汽車核心零部件，泵體、閥體、殼體、以及能源行業的閉式葉輪，這些是與復雜、高精度、難加工緊密聯系的技術高地。
3DP粘結劑噴射技術，其特點是工業級效率、速度快、精度高，再加上允許大尺寸打印，并且不僅僅可以打印砂子，還可以打印PMMA材料，可以說3DP技術與生俱來就適合高端工業制造，尤其是快速試制和小批量生產領域。本期，3D科學谷結合voxeljet維捷在國外的幾個典型應用案例，為您盤點3DP技術在復雜的關鍵零部件領域的精彩應用。
駕馭復雜性的簡單之道
薄壁離合器殼體鑄造薄壁結構的零件，尤其是薄壁離合器殼體，這對砂型制造提出了很大的挑戰。voxeljet維捷與Koncast通過3D打印砂模，鑄造離合器外殼的方法，在不到五天的時間就解決了這一技術難題。
這款鋁制離合器箱是用來做設計驗證過程中的原型，尺寸為465毫米×390毫米×175毫米，重7.6公斤。通過voxeljet維捷的3D打印機來完成砂模制作，voxeljet維捷專家選用了高質量的GS09砂來達到極薄的壁厚打印。
更優質的砂帶來更精細的分辨率，并提供了最佳的鑄造表面質量。在z軸方向上，精度是使用標準砂的兩倍。
鑄造過程采用的是G-AlSi8Cu3合金，溫度達到了790°C。這個過程生產的離合器與后面測試通過后批量生產的零件是完全一致的。Koncast也從中獲得了巨大的時間和成本優勢，因為在這個過程中不需要前期開模的刀具準備，避免了木模的制造成本。
弗朗西斯型水輪機葉輪的快速迭代
對于葉輪的設計迭代來說，每一個新的幾何形狀的設計都關乎水輪機的工作性能。而由于3D打印砂模技術帶來的快捷性，現在鑄造廠只需要把新設計的葉輪模型CAD數據發送到voxeljet維捷。
voxeljet維捷收到設計模型的數據后會做一個檢查，隨后這些數據處理并被3D打印設備讀取，短短的幾個小時內，葉輪的砂型就被設備打印出來。
打印工作完成后，多余的沙子被去除，然后通過壓縮空氣來清洗砂型，隨后運到鑄造廠。在鑄造廠，這些砂型模具被涂黑，組裝完成好的砂模被送至1650°C的鑄造環境下，來鑄造耐腐蝕不銹鋼材料的葉輪。
這個過程主要用于葉輪原型的生產，因為3D打印砂型不需要使用傳統的方法來生產昂貴的砂型模具，這節省了大量的成本，而且當新的設計迭代要求做出改變的時候，只需要點擊鼠標，新的砂型又可以開始生產了。
與傳統的先制造木模再生產砂型的方法不同的是，3D打印還帶來了設計的自由度。傳統方式制造葉輪，由于葉輪設計弧度的問題，常常不得將葉輪分為幾塊來生產，以解決干涉問題，而通過3D打印，這些復雜的設計可以被完整的制造出來。
這使得鑄造精度更高，并減少清洗要求，減少鑄造缺陷。高質量、低成本、短交貨期，使得鑄造廠越來越依賴3D打印的方式來完成砂型制造。
方程式賽車變速箱的精密鑄造
賽車作為汽車家族中的特殊成員，需要在保證賽車動力性的前提下，兼顧燃油經濟性與操縱穩定性。為了達到目標，變速箱的設計為賽車的整車性能有著重要影響。
變速箱不僅要滿足傳遞較大功率，適應高轉速的條件，還需要滿足經濟性、動力性、舒適性與可靠性。
而變速箱殼體不僅有薄壁的特點，在后期的機加工后還需要嚴格檢查孔與孔、面與面、孔與面的相互位置精度以及孔本身的精度，這對前期鑄造也提出了嚴格的要求。
voxeljet維捷在方程式賽車變速箱的精密鑄造模具3D打印方面積累了豐富的經驗，面對薄壁和嚴格的尺寸公差要求，voxeljet維捷采取了PMMA材料用于打印精密鑄造模具，整個模具尺寸為590 x 455 x 455 mm，重量為3.2 kg，交貨期為5天，最后鑄造出來的鋁制變速箱重量為8.5 kg。另一方面，如此復雜的變速箱是完整鑄造出來了，完美的滿足了尺寸公差的要求。
渦輪增壓器原型
道路上滿是司機，他們喜歡享受暢馳的感覺，但車量的排放需要對環境也是友好的。奧托循環(Otto-cycle)發動機通常具有排氣再循環(EGR)，其中排氣被引導返回至進氣歧管以便尤其是減小汽缸中的溫度峰值，以此方式實現減少或限制氮氧化物的排放。
Otto發動機配備的渦輪增壓器正在經歷一個復興。這里的核心理念是排量較小的發動機配備一個特別的渦輪增壓器。這使他們能夠相得益彰，達到最佳輸出功率與熱效率的匹配。
為了達到最大的效率，渦輪增壓器必須具有完美的幾何形狀。通過仿真軟件，設計人員能夠獲得最佳的精度要求。然而，在實際的制造過程中，總是會涉及到不斷的測試及完善。因此，要減少來來回回返工的必要，接近標準的成型的工藝是必須的。
voxeljet維捷將兩部分零件組合在一起，通過3D打印PMMA材料來制造這個尺寸為258 x 193 x 160 mm的精密模具，最終制造出來的模具重量為0.5kg，從而滿足了近凈型的復雜形狀渦輪增壓器鑄造要求。
賽車進氣歧管
進氣歧管位于節氣門與引擎進氣門之間，之所以稱為歧管，是因為空氣進入節氣門后，經過歧管緩沖統后，空氣流道就在此分歧了。進氣歧管必須將空氣、燃油混合氣或潔凈空氣盡可能均勻地分配到各個氣缸，為此進氣歧管內氣體流道的長度應盡可能相等。為了減小氣體流動阻力，提高進氣能力，進氣歧管的內壁應該光滑。
賽車的進氣歧管具有許多干涉部位，這對于砂型鑄造和后期的機加工都提出了許多挑戰。為了滿足復雜性的精確要求，voxeljet維捷將這一854 x 606 x 212 mm 大小的進氣歧管模型拆分成4塊來進行砂模打印，在隨后的組裝過程中，沒有發生變形問題。
整個的砂型重約208kg打印時間為15個小時，鑄造完成的鋁制進氣歧管重約408 kg。
