现在，的运用及研讨首要会集在航空航天、电子、医疗等精细零件的加工和修正范畴，而在以铁基金属为主的大型铸锻件范畴上的运用还很少。大型铸锻件产品，如火电主轴、核电封头、水轮机叶片等的分量动辄几十上百吨，而以现在的金属技能均匀1kg/h的加工速度以及每公斤上千元的资料本钱计算，选用大型铸锻件全体3D打印技能完结大型铸锻件的制作无法完成。可是，这并不是说3D打印技能不能在大型铸锻件范畴得到广泛的运用。
只需运用妥当，3D打印技能也能够像铸造、铸造以及焊接相同，成为大型铸锻件制作中不行短少的重要出产工艺，并且在大型铸锻件职业的技能创新、降本增效、质量进步进程中发挥重要作用。本文经过参阅当时金属及非金属3D打印技能在其他范畴获得的研讨成果，对未来3D打印技能在以铁基金属为主的大型铸锻件范畴的运用方向进行了剖析，然后为大型铸锻件职业的开展供给学习。
1.金属资料3D打印技能
3D打印钛合金大型全体主承力结构件等大型零件的金属资料的功用能够到达或挨近锻件水平。3D打印技能修正涡扇发动机叶片技能完成了3D打印与零件基体结合区域的功用到达了零件的要求。与传统的焊接比较，金属3D打印修正具有以下特色：
(1)热影响区小，不影响基体安排应力散布;
(2)无需加热及后续热处理;
(3)3D打印安排与基体冶金结合细密，功用挨近零件原安排;
(4)3D打印区域安排功用到达锻件水平;
(5)自动化操控，加工余量少。
1.1 大型锻件部分3D打印成形
以AP1000核电主管道为例，规划要求选用超低碳控氮不锈钢全体铸造，锻件出产的首要难点是两个管嘴的成形，锻件资料利用率在15%以下。受3D打印技能修正涡扇发动机叶片的启示，核电主管道的成形能够简化为铸造或揉捏不锈钢管+3D打印管嘴成形，该办法能够极大的下降核电主管道的出产难度及本钱。
相似核电主管道及多管嘴封头号具有部分难成形特征的大型锻件都能够选用锻件主体+3D打印部分的办法成形，该办法将在确保锻件全体质量的状况下大大下降锻件的出产难度、本钱和周期。别的，还可将大型锻件部分3D打印成形的思路拓宽到大型零件3D打印拼焊技能。假如3D打印区域以及3D打印区域与基体结合区域的金属资料功用都能到达锻件要求，这就预示着未来完全能够选用3D打印拼焊锻件代替全体大锻件。
1.2 大型锻件缺点修正
大型锻件外表及内部的超支缺点、因为缺料构成的锻件加工余量缺乏等质量问题，都或许导致锻件的全体作废，构成巨大的经济损失和动力糟蹋。因为焊接安排的功用低于锻件安排，因而锻件一般不容许补焊，而金属3D打印技能的呈现却能改动这一现状。现在，金属3D打印的某些资料功用现已能够到达锻件水平，假如3D打印安排与锻件基体的结合能到达锻件要求，就能够选用3D打印技能部分修补大型锻件的缺点区域，然后进步锻件合格率。未来，跟着3D打印技能的进步，相似大型铸件容许补焊相同，大型锻件也容许3D打印修正，这关于大型锻件出产工艺将是革新性的打破。
1.3 大型零件在线修正
发电机转子、水轮机叶片、船用曲轴等大型零件在运用进程中会呈现部分裂纹、磨损及变形等失效问题，传统的补焊办法需求经过机加工→预热→焊接→机加工→热处理等流程才干修正。修正作业需求在大型专业设备上进行，可是修正区域功用低于零件原安排，增加了修理本钱、修理周期，修理作用也不抱负。而选用机器人与3D打印技能相结合构成的便携式可移动金属3D打印设备能改动这一现状，完成大型零件的现场修正，乃至在线修正。机器人金属3D打印技能修正大型零件的详细操作进程是：
(1)确认修正计划，对修正区域进行预处理;
(2)选用三维成像技能对修正区域进行三维反求建模;
(3)将修正区域三维模型转化为机械手移动途径;
(4)确认3D打印参数，机械手定位，进行修正;
(5)修正区域外表处理及检测。
1.4 大型零件外表处理
金属3D打印技能的一个重要开展方向便是多资料以及突变资料的3D打印成形，该范畴的研讨成果能够在大型零件，特别是在结构杂乱或功用杂乱零件的外表处理上得到运用。比较于电镀、热喷涂以及化学气相堆积等传统的金属外表处理办法，金属3D打印技能被看作是激光涂覆工艺的延伸，具有结合层结实、涂层厚度大且可控、数字化操控、资料规模广等优势，特别是在大型零件的部分改性和强化方面优势显着。
1.5 金属资料3D打印技能的研讨要点
依据现在金属3D打印技能的开展状况，以上研讨方向在技能上都有很大的可行性，并且许多技能已在小型零件上得到运用。为了使金属3D打印技能在大型铸锻件范畴提前得到运用，当时应在以下几个方面进行要点研讨：
(1)资料方面。相关于钛合金及高温合金，大型铸锻件运用的铁基合金较为简略，关键是资料本钱的操控。
(2)设备方面。现在3D打印设备的作业台面尺度及承重有限，无法满意大型铸锻件部分加工要求，未来需求开发愈加灵敏快捷的加工设备。
(3)体系方面。3D打印制作及修正需求三维反求、建模、二维途径转化等操作，而大型铸锻件多为单件小批量出产，缺点呈现随机性大，因而未来需求对相应软件及操作进行集成，然后进步出产功率。
(4)工艺方面。不断优化金属3D打印工艺参数，使其更好习惯大型铸锻件的特殊要求，防备开裂、变形以及掉落等缺点的发生。
(5)功用方面。为了使3D打印技能在核电、火电以及大型压力容器等大型零件上得到耐久运用，相似耐久蠕变、低周疲惫等资料根底试验数据需求长时刻堆集。
(6)规范问题。不同于小型零件，安全出产是大型铸锻件修正及制作的要点，而各种出产和质量规范的缺失是3D打印技能在该范畴开展的重要瓶颈，规范的拟定也需求较长的时刻。
2.非金属资料3D打印技能
以蜡模快速成形和砂型快速成形为主的3D打印技能在小型精细铸件以及铸件快速成形范畴已得到广泛的运用，并且有向大型化开展的趋势，现在现已能够制作2m以上的模型。分量在(20～500)t之间的汽轮机缸体、水电机组的叶片以及冶金设备机架等大型铸件一般选用木模+砂型铸造出产，现在还未运用3D打印技能进行出产制作。
2.1 大型铸件模型3D打印
非金属资料3D打印技能能够完成杂乱模型的快速树立，关于出产批量大、形状杂乱、外表要求高的大型铸件，能够全体或部分代替木模，然后有用缩短大型铸件出产周期，进步铸件出产质量。针对3D打印技能在大型模型树立进程中呈现的成形速度慢、变形严峻以及本钱较高级问题，现在的处理办法有几种：
(1)增大3D打印线材直径以进步加工速度;
(2)选用多喷头规划以进步加工速度;
(3)多个小设备并行作业，拼粘成大型模型以进步加工速度;
(4)在3D打印设备上增加热保温设备，削减零件变形翘曲;
(5)优化3D打印参数，然后削减模型变形及开裂等问题;
(6)优化3D打印资料，在确保模型质量的一起下降资料本钱及运用量;
(7)选用木模基体拼粘3D打印部分计划，下降出产本钱，缩短制作周期。
2.2 大型铸件砂型3D打印
砂型资料3D打印技能的原理是经过低功率激光器对树脂砂进行逐层烧结终究构成杂乱砂型，现在首要用于中小型杂乱铸件的快速制作。选用3D打印技能出产大型铸件砂型有以下长处：
(1)大型铸件现在运用的反箱制模型办法对拔模视点有很高要求，而3D打印砂型对拔模视点无要求，乃至能够完成负拔模视点;
(2)3D打印砂型无需制模、反模等进程，就能够制作非常杂乱的铸件，脱节了工艺办法对铸件形状的捆绑;
(3)3D打印砂型使单件小批量出产的大型铸件的出产周期缩短，本钱下降。
3.3D打印砂型在大型铸件中运用的首要难点有：
(1)功用问题。大型铸件几许尺度很大，3D打印砂型的强度需求进步。3D打印的砂型细密性较高，发气量较大，在大型铸件出产进程中或许呈现许多缺点，因而，需求经过试验办法剖析详细工艺办法或原资料配比来处理缺点。
(2)速度问题。现在的3D打印速度较慢，进步加工速度的办法根本与模型3D打印共同。
(3)设备问题。大型砂型强度较低，应尽量削减运送进程，其出产设备最好设置在铸造车间内。现在，还不能运用3D打印技能直接出产大型铸件的全体砂型，可是能够将3D打印砂型作为大型铸件砂型的镶件或砂芯，用于成形铸件部分杂乱区域。
未来，最经济有用的大型铸件出产办法将会对错金属资料3D打印技能、铸件传统出产工艺以及数值模仿技能三者的结合，详细的工艺进程是：
(1)出产单位收到零件图纸及模型，开端铸件及浇铸体系初步规划;
(2)归纳考虑铸件变形、开裂等要素，选用有限元软件对铸件结构和浇铸体系规划进行优化;
(3)将优化后的模型进行分化，模型基体部分选用传统木模成形，杂乱几许尺度部分选用模型3D打印成形，二者经过粘接构成铸件终究模型;
(4)将铸件中形状杂乱、负拔模视点部分选用砂型3D打印成形;
(5)将3D打印砂型镶嵌在大型铸件砂型中，结合模型生成终究的大型铸件砂型。
因为选用3D打印技能出产的模型及砂型是由数模直接转化成实体模型，无需人工操作，因而能够进步模型外表质量，缩短铸件出产周期，脱节传统工艺办法对铸件结构的约束，然后进步铸件的资料利用率、削减铸件缺点、下降铸件本钱。
3D打印技能作为一种通用的零件加工手法，极大的脱节了传统工艺办法对产品规划、出产周期、出产本钱等出产要素的捆绑，为传统制作业的转型晋级拓荒了一种新的思路。3D打印技能在大型铸锻件出产范畴有很大的开展空间，金属3D打印技能在大型铸锻件的制作及修正范畴发挥了重要作用，非金属3D打印技能改善了大型铸件出产工艺，完成了降本增效、缩短出产周期、进步铸件质量。从现在3D打印技能的开展状况来看，3D打印技能在大型铸锻件范畴的运用还需求阅历一个由小型到大型，由非关键部位到关键部位，由一般零件到重要零件的开展进程。
现在，我国大型铸锻件职业处于产能严峻过剩、低端产品恶性竞争，高端产品受制于人的晦气局势。选用传统的办法对大型铸锻件出产工艺进行改善已不能有用下降出产本钱、进步零件质量、缩短出产周期、拓宽商场空间。因而有必要引入新的技能和办法才干大幅进步我国大型铸锻件职业的竞争力。3D打印技能又称增材制作技能，是以数字模型为根底，将资料逐层堆积制作出实体物品的新式制作技能，是新一轮科技革新和工业革新的严重机会。
