科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

随着3D打印技术的发展，国内诸多做金属3D打印的企业开始进入铸造3D打印领域，并研发生产出类似的产品，但整体而言，国内铸造3D打印技术薄弱，生产的设备普遍存在效率低、砂芯精度差、打印不稳定的问题，高精度的铸造砂型3D打印设备更是寥寥无几。而国外同类产品，无论从设备打印稳定性，还是从产品的尺寸精度来看，均是国际先进水平，但打印效率较低。

需解决的主要技术难题

1.打印头运动分析研究：随着3D打印技术在各个领域的研究与应用，如何在保证打印速度的前提下提高打印精度，正成为3D打印行业人们越来越关注的问题。跟随误差是影响打印精度的一个重要的因素，很容易使打印的砂型尺寸超标，造成废品。因此要针对打印头的运动进行分析、优化，针对各运动负载提供合理的参数，使运动系统发挥最佳性能。

2.混砂可靠性分析及控制：铸造砂型3D打印机，混砂质量的好坏、是否均匀直接影响铺砂效果，砂芯打印质量，然而混砂质量又受多种因素影响，比如砂子或固化剂称重精度及稳定习性，搅拌速度等，因此需要在产业化制造过程中不断对上述因素分析、控制，从而提高混砂稳定性及混砂质量，保证打印质量。

    3.框架分体加工及精度控制：X横梁是砂型3D打印机的主要运动支承部件，其上面安装的打印头是3D打印机的核心运动部件；X横梁主、副轨的精度直接影响打印头的喷墨精度；在加工及设备安装调试过程中，X横梁经常因为自重及受载后发生变形，直接导致设备产品表面精度质量下降，废品率提升，因此研究“一种高精度3D打印机框架横梁成型工艺控制方法”迫在眉睫。

    4.铺砂均匀性研究：铺砂器是整个3DP设备的大部件之一，，在整个打印过程中，砂的使用是从头至尾不间断的，铺砂器的运作是穿插在整个打印过程中的，铺砂器的下砂量等参数是直接影响到打印进程的效率和打印出来的砂芯质量，铺砂器是3DP设备中重要的一环节。

期望实现的主要技术目标

打印效率 100-170L/h

打印砂型精度 ±***达到90%

打印的砂型抗压强度 ≥6MPa 参照标准 JB/T7526-2008

需求解析

解析单位：“科创中国”宁夏科技服务团（宁夏回族自治区科学技术协会） 解析时间：2023-08-11

王解生

宁夏机械工程学会

秘书长

综合评价

此需求描述清晰，通过相关专家解决的可能性较大。上述的需求解决过程基本可行，但需要完善。近几年虽已经研发了铸造砂型3D打印样机，但在整机可靠性方面的创新能力还很薄弱，高投入、低回报仍然是整个3D打印产业的最大困扰。因此，我国对3D打印的关键技术，特别是铸造砂型打印方面的研究颇为重视，国家也对3D设备的研发工作设立专项扶持资金，将重点资助3D设备的自主研发及可靠性优化研究，由此可见，在3D打印技术在国内乃至国外发展方面还存在欠缺，而这正是开展3D打印关键技术研究的意义所在。此课题通过 打印头运动分析、混砂可靠性分析及控制、框架分体加工及精度控制、铺砂均匀性等关键技术研究，上述关键技术得到解决后，新型的3D打印机即可成功研制。

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