铸造业是装备制造业的基础产业，从汽车、机床、能源装备、轨道交通、海洋装备到人们的日常生活，都离不开铸件。全球每年铸造市场规模约1万亿，我国占45%，是名副其实的铸造大国，其中总量的60%左右采用的是多品种、小批量的传统生产模式，存在生产环境差、劳动强度大、效率低、技术工人短缺、铸件质量不高等问题。
3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。在宁夏银川经济技术开发区，一个名叫共享集团的企业，正在尝试运用最新的3D打印技术，改变以往铸造车间的传统形象，让精密、数字化、柔性化、绿色高效成为新铸造业的代名词。
图 共享集团
从“傻大黑粗”到“窈窕淑女”，3D打印颠覆传统铸造业
共享集团股份有限公司始建于1966年。经过53年的发展，通过体制、技术、管理等不断创新，已经成为跨行业、跨地区、多元化发展的企业集团。公司主导产业为高端装备、新材料等，提供增材制造、工业机器人等智能装备及服务，为高端装备提供关键基础零部件。目前，宁夏共享集团拥有美国通用电气、德国西门子、日本马扎克、中国上海电气、东方电气、哈电集团、中车集团等世界500强和行业龙头顾客50余家，80%以上的顾客是世界500强或行业领先者。
从成立之初的长城机床铸造厂，到如今的共享集团，公司深耕铸造几十年，在业界取得了骄人的成绩，但共享集团同样也承受着行业转型升级的痛点。曾经的铸造行业车间粉尘飞扬、噪声大、油污多、设备笨重、工人干活汗流浃背，用“傻大黑粗”来形容再合适不过了，而且恶劣的环境，极易引发安全事故。为了提高企业智能化水平、改善生产环境，让工人更加体面的工作。共享集团投入10多亿元主攻铸造3D打印产业化应用技术及智能工厂建设，不仅实现了国内首创，攻克了材料、工艺、软件、设备及集成等技术难题，授权专利近50项，关键技术指标达到国际先进水平，成为铸造3D打印产业化应用的“领跑者”。改造后的车间变成了空调工厂，窗明几净，科技感十足，技术工人有条不紊的工作，舒适感大大提升，曾经的“傻大黑粗”变成了“窈窕淑女”。
谁抓住了行业转型升级的契机，率先解决了自身发展的痛点，谁就能在激烈的市场竞争中脱颖而出。世界各国高度重视增材制造发展，将其作为实现智能制造、推动生产方式变革，抢占先进制造业竞争制高点的契机，纷纷制定了发展和推动增材制造技术的国家战略和规划。如今作为我国首批46家智能制造试点示范企业之一，共享集团承担着“大尺寸高效铸造砂型增材制造设备”等国家重点研发计划重点专项，也是国家智能制造标准化总体组13家企业成员单位之一，国务院认定的 7 个国家双创示范企业之一。
砂芯3D打印机，铸就智能工厂的利器
与传统制造方法不同，3D打印从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件，所以又称为材料添加制造法。由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下几乎能够生成任意复杂形状的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。
目前主流的3D打印技术包括：FDM—熔融沉积造型，主要材料ABS和PLA；SLM-激光选区熔化技术，主要材料金属粉末；SLA－立体光固化成型，主要材料光敏树脂。3D打印技术家族中容易引起关注的是金属3D打印以及塑料3D打印，而一个用于铸造行业，且与制造十分容易“接轨”的3D打印技术——粘结剂喷射3D打印技术却经常被忽略。共享集团除了设备的自主研发，还研发包括碱性酚醛树脂在内的粘结剂材料，并且还在应用领域进行积极的开发工作，包括模块化制造气缸盖砂型，内燃机机架的3D打印等等。
图 3D打印示范工厂展示的部分产品
砂芯是铸造生产中用于制造型芯的材料，由铸造砂、型砂粘结剂等组成。目前，国内的铸造企业，大都依赖于传统的铸造模式制芯，这大大影响了产品的交付周期。共享集团自主研发了产业化应用的铸造用砂芯3D打印机，该砂芯3D打印机高为5.2米，重35吨，打印精度±0.3毫米。它的体积比目前国外的机型还要大两倍，让3D打印技术制造出更大的、精度更高的铸件成为可能。例如火车内燃发动机等大型铸件的制造，不再需要长周期、高成本的模具，所用砂芯一次打印成型，效率和质量都达到或超过了世界同类机型水平。
共享集团还建成了世界首个万吨级铸造3D打印成型智能工厂——共享装备铸造成型智能工厂。在智能工厂内部，移动机器人、桁架机器人、微波烘干设备、立体仓库等组成智能流水线，生产效率是同等规模传统铸造的5倍以上，实现了智能无人驾驶运载工具进行无缝运载作业。据了解，整个车间每班仅需7人，全部工作在空调环境，无吊车、无重体力劳动，而且实现了零排放。以前的翻砂车间摇身一变成了空调工厂，彻底颠覆以手工为主的多品种小批量砂型铸造生产方式。
参观人员在现场看到，干净的车间里，14台套3D 打印设备有条不紊地运行。3D打印设备的“小房子”里（成型室），随着砂箱推入，铺砂器铺砂，打印喷头喷出树脂，交替进行。每层砂的厚度只有0.3毫米，是一粒砂的直径大小。在计算机的控制下，根据砂芯的截面图型喷射的树脂与砂子里的固化剂发生反应后进行固化，从而勾画出砂芯的截面，每打印完一层，升降平台就下降一层，直至最终成型。
图 参观铸造3D打印成型智能工厂
铸造3D打印智能工厂二楼的运营中心是管理技术人员日常工作的地方。通过大屏幕，可以看到不同颜色分别代表设备的停机、工作状态、是否需要保养等，不仅能够显示生产计划的实时完成情况，而且能够呈现出每台打印机的打印画面。同时，工作人员在运营中心就能进行远程监控。
延伸3D打印产业链，构筑“互联网+双创+智能铸造”产业生态
共享铸造3D打印智能工厂综合技术优势显著，实现了铸造3D打印产业化应用的国内首创，其设备、工艺、软件、硬件等铸造3D打印产业化应用综合集成技术领跑世界，推动了铸造3D打印等新技术与产业的融合，实现铸造3D打印等新技术的产业化应用，带动了产业链上下游的发展。早在2008年，公司就提出“迎接一个全新的世界”，推行“全面数字化管理”，开始探索转型升级。2012年，公司在总结两化融合推进实践经验的基础之上，进一步提出“数字化(智能化)引领、创新驱动、绿色制造、效率倍增”的转型升级方针，明确了向“技术创新型企业和数字化企业”转变的目标。基于三座数字化智能化示范工厂的建设实践，共享装备形成了“云+网+厂”的新一代铸造智能工厂架构。
目前，共享集团正在构筑“互联网+双创+智能铸造”的产业生态，搭建专业、协同、共享、线上线下相结合的行业平台，为行业转型提供全面解决方案，未来由经营企业向运营平台转变，提供制造服务。平台开展创客服务、个性化定制、虚拟制造、协同研发等，提供全产业链互联网服务，帮助行业企业数字化网络化智能化转型。目前已有超过30000家用户入驻，交易额超40亿，发布60款SaaS软件，共享正在面向区域制造业和铸造行业开展推进企业上云相关工作。
总结
从增材制造领域的“追赶者”，到走在3D打印技术发展前沿的“引领者”，共享集团的智能制造转型之路，不仅实现了自身工厂由“傻大黑粗”向“窈窕淑女”的蝶变，更是中国铸造行业高质量发展的一个典型。相信以3D打印为代表的新一代制造技术的产业化应用与普及，中国的智造之路一定会走得更快、更远。
发表于：
2019-12-17 10:26 阅读(1487)
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