高效的金属型铸造工艺开发
铸造成型在制造复杂部件时有其独特的成本和效率优势，它不仅能够满足部件的可靠性和轻量化要求：与加工成型相比，铸造成型的材料利用率高；与碳纤维增强塑料相比，在模具成本上有巨大优势。
在研发过程中，传统的用试错法来制作样品不仅效率低下，而且成本高昂。这在对时间和经济效益要求极高的现代制造业中显得格格不入。正是在这种背景下，铸造工艺模拟表现出其显著的竞争优势。通过模拟技术，经验丰富的工程师和技术熟练的工人可以大幅缩短开发周期、减少昂贵的样件生产数量。从而使铸造企业能够满足紧张的开发进度要求，实现经济、高效的生产制造。
紧张的开发进度是所有铸造厂面临的共同挑战。以制造商Rosenbauer为例，他们设定了一个目标：在两年内完成一款混合动力消防车的研发和生产（见图1）。这款消防车需要在轻量化的同时保持可靠耐用，以符合安全标准和混合动力车辆的要求。更轻的车重不仅能提升电池的续航能力，还能增强在城市环境中的灵活性，这对于紧急救援任务至关重要。
开发团队选择使用铸造成型的方式来制造门框。他们排除了整体机加工成型，因为这种方法不仅材料利用率低，而且生产效率也不高。同时因为模具和生产成本过高，也放弃了碳纤维增强塑料的方案。
Mettec公司面临的挑战是在很短的时间内满足严格的制造公差要求。在综合考虑成本和产量后，团队决定使用金属型来铸造该门框铸件。他们以原型门框CAD模型为基础来设计铸造工艺。
摒弃旧设计——调整结构设 计与冒口优化
门框原型设计采用X型加强筋结构来满足结构性能要求，但初步铸造模拟显示采用此种结构的门框铸件中存在很多缩孔缩松风险，会影响门框的可靠性并且造成大量铸造废品。
Mettec有一定的设计调整权限，以确保零件的可靠性和轻量化效果，但时间紧迫。
经评审专家们建议将加强筋结构改为S形设计(见图3)，此设计可以为铸件热节提供良好的补缩通道，有利于降低缩孔缩松风险。并且在保证产品结构性能的前提下减轻了重量，使门框更轻、成本更低并且依然可靠。
接下来，团队将重点转向了冒口的优化。他们针对两种不同的方案进行了凝固模拟（如图3所示，左侧为浇注位置1，右侧为浇注位置2）。但模拟结果显示铸件内部均存在缩孔缩松风险，这可能导致废品率上升甚至影响铸件的使用寿命。
为了降低孔隙率，铸造工程师结合了两种冒口设计方案，沿着框架布置了总共16个冒口。并专门增加了孔隙问题最突出区域冒口的尺寸，例如在内部S形结构与框架交汇的关键部位。
修改冒口排布方案后的凝固模拟改善明显，尽管在铸件的某些区域仍存在潜在的风险。为了完全消除风险，满足结构性能要求，工程师在S形结构的每个较宽的支撑梁上增加了一个额外的冒口（参见图5）。模拟结果显示，这种最终的冒口方案将有效地预防铸件中的缩孔缩松。接下来Mettec团队基于冒口优化后的工艺方案开发了模具。
优化新设计——消除铸造缺陷， 确保质量
经前期优化，铸造团队成功制造出了首批样件，但有个别件因浇不足（见图6）而报废。
为了正确地识别缺陷及其产生的根本原因并制定解决方案，Mettec采用实际工艺参数对整个铸造工艺过程进行了模拟。充型结果（动画图5）显示，中部加强筋位置在充型过程中金属液前沿温度较低，因此技术团队首先怀疑这是低温导致的冷隔缺陷。
而进一步的调查排除了缺陷是因模具温度过低或填充速度过慢造成的可能。浇不足的位置由于排气不足，局部憋气产生的较高空气压力是产生缺陷的真正原因。为了消除此缺陷，Mettec在对应位置增加了网纹，并在模具上增加了排气塞（见图7），在后续的批量生产中该缺陷再也没有出现。
快速消除缺陷，并有效预防再发生
起初，车辆研发团队曾担心无法在短时间内设计制造出能保证结构性能的铸件。事实证明担心是多余的：铸造工程师们可以快速地调整工艺方案，并在轻量化的同时兼顾铸件的质量稳定。他们在开发周期内设计了稳健的铸造工艺并解决了预期之外的问题。最终，整车的开发也从快速且精益的制造工艺研发中受益。
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