用于3D打印的颗粒材料及3D打印的铸造模型 |
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| 申请号 | CN201610930392.0 | 申请日 | 2016-10-31 | 公开(公告)号 | CN106563763A | 公开(公告)日 | 2017-04-19 |
| 申请人 | 宁夏共享模具有限公司; | 发明人 | 郭永斌; 张景豫; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于3D打印的颗粒材料及3D打印的 铸造 模型，该颗粒材料包括 硅 砂、镁砂、铬 铁 矿砂、宝珠砂、和镁橄榄石砂之中的任意一种；颗粒材料的粒径范围在0.05mm至0.6mm之间，在粒径范围内包括粒度由小至大的第一粒度至第五粒度，且第一粒度和第五粒度分别为粒径范围的最小粒度和最大粒度；颗粒材料的粒度按以下 质量 比例配置：第一粒度的含量在5％以下，第二粒度的含量在2％至20％之间，第三粒度的含量在15％至60％之间，第四粒度的含量在20％至50％之间，第五粒度的含量在15％以下。能够使3D打印的铸造模型具有良好的镶嵌性和孔隙互补性，满足了低 粘度 液体的渗透，从而能够有效提高3D打印的铸型和(或)砂芯的强度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于3D打印的颗粒材料，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 用于3D打印的颗粒材料及3D打印的铸造模型技术领域[0001] 本发明涉及铸造及3D打印技术领域，具体来说，涉及一种在铸造铸型和(或)砂芯的成型过程中，用于3D打印的颗粒材料及3D打印的铸造模型。 背景技术[0002] 用于生产、铸造铸型和(或)砂芯的已公知方法有多种，其中3D打印方法为一种无模具的快速成型方法。 [0003] 公开的3D打印方法之中的一种为克洛宁方法。克洛宁方法具体为激光烧结3D成型方法，实现了无模具生产，铸型和(或)砂芯由涂覆有粘结剂的颗粒材料逐层的构造而成，单个松散的颗粒材料由激光射线选择性的加热而实现粘结。但是在实际应用中发现，此技术方法存在效率低、初强度低、最终凝固需要充足的热量，施加热量后收缩变形严重的问题。 [0004] 在公开号为US20050003189A1的申请中，公开了一种用于制造模型的层构造方法，在该方法中将热塑性粒子材料与粉末状粘结剂混合，并且用含水溶剂作为打印介质逐层的打印。其中，粘结剂应该易溶于含水的打印介质中。接下来，模型与包围的粉末脱离，并且可能在后续处理中于热炉中进行干燥，从而提高强度。但是，该专利并不涉及热塑性粒子材料的成分的含量及粒度。在公开的其他3D打印方法中，也存在对工具依赖性高、或初强度低等问题。因此需要设计一种强度高的用于3D打印的颗粒材料。 发明内容[0005] 针对相关技术中采用3D打印方法铸造的铸型和(或)砂芯强度低的问题，本发明提出一种用于3D打印的颗粒材料及3D打印的铸造模型，能够有效提高3D打印的铸型和(或)砂芯的强度。 [0006] 本发明的技术方案是这样实现的： [0007] 根据本发明的一个方面，提供了一种用于3D打印的颗粒材料，颗粒材料包括硅砂、镁砂、铬铁矿砂、宝珠砂、和镁橄榄石砂之中的任意一种；颗粒材料的粒径范围在0.05mm至0.6mm之间，在粒径范围内包括粒度由小至大的第一粒度、第二粒度、第三粒度、第四粒度和第五粒度，第一粒度至第五粒度均为30目、40目、50目、70目、100目、140目、200目、和270目的之一，且第一粒度和第五粒度分别为粒径范围的最小粒度和最大粒度；颗粒材料的粒度按以下质量比例配置：第一粒度的含量在5％以下，第二粒度的含量在2％至20％之间，第三粒度的含量在15％至60％之间，第四粒度的含量在20％至50％之间，第五粒度的含量在 15％以下。 [0008] 根据本发明的一个实施例，粒径范围为0.05mm至0.2mm；第一粒度为70目、第二粒度为100目、第三粒度为140目、第四粒度为200目、第五粒度为270目；颗粒材料的粒度按以下质量比例配置：70目的含量在5％以下，100目的含量在8％至20％之间，140目的含量在30％至60％之间，200目的含量在20％至35％之间，270目的含量在2％以下。 [0009] 根据本发明的一个实施例，粒径范围为0.08mm至0.3mm；第一粒度为50目、第二粒度为70目、第三粒度为100目、第四粒度为140目、第五粒度为200目；颗粒材料的粒度按以下质量比例配置：70目的含量在5％以下，100目的含量在8％至20％之间，140目的含量在30％至60％之间，200目的含量在20％至35％之间，270目的含量在2％以下。 [0010] 根据本发明的一个实施例，粒径范围为0.1mm至0.4mm；第一粒度为40目、第二粒度为50目、第三粒度为70目、第四粒度为100目、第五粒度为140目；颗粒材料的粒度按以下质量比例配置：40目的含量在0.8％以下，50目的含量在8％至15％之间，70目的含量在40％至60％之间，100目的含量在20％至35％之间，140目的含量在5％以下。 [0011] 根据本发明的一个实施例，粒径范围为0.15mm至0.6mm；第一粒度为30目、第二粒度为40目、第三粒度为50目、第四粒度为70目、第五粒度为100目；颗粒材料的粒度按以下质量比例配置：30目的含量在0.2％以下，40目的含量在2％至10％之间，50目的含量在15％至40％之间，70目的含量在30％至50％之间，100目的含量在5％至15％之间。 [0012] 根据本发明的一个实施例，颗粒材料还包括：固化材料；固化材料包括液体材料和固体材料之中的至少一种，固化材料在颗粒材料中的质量比例配置在0.2％至1.5％之间；其中，液体材料包括有机酸、无机酸、醇类、和酯类；固体材料包括PVA、CMC、PVP、MgO和羟乙基纤维素。 [0013] 根据本发明的一个实施例，固化材料在颗粒材料中的质量比例配置在0.3％至0.5％之间。 [0014] 根据本发明的一个实施例，颗粒材料适用于打印铸型质量在100kg以下的砂芯。 [0015] 根据本发明的一个实施例，颗粒材料适用于打印铸型质量在100kg至500kg之间的砂芯。 [0016] 根据本发明的一个实施例，颗粒材料适用于打印铸型质量在500kg至1000kg之间的砂芯。 [0017] 根据本发明的一个实施例，颗粒材料适用于打印铸型质量在1000kg以上的砂芯。 [0018] 根据本发明的一个实施例，硅砂包括：在颗粒材料中的质量比例配置在90％以上的SiO2、配置在1％以下的Fe2O3、和配置在3％以下的Al2O3；镁砂包括：在颗粒材料中的质量比例配置在95％以上的MgO、配置在3％以下的SiO2，和配置在0.5％以下的Fe2O3；铬铁矿砂包括：在颗粒材料中的质量比例配置在46％以上的Cr2O3、配置在29％以下的Fe2O3、和配置在3％以下的SiO2；宝珠砂包括：在颗粒材料中的质量比例配置在70％以上的Al2O3、配置在15％以下的SiO2、和配置在5％以下的Fe2O3；镁橄榄石砂包括：在颗粒材料中的质量比例配置在47％以上的MgO、配置在40％以下的SiO2、和配置在10％以下的Fe2O3。 [0019] 根据本发明的另一方面，提供了一种3D打印的铸造模型，铸造模型的材料包括上述颗粒材料，其中铸造模型至少包括铸型和砂芯的之一。 [0021] 根据本发明的一个实施例，粘结剂的粘度配置在4mPa.s至500mPa.s之间。 [0022] 根据本发明的一个实施例，粘结剂的粘度配置在5mPa.s至20mPa.s之间。 [0023] 根据本发明的一个实施例，粘结剂在铸造模型中的质量比例配置在0.2％至1.5％之间。 [0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0026] 图1是根据本发明实施例的向颗粒材料喷射粘结剂的示意图。 具体实施方式[0027] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0028] 根据本发明的实施例，提供了一种用于3D打印的颗粒材料。 [0029] 根据本发明实施例的用于3D打印的颗粒材料：该颗粒材料包括硅砂、镁砂、铬铁矿砂、宝珠砂、和镁橄榄石砂之中的任意一种； [0030] 颗粒材料的粒径范围在0.05mm至0.6mm之间，在粒径范围内包括粒度由小至大的第一粒度、第二粒度、第三粒度、第四粒度和第五粒度，第一粒度至第五粒度均为30目、40目、50目、70目、100目、140目、200目、和270目的之一，且第一粒度和第五粒度分别为粒径范围的最小粒度和最大粒度； [0031] 颗粒材料的粒度按以下质量比例配置：第一粒度的含量在5％以下，第二粒度的含量在2％至20％之间，第三粒度的含量在15％至60％之间，第四粒度的含量在20％至50％之间，第五粒度的含量在15％以下。 [0032] 通过上述技术方案，本发明的颗粒材料能够具有良好的镶嵌性和孔隙互补性，满足了低粘度液体的渗透，从而能够有效提高3D打印的铸型和(或)砂芯的强度，避免了在浇注时产生粘砂缺陷；另外，本发明的颗粒材料在具有良好的竖直方向渗透作用的同时，降低了水平方向的扩散性，以此提高了3D打印的铸型和(或)砂芯的精度、降低了浮砂清理的难度。 [0033] 根据本发明的一个实施例，上述硅砂包括：在颗粒材料中的质量比例配置在90％以上的SiO2、配置在1％以下的Fe2O3、和配置在3％以下的Al2O3；上述镁砂包括：在颗粒材料中的质量比例配置在95％以上的MgO、配置在3％以下的SiO2，和配置在0.5％以下的Fe2O3；铬铁矿砂包括：在颗粒材料中的质量比例配置在46％以上的Cr2O3、配置在29％以下的Fe2O3、和配置在3％以下的SiO2；上述宝珠砂包括：在颗粒材料中的质量比例配置在70％以上的Al2O3、配置在15％以下的SiO2、和配置在5％以下的Fe2O3；上述镁橄榄石砂包括：在颗粒材料中的质量比例配置在47％以上的MgO、配置在40％以下的SiO2、和配置在10％以下的Fe2O3。 [0034] 颗粒材料的砂粒形态可以为球形、椭圆形、或尖角形，也可以是其他砂粒形态，本发明对颗粒材料的砂粒形态不作具体限定。 [0035] 根据本发明的一个实施例，颗粒材料的粒径范围为0.05mm至0.2mm；颗粒材料的粒度按以下质量比例配置：70目的含量在5％以下，100目的含量在8％至20％之间，140目的含量在30％至60％之间，200目的含量在20％至35％之间，270目的含量在2％以下。进一步地，该颗粒材料可适用于打印铸型质量在100kg以下的砂芯。 [0036] 优选实施例一： [0037] 颗粒材料包括硅砂，硅砂具体的成分按以下质量比例配置： [0038] [0039] [0040] 根据本发明的一个实施例，颗粒材料的粒径范围为0.08mm至0.3mm；第一粒度为50目、第二粒度为70目、第三粒度为100目、第四粒度为140目、第五粒度为200目；颗粒材料的粒度按以下质量比例配置：70目的含量在5％以下，100目的含量在8％至20％之间，140目的含量在30％至60％之间，200目的含量在20％至35％之间，270目的含量在2％以下。进一步地，该颗粒材料适用于打印铸型质量在100kg至500kg之间的砂芯。 [0041] 优选实施例二： [0042] 颗粒材料包括硅砂，硅砂具体的成分按以下质量比例配置： [0043] [0044] 根据本发明的一个实施例，颗粒材料的粒径范围为0.1mm至0.4mm；第一粒度为40目、第二粒度为50目、第三粒度为70目、第四粒度为100目、第五粒度为140目；颗粒材料的粒度按以下质量比例配置：40目的含量在0.8％以下，50目的含量在8％至15％之间，70目的含量在40％至60％之间，100目的含量在20％至35％之间，140目的含量在5％以下。进一步地，该颗粒材料适用于打印铸型质量在500kg至1000kg之间的砂芯。 [0045] 优选实施例三： [0046] 颗粒材料包括硅砂，硅砂具体的成分按以下质量比例配置： [0047] [0048] 根据本发明的一个实施例，粒径范围为0.15mm至0.6mm；第一粒度为30目、第二粒度为40目、第三粒度为50目、第四粒度为70目、第五粒度为100目；颗粒材料的粒度按以下质量比例配置：30目的含量在0.2％以下，40目的含量在2％至10％之间，50目的含量在15％至40％之间，70目的含量在30％至50％之间，100目的含量在5％至15％之间。进一步地，该颗粒材料适用于打印铸型质量在1000kg以上的砂芯。 [0049] 优选实施例四： [0050] 颗粒材料包括硅砂，硅砂具体的成分按以下质量比例配置： [0051] [0052] 根据本发明的一个实施例，颗粒材料还包括：固化材料；该固化材料包括液体材料和固体材料之中的至少一种，固化材料的质量比例配置在0.2％至1.5％之间。其中，液体材料可以是：有机酸、无机酸、醇类、和酯类；固体材料可以是PVA(Polyvinyl Alcohol，聚乙烯醇)、CMC(Carboxyl Methyl Cellulose，羧甲基纤维素)、PVP(polyvinyl Pyrrolidone，聚乙烯吡咯烷酮)、MgO(氧化镁)和羟乙基纤维素。 [0053] 优选地，固化材料在颗粒材料中的质量比例配置在0.3％至0.5％之间。通过在颗粒材料中配置上述固化材料，可调节颗粒材料的流动，能够促进、或加速粘结剂固化，或使颗粒材料本身具有一定的固化能力。 [0054] 参考图1，上述颗粒材料在用于3D打印的铸造成型过程中时，要向各个由颗粒材料20形成的颗粒材料层逐层喷射粘结剂，如图1中的第一方向10所示为粘结剂的喷射方向，第二方向30所示为粘结剂的渗透方向。该粘结剂可以为含有能发生化学或物理聚合的一种或多种单体，例如可以为热塑性聚合物、可溶聚合物、蜡、合成树脂、天然树脂、糖、盐、无机交联剂、和MgCl2中的一种或多种的组合。粘结剂的粘度在4mPa.s至500mPa.s之间，优选在 5mPa.s至20mPa.s之间；粘结剂加入量在0.2％至1.5％之间，该比例为粘结剂在颗粒材料中的质量比例。具体地，在应用于3D多阶段喷墨打印的情况下，各个颗粒材料层之间依靠粘结剂渗透进行相互粘结，由于本发明的颗粒材料对低粘度粘结剂具有良好的渗透效果，因此可以使3D打印的铸型和(或)砂芯的最大抗压强度达到5Mpa以上。如表1所示，为采用上述优选实施例一至优选实施例四的颗粒材料通过3D打印得到的砂芯成分及砂芯强度。 [0055] 表1 [0056] [0057] 根据本发明的实施例，还提供了一种3D打印的铸造模型，包括上述颗粒材料，其中铸造模型包括铸型和(或)砂芯。 [0058] 根据本发明的一个实施例，铸造模型还包括粘结剂；粘结剂包括热塑性聚合物、可溶聚合物、蜡、合成树脂、天然树脂、糖、盐、无机交联剂、和MgCl2中的一种或多种的组合。具体的，在3D打印铸造模型的成型过程中，要向各个由颗粒材料形成的颗粒材料层逐层喷射上述粘结剂。 [0059] 根据本发明的一个实施例，粘结剂的粘度在4mPa.s至500mPa.s之间。 [0060] 优选地，粘结剂的粘度在5mPa.s至20mPa.s之间。 [0061] 根据本发明的一个实施例，粘结剂在铸造模型中的质量比例在0.2％至1.5％之间。 [0062] 综上所述，借助于上述技术方案，本发明的颗粒材料能够具有良好的镶嵌性和孔隙互补性，满足了低粘度液体的渗透，从而能够有效提高3D打印的铸型和(或)砂芯的强度，避免了在浇注时产生粘砂缺陷；另外，本发明的颗粒材料在具有良好的竖直方向渗透作用的同时，降低了水平方向的扩散性，以此提高了3D打印的铸型和(或)砂芯的精度、降低了浮砂清理的难度；各个颗粒材料层之间依靠粘结剂渗透进行相互粘结，由于颗粒材料对低粘度粘结剂具有良好的渗透效果，因此可以使3D打印的铸型和(或)砂芯的最大抗压强度达到5Mpa以上。 |
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