在全球積極應(yīng)對(duì)氣候變化、邁向可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程中,3D打印與鑄造的融合為我國(guó)鑄造產(chǎn)業(yè)的綠色升級(jí)帶來(lái)了關(guān)鍵契機(jī),這一變革與雙碳目標(biāo)緊密相連,亟待從國(guó)家政策層面進(jìn)行系統(tǒng)性的規(guī)劃與推動(dòng),尤其是結(jié)合我國(guó)龐大的鑄造產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和獨(dú)特的制造業(yè)集群優(yōu)勢(shì)。
△3DP砂型打印工藝制造的綠色鑄造砂型
龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)?;A(chǔ)
我國(guó)作為全球鑄造大國(guó),擁有雄厚的基礎(chǔ)工業(yè)體量,目前有2萬(wàn)4千多家鑄造企業(yè),鑄造產(chǎn)量占世界45%。據(jù)中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)數(shù)據(jù),2023年中國(guó)各類(lèi)鑄件總產(chǎn)量5190萬(wàn)噸。如此龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,為鑄造產(chǎn)業(yè)集群的形成和發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),眾多企業(yè)的集聚產(chǎn)生了規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng),降低了生產(chǎn)成本,提高了生產(chǎn)效率.
完整的產(chǎn)業(yè)鏈配套
鑄造產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng),涵蓋了上游的原材料供應(yīng)商、設(shè)備供應(yīng)商,中游的鑄造企業(yè),以及下游的眾多應(yīng)用領(lǐng)域。我國(guó)鑄造產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)的企業(yè)分工明確、協(xié)作緊密,形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈配套。例如在河南等地的鑄造產(chǎn)業(yè)集群中,不僅有大量的鑄造企業(yè),還有提供生鐵、廢鋼等原材料的供應(yīng)商,以及生產(chǎn)鑄造機(jī)械、加工設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備的企業(yè),這種完整的產(chǎn)業(yè)鏈條使得企業(yè)間的交易成本降低,生產(chǎn)周期縮短,能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)需求,增強(qiáng)了集群的整體競(jìng)爭(zhēng)力.
豐富的技術(shù)與人才資源
經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,我國(guó)鑄造產(chǎn)業(yè)集群積累了豐富的技術(shù)和人才資源。一方面,集群內(nèi)的企業(yè)在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷探索和創(chuàng)新,形成了各自的核心技術(shù)和工藝,如一些地區(qū)在砂型鑄造、精密鑄造、壓鑄等領(lǐng)域具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì);另一方面,產(chǎn)業(yè)集群吸引了大量的專(zhuān)業(yè)人才,包括技術(shù)工人、工程師、科研人員等,他們?yōu)槠髽I(yè)的技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新提供了智力支持。同時(shí),集群內(nèi)企業(yè)間的人才流動(dòng)和技術(shù)交流也較為頻繁,促進(jìn)了技術(shù)的傳播和創(chuàng)新,有利于提升整個(gè)集群的技術(shù)水平.
強(qiáng)大的市場(chǎng)輻射能力
我國(guó)的鑄造產(chǎn)業(yè)集群分布廣泛,且多集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、交通便利的地區(qū),如長(zhǎng)三角、珠三角等,這些地區(qū)具有優(yōu)越的地理位置和良好的市場(chǎng)環(huán)境,能夠輻射全國(guó)乃至全球市場(chǎng)。以長(zhǎng)三角地區(qū)的鑄造產(chǎn)業(yè)集群為例,其生產(chǎn)的鑄件產(chǎn)品不僅滿(mǎn)足了國(guó)內(nèi)汽車(chē)、機(jī)械裝備等行業(yè)的大量需求,還出口到歐美、東南亞等國(guó)際市場(chǎng),強(qiáng)大的市場(chǎng)輻射能力為產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展提供了廣闊的空間,促使企業(yè)不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場(chǎng)份額.
政策支持與產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)
國(guó)家高度重視鑄造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,出臺(tái)了一系列相關(guān)政策,如“十四五”規(guī)劃中明確了鑄造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的目標(biāo),包括到2025年采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的鑄件超過(guò)50萬(wàn)噸等 。這些政策為鑄造產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展提供了有力支持,引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)集群向高端化、智能化、綠色化方向發(fā)展,推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí),提升了集群的整體競(jìng)爭(zhēng)力.
區(qū)域品牌效應(yīng)
一些知名的鑄造產(chǎn)業(yè)集群已經(jīng)形成了區(qū)域品牌效應(yīng),如泊頭的“中國(guó)鑄造名城”、焦作的氣缸套、“含山鑄造”、“林州鑄造”等 。這些區(qū)域品牌在市場(chǎng)上具有較高的知名度和美譽(yù)度,能夠吸引更多的客戶(hù)和資源,為集群內(nèi)的企業(yè)帶來(lái)了更多的發(fā)展機(jī)遇。同時(shí),區(qū)域品牌的建設(shè)也促使企業(yè)更加注重產(chǎn)品質(zhì)量和品牌形象,加強(qiáng)了企業(yè)間的合作與自律,有利于維護(hù)集群的整體利益和市場(chǎng)秩序.
我國(guó)鑄造企業(yè)遍布各地,形成了多個(gè)特色鮮明的中國(guó)制造集群。如河南省,新鄉(xiāng)市年產(chǎn)大型鑄鋼件5.5萬(wàn)噸,出口量30%以上,輝縣市擁有100多家鑄造企業(yè),產(chǎn)能超過(guò)130萬(wàn)噸;平頂山郟縣被稱(chēng)為中國(guó)鑄鐵鍋之都……
這些集群在長(zhǎng)期發(fā)展過(guò)程中,積累了豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)資源,但同時(shí)也面臨著傳統(tǒng)鑄造工藝帶來(lái)的高能耗、高污染以及資源浪費(fèi)等問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì),傳統(tǒng)鑄造工藝在材料利用率方面存在較大提升空間,且能源消耗強(qiáng)度較高,這不僅增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本,也對(duì)環(huán)境造成了較大壓力,與我國(guó)雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)存在一定矛盾 。
3D打印+鑄造新質(zhì)生產(chǎn)力
從提效、減污和降本的角度看,3D打印+鑄造具有綠色屬性和先進(jìn)性:
提效
? 生產(chǎn)周期大幅縮短:某公司采用“3D+”鑄造工藝后,生產(chǎn)周期縮短60%以上,如組芯壓縮機(jī)內(nèi)氣缸的生產(chǎn)周期從48天縮短至12天,L型床身從45天縮短至15天。
? 產(chǎn)能顯著提升:“3D+”鑄造工藝產(chǎn)能提升50%,效率翻番,能快速響應(yīng)市場(chǎng)需求,提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
? 快速原型制作:砂型3D打印技術(shù)可在短時(shí)間內(nèi)制作復(fù)雜砂型,快速完成原型部件制作,如某新能源車(chē)企試制商卡水冷電機(jī)殼,采用3DP砂型打印10天即交付,相比傳統(tǒng)工藝60天的制作周期縮短了83%。
減污
? 材料浪費(fèi)減少:3D打印按需制造,支撐砂在線回收,砂子利用率可達(dá)95%以上,減少了傳統(tǒng)制模過(guò)程中的原材料浪費(fèi)。
? 粉塵污染降低:三帝科技砂型3D打印設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中能有效減少粉塵產(chǎn)生,配合再生砂等環(huán)保材料,助力鑄造廠實(shí)現(xiàn)綠色制造。
降本
? 模具成本降低:傳統(tǒng)鑄造中,儀表板模具成本70萬(wàn)-100萬(wàn)元,保險(xiǎn)杠模具35萬(wàn)-70萬(wàn)元,發(fā)動(dòng)機(jī)部件模具15萬(wàn)-60萬(wàn)元甚至更高,而3D打印砂模成本低,設(shè)計(jì)修改靈活,無(wú)需昂貴模具制造費(fèi)用。
? 人力成本減少:3D打印過(guò)程自動(dòng)化,減少了對(duì)人工操作的依賴(lài)及人為錯(cuò)誤,降低了人力成本,如三帝科技3D打印設(shè)備只需簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可操作,無(wú)需大量人力協(xié)同。
? 能源消耗降低:3DP打印工藝3D 打印技術(shù)能耗比砂芯制造和注塑設(shè)備較低。與注塑成型相比,3DP打印砂型是通過(guò)噴頭噴出粘結(jié)劑將砂子粘結(jié)成型,無(wú)需像注塑成型那樣對(duì)材料進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的加熱熔融等過(guò)程,所以能耗大幅降低。與3DP打印砂型相比,傳統(tǒng)砂芯制造中的熱芯盒法制芯,需使芯盒保持在200℃-300℃,讓芯砂射入芯盒中后,氯化銨在較高溫度下與樹(shù)脂中的游離甲醛反應(yīng)生成酸,從而使型芯很快硬化,此過(guò)程能耗多。而3DP打印砂型過(guò)程中,砂子無(wú)需加熱到如此高溫,且設(shè)備本身能耗相對(duì)較低。
△經(jīng)過(guò)3DP砂型打印工藝升級(jí)改造后的綠色快速鑄造工廠
三帝科技助力3D鑄造
在此背景下,3D Printing Technology, Inc.的探索實(shí)踐為行業(yè)發(fā)展提供了有益借鑒。三帝科技通過(guò)收購(gòu)6家傳統(tǒng)鑄造廠,引入3D打印技術(shù)推動(dòng)其轉(zhuǎn)型升級(jí),成效顯著。在生產(chǎn)環(huán)節(jié),3D打印技術(shù)的精準(zhǔn)特性大幅提高了材料利用率,有效降低了原材料從開(kāi)采到加工各環(huán)節(jié)的碳排放,減少了對(duì)環(huán)境的影響,這對(duì)于我國(guó)鑄造產(chǎn)業(yè)降低資源消耗強(qiáng)度、提高資源利用效率具有重要示范意義,與國(guó)家相關(guān)部門(mén)推動(dòng)各行業(yè)綠色發(fā)展、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的政策方向高度契合 。
從能源消耗角度分析,傳統(tǒng)鑄造過(guò)程中的反復(fù)加工和修正工序?qū)е履茉聪牧看?,?D打印輔助鑄造則簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程,降低了能源需求。國(guó)家一直致力于能源領(lǐng)域的改革與發(fā)展,出臺(tái)了一系列提高能源利用效率和推廣清潔能源應(yīng)用的政策措施。鑄造企業(yè)采用3D打印技術(shù)后,能夠更好地與這些能源政策協(xié)同,例如引入節(jié)能型3D打印鑄造設(shè)備,并結(jié)合清潔能源供電,進(jìn)一步降低碳排放,助力鑄造行業(yè)能源結(jié)構(gòu)的綠色優(yōu)化,為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)下能源消耗總量和強(qiáng)度“雙控”發(fā)揮積極作用 。
在技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)方面,我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)新興技術(shù)在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的深度應(yīng)用與融合創(chuàng)新。國(guó)家在“十四五”期間,工信部等部門(mén)已印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)鑄造和鍛壓行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》,為行業(yè)發(fā)展指明方向,如推動(dòng)智能化改造,打造智能制造示范工廠;助力綠色發(fā)展,調(diào)整產(chǎn)能置換政策;支持優(yōu)質(zhì)企業(yè)發(fā)展,培育專(zhuān)精特新“小巨人”和制造業(yè)單項(xiàng)冠軍;發(fā)展產(chǎn)業(yè)集群,培育鑄造特色產(chǎn)業(yè)集群等 。對(duì)于3D打印+鑄造這一創(chuàng)新模式,國(guó)家相關(guān)部門(mén)高度重視,應(yīng)在研發(fā)投入、人才培養(yǎng)和技術(shù)推廣等方面加大政策扶持力度,延續(xù)并深化“十四五”的發(fā)展策略到“十五五”規(guī)劃及以后階段。通過(guò)設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)研發(fā)基金,鼓勵(lì)高校、科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研深度合作,聯(lián)合攻克技術(shù)難題,加速綠色鑄造技術(shù)的成熟與應(yīng)用普及,提升我國(guó)鑄造產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)水平,增強(qiáng)在國(guó)際市場(chǎng)上的低碳競(jìng)爭(zhēng)力,以技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,實(shí)現(xiàn)從鑄造大國(guó)向鑄造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變,而專(zhuān)精特新“小巨人”三帝科技的實(shí)踐成果也為政策的精準(zhǔn)實(shí)施和優(yōu)化提供了現(xiàn)實(shí)參考 。
從產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展視角出發(fā),國(guó)家相關(guān)部門(mén)可充分發(fā)揮我國(guó)制造業(yè)集群優(yōu)勢(shì),引導(dǎo)建立3D打印+鑄造的綠色產(chǎn)業(yè)園區(qū)。以三帝科技收購(gòu)的鑄造廠及其所在的產(chǎn)業(yè)集群為基礎(chǔ),吸引上下游相關(guān)企業(yè)入駐園區(qū),形成完整的綠色產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。在園區(qū)內(nèi)集中配置完善的基礎(chǔ)設(shè)施與環(huán)保配套設(shè)施,實(shí)現(xiàn)廢棄物的集中處理和循環(huán)利用,構(gòu)建綠色產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)。企業(yè)間通過(guò)共享3D打印技術(shù)資源、能源管理系統(tǒng)等,能夠有效降低整體運(yùn)營(yíng)成本和碳排放,同時(shí)便于統(tǒng)一監(jiān)管和推廣綠色鑄造標(biāo)準(zhǔn),促進(jìn)產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)企業(yè)的綠色低碳協(xié)同發(fā)展,打造成為雙碳目標(biāo)下我國(guó)傳統(tǒng)鑄造產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的示范樣本,以點(diǎn)帶面推動(dòng)全國(guó)鑄造行業(yè)的全面綠色變革,為我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)提供堅(jiān)實(shí)的產(chǎn)業(yè)支撐和有力的政策實(shí)踐范例,進(jìn)一步彰顯我國(guó)在全球綠色制造領(lǐng)域的引領(lǐng)地位和大國(guó)擔(dān)當(dāng) 。