随着科技的飞速发展，3D打印技术作为增材制造的一种核心形式，已经在多个行业中掀起了变革。在熔模铸造领域，3D打印的引入不仅提高了生产效率，还极大地拓宽了制造的设计自由度。
熔模铸造作为传统制造业中的一项重要工艺，一直以来依赖于蜡模与复杂的模具制造。然而，3D打印技术的引入，使得这一传统工艺焕发了新生。通过增材制造，3D打印能够快速制造高精度的模具，尤其在复杂几何形状和小批量生产方面展现了巨大的优势。不同于传统的减材制造，3D打印通过逐层叠加材料，实现了对复杂结构的精准控制，极大提升了铸件的质量与效率。具体来说，熔融沉积制造（FDM）技术、光固化成型（SLA）技术、选择性激光烧结（SLS）技术和喷墨打印（3DP）技术在熔模铸造中都有着广泛的应用。每种技术都有其独特的优势，如FDM适用于较为简单的铸造模具生产，SLA则能够实现更高精度的模具制造，而SLS则在制造金属模具方面表现出色。
3D打印在熔模铸造领域的应用历经萌芽期、快速发展期和成熟发展期三个阶段。早在1991年，申请人中川威雄（NAKAGAWA TAKEO）就提交了专利申请（公开号：JPH05131245A），其通过用光固化成型方法制造对应于铸件外表面的外壳树脂原始模型，尽可能填充成型材料以在该温度下保持形状，从而在短时间内制造模具。清华大学和北京殷华激光快速成形与模具技术有限公司提交了名为“一种基于溶液的凝固堆积成形方法”的专利申请（公开号：CN1257762A），该方法基于熔融沉积成形工艺克服了熔模精密铸造中一直存在的缺点。南京理工大学提交的专利申请（公开 号：CN110405138A），提供了一种熔模铸造用蜡模3D打印机，其供气瓶经过点胶机输出稳定气压，气压经过供蜡机把液态石蜡挤出，喷嘴处的电磁阀对石蜡挤出进行控制，挤出的石蜡经过加热软管进入打印机，熔模铸造用蜡模3D打印。熔模铸造用蜡模3D打印机在控制系统的操纵下进行打印，以实现蜡模的成型。柳州智云科技有限公司具有代表性的专利申请（公开号：CN107096882A），采用发泡材料将部件的空腔填充满，不仅能增加部件的硬度及强度，还能大大降低模具的重量；另外，树脂纤维层和发泡层之间还填充有纤维层，纤维层的强化纤维可以进一步增加部件的硬度及强度。武汉因泰莱激光科技有限公司提交的专利申请（公开号：CN110773700A），提供了一种空心叶片易脱除氧化铝陶瓷型芯及其制备方法，利用陶瓷浆料激光3D打印技术，制作内部为空间点阵结构的陶瓷型芯，其空间点阵结构的相对密度仅为20％至50％，壳体仅为0.4毫米至0.5毫米厚，在大幅节省原材料且保证型芯抗冲击力的同时，脱芯时间缩短50％以上。
随着3D打印技术在熔模铸造中的应用逐渐深入，全球范围内的专利申请量呈现出爆发式增长。据统计，从1994年起，随着技术的不断进步，全球对3D打印在熔模铸造中应用的专利申请量逐年增加，尤其是2010年以后，专利数量迎来了快速增长的黄金期。
中国作为全球制造业的重要基地，在这一领域的专利申请量也逐年攀升。通过分析专利数据可以发现，中国的申请人在技术创新上有所突破。例如，西安交通大学和西北工业大学等国内高校，通过对3D打印技术与熔模铸造的结合，提出了多项具有创新性的专利技术，这些技术主要集中在提高铸件质量、降低生产成本以及缩短制造周期等方面。
高端制造的先锋力量存在于航空航天、汽车制造和医疗设备等高端制造领域，3D打印技术在熔模铸造中的应用已经取得了显著成果。例如，西安交通大学重点研究如何提高3D打印模具的耐高温性能和机械强度，以应对高温铸造的需求。其研究成果在航空航天和汽车制造等需要高性能部件的领域得到了广泛应用。此外，该校还致力于开发更适合3D打印的铸造材料，从而提高铸件的表面光洁度和结构稳定性。
金属材料是高端制造领域不可或缺的部分，中国科学院金属研究所研究重点在于金属粉末材料的开发、烧结工艺的优化以及如何将3D打印技术应用于高性能金属部件的铸造中。
在汽车行业，3D打印技术的引入不仅简化了复杂零件的制造过程，还显著提高了小批量生产的灵活性与效率。同样，医疗设备的生产也因3D打印技术的应用而受益，特别是在个性化定制产品的生产中，3D打印提供了更为精准的解决方案。
尽管3D打印技术在熔模铸造中的应用已经取得了一定的进展，但仍面临许多挑战。例如，打印速度与精度的平衡问题、材料的选择和工艺优化等，都是亟待解决的技术难题。随着材料科学、智能制造以及数字化技术的不断发展，3D打印技术将在熔模铸造中扮演更加重要的角色。特别是在高精度、高复杂度的制造领域，3D打印技术能够突破传统制造工艺的局限，为产品设计提供前所未有的自由度，实现复杂几何形状和内部结构的高效制造。同时，3D打印技术还能够显著缩短产品开发周期，提升生产效率，尤其是在小批量、定制化生产中，其优势更加明显。此外，在绿色制造和可持续发展方面，3D打印的优势也愈加显著。通过减少材料浪费和降低能源消耗，3D打印技术不仅推动了制造业的高效化，也为实现可持续生产提供了技术保障。
未来，随着新型高性能材料的开发以及工艺参数的优化，3D打印技术将进一步拓宽其应用范围，特别是在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域，能够制造出轻量化、高强度的零部件，满足极端条件下的使用需求。与此同时，3D打印技术的灵活性也使其在定制化和个性化生产中展现出巨大潜力，能够满足消费者对个性化产品日益增长的需求。为了推动3D打印技术的进一步发展，加强产学研合作与专利布局至关重要。通过高校、科研机构与企业的紧密合作，可以加速新技术的研发和应用，推动3D打印技术在熔模铸造中的产业化进程。同时，专利布局将为企业提供技术保护，增强市场竞争力。总之，随着技术的不断进步，3D打印有望成为未来制造业的重要支柱，为各行业带来革命性的变革，推动制造业向高效化、绿色化和可持续化方向发展。（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心 谢雨馨）