從近年來技術發展的趨勢明顯可見，金屬增材製造正在部分替代精密鑄造技術，成為製造複雜零部件的新方式。

以賽車渦輪增壓器為例，該部件要求更複雜的幾何形狀、幾何特征和材質，熔模鑄造是以前唯一可用的方法。而基於選區激光熔化的3D打印技術為複雜渦輪增壓器的設計與製造帶來了全新的方式。

本期，3D科學穀將分享的應用案例是一種3D打印高溫合金雙壁渦輪增壓器，其設計采用了雙壁結構，而這種複雜設計是無法通過傳統工藝加工出來的。GF 加工方案通過軟件、金屬3D打印和後處理設備，以及專利設計的System 3R夾具這三股平行工作流程，為複雜雙壁渦輪增壓器提供了從設計到成品交付的完整增材製造解決方案。

傳(chuan) 統熔模鑄造工藝生產(chan) 的渦輪增壓器© GF加工方案

增材製造帶來全新圈速記錄

無論在賽道上還是在賽道外，速度才是致勝的關(guan) 鍵，而風馳電掣的背後仰賴的是工程設計和製造的支持。
競爭(zheng) 日趨白熱化，零件的設計與(yu) 製造也同樣麵臨(lin) 巨大的挑戰。以提速的首要裝備——渦輪增壓器為(wei) 例，賽車領域的渦輪增壓器有極為(wei) 複雜的形狀、幾何特征和材質。
熔模鑄造是以前唯一可用的方法，但它的局限性也同樣明顯。
/ 熔模鑄造中存在的挑戰
賽車需要提升競爭(zheng) 力，必須在遵循簡潔設計的原則下使關(guan) 鍵零件達到更高的性能，並且需要精確的平衡作用力，這就不可避免地需要頻繁變更設計，相應的也就需要一個(ge) 靈活和高效的生產(chan) 工藝，而這正是工藝繁雜的熔模鑄造是無法滿足的。工藝環節越多，出錯風險就越高，瑕疵產(chan) 生機率越大，生產(chan) 周期也更長。
要使渦輪增壓器高效率地工作，必須有效隔熱，用雙壁結構形成空氣間隙，避免內(nei) 部的熱量傳(chuan) 遞到外殼，但是，雙壁結構的問題是難以鑄造。
為(wei) 了保持理想的工作壓力，需要通過兩(liang) 個(ge) 廢氣門來進行排氣，鑄造的方法是將主機殼、兩(liang) 個(ge) 廢氣門分開製造然後再進行後續組裝，這種方式顯著增加成本和重量。
發動機的減重是另一個(ge) 挑戰，賽車的平均設計時速超過200 km/h，減重可以大幅提升性能。
因此，所有零件的壁厚都要盡可能薄，以減輕發動機的重量，但是薄壁的鑄件強度又不足。
雖然鑄造工藝也可以成型許多複雜的內(nei) 部幾何特征或功能麵，但是基本上製造周期都比較長。另外，一些形狀鑄造是無法成型的，比如封閉式腔體(ti) 內(nei) 的幾何特征既無法用鑄造的方法成型，也無法在後續加工中成型。因此在前期設計渦輪增壓器時就會(hui) 受到鑄造工藝的諸多限製。
熔模鑄造的工藝環節繁多，生產(chan) 周期長。長則難以滿足賽車快節奏的要求。要進一步提升性能就需要使用更先進的技術，才能使賽車創造全新的圈速記錄。
/ 增材製造帶來的新設計與(yu) 性能提升

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增材製造可以最大化的釋放設計自由，使之專(zhuan) 注於(yu) 零件的功能性，工程師在零件的設計中可以更接近理想的狀態，並且可以突破工藝的限製將複雜的組件整合成一個(ge) 完整的零件。
傳(chuan) 統製造此渦輪增壓器需要使用三個(ge) 零件：主機殼和一側(ce) 的兩(liang) 個(ge) 廢氣門。這兩(liang) 個(ge) 部件鑄造後，還需要焊接固定雙壁隔熱罩。如果使用增材製造技術，則可將該渦輪增壓器設計為(wei) 一個(ge) 單件的零件，一體(ti) 成型，廢氣門不需要密封墊或和組裝，而是直接打印一個(ge) 完整的殼體(ti) 。這可以大大簡化組裝操作，減輕重量。

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此外，整合後的單件零件還能提高渦輪增壓器的整體(ti) 可靠性。由於(yu) 不需要加工公差嚴(yan) 格的裝配麵，因此，可以減少不同零件間可能發生的泄漏而導致的失效。通常，還可以改進雙壁結構的薄厚，進一步減輕重量，同時可以隔熱，提高性能。
相比熔模鑄造方法，金屬3D打印生產(chan) 的F1賽車零件為(wei) 生產(chan) 企業(ye) 提供明顯的時間成本和製造成本的優(you) 勢。越來越多的高端汽車製造商在生產(chan) 中采用增材製造技術快速和可靠地實現了製造目標。

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GF加工方案通過軟件、金屬3D打印及後處理設備，以及專(zhuan) 利設計的System 3R夾具三股平行工作流，為(wei) 渦輪增壓器提供從(cong) 設計到成品交付的完整增材製造解決(jue) 方案。
/ 如何突破精密鑄造工藝的挑戰？
高溫合金雙壁渦輪增壓器增材製造解決(jue) 方案是由GF 加工方案 AMotion Center 應用中心（瑞士）針對用戶需求開發的。2020年，GF AMotion Center 上海應用中心成立，為(wei) 中國製造業(ye) 用戶推進增材製造應用，實現產(chan) 品創新提供技術先進解決(jue) 方案的支持。
2021年7月21日下午14：00，GF加工方案的增材專(zhuan) 家將通過在線研討會(hui) 分享這一完整增材製造解決(jue) 方案如何支持用戶打破傳(chuan) 統精密鑄造工藝，並通過增材製造生產(chan) 複雜金屬零部件。