鎂合金的熔模鑄造，輕型飛機座椅將3D打印推進生產

鎂合金是工業應用中最輕的結構金屬，密度是鋁的三分之二，鋼的四分之一，具有比強度、比剛度高，導熱性、導電性好、阻尼減震、易于加工成型和容易回收的特點。同時，鎂合金也存在著容易氧化燃燒、耐蝕性差、常溫力學性能差、高溫強度及蠕變性能低等缺點。

鎂合金多用作結構件，鎂合金的鑄造水平成為其應用的關鍵。熔模鑄件有著很高的尺寸精度和表面光潔度，有些鑄件只需要打磨、拋光余量，不必機械加工即可使用。熔模鑄造是很有應用前景的鎂合金成形技術。

日前，歐特克位于 San Francisco的9號碼頭創新工廠就嘗試通過3D打印熔模來鑄造鎂合金，從而實現飛機座椅的輕量化。這種座椅結構件適合任何標準的商用噴氣式飛機，預計可以通過減重為航空公司節約數百萬美元的成本。

晶格結構是通過歐特克的netfabb軟件設計成的，歐特克的科學家發現，這種晶格結構通過金屬打印的方式生產出來并不是當前最好的方法，他們結合了現代的3D打印PMMA精密鑄造模具的制造方法與傳統的鑄造方法。雖然，金屬3D打印在推動制造業跨越式發展，并能夠生產非常復雜的產品，但目前材料選項仍然有限。目前增材制造支持的材料只有幾十種，但鑄造可以在成千上萬種的金屬和復合材料中進行選擇。因此，該項目利用了3D打印的技術優勢，而不完全依賴于3D打印技術。

利用3D打印和鑄造，使兩種方法相互補充來生產飛機座椅骨架。鑄造提供了更實惠的方式生產座椅框架，不僅僅是單件成本更低，從生產效率看適合生產更大的數量。歐特克的9號碼頭創新工廠，配備了一系列的3D打印技術和數控機床，但9號碼頭并不具備鑄造能力。為此，歐特克與Aristo Cast鑄造公司合作了這個項目。

Aristo Cast鑄造公司通過這個項目了解了更多關于先進的設計和優化技術，這些對于傳統的鑄造行業還是很新的。雙方經過一系列的探討，最終決定用鎂合金來完成鑄造過程。當然，根據通項公司的市場研究，鎂合金的鑄造過程并不容易，采用不同的型殼體系，或者澆注前對型殼的焙燒工藝不同，鎂合金冷卻的過程也不相同，得到的鑄件組織也不同。并且還需要注意解決鎂合金在熔煉和澆注過程中的氧化和燃燒問題。

基于鎂合金零件的鑄造是一個復雜的過程，雙方將模型進行了謹慎的鑄造仿真。通過Netfabb軟件進行模型的修改，再通過鑄造仿真確認其性能。更新后的三維模型，在3D打印完成后，被送到Aristo Cast，在3D打印的塑料外層涂覆了陶瓷涂層，隨后塑料加熱蒸發，陶瓷殼變硬了，最后將鎂合金注入到型腔中，完成鑄造過程。最終，飛機座椅骨架減重了56%，減重來自于創成式設計，以及輕量化鎂合金材料。

最終，通過輕量化設計和3D打印已經將飛機座椅骨架實現了減重，而鎂合金比鋁輕35%，通過材料的選擇，又進一步將座椅骨架減重。這對商業航空公司意味著什么？如果以100架A380飛機服役20年來計算，航空公司將節省2億多美元的燃料費用。這好比8萬輛汽車一年減少的126000噸的二氧化碳排放量。

當然，對于歐特克來說，這個項目的目的是為了展示軟件的潛力。將軟件與材料和加工工藝結合起來，展示創成式設計和增材制造技術的潛力。不僅僅在航空航天領域，這種組合也可用于汽車、醫療器械、工業設備和許多其他領域。