传统制造业的生产技术,普遍对零部件的复杂度较敏感,而3D打印砂型铸造作为一种新型成形工艺方法,对零部件复杂度的敏感性不大。将3D打印优势与传统铸造优势相结合,可实现铸造产品的“一体化、短周期、高精度和高附加值”生产制造,具有生产响应快、效率高、研发成本低等优势。该技术可满足装备轻量化、绿色化及智能化的发展需求,在汽车、船舶、航空航天等领域有着广泛的应用前景。本文研究了3D打印砂型铸造工艺参数对铝合金铸件的组织与性能影响;针对某新型汽车发动机缸体铸件进行了铸造工艺设计与成形仿真;根据模拟结果和优化工艺参数,采用3D打印砂型铸造技术对发动机缸体进行快速铸造。主要研究结果如下:(1)3D打印工艺参数对铝合金铸件的成形性能有一定影响:适当的铺砂层厚、适中的浇注初温、打印砂型烘干后不预热浇注,有利于改善铸件的铸造组织与力学性能。当铺砂层厚0.5 mm,打印速度25 s/layer,单PASS打印时,砂型性能较佳,铸件孔隙率低;铸件密度为2.6503 g/cm3;30 mm壁厚的铝合金件铸造试验中,720℃浇注的3D打印砂型铸件试样,铸态的抗拉强度为131 MPa,伸长率为2.2%,T6热处理后的抗拉强度为229 MPa,伸长率为0.5%,铸造组织均匀细小,无明显缺陷。综合性能较传统翻砂铸型铸件略有提升。(2)设计了汽车发动机缸体铸件的随形浇注系统,并进行模拟仿真计算优化。相比于传统浇注系统,随形浇注系统的充型效率更快、熔体流动更具合理性。模拟优化后的浇注工艺参数为:铸铁缸套置于下部,内置加热棒加热至400℃,浇注初温730℃,浇注速度3 kg/s;此时,缸体铸件的凝固成形具有一致性、关键区域无缺陷,铸件主体部分的充型仅需10.67 s,总缺陷体积仅有0.899 cc。模拟结果证明:所设计的铸造工艺具备合理性,可应用于实际生产指导。(3)基于优化后的砂型打印参数与铸造工艺参数,采用3D打印砂型快速铸造工艺试制发动机缸体铸件,实际生产周期仅需3～4天。经检测:铸件无明显铸造缺陷,缸套与铝合金材料的结合率好(平均熔深2～3 mm),铸件成形质量高;缸体铸件经T6热处理后,铸造组织均匀细小,所测抗拉强度为278 MPa,伸长率为2.3%,洛氏硬度值为97HB,符合相关车用件的评价标准,铸件综合性能好。试制结果表明:3D打印砂型快速铸造工艺,适用于复杂铸件的试制与生产,生产周期短,产品性能可靠。