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铸造成本低、适应性广,是机械制造工业的基础工艺之一。随着现代工业的迅猛发展,铸造市场规模持续扩大,产品复杂度和制造灵活性要求越来越高,传统铸造已经无法满足市场对快速交付和高度复杂铸件的需求。基于粘结剂喷射原理的砂型3D打印(Three-Dimensional Sand Printing,3DSP)技术无需模具,可成形高度复杂结构、可实现砂型/芯一体化整体成形,成为了铸造界当前的研究热点。现有关于3DSP的研究主要集中在优化其砂型性能和砂型结构设计上,而对3D打印砂型铸件工艺-组织-性能方面的研究鲜见报道。本文以A356铝合金为研究对象,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、DSC热分析、定量金相分析、X-ray探伤和室温拉伸等测试手段,对比分析了采用3D打印砂型和采用传统树脂砂铸造的A356铝合金微观组织与力学性能,系统研究了砂型预热温度和打印层厚对3D打印砂型铸造A356铝合金微观组织与性能的影响,重点分析了铸件壁厚对3D打印砂型铸造A356铝合金微观组织与力学性能的影响,初步揭示了砂型3D打印工艺参数对A356铝合金微观组织与性能的影响规律,并得出如下主要结论:利用3D打印砂型铸造和传统树脂砂铸造制备的A356铝合金样品的微观组织(α-Al的二次枝晶臂间距、共晶硅形貌和尺寸以及含Fe相种类和形貌)无明显差异。不论是3D打印砂型铸造样品还是传统树脂砂铸造样品,合金组织中均存在一定程度的气孔缺陷,这与树脂砂高温发气有关。受逐层堆积,无压实操作的工作原理限制,3DSP当前阶段的标准打印工艺粘结剂添加量较高,因此与应用成熟的传统树脂砂相比,3DSP砂型发气量更高,这导致3D打印砂型铸造样品的气孔率略高于传统树脂砂铸造样品,拉伸性能略低于传统树脂砂铸造样品。3D打印砂型铸件的表面粗糙度低于传统树脂砂铸件。砂型预热温度(25℃、100℃、200℃)对3D打印砂型铸造A356铝合金样品的微观组织与力学性能具有明显的影响。随着砂型预热温度升高,合金组织出现轻微粗化,合金的拉伸性能下降,其中常温25℃浇注时,合金性能最佳。合金的硬度和致密度受砂型预热温度升高的影响很小,无明显变化。砂型预热温度为200℃时,浇注后型壁出现裂缝,分析认为,高温预热使砂型内部树脂粘结桥发生分解,降低了其高温机械强度。打印层厚(0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm)对3D打印砂型铸造A356铝合金性能具有一定的影响。研究发现,在选定的层厚范围内,铸件的表面粗糙度随层厚增加而小幅度增大,其中层厚为0.3 mm时,铸件的表面粗糙度最低,为11.4μm。合金的拉伸性能、硬度和密度受打印层厚的影响较小,无明显变化。铸件壁厚对3D打印砂型铸造A356铝合金的微观组织与力学性能具有显著影响。随着壁厚减小,合金中α-Al的二次枝晶臂间距、共晶硅尺寸以及含Fe相尺寸均不断减小。合金的气孔缺陷随壁厚减小而显著降低,合金致密度显著提高。当壁厚从30 mm减小到5 mm,T6态合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别提高了16.3%、33.5%、826.1%。