3D打印砂型技术可以大幅节省模具生产成本和时间，制作的砂型砂芯尺寸精确，不受复杂度的限制，各方面性能和传统冷芯盒砂芯相近，已被业内广泛接受并逐步被用于铸件的量产。目前最大的挑战是成本，而3D 打印用砂占到耗材成本的一半以上。当前有几种方法被用于降低用砂的成本。voxeljet-维捷公司对此进行了技术分享。
降低用砂成本的三种方法
首先是砂的国产化、本地化。国内沈阳铸造研究所、长江造型材料等单位做了大量的工作，使得吨砂的价格从2000多降到了1000多，并被多家企业用于生产。
其次是砂回收利用，即砂回用。通过将未粘接的废砂回收、筛分并和新砂混合后用于打印，可以节省50%左右的耗砂量，同时节约了固废处理费用。
维捷的VX2000干砂工艺是其典型代表，它可以回用95%以上已预混固化剂的未粘接废砂，这使其单位砂型的材料成本和国产设备持平，帮助用户极大地节约了成本。
第三类方法是砂再生。在传统铸造生产中，对于粘接成型的砂型砂芯，一般先破碎，然后采用机械法或热法再生。由于3D 打印工艺对砂的技术要求更高，一般推荐热法再生。根据维捷的经验，如果3D 打印工艺闭环使用再生砂+回用砂，可降低吨砂材料使用成本到500元以下（包括3D 打印硅砂和陶粒砂），和传统铸造吨砂成本相当，这为3D打印砂型工艺的量产打开了关键之门。
热法再生砂的优势
- 热法回收率高，取决于所用原砂和回收工艺参数，一般可以达到95%以上。
- 3D打印砂热法回收后，由于砂型已经铸造相变过，铸造过程热膨胀系数小，可以大大减少脉纹的产生。
- 3D打印砂在热法回收中碰撞摩擦磨去尖角变得更为圆润，角型系数降低，单位表面积减少。相同的强度，热法回收砂打印需要的粘接剂数量减少，砂型发气量降低。
- 大大减少了固废产生量，更加科学环保。
热法再生砂工艺
- 破碎：筛分对存在块状形态的废砂进行破碎，然后筛分，将大颗粒杂质分离除去；
- 磁选：将筛分了的废砂进行磁选，将铁磁性物质，从废砂中分离除去；
- 焙烧：将磁选后的废砂送入焙烧炉进行焙烧，将残存的硫、磷等有机物烧掉，全过程的固态液态气态物质排放，符合安全环保标准要求；
- 分级筛分：将焙烧冷却后得到的精处理砂进行分级筛分，获得铸造工艺需要不同粗细级别的再生砂。
热法再生砂3D打印应用情况
维捷中国联合天津致勤，在3年多的时间里，对3D打印砂热法再生技术进行了多个批次，多种材料（硅砂和陶粒砂），多种粒度分布（GS15、GS19），近500吨砂型的打印（含砂回用）、热法再生、打印（含砂回用）的闭环测试，取得了较为理想的结果。以下是部分测试数据。
l 原砂和热法回收砂性能对比 l
从测试数据可以看出，高温再生后灼烧减量为零；砂再生后，目数分布主要集中在140目；相比原砂更细一点。
l 热法再生砂打印砂型性能检测 l
通过照片可以看到热法再生砂打印的样品细节清晰，边角锐利。检测报告可见，热法再生砂砂型的强度相比原砂砂型强度相当；粘接剂加入量更低；砂型发气量也更低。
l 热法再生砂铸件（附照片）l
l 热法再生的成本 l
l 设备投入：280万左右
l 每吨砂再生成本：400元以内
voxeljet-维捷经验
使用再生砂能有效降低3D打印用砂成本。根据维捷的经验，如果3D打印工艺闭环使用再生砂+回用砂，可降低吨砂材料使用成本到500元以下（包括3D 打印硅砂和陶粒砂），和传统铸造吨砂成本相当。
热法再生系统适用于3D 打印硅砂、陶粒砂。
再生砂角型系数更小。产生相同的强度，需要的粘接剂更少，发气量更低。
用热法再生砂打印的砂型，热膨胀系数低，可铸造性更好；尤其是铸铁、铸钢零件，可替代部分陶粒砂的使用。
知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。
白皮书下载 l 加入3D科学谷QQ群：106477771
网站投稿 l 发送至2509957133@qq.com
欢迎转载 l 转载请注明来源3D科学谷 l 链接到3D科学谷网站原文
