熔模铸造一直是很有应用前景的镁合金成形技术，3D打印的出现为镁合金零部件制造带来全新可能。青海盐湖特立镁有限公司使用3D打印+熔模铸造的“镁牛”，为镁合金“专精”制造打造样板。

关于镁合金

镁合金作为最轻的金属结构材料，密度仅为 1.74 g/cm3，约为铝合金的 2/3、锌合金的 1/3、钢铁的1/4、钛合金的 2/5，与多数工程塑料相当。不仅如此，镁合金还具有诸多优异的特性，例如优良的比强度与比刚度、优异的阻尼性能、热稳定性和抗电磁辐射性能等，已经被广泛应用于航空、航天、汽车、电子通讯等领域。

镁合金的形成方式

随着工业界对产品综合性能要求的进一步提升，流道、拓扑等更加轻量化的零件设计理念开始崭露头角。然而目前镁合金的成形方式依然主要采用传统的铸造、粉末冶金和塑性成形等，这些传统的加工工艺难以对一体化构件内部进行加工，无法在部件内部构建精细流道结构或拓扑结构，限制镁合金发挥轻量化的优势与复杂结构件成型的潜力。

镁合金多用作结构件，镁合金的铸造水平成为其应用的关键。熔模铸件有着很高的尺寸精度和表面光洁度，可减少机械加工工作，有些铸件甚至只需要打磨、抛光余量，不必机械加工即可使用。熔模铸造（又称失蜡铸造）是很有应用前景的镁合金成形技术。

如熔模铸造工艺与3D打印技术相结合，为镁合金零部件制造带来全新可能。从理解3D打印的优势来着眼：一是无模化，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；二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。

镁/铝合金产品压铸企业青海盐湖特立镁有限公司，通过voxeljet 维捷的3D打印PMMA 蜡模与熔模铸造工艺结合，开发了国内首例镁合金材料的精密铸造工艺品。这一与3D打印相结合的镁合金浇铸工艺解决方案为未来“专精”制造、可应用领域提供了一份完美的样板。

快速、质量稳定的3D打印+熔模铸造工艺

1、特立镁有限公司

青海盐湖特立镁有限公司是一家专业从事以镁/铝合金产品制造的压铸企业，隶属于青海盐湖工业股份有限公司，是其全资子公司。公司成立于2010年，位于青海省西宁经济技术开发区甘河工业园西区，拥有年产4000吨镁/铝合金产品压铸能力，根据市场需求主要从事汽车、轨道交通、航空航天、手持电动工具、3C及医疗器械等领域零部件加工制造。

盐湖特立镁公司以青海盐湖丰富的镁资源优势为基础，以盐湖工业股份公司10万吨大规模电解金属镁为原料保障，发挥原料、人工、环境等优势，由原加拿大Trimag工厂整体搬迁至国内恢复重建，工厂布局保持原加拿大工厂基本特色，传承其先进的工艺技术，引进其高端生产设备，形成完善的镁/铝合金生产线。

2、特立镁的工艺镁牛

盐湖特立镁的工艺镁牛计划命名为“盐耕美晟”，意在“盐湖耕耘，镁可日成”。它的主体及底座均采用镁合金材料制成，轻量化特点突出、环保低碳，同时具有可循环利用特性。

亮 古 铜 牛

工艺牛尺寸为：220*110*150mm

底板尺寸：220*110*20mm

工艺牛+底板重量为：2kg

玫 瑰 金 牛

voxeljet 维捷红牛（PMMA打印原型)

盐湖特立镁在其镁合金浇铸工艺解决方案中应用了3D打印PMMA 蜡模。该模型是由voxeljet 维捷的粘结剂喷射3D打印设备VX1000制造的。

图为VX1000 3D打印机的打印排布。VX1000打印机成型尺寸为1000 x 600 x 500；600方向可以排布3件；1000方向可以排布9件；打印高度420mm可排布3层，总计一箱可打印81件；打印时间为30小时，平均每件22分钟。

特立镁在开发“镁牛”的前期，尝试过多种3D 打印工艺，走过许多弯路。了解到voxeljet 维捷PMMA 3D打印蜡型工艺在欧美精密铸造（熔模铸造）行业已成熟应用，并广泛用于汽车工业、航空航天、泵阀叶片等领域，抱着试试看的心情，开始了和voxeljet 维捷的合作。

通过工艺试验，特立镁发现通过voxeljet 维捷的技术制造的PMMA3D打印蜡型，在制壳过程中的不涨壳、灰分残留几乎为零，而且3D打印速度快，产能大，质量稳定，能满足批量生产的要求。

现在，一群群高原之舟——盐湖“镁牛”，完美融合了盐湖股份资源特点与特立镁先进工艺，作为盐湖股份“创新、进取”的工匠精神的代表和名片，步入万千尊贵的客户手中。

voxeljet 维捷熔模3D打印技术

voxeljet 维捷的粘结剂喷射3D打印技术工作原理是，先铺一层粉末，然后使用喷嘴将粘结剂喷在需要成型的区域，让材料粉末粘接，形成零件截面，然后不断重复铺粉、喷涂、粘接的过程，层层叠加，获得最终打印出来的零件。该技术的优势在于成型速度快、无需支撑结构，而且对于voxeljet 维捷来说，大尺寸正是他们所擅长的。

为小批量生产带来经济性

生产蜡模相当繁琐，还需要昂贵的注蜡模具和压蜡机。这使得小批量生产的模具成本比重过高，从而导致单价过高。这种情况下3D打印失蜡模型优势凸显。维捷3D打印机可以精确且高效的生产出塑料模型。这些PMMA模型（塑料模型）可以完全替代传统蜡模，更重要的是，3D打印失蜡模型不需要模具，3D打印机基于CAD数据逐层构建模型即可。

与其他3D打印塑料材料相比，PMMA非常适合用于铸造。其主要原因是粉末材料的负膨胀系数，在烧毁薄壁模型的过程中不会导致涨壳，从而不会导致铸造模具的破损，不仅降低了制造中的风险，还满足了近净形的要求。voxeljet 维捷PMMA 3D打印蜡型工艺已在汽车工业、航空航天、泵阀叶片等领域的精密铸造（熔模铸造）工艺中发挥了其优势。

3D打印叶轮熔模铸造型芯

3D打印失蜡模型的下游工艺与传统方式相同，首先对模型进行检查，加浇铸系统后给模型涂上陶瓷层，然后将模型放入炉中烧制。由于塑料模型73℃时就会软化收缩，因此陶瓷模壳不会出现破裂，当温度达到700℃以上塑料模具就会完全烧毁，没有任何残留。

无论样件、单个零件或小批量的制造，使用3D打印技术能够经济快速地生产出高复杂度失蜡模型及铸件。对于铸造企业来说，这将带来巨大的竞争优势。

颠覆产品的设计

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。例如在汽车领域，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打印PMMA熔模与熔模铸造工艺的结合，对应的其中一项优势是实现颠覆性的设计。

例如，欧特克与铸造企业在其创新工厂通过voxeljet 维捷的3D打印PMMA熔模+镁合金熔模铸造的方式，制造飞机的轻量化座椅结构件。该座椅部件由欧特克通过创成式设计生成，适合任何标准的商用喷气式飞机，预计可以通过减重为航空公司节约数百万美元的成本。

3D打印和熔模铸造结合的优势

熔模铸造是一种近成形铸造技术，适用于复杂的薄壁零件的成形，且成形后的零件尺寸精度高，几乎不需要修整。传统工艺制造熔模，其工艺复杂，成本高且耗时长。而增材制造（3D打印）技术的出现和应用，可直接3D打印出熔模，极大地缩短了加工周期，在小批量生产中具有成本低、生产周期短，效率高的优点。

文章来源： 3D科学谷，华疆三维，奔跑的小飞侠E，特铸杂志