第1个回答 2020-11-09
每次我们介绍一项新的技术时，人们往往第一个问题会问：“那我们传统制造方式做什么？”随着技术的发展，我们逐渐会明白答案是什么。
接下来以最近两年关注度非常高的金属3D打印为例，做个分析，这项技术将对传统铸造产生什么影响？很显然，铸造生产与3D打印本身不是对立的；事实上，现在很多铸造砂模已经在使用3D打印技术制作，而且人们发现这项技术对生产很有帮助。
除了可以打印3D模型外，金属3D打印可以直接制造出每次设计改进的部件，这并不意味传统铸造技术的终结。相反，这是一种独立的轨迹。法国Sogeclair利用该技术制造了一扇飞机舱门结构，使用金属3D打印的原因是需要精确的内部几何结构，而传统的铸造无法生产的。因此，金属3D打印不是要抢传统铸造的生意，而是做传统铸造本来就无法完成的工作，所以没有理由可以认为金属3D打印会对传统铸造形成威胁。
另外，金属3D打印的成型空间有限制，目前仅适合较小的部件，并且价格相对要高很多。这不仅仅是金属粉末的高成本，还因为昂贵的金属3D打印机（几百万人民币一台）和相对较慢的制造速度。除此之外，完成3D打印的金属件还需要人工加入处理。金属打印原料粉末价格约每公斤1千到4千元左右，而铸造用钢每公斤不到10元。所有这些因素导致了金属3D打印的平均成本高昂。
随着更便宜的打印机、更大的构建尺寸的逐步发展，金属3D打印的价格必然会下降。那么问题又来了，随着成本的下降，还会有什么影响吗？
法国Sogeclair利用模芯3D打印和传统铸造，成功制造出铝制仿生学结构舱门。舱门是飞机上的运动功能部件，它的功能、使用寿命、安全性、维修性和可靠性，直接关系到飞机的出勤率。若舱门设计不当，飞机在高空中飞行的时候，可能发生舱门的意外打开，会造成压力舱泄压，并严重影响飞机飞行姿态。为了达到高度的可靠性，舱门的设计上需要防止飞行中因机构损坏或任何单个结构元件损坏而打开的可能性，这就为舱门的设计带来了高度的复杂性。而为了满足这一复杂性的设计，也给加工带来了相当的挑战。不仅仅数量众多的连杆、铰链结构带来了加工的难度，还需要满足各种力学性能的要求，包括门框部位的抗拉和抗弯性能，抗剪切和抗压缩的构件，都需要满足严苛的力学要求。
法国航空供应商Sogeclair希望通过3D打印技术为飞机生产舱门，从而解决传统加工方式所面临的加工复杂性的挑战。此外，Sogeclair希望通过3D打印技术节省材料，降低制造成本，并且大幅减轻舱门重量。这顺应了航空航天领域的发展需求，能源的紧张使得飞机需要不断提高燃料效率和经济性，以降低其对环境的影响。而飞机的轻量化是实现降低燃料消耗的关键方式之一，减重带来明显的经济性成为航空供应商的一致追求。
不过，对于3D打印技术来说，加工飞机的舱门同样面临着挑战，一是舱门结构的复杂性，如何避免使用支撑材料从而实现近净形的加工结果；二是舱门结构尺寸大，如何能够满足大尺寸的加工而不需要二次拼接或者焊接。
项目团队决定摒弃传统的舱门设计，而是采用了仿生学结构设计理念。通过仿生力学结构来减少材料使用，从而将重量减轻30％，并且不牺牲舱门所需要达到的力学强度。采用了3D打印系统，通过层层打印PMMA粉末颗粒，并使用粘结剂喷射法将粉末颗粒相互粘结在一起，飞机舱门的精密铸造模芯就制造出来了。最终3D打印的PMMA材质的精密铸造模具被送到铸造厂，最后完成了铝质材料的舱门铸造。
这个案例是否能给我们一些启示，3D打印技术并不是和传统铸造竞争，而是可以起到相当大的协助，帮助完成高技术难度的铸件生产，拓展业务。