铸造天堂=现代金属铸造+增材制造

许多制造商声称对金属增材制造感到兴奋 ——这一工艺流程使以前无法制造的形状成为可能。但实际上又有多少人对此做了尝试？

除了一些很早就开始采用增材制造技术的制造商之外，大多数制造商都在静观其变，看这项技术技术是否以及何时能够成熟。你可能就是其中之一。平心而论，制造商固守传统制造技术（如金属铸造）而尚未投身金属增材制造确实情有可原。

首先，可用于金属增材的材料通常不超过十来种，而金属铸造可以使用的合金有数百种之多 – 使用新的定制材料非常容易，即便是量产项目中的单个零件。其次，铸造工艺可以用于制造体积巨大的部件，而金属打印机通常局限于面包盒大小或更小的物件。费用和时间是第三个原因：直接金属粉末激光烧结（DMLS）机的成本很高，后期还需要经过多个步骤的处理，通常包括某种热等静压和从构建板上移除支撑构件。

最后，作为一项成熟的、普遍认可的工艺，铸造已经有几千年的历史。因此无需耗费大量时间和精力对其进行重新认证。

幸运的是，对制造商来说，依赖铸造并不阻碍他们使用通过衍生式设计获得的先进的几何形状，也不会妨碍他们着手增材制造。。事实上，现代金属铸造工艺可以为采用这些新技术铺路。

典型的金属3D打印工艺要求同时确定形状和材料，金属铸造则不同，形状和材料的确定可以分为两个不连续的步骤进行。

基于这一认识，你可以利用科技获得一时三鸟的效果：使用衍生式设计和数字优化可以在计算机中生成高性能几何体；利用金属增材制造将该形状制成实体模型；选择合适的金属用现代铸造方法为模具定型。

这一做法为工业制造商提供了衍生式设计和增材制造的切入点，它们在未来势必将扮演更重要的角色。而在目前，制造商可先用3D打印技术制作以前无法实现的形状，再以此模具铸造金属件。

这样的工艺可以有利于需要轻量化的企业，如汽车与航空航天工业。这在一些情况下已经得以实现。它也非常适合制造定制化部件，如医疗植入物公司使用的新膝盖和替换性髋关节。

我们可以看一下使用上述三合一技术的生产实例。今年早些时候，我和欧特克公司的一位同事使用晶格优化、3D打印和熔模铸造来制作一个超轻型飞机的座椅框。在材质方面，我们选择了镁，因为它具有更高的强度重量比，且制造出的座椅架比传统铝制座椅架轻35%。。由于目前金属增材打印机尚不能打印镁，所以我们向密歇根州的Aristo Cast寻求帮助。这家公司是北美为数不多的几家美铸造厂之一。。Aristo Cast团队用塑料打印出座椅架，制成形状，用陶瓷覆盖形状，将塑料熔化，然后将镁倒入陶瓷模具中，最终得到成品。

特殊的材质和斜条格设计使我们制作出的座椅架比目前最常用的座椅架轻56%。。仅减重一项每年就能为615架空客A380飞机节省10万美元的燃料，对一个有100架A380飞机的机队来说，这意味着在20年的有效使用期中，可以节约2亿美元。。这也意味着在大气中减少了14万吨以上碳排放。

的确，目前许多铸造厂并不愿意尝试不熟悉或过于复杂的形状，，因为与低利润的模型制作相比，生产才是维持企业运转的保障。然而，具有前瞻性的Aristo Cast早在20年前就开始采用3D打印技术，并对每项新技术都采取积极尝试的态度。

Aristo Cast工厂准备3D打印座椅架模具

把模具形状浸入粉末和粘结剂制成的陶瓷浆

把镁溶剂倒入陶瓷座椅架模具

从座椅架中移除模具材料

镁质飞机座椅架成品

Aristo Cast打破了铸件必须等上18个月的铁律，最快只需两天就能制成部件——在很多情况下速度已经超过金属打印。Aristo Cast专门从事熔模铸造，通过这种铸造方式，你用某种材料制作所需的物件，然后通过牺牲成型工艺，最终得到你之前选定的材料制造出的物件。熔模铸造可以保持细节的高度逼真，直至亚毫米级特征都能一览无余。就连在模具上留下的指纹都能显示在成品上。。

另一种铸造技术是砂型铸造，用可以进行3D打印的砂模制成金属部件。虽然砂型铸件在细节特征的体现上无法做到熔模铸造般精细，但却可以用来铸造体积更大的部件：重量可达数万磅，尺寸可达数十英尺。

许多铸造厂发现，在量产情况下，对于一些复杂的几何形状而言，与机床加工相比，增材制造能带来更高的成本效益，尤其是在砂型铸造中。但说到底，一旦行业度过了为增材而增材的阶段，与机床加工相比，增材制造能带来更高的成本效益，才能得到广泛采用。

3D Hubs公司最近推出的一项服务就朝着实现这一目标迈出了一步，通过将增材制造和金属铸造相结合，它可以轻松迅速地以较低成本获得金属部件。3D Hubs负责对模具打印的整个流程进行管理，将其转移到铸造厂并进行铸造。打印过程所使用的是挤压式FDM打印机，但是由于材料是专门为铸造工艺开发的，它可以进行蒸气平滑，消除（一直存在的）层线问题。

3D Hubs公司的新服务是向设计工程师介绍增材式设计的绝佳平台。不过，无论你是与第三方合作还是自己进行实验，都必须给新技术一个施展拳脚的机会。在铸造业充分发挥增材制造、衍生式设计和形状优化的潜力指日可待。