMW

S58发动机的涡轮压气机和冷却管路都经过重新设计，升级的压缩机和由低温回路提供的间接中冷器，进一步增强了S58发动机的功率输出。 流量优化的进气系统可减少压力损失，而电子控制的泄压阀（可快速关闭）可提高响应性，开度更大的泄压阀也提高了催化转化器的效率。该发动机还集成了三个散热器，以及独立的发动机机油冷却器、独立的变速器油冷却器。

图片来源：BMW

在性能方面，面向普通版车型的“入门级”S58 功率达353kW（480PS），最大扭矩区间为2600rpm~5600rpm；面向Competition 版本车型的S58发动机，功率高达375kW，最大扭矩区间为2600rpm~5950rpm。“入门级”S58 发动机比目前在M3 CS和M4 CS型号安装的发动机更强大。

为了提高发动机性能，并且使这款发动机具有人们对宝马运动型发动机所期望的提速“快感，宝马工程师在设计S58发动机时力图做到轻量化。根据宝马，S58缸盖铸造砂芯是采用3D打印技术制造的。根据3D科学谷的观察，3D打印技术不仅使宝马工程师能够实现气缸盖的最小重量，还能够制造出集成冷却通道的复杂缸盖结构，从而优化其热管理性能。

 3D科学谷Review

谈起3D打印在汽车领域的应用，我们通常容易忽略3D打印技术与铸造的结合在汽车领域的应用，其实，汽车是铸造最大的应用市场，而3D打印与铸造的结合可以说是具有产品设计的源头上颠覆产品设计的潜力。

图片：汽车是铸造最大的应用市场

谈起3D打印与铸造在汽车领域的应用，还需要从理解3D打印的优势来着眼，3D打印有两大特点：1是无模化，对应的优势是作为研发试制阶段的捷径，加速迭代过程，减少研发成本；2是对产品的复杂性成本不敏感，对应的优势是适合创新颠覆产品的设计，使得产品设计以功能实现为主导。

国内铸造业存在的普遍误区是，仅仅发挥了3D打印的第一个优势，将3D打印砂模或者3D打印PMMA熔模用于产品的试制开发阶段，也就是说加工的还是传统设计的产品，而没有将3D打印从源头上用于创新产品的设计。3D打印的最大优势是用来制造那些传统方式实现不了的设计，包括薄壁，复杂的形状这样的设计，用在汽车领域来说，可以通过3D打印经过特殊设计的冷却系统（这样的设计通过传统制造工艺无法制造出来），从而实现产品更高的性能。

3D科学谷的判断是随着3D打印与铸造的结合，铸造作为产品“诞生”的“源头”，其决定产品核心竞争力的价值将显现，这个行业不再被误读为“傻大笨粗”，而是成为企业发展核心竞争力的体现，因为3D打印可以从源头决定一个产品的创新程度，很多大型企业将改变将铸造外包给铸造厂的模式，而是将铸造将作为核心关键的一环纳入到企业内部的生产运营中，这个过程中或将发生铸造厂被并购的现象。

这一领域的典型案例是，voxeljet-维捷及其合作伙伴通过将粘结剂喷射3D打印技术应用于规模生产，从而将增材制造提升到新的水平。根据3D科学谷的市场观察，voxeljet-维捷的合作伙伴为德国领先的汽车制造商，通过自动化生产线-VJET X 3D打印复杂的砂模和砂芯，该生产线有望成为世界上首次汽车关键零件生产领域的集成增材制造解决方案，该项目将利用3D打印的砂芯来铸造关键发动机部件。与传统方法相比，VJET X提高了生产灵活性，并允许高速制造具有更为复杂几何形状的砂型模具，从而提高最终产品的性能，并通过产品性能的提高来提高产品生命周期效益。

在交钥匙项目方面，拿电机壳体的3D打印与铸造来说，根据3D科学谷的了解，目前在国内，瑞士大昌华嘉-DKSH可以在最短时间（传统模具技术1/10时间）为用户提供基于3d打印技术的快速成型模具工艺，帮助用户建立从研发到小批量生产电机的铸件供应。

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然而Desktop Metal以其迅猛的融资方式不断的稀释市场对其技术前景的疑虑，就在2019年初，Desktop Metal 又获得了1.6亿美元的Corporate轮融资,总融资金额达4.38亿美元。

按照《变量》这本书的说法，如果说3D打印是下一次工业革命的“慢变量”，那么Desktop Metal所代表的金属3D打印工艺是不是一种将要变成更够成倍的放大其力量的小趋势呢？

小趋势的特点是：必须足够小，才能显示其锋芒，但又必须足够大，才能彰显其力量。

正如特斯拉将硅谷造车推到世人面前，颇有些令欧洲老牌车企感到不可思议，然而正是这一另类的新能源汽车小趋势的诞生奠定了一轮波澜壮阔的新能源汽车全球发展方向的基础。

美国新涌现的3D打印企业正在以另外一种“另类”的技术范儿吸引制造业的注意。

本期3D科学谷与谷友一起来探索融资独角兽Desktop Metal的趋势逻辑中的“小”与“大”。

 厚积薄发的团队

谈到Desktop Metal，我们首先需要了解的是Desktop Metal首席执行官Ric Fulop。

图片：Ric Fulop与Ely Sachs (从左至右）

联合创始人兼 CEO Ric Fulop 之前创立过电池技术公司 A123 Systems（2001年创立），在创立自己的 3D 打印公司之前，他也曾为该领域内的几家初创企业提供咨询和投资， 他投资的公司包括MarkForged, OnShape, ProtoLabs和SolidWorks，作为North Bridge投资公司的合伙人， Fulop积累了丰富的相关经验。此外，North Bridge还投资过ProtoLabs（现在在纳斯达克上市），SpaceClaim（被Ansys收购）和Revit（被Autodesk收购）。

Fulop的顾问团队十分抢眼，包括麻省理工材料科学教授 Ely Sachs（3DP粘合剂喷射技术的发明者）；Chris Schuh，麻省理工材料科学与工程学院的主席；Ming Chiang，麻省理工材料科学专家；John Hart，麻省理工实验室领导。 Desktop Metal领导团队包括Jonah Myerberg，材料工程的领导者；Rick Chin，SolidWorks的早期团队成员随后还创立了Xpress 3D（被Stratasys公司收购）；Marc Minor，之前担任过Carbon的营销总监；Scott Crump，Stratasys公司的创始人，担任董事会观察员。

 打造效率与成本优势

Desktop Metal的生产设施位于伯灵顿，距离波士顿约15英里，该设施主要致力于工程研究。每天有300多名工程师在改进Desktop Metal的粘合剂喷射技术。

在这里Desktop Metal开发了世界上唯一可以在办公室工作的脱脂系统。而操作层面上设备管理的命令从iPhone上就可以发出，这是为Studio System配套的，Desktop Metal的Studio System现在可通过48个国家的85个销售合作伙伴来向市场提供销售服务，这些系统现在已批量出货。

而Desktop Metal即将商业化的生产系统可以制造非常大的零件。

由于投资过Protolabs，Protolabs当时是Concept Laser的第二大客户，当时拥有12台Concept Laser机器。而通过对Protolabs的了解，Fulop先生意识到粉末床选区激光熔化金属3D打印是一个非常具有挑战性的过程，耗时且劳动密集。当将零件的成形与热加工相结合的时候，这会降低制造速度，由于需要还移除支撑结构，因此速度更慢。

 多维度的差异化

粉末床PBF金属3D打印技术所遇到的发展挑战并不是孤立存在的，其对应的是昂贵的制造成本，目前在激光金属粉末床融化的世界里，每年生产1公吨的设备成本达100万美元。根据Desktop Metal，通过Desktop Metal生产系统采用专有的单通道喷射（SPJ）技术，可将金属零件加工速度提高到现有激光金属3D打印系统的100倍。 Desktop Metal认为DM生产系统将使制造商能够显着降低其成本，从而使该技术成为铸造的替代技术。

根据Desktop Metal, 目前来说，单通道喷射（SPJ）技术能够以100万美元的上限量生产150公吨的产品。此外，这种的工艺所需要的金属粉末原料便宜80％，主要是因为所需要的金属粉末不受氧含量的影响，而粉末床PBF金属3D打印技术所需要的粉末必须完全不含氧。

不过，考虑到粉末床PBF金属3D打印技术可以实现非常复杂的金属金相结构，包括梯度合金以及接近人体生物力学环境所需要的植入物产品，仅仅拿速度与价格相比较，无疑会掩盖掉粉末床PBF金属3D打印技术在冶金学方面的潜力。

不过，对于制造业来说，效率与成本的确是至关重要的，Desktop Metal关乎这两个制造业关键的要素，可以说从趋势上有其正确的逻辑在“小”的逻辑出发点上占据了优势。

那么，往“大”处着想，Desktop Metal的技术是否有成为被广泛应用的可能性呢？

到目前为止，Desktop Metal的金属粘合剂喷射工艺设备更快，更具成本效益。其主要用于原型制作和一些非常小规模的生产，而粉末床PBF金属3D打印技术在航空航天和医疗领域已经获得了产业化应用。

在金属粘合剂喷射真正准备好被更广泛的采用之前还需要多长时间？

或许这就是技术落地的有趣之处，在3D科学谷看来，在PBF中粉末床PBF金属3D打印技术可以创造的材料的微观结构是全新的。而Desktop Metal的金属粘合剂喷射工艺拥有与传统MIM工艺和铸造工艺相同的微观结构，这满足了不同维度的制造需求。

 异军突起的间接金属打印

不管如何，Desktop Metal正在快速发展。它开始批量生产Studio系统，下个季度将开始出货第一批生产系统，Fulop先生预计他们也将推出新系统。由于单通道粘结剂喷射技术在构造尺寸和材料方面没有固有的局限性 （Desktop Metal 刚刚推出了新的316L不锈钢材料）Desktop Metal所掀起的技术进化沿着几个不同的维度在进行。其中一个维度包括3D打印与PBF不兼容的现有材料，例如D2工具钢或4140铝，还可以做耐火材料，碳化硅等。

从应用领域来看，拿Jabil捷普来说，捷普有着这样一个事实：捷普在世界各地拥有15台HP MJF系统和大约15,000台CNC数控加工设备。此外，捷普的竞争对手之一在全球安装了大约300,000台工业CNC数控加工系统。满足大规模生产需求，这或许就是Desktop Metal十分关注效率与成本的逻辑。

当然，Desktop Metal并不孤单，当前间接金属3D打印技术包括多种不同的技术，根据3D科学谷的市场研究一大类是以Desktop Metal, 惠普，Exone, 3DEO, Markforged所代表的binder jetting（粘结剂喷射）技术，另一类是以Xjet为代表的NanoParticle Jetting技术，第三类是例如Prodways与CEA Tech LITEN 开发的以树脂为间接体的金属3D打印技术，第四类是熔融长丝制造技术。

而除了这些金属玩家，Desktop Metal还迎来了塑料领域的同行。Stratasys在早期就完成了对独角兽企业Desktop Metal的投资。不仅如此，Stratasys还将要正式推出其创新型的“层状粉末冶金”（Layered Powder Metallurgy，即LPM）金属3D打印技术。

究竟这些技术是否具备成为大趋势的潜力？究竟哪家公司的技术更具发展前景？3D科学谷将保持持续关注。

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Invest Cast公司坚持的使命就是为客户提供卓越的服务，为此他们采购了2台3D Systems的ProJet MJP 2500IC。这是3D Systems新推出的一款100% RealWax™蜡模3D打印机，提供快速、高成本效益、免工具的蜡模生产。通过消除模具，这种新的3D打印解决方案减少了从设计到铸造零件过渡的时间和费用，蜡材料无缝地集成到标准的熔模铸造工作流程中。

VisiJet M2 ICast 100%蜡材料具有标准铸造蜡的熔融和燃尽特性

Invest Cast公司表示通过ProJet MJP 2500 IC打印的部件具有极佳的表面光洁度、尺寸稳定性和铸造质量，现在能够以更高的效率为更多的客户服务。他们的定位是引入小批量无模生产方案，仅花费传统制造所需的小部分时间，就能快速制作高品质铸件。

  铸造速度和灵活性

在不使用模具的情况下制造最终铸件的能力使Invest Cast公司的客户可以快速且低成本地多次迭代测试，最终使他们能够获得更好的最终零件。

无需模具制作最终铸造部件，节省了Invest Cast公司的时间和经济成本

Invest Cast公司的原型制造专家艾尔•辛基表示ProJet MJP 2500 IC非常显著的帮助他们在熔模铸造过程中减少了制作时间。“很多时候，我们可以在2-5天内将模型转化为金属件。”之前的平均交货时间大约需要6-12周。快速交付高质量铸造零件的能力使Invest Cast公司有别于传统铸造厂，并为他们的客户提供优质的服务体验。

ProJet MJP 2500IC帮助Invest Cast公司从获得模型到获得铸件只用了2-5天

辛基已经为铸造厂制作了13年的3D打印原型，他对3D Systems新的数字化铸造解决方案印象深刻。辛基认为，除了极佳的生产速度和经济的原型制作成本，部件的高品质也是收到客户青睐的重要原因。“2500 IC打印的原型，其表面光洁度真的令人赞叹，我们的客户现在特意要求使用2500 IC打印原型。”

ProJet 2500 IC打印的零件精度和尺寸稳定性使Invest Cast公司能够生产出比之前更精细、铸造质量更好的复杂零件。采用3D Systems单喷头多喷嘴打印技术(MJP)，ProJet MJP 2500 IC打印的蜡模具有严格的公差，对于复杂的精密金属部件来说是非常理想的，打印使用VisiJet M2 ICast材料，这是一种100%的蜡材料，具有标准铸造蜡的熔化和燃尽特性。

2500 IC制作的部件具有高保真度、锐利的边缘和表面光洁度，这帮助Invest Cast公司节省了不少后处理时间，Invest Cast公司工程部经理泰勒•艾尔伯特表示：“我们的客户常常跟我们提出需要更好的公差值，这就通常需要大量的铸造后加工操作，以及提高表面光洁度的精加工操作。我们的2500 IC使消除这些过程成为可能。“

 以高铸造品质和经济的成本扩大业务

艾尔伯特认为，3D Systems数字铸造解决方案的原型加速生产速度有助于Invest Cast公司扩大业务，使其能够快速满足零件需求，接洽更多项目。“增加3D打印功能，使我们能够扩大我们的客户群，并接触到更多之前无法接洽到的客户。很多顾客来找我们，知道他们想要什么，但他们不知道如何做到。凭借我们的专业知识和2500 IC，我们可以让他们获得所需要的东西。”

在没有模具的情况下生产复杂的的蜡铸造原型能力，能显著降低每件零件的成本。有了3D打印，复杂的几何结构仅需传统制造所需的价格的一小部分即可制作，并为Invest Cast节省额外的工具存储和维护费用。辛基提到：“使用2500 IC，我们可以做的不仅仅是注射成型。以经济的成本快速打印高品质蜡模的能力不仅对原型制造来说是个好消息，同时也为小批量生产铸造提供了新的机遇而且在低批量生产铸造中开辟了新的机会。新的铸造方式帮助Invest Cast脱颖而出，可以为客户做到更多。”

 3D打印蜡模，标准铸造流程

辛基表示设备的安装非常快速简便，仅花费5个小时。“ ProJet MJP 2500 IC配置3D Sprint®，这是3D Systems独有的用于准备、优化和发送文件的软件，使用非常方便。您不再需要成为CAD绘图程序的专家。“

ProJet MJP 2500 IC可以无缝地集成到Invest Cast公司的的标准熔模铸造流程中。在Investment Cast收到客户的数字文件后，将该文件发送到打印，打印完成的原型就可以种蜡树，再将原型挂浆，之后放入加热炉进行脱蜡。Invest Cast公司使用的是可渗透性的熔模铸造壳，这样就允许熔模铸造用蜡通过外壳流走。“2500 IC的好处是我们对它进行的操作是即插即用的。在1600度时，我们可以将所有3D打印蜡从外壳中熔化。

脱蜡之后，它们被装进准备炉，以便在浇注之前预热。一旦金属被浇注，进行冷却，壳体被去除，从蜡树上分离。

 新一代铸造解决方案

Invest Cast公司的客户喜欢3D打印蜡模，而不是注射成型。由于其高质量的表面光洁度、尺寸精度和易于集成在熔模铸造工作流程中，铸造人员非常喜欢将2500IC加入到他们的流程中。Hinchey说：“3D打印的蜡模非常适合我们，我几乎每天都从铸造工人和一般管理人员那里听说，他们非常喜欢2500IC打印的部件。“

鉴于ProJet MJP 2500 IC打印的蜡模的质量、成本和业务优势，Invest Cast公司相信数字化铸造解决方案是未来的出路。艾伯特认为：“这项技术将成为熔模铸造的新方向。”

 总结

3D打印蜡模数字铸造解决方案帮助Invest Cast公司显著减少了铸件制作的时间和费用，并由此扩展了业务。

挑战：
在不改变标准铸造流程的情况下，为熔模铸造工艺引入更大的敏捷性、灵活性和成本效益

解决方案：
使用3D Systems的ProJet MJP 2500IC打印机制作蜡模进行数字化熔模铸造

成果：
- 将铸件的订货至交货时间从6-12周缩短至2-5天
- 使同一部件具有多次具有成本效益的迭代，以获得更好的最终产品。
- 通过更快、更实惠地交付零部件的能力来扩大客户群
- 小批量生产铸造的新机遇

文章来源：3D Systems

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3D打印行业透视@Formnext的本期被采访对象是voxeljet CEO Ingo Ederer博士。

图片：voxeljet CEO Ingo Ederer博士（左）；3D科学谷联合创始人Korinna Penndorf （右）。

About Formnext 

Q1. 贵公司Formnext展会上有哪些亮点？

A：voxeljet今年在formnext上的展台主要有两个亮点。一个是在我们现有的VX1000基础上做了改进，加工速度从每层通常60秒获得了明显的提升，现在我们能够实现每层12秒。这使我们能够在几个小时内打印大约300升的工作量。这使得工厂可以快速运转，尤其是我们用的粘结剂材料是无机粘结剂材料，从中出来的唯一“污染”是水蒸气。由于更严格的（环境）法规，欧洲的许多铸造厂被迫转向其他材料系统，从这个角度来说，voxeljet的技术确实是面向铸造未来的技术。

大多数汽车公司已经转向这种更加环保的材料，因此，voxeljet迎来了进入批量生产的市场机遇，我们计划在明年GIFA展会期间推出的大型生产机器相映衬的是，voxeljet今年还宣布了与其合作伙伴将粘结剂喷射3D打印技术应用于规模生产，从而将增材制造提升到新的水平。其合作伙伴为德国领先的汽车制造商，通过自动化3D打印复杂的砂模和砂芯，该生产线有望成为世界上首次汽车关键零件生产领域的集成增材制造解决方案，该项目将利用3D打印的砂芯来铸造关键发动机部件。这套系统明年正式商业化。

图片来源：voxeljet-维捷

另一个亮点是我们的高速烧结技术VX200，我们去年已经展示了这个类型的机器，但今年它增加了几个新功能，并配备了新的软件。非常重要的是速度的提高，再次从每层约35-40秒提高到不到20秒每层的加工速度。与voxeljet一直以来所专注的铸造业砂模与熔模解决方案不同的是，高速烧结工艺针对的是与注塑行业相竞争的应用领域，在实际应用中，可以制造多功能和功能完整的原型，例如支架、带扣、鞋底和用于最终用途的其它功能部件，以及汽车内饰件和产品包装等领域。

图片：VX200制造的塑料制品，来源voxeljet-维捷

About Business 

Q2. 在您的公司，今年的3D打印业务与去年相比的业绩是怎样的？

A：今年voxeljet的服务业务做得特别好，我们有两条业务线。一个设备的销售服务业务，一个是根据市场需要的按需打印服务业务。按需打印业务在全球范围内表现非常出色，设备销售虽然表现的还可以但我们认为可能更好。我们也在探索其他的业务模式，例如为客户提供现场服务，这是一个发展方向。

总体来说，应用端行业正在越来越多的采用我们的3D打印技术，并开始将其视为某些应用的标准配置。

图片来源：voxeljet-维捷

此外，我们还利用我们的技术开发了几种新的应用，例如今年在苏黎世的瑞士DFAB工厂可以看到的混凝土铸件。一个非常漂亮的建筑。这样大型的混凝土浇铸物也是用voxeljet设备所生产的模具制造的。

因此，每天都有可能出现全新的应用出现。从我的角度来看，我不得不说它从未如此多样化，如此活跃，如此多的机会。这也非常有趣和具有挑战性。

About Challenges 

Q3. 当前贵公司3D打印相关的业务所面临的主要挑战是什么？

A：主要的挑战是实现从小批量生产转移到批量生产。我们正在努力实现这一目标，但我们需要认识到，批量生产的要求在很多方面都是完全不同的。在再现性，质量，维护和服务，系统的可靠性方面，这些都需要严格的满足。此外，客户需要采用某种方式来理解和驾驭增材制造技术，增材制造与传统制造方法不同，双方都有一段路要走。我认为我们正走在正确的道路上，但还没有完成，这可能还需要3到5年的努力。

About the industry

Q4. 关于3D打印行业的发展，您怎么看待2018年的发展情况，您觉得站在行业发展的角度，今年主要的发展以及障碍有哪些？（从市场，应用，技术的不同角度来看）

A：虽然直接金属3D打印吸引了很多目光，我们也认为直接金属3D打印对于原型，小批量生产以及航空航天领域的某些特定应用很重要。但人们需要认识到并非所有应用都可以用它来解决。

市场是不能依靠对于直接金属3D打印的过度炒作而运行的，我希望市场能够从对直接金属3D打印的关注中冷静的看到voxeljet所代表的间接制造方式的好处，这是与传统铸造技术相衔接的制造技术。特别是在谈论更大的金属零件和更大的制造数量时候。我们希望客户能够改变看待事物的方式，以更开放的心态去尝试其他方式的可能性。不要认为直接金属3D打印尚未准备就绪，就放弃其他方式的尝试，我们相信是多种不同的3D打印技术共同发展来推动增材制造的应用发展。

About the future of AM

Q5.  您个人或者您公司对与未来5年增材制造行业的发展看法如何？

A：在未来五年内，voxeljet将在不同的应用领域看到3D打印技术更深入的进入到生产领域。当然，正如您所见，最明显的是航空航天业，毫无疑问，我们将看到越来越多的航空零件以不同的方式完成3D打印。

在汽车行业，我们可能会看到更多产品从传统制造方式转向数字化制造方式。这样的好处是显而易见的，而在接下来的五年中，我们也将看到许多塑料部件也大量的通过3D打印技术实现生产。

您将看到许多有趣的发展，材料异构，功能结构一体化的零件，电路和控制装置无需额外组装，更多的颜色……我认为未来5年将非常有趣。

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谷白皮书是基于3D科学谷使命：提供有价值的洞见，并结合相关社会资源转化为驱动产业发展的力量。结合3D科学谷所拥有的国际化的资源，基于精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷在中国市场建立了增材制造洞察力体系，并通过近年来的市场研究和分析工作推动了中国市场在实施方面的进展。

2018年，在ChinaCast活动期间，由中国机械工程学会铸造行业生产力促进中心主办，中国机械工程学会铸造分会，维捷（苏州）三维打印有限公司，高端装备轻合金铸造技术国家重点实验室承办的“3D打印技术在我国铸造行业的应用与推广”专场会议将于11月17日（9:00-17:00)举行，会议邀请了来自设备、研发、应用企业等方面的专家，针对3D打印技术在铸造领域的研究成果、发展现状，结合3D打印技术在我国铸造行业的应用，指出未来我国铸造领域3D打印技术应用的发展方向。

本次会议上，3D科学谷特别分享了《3D打印在铸造领域的价值与应用趋势》白皮书。(白皮书 pdf 原文下载请加入3D科学谷产业链qq群529965687）

左：3D科学谷创始人Kitty, 右：高端装备轻合金铸造技术国家重点实验室尹绍奎

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]]> http://www.3dsciencevalley.com/?feed=rss2&p=13444 0 http://www.3dsciencevalley.com/?p=13131 http://www.3dsciencevalley.com/?p=13131#comments Fri, 05 Oct 2018 01:12:26 +0000 http://www.51shape.com/?p=13131 粘结剂喷射3D打印技术最初由麻省理工在1993年研发出来，与我们通常高度关注的粉末床选区激光熔融金属3D打印技术不同，粘结剂喷射3D打印技术更多的被应用于“间接”制造应用，包括打印亚克力树脂以制造精密铸造模具，打印砂子以制造砂型模具，打印金属以获得金属与化学材料结合的产品。IDTechEx曾预测到2025年将会有37000台粘结剂喷射3D打印技术设备。各种迹象表明，粘结剂喷射3D打印技术正在走向复兴。

 用于自动化批量生产

德国voxeljet-维捷日前宣布，voxeljet-维捷及其合作伙伴通过将粘结剂喷射3D打印技术应用于规模生产，从而将增材制造提升到新的水平。其合作伙伴为德国领先的汽车制造商，通过自动化3D打印复杂的砂模和砂芯，称为VJET X，该生产线有望成为世界上首次汽车关键零件生产领域的集成增材制造解决方案，该项目将利用3D打印的砂芯来铸造关键发动机部件。

用于大规模生产复杂的砂芯，这是voxeljet-维捷新型高速打印机系列的首次商业化。VJET X的打印速度比voxeljet-维捷现有的3D打印机快十倍（速度高达每小时400升），使工业用户能够为汽车发动机等关键零件生产铸造砂型模具。令人印象深刻的是，新系统不需要任何干预，因为所有的前后处理步骤都是自动化的。

凭借其在精密机械、流体和材料科学方面近20年的研究和专业知识，voxeljet-维捷开发了一种先进的，功能更强大的打印头和重涂单元。这款下一代打印引擎显着缩短了每层加工的时间，使VJET X比以前的型号快十倍。

与传统方法相比，VJET X提高了生产灵活性，并允许高速制造具有更为复杂几何形状的砂型模具，从而提高最终产品的性能，并通过产品性能的提高来提高产品生命周期效益。

凭借显著提高的构建速度，全自动化和生产能力，voxeljet-维捷新的增材制造系统针对汽车行业，可以影响和简化发动机部件生产线。voxeljet-维捷宣布在未来两年内交付多达五套VJET X3D打印机的协议，初始订单为两套，将于2019年安装。

3D打印行业处于上升突破点，这一成就标志着voxeljet-维捷的使命中的一个重要里程碑。根据voxeljet-维捷首席执行官Ingo Ederer博士，voxeljet-维捷从近20年前开始，作为从慕尼黑工业大学分离出来的科技型制造企业，其目标是明确的，通过不断突破技术界限以取代传统制造方法。而目前，voxeljet-维捷通过该生产线成为世界上第一家为汽车业自动化批量生产提供3D打印解决方案的公司。

3D科学谷了解到，对于发动机零件生产，voxeljet-维捷的新系统最终可以实现更好的发动机性能，同时提高燃油效率，降低每个零件的成本并提高生产灵活性，可以在同一条生产线上生产不同的设计。

 3D科学谷Review

voxeljet-维捷新型高速打印机系列的商业化验证了3D科学谷在《3D打印产业化机遇与挑战白皮书》中所提出的预测：3D打印在5-10年内推动交通工具全面进入轻量化制造时代（砂模铸造、间接金属打印）。

中国的铸造业正在面临转型升级的压力，中铸协预测到2020年铸造企业将减少至1.5万家以内，铸件总产量达到5500万吨，铸件产值约7000亿元的规模。占企业总数量30％的铸造企业（约4500家）的铸件产量将会达到铸件总产量的80％以上。到2020年，我国的铸造综合能耗将比2015年下降10％，废砂利用率进一步提高，年铸造废砂再生量达到300万吨以上。

而3D打印在其中将发挥其独特的作用。就砂型的3D打印来说，3D打印所用的材料已经在铸造厂使用了数十年，可以很容易地与传统铸造砂型组合成混合砂型。

图：3D打印在发动机领域的应用

在应对十分复杂的设计的时候，3D打印砂型还可以显著节省时间，在制造复杂砂型铸造模具时可以节省前所未有的时间。包括voxeljet-维捷为主的制造工艺，现在可以使用粘结剂喷射技术与金属铸造相结合的方式经济地构建几乎任何尺寸的零件。而根据3D科学谷的市场观察，此前，voxeljet-维捷的3D打印在铸造行业的应用主要局限在产品试制阶段，而此次VJET X高速打印机系列的商业化，宣告了3D打印砂型应用从产品试制阶段推向了产品生产领域。

在国内，根据3D科学谷的市场观察，voxeljet-维捷苏州中国总部还与DKSH-大昌华嘉合作，通过创新的3D打印砂型模具技术在3-5天内实现从模型到产品的制造过程，并且还可以通过创新的工艺、夹具、刀具以及整线自动化设计，实现汽车关键零部件的柔性、高效生产，为企业的转型和创新提供有力的支持。

总体来说3D打印方式生产的组件不仅可以实现激动人心的未来派设计，还可以节省大量成本，因为它们不仅可以具有优化的拓扑结构，还可以大幅减少重量，并且需要更少的零件来组装，而从功能上来说还可以获得增强。或许，很快，我们将觉察到，我们所熟悉的产品形状在悄悄的发生变化。

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宁夏装备制造业在全国工业版图上的占比不大，但重科兴创的氛围，使不少掌握核心技术的单项冠军脱颖而出。如今，在新发展理念指引下，宁夏装备制造企业呈现出群体跃进、变革创新能量不断积累的可喜局面。

 重科兴创助力行业改头换面

始建于二十世纪60年代的宁夏天地奔牛集团公司，是国内煤机制造业中规模较大的企业之一。一度受煤炭行业不景气吃过苦头的这家企业，如今通过科技创新尝到不少甜头。

宁夏天地奔牛集团相关负责人介绍说，近年来，企业始终秉承“创新在每天、学习到永远”的观念，通过不断的科技创新为企业注入新活力。自2014年成功研制出世界首套智能控制刮板输送机以来，这一产品已经为企业带来了超过5亿元的销售收入。设备的研制不仅对煤炭高效清洁开采，提升我国煤矿机械装备水平具有重大促进作用，也引领了智能化的刮板机行业技术研究方向。

我国有上万家铸造企业，绝大多数企业采用的铁水浇筑模具传统生产方式，产品生产成本高、档次低、科技含量低成为铸造行业的突出问题。

作为三线迁建企业之一，宁夏共享集团也曾面临相同的问题。3D打印成为这家企业的突破口。企业投资近10亿元，组建起200余人的研发团队，攻坚克难实现了铸造3D打印产业化应用的国内首创。

穿过传统铸造车间，便是共享集团恒温恒湿的“3D打印产业应用中心”。车间内巨大的3D打印设备正在打印砂型，车间洁净明亮，工人们正在计算机上设计图纸。

“以前一个发动机缸盖铸件，需要用金属模具做近20个零件（砂型），这是一个高级技工半年才能干完的活。”共享集团董事长彭凡说，现在用3D打印一次就能完成，误差也从原来的1毫米降至0.3毫米，车间生产效率提升约5倍，复杂高端铸件的成品率提升30%左右。

共享集团借力3D打印谋创新的做法，被誉为使铸造行业从“傻大黑粗”变身“窈窕淑女”，实现了行业里程碑式的变革。2016年以来，这家企业先后申请专利300余项，授权专利100余项，主持、参与制定国家／行业标准8项，荣获国家科技进步二等奖2项，企业80％以上的客户为世界500强或行业领先者。

“要在转型升级中脱颖而出，就要跳起来摘桃子。”彭凡说，这意味着不能等靠要，要瞄准更高的目标，拼尽全力摘到更好的桃子，这样才能使企业有活力、行业有后劲。

 核心技术产生裂变效应

装备制造业的创新，是制造业技术革新的关键。宁夏巨能机器人股份有限公司被称为“制造智能工厂的工厂”。车间中，数字化智能传感器、视觉采集系统等终端随处可见，大大小小的机器人正在车间忙碌。

主打产品为各类工业机器人、自动化生产线和智能工厂管理软件的这家企业，成立之初就建立自己的研发中心，目前已拥有113项自主知识产权和多项核心技术，企业已助力汽车、工程机械等领域不少企业实现智能化升级。

真正的核心技术是买不来的，企业要发展，必须要有强烈的创新自信，敢于走前人没走过的路。

我国阀门企业众多，但国产控制阀主要集中在低端市场，高端阀门依然要靠进口，进口阀门价格高、售后服务周期长的“卡脖子”问题也曾困扰不少用户。

没有核心技术，进军高端阀门只是空谈。经历过低谷、已有59年历史的吴忠仪表有限责任公司，近年来聚焦主业，搭建起院士工作站、博士后工作站等高层次、高技能人才团队，并在美国建立研发中心。企业研发的60多项新产品中，有24项被评为国家级重点新产品，生产的超高温、超低温智能控制阀打破了国外技术垄断。

随着吴忠仪表的产品在我国深海钻井平台、世界单体规模最大煤制油工程等项目上的稳定可靠使用，标志着这家企业已跻身世界高端阀门制造企业前列。

 聚力高精尖着力更高端

如今，重型矿山机械、机床工具、大型智能变压器、仪器仪表等高端装备制造产业矩阵已成为宁夏新兴产业集群的重要组成部分：共享集团的3D打印铸件、吴忠仪表的高端调节阀、天地奔牛集团的智能煤机、大河机床公司的珩磨机床等设备……一批达到国内甚至国际先进水平、拥有自主知识产权的产品，正成为大国重器的重要支撑。

为助力装备制造业发力高精尖迈向更高端，宁夏近年来连出实招：推出差别电价；安排专项资金支持装备制造业延伸产业链；对柔性引才给予经费补助；以奖代补鼓励自主创新；出台工业十八条、工业新十条助力企业降成本提质增效；专门发文提出以智能制造为引领，明确数字化、网络化、智能化的高端装备发展方向……

装备制造业技术含量和创新能力的提升，只是宁夏工业进步的缩影。一组数据令人振奋：先后成立34个院士工作站，柔性引进100多位院士和一批专家学者；培养了近12万名高技能实用人才；截至去年底，宁夏全社会研发经费同比增长30.1%，专利申请量和授权量分别增长39.5%和58.5%，增幅位居西部前列。

“高端装备制造业，是推动工业转型升级的重要保障。”宁夏经信委副巡视员陈志清说，智能制造、高端智造已是大势所趋，只有因势而谋、因势而动，才能因势而进，宁夏装备制造业将持续以创新驱动为核心竞争力，不断集聚发展资源、厚植发展基础，为区域发展提供动力，为行业变革蓄积能量，为大国重器提供支撑。

文章来源：中国经济网

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资源驱动的增材制造项目可能没有特别复杂的设计或奇特的外观几何形状，但是出于对零件更短交货的要求，或者对于采购昂贵并且难以加工的特殊材料的零件驱动，3D打印在这一领域不仅有着其用武之地，还有着一定的商业化前景。

 传统加工的痛点

大型空心零件是很好的例子，例如铬镍铁合金航空航天外壳和钛潜水压力容器。

通常这些零件被用作原型开发阶段，或用于维持阶段来满足缺乏的库存需要。通常，这些生产批量小，高度定制的产品可以通过3D打印来作为成本较低的选择。

例如考虑到制造一个大的，空心的肋状铬镍铁合金零件。如果通过5轴铣削来从钢坯中切削掉多余的材料，这当然是可能的，并且会产生优异的质量，但是这需要大量的材料来加工，并且产生浪费。而且从材料采购，到CNC编程，再到夹具等，这些步骤都需要花费很多时间才能开始工作。

尤其是对于Inconel合金这样难加工材料来说，即使对于在铬镍铁合金的CNC铣削加工方面经验丰富的机械师来说，机床上的刀具磨损也是不容忽视的，刀片的更换也将限制整个过程的自动化程度。而对于Inconel718这样的材料的机加工来说，加工需在材料的固溶处理后进行，并且要考虑到材料的加工硬化性，与奥氏体不锈钢不同的是， Inconel718这种材料适合采用低表面切削速度。

总之，对于难加工材料的机加工来说，加工挑战很大，并且对于大余量的切除工作，不仅会浪费大量的昂贵材料，而且长时间的加工工作，显着带来刀具的磨损，这最终会使得加工价格变得高昂。

 省，是昂贵材料加工领域的聚焦点

3D打印的一个直观的好处是，通过增材的方式来完成零件制造，这样避免了刀具的浪费，也避免了大量断屑的产生，通常CNC机械加工中断屑与加工中冷却液混合在一起，使得其回收变得几乎不可能，这对于资源消耗来说，也是长期难以承受的。

一个比较现实的案例是航空工业领域的结构件，在机加工环境下，一些钛合金结构件甚至需要高达70%以上的大余量材料去除，根据3D科学谷的市场观察，3D打印技术甚至给这一领域的锻造技术带来了冲击，加工周期的大幅缩短、材料利用率的大幅提高、低碳环保的制造方式等都成为航空结构件制造的新发展方向。

3D打印目前已经逐步确立的具有优势的应用领域，包括飞机结构件一体化制造（翼身一体）、重大装备大型锻件制造（核电锻件）、难加工材料及零件的成形、高端零部件的修复（叶片、机匣的修复）等传统锻造技术无法做到的领域。

 渐行渐近的商业化之路

而在这方面，根据3D科学谷的市场观察，波音在2017年就采用了Norsk Titanium生产的Ti-6Al-4V钛合金结构件。这些3D打印的钛合金结构件被安装在波音787 Dreamliner飞机中，承受飞行中机身的压力。使用的制造工艺为 Norsk Titanium 的快速等离子沉积™技术，并在2017年2月获得了首个3D打印钛合金结构件的FAA认证。

与本文前面所提到的Inconel合金类似，钛合金也是一种昂贵且难加工的材料，而通过快速等离子沉积™技术3D打印钛合金结构件，可以最终为每架波音的Dreamliner飞机节省200万美元-300万美元的成本。

而在3D科学谷看来，3D打印带来的不仅仅是Norsk Titanium 的快速等离子沉积™技术这样的直接加工金属材料的节约，还涵盖了间接概念上的材料节约。拿3D打印砂型模具和精密模具来说，3D打印就开辟出了又一条多、快、好、省的捷径。

拿德国voxeljet-维捷与法国Sogeclair合作的仿生力学舱门来说，通过Binder Jetting粘结剂喷射3D打印技术成功制造了舱门的精密铸造模具。从而通过铸造的环节将舱门重量减轻30％，并且不牺牲舱门所需要达到的力学强度，大大节约了材料。

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快速精密铸造技术即是光固化快速成型技术与传统熔模精密铸造技术的完美结合。光固化快速成型技术能够一体化无缝进入熔模铸造工艺。
传统的熔模精密铸造是一种近净成形工艺，其铸件尺寸精度高、结构复杂、材料适应性强，在高附加值注重减重的航空航天领域有着广泛应用。其工艺流程是通过制作金属模具、制作蜡模、组树、挂浆喷砂制壳、蒸汽脱蜡、模壳焙烧、浇注、铸件后处理和铸件检测等步骤。传统的精密铸造技术模具制造和定型周期长，成本高，不能够快速的响应市场需求。

快速精密铸造技术涉及的光固化快速成型技术(SLA)，是具有高柔性的先进制造技术，由零件的CAD 模型即可直接驱动设备完成零件原型的成型制造，将其应用于直接制造精密铸造模型，可以极大提高熔模精密铸造的柔性，实现快速铸造。相对于其他用于熔模铸造的快速成型法(如 SLS、FDM 等)，在尺寸精度、表面质量方面具有很大优势。

联泰科技通过多年在铸造行业的应用实践和技术总结，研制出一套系统完成的快速精密铸造应用解决方案，应用优势包括：

• 免去了制作模具和蜡型的工序
• 模壳成型速度快
• 实现小批量生产和样件试制
• 实现铸件设计的复杂性
• 降低铸件生产成本
• 铸件属性优良

以精密铸造件常见的零部件叶轮为例，叶轮主要应用在军工、民航领域，铸造工艺上具有一定难度。前期，联泰科技利用其Lite 600HD-D的立体光固化3D打印设备快速树脂模壳以取代传统熔模精密铸造中的蜡模，免去了传统熔模精密铸造工艺流程中涉及的制作金属模具和制作蜡模这两道工序，不仅节省了成本，也加快了制作周期，整个打印耗时仅为 5小时15分26秒。

经过常规的树脂样件后处理后，叶轮树脂模壳原型件被带到一家精密铸造厂商开始一体化无缝进入熔模精密铸造工艺流程，包括组树、挂浆制壳、脱蜡焙烧、浇注、铸件后处理和检测。

值得一提的是，快速精密铸造应用解决方案里的前期数据模壳数据设计时，联泰科技采用专业抽壳铸造软件，此款软件专用于快速精密铸造工艺，可实现镂空结构设计、优化内部结构、创建流孔等数据预处理功能，其中具有以下两大功能：

• 促进减重
• 在保证铸件强度的同时，极大地降低材料的消耗量，促进减重，节约生产成本。
• 预防胀壳
• 在焙烧高温环境下，此结构能使壳体的内收缩，避免向外膨胀，预防胀壳。

同时，树脂模壳材料采用的是联泰科技的长期战略合作伙伴 DSM铸造领域专用的光敏树脂材料，结合联泰科技拥有可变光斑技术、超高性能和超高精度的Lite 600HD-D立体光固化（SLA）3D打印机型，能够确保打印出来的原型件具备强硬度和耐高温性，尺寸稳定、锑含量低，灰烬少，绿色环保。

总之，联泰科技全新推出的一体化式系统的快速精密铸造应用解决方案，既能有效解决传统精密铸造工艺中的痛点问题，使铸件更精密，保证品质，又能符合国家对铸造行业环保规范的要求，给传统精密铸造行业的产业链注入了新活力和新选择。

通过联泰科技的Lite 600HD-D可以一次成型346mm*346mm*164mm这类大尺寸的铸造件

运用联泰科技一体化式系统的快速精密铸造应用解决方案制作的叶轮

了解更多联泰科技快速精密铸造应用解决方案，欢迎发邮件至enquiry@uniontech3d.cn。

文章来源：联泰科技

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而对于铸造来说，业界普遍认为铸造行业不灵活，不具有创新性，而且由于交货时间长，所以响应速度很慢。那么铸造厂的优势在哪里？3D打印技术又是否能够帮助铸造厂提升灵活性呢？

 金属3D打印的优势

近年来，工业3D金属打印机的销售稳步增长，就金属粉末床熔融3D打印技术来说，通过激光能量将薄层的金属粉末熔融逐层固化成金属零件，这带来了更大的设计自由度，并可以产生超过铸造的晶体结构，而从外形来说，很多外形设计是传统金属铸造难以生产的。

3D打印方式生产的组件不仅可以实现激动人心的未来派设计，还可以节省大量成本，因为它们不仅可以具有优化的拓扑结构，还可以大幅减少重量，并且需要更少的零件来组装，而从功能上来说还可以获得增强。以航空业为例：通过安装3D打印的零部件（例如带蜂窝切口的安全带扣），在空中使用寿命为30年的情况下，可以使空客A380飞机的重量减轻74.2千克，这代表燃料减少成本约为670万美元。这种产品生命周期所发挥的节省的潜力可以让业界轻松了解制造商为何选择3D打印。更多案例请参考3D科学谷之前发布的《减重30%,Sogeclair制造仿生学结构飞机舱门》《空客的仿生学结构隔离舱结构件制造》

 效率、价格、灵活性

然而，金属3D打印并非是没有局限性的，就直接金属3D打印来说，一方面3D打印机以及金属粉末的高成本和相对较慢的构建速度都影响到了金属3D打印与产业化的传统制造方式形成正面竞争。此外，通过金属3D打印组件通常需要在打印后进行手动后处理。这意味着必须移除支撑结构和底板，此外，需要烧结炉或热等静压（HIP）来实现高的成分密度和足够的机械性能。

如果拿价格来做比较就更为直观了，根据德国工业级3D打印设备及方案提供商voxeljet-维捷的统计，3D打印金属零部件的平均价格大约为铝每公斤300欧元，不锈钢大约为每公斤400欧元，特殊合金每公斤高达1300欧元。与铸造来直接比较，纯铸钢的价格为每公斤6.50至32欧元左右。

当然金属3D打印技术会进一步发展，价格会更加具竞争力，构建空间也会变得更大，材料会更便宜，后处理技术也会走向自动化从而更加适合批量生产。那么铸造厂如何来获得充足的灵活性，以应对竞争威胁?

voxeljet-维捷相信，3D打印砂型模具以及3D打印精密铸造模具可以帮助铸造厂在小批量生产中以经济高效的方式制造具有复杂几何形状的零部件，从而确保其未来的竞争力。

就像金属3D打印一样，3D打印砂型模具以及3D打印精密铸造模具对设计方面的限制也较少。设计师甚至可以实现最精细的内部几何形状，分辨率高达600 dpi，无需考虑脱模倒角等很多问题。而与金属3D打印不同的是，粘结剂喷射3D打印技术不需要支撑结构，也就是说没有废料产生。

 提升铸造灵活性

拿voxeljet的粘结剂喷射3D打印系统来说，可以允许在单个打印过程中将多个组件构建在一个打印流程中。这节省了打印时间并优化了系统的机箱利用率。

而且3D打印所用的材料已经在铸造厂使用了数十年，可以很容易地与传统铸造砂型组合成混合砂型。这一点，根据3D科学谷的市场研究，在国内，广西玉柴在铸造集成式复合气缸盖的砂芯组方面进行了积极的探索，成功铸造出零件复杂程度高的集成式复合气缸盖，组合砂型的缸盖上水套砂型、缸盖下水套砂型、进气道砂型和排气道砂型是由3D打印出来的。

图：中国各类铸件占比

 获得竞争自由度

在应对十分复杂的设计的时候，3D打印砂型还可以显著节省时间，在制造复杂砂型铸造模具时可以节省前所未有的时间。另外，与金属3D打印不同，金属铸造在航空航天等行业是一种合格和有着成熟认证体系的工艺，在与制造业的产业化融合方面，3D打印砂型与铸造有着明显的优势。

拿voxeljet-维捷的VX4000设备来说，打印头具有超过25,000个可单独控制的喷嘴和1,100毫米的打印宽度，打印机的打印速度可达每小时120升。在航空航天部件等许多应用中，现在可以使用粘结剂喷射技术与金属铸造相结合的方式经济地构建几乎任何尺寸的零件：例如泵，驱动轮，排气歧管，外壳，框架，大型结构部件等。

到2020年，专家预测入门级金属3D打印系统的降价幅度将高达60％。在这种情况下，以金属粉末为原材料的增材制造方式会占据铸造厂市场份额的很大一部分，特别是对于中小型组件来说。但是，它不会完全取代连续铸造工艺。不过，铸造厂应尽早对其生产进行现代化改造。

视频：创成式设计+3D打印+铸造成就非凡轻量化零件

根据voxeljet-维捷的首席执行官Ingo Ederer，3D打印砂型模具以及3D打印精密铸造模具无论在成本还是实现产品的复杂性方面都是完美的选择。

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