随着市场的全球化竞争加剧以及我国淘汰和限制低端产品产能及落后工艺设备政策的陆续出台,传统铸造行业急需有效地实现高效、高质量、柔性化、绿色、健康可持续发展。低污染、低排放、低能耗、经济高效且具有高度工艺灵活性的3D打印技术为我国铸造行业加快转型升级,改变技术和装备落后状态的提供了一种技术途径。目前关于砂型3D打印技术的特点和基于砂型3D打印技术的铸造工艺设计方法的研究还处于初级阶段,阻碍了砂型3D打印技术优势的发挥和推广应用。本文通过分析砂型3D打印技术的特点和优势,总结了3D打印铸型工艺设计原则,主要包括浇冒口系统设计和铸型结构设计。对青铜鼎铸件进行了基于砂型3D打印的铸造工艺设计,然后对其进行铸造过程的模拟分析和工艺改进,获得了具有砂型3D打印特点的优化的铸造工艺设计方案。采用3D打印技术制造砂型时,由于不需要拔模,水平分型时直浇道的形状可以是曲线形,使金属液稳流;横浇道和内浇道不一定设置在分型面上,应根据充型和凝固顺序的需要在型腔适当位置设置横浇道和内浇道;冒口应尽量选择相同体积时散热最慢的球形冒口;可以实现型芯一体化设计和复杂砂芯的整体设计;铸型分型面不一定是平面,以实现倾斜放置的浇注位置;应根据铸型的力学性能和铸造工艺性能要求设计型壁的尺寸和结构,避免不必要的无功能结构以改善铸型的散热、透气等性能;铸型分块的大小和结构要便于型块的搬运与合型装配;铸型砂块在打印机砂床应尽量密集排布,砂块的排布应使砂床的高度最低,以提高打印效率;带斜面的铸型砂块应使斜面垂直放置在砂床中,带曲面的铸型砂块应使曲面水平放置,以避免台阶效应。本文基于砂型3D打印的铸造工艺设计原则对青铜圆鼎进行了铸造工艺设计。青铜鼎材质为C90300锡青铜合金,三足两耳造型,轮廓尺寸高为410mm,最大直径为309mm,重量33kg,最大壁厚34mm,最小壁厚5mm。采用SolidWorks软件对青铜鼎进行建模,ProCAST软件对充型和凝固过程进行了流场、温度场和固相率场等数值模拟分析与验证。优化的工艺方案为采用呋喃树脂粘结剂和70/140目硅砂;开放式阶梯浇注系统,工艺出品率75%,各浇道截面积比为?A_直:?A_横:?A_内(28)1:.19:.27;铸型分为5块分别制造、涂料后组装;合金采用中频感应电炉熔炼,出炉温度1200℃,浇注温度1150℃,浇注时间12s。与传统青铜鼎的砂型铸造工艺相比,本设计不同于6铸型分别铸造后焊接,能实现铜鼎的整体一次成型;内浇道选择在更加合理位置而不受铸型分型面限制;分型面的选择更加自由;实现了型壁的功能化和便捷化设计;冒口的形状和位置不用考虑拔模的限制,选用了散热面积最小的球形冒口。