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一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法

阅读:602发布:2024-01-26

专利汇可以提供一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法,该方法包括:琉璃数据获取方法,成型工艺设计及 数据处理 ,3D打印SLS蜡模,浇注系统消失模 泡沫 成型,工艺组树、灌浆、自然 固化 , 焙烧 脱模,琉璃配料和 熔化 , 真空 浇注、 增压 凝固 ,琉璃清理、 酸洗 、打磨、 抛光 全工艺步骤。本发明的3D打印方法为大型复杂琉璃的快速研制提供了可靠的技术方案,解决了琉璃研制过程中大型复杂形状琉璃数据获取和模样快速制作的难题,实现了琉璃快速浇铸工艺,3D打印蜡型和 石膏 型真空增压浇注系统的融合,大型复杂形状琉璃的快速生产等问题;将复杂形状琉璃生产周期从1-12个月缩短为10-15个工作日。,下面是一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法专利的具体信息内容。

1.一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)琉璃数据获取:通过正向设计或逆向工程设计获取琉璃三维数据;
(2)成型工艺设计及数据处理:通过数据处理、支撑、镂空、切片技术优化步骤(1)所得的琉璃三维数据,获得预设计的琉璃三维实体数据模型STL文件,在3D打印设备的工控机上对所述STL文件的三维实体数据模型进行切片分层处理,层厚为0.08-0.2mm;
(3)3D打印SLS蜡模:在工作台上用铺粉辊铺一层粒径为5-20微米的工程塑料粉末,由激光器发出的激光束在3D立体打印机的控制下,根据步骤(2)所得的分层处理过的预设计琉璃三维实体数据模型一体打印成型,得到粗制的琉璃实体,再对粗制的琉璃实体进行浸蜡、打磨、抛光、烘干处理,得到所需琉璃SLS蜡模;
(4)浇注系统消失模泡沫成型:在步骤(3)所得的琉璃SLS蜡模基础上,采用消失模铸造工艺得到浇注系统模壳模型;
(5)工艺组树、灌浆、自然固化:将步骤(4)所得的浇注系统模壳模型进行浇注和补缩系统组合,得到完整、光滑的模壳模型,再将完整、光滑的模壳模型放置在圆形或方形的箱中,抽真空至真空度达到负压0.08-0.1Mpa时灌入石膏浆体,灌浆完成后,将铁箱放置在20℃环境中干燥不低于12小时;
(6)焙烧脱模:将步骤(5)所得的石膏浆体的模壳模型以每小时升温30-40℃的速率加热升温至240-260℃,在此温度上保温3-5h,然后再以每小时升温50℃的速率加热升温至
800-900℃,在此温度上保温6-10h,焙烧脱去EPS蜡模,得到石膏型铸型;
(7)琉璃配料和熔化:按所需要求选择合成琉璃的各种原料,将选择好的琉璃原料置于底部设有出口的可加热容器中,加热升温至800-850℃至熔化;
(8)真空浇注、增压凝固:将步骤(6)所得的石膏铸型置于800-900℃保温条件下进行抽真空,当真空度抽至0.34-0.36Kpa时,向石膏铸型中缓慢浇注步骤(7)所得的熔化的琉璃液,浇注完成后对铸型进行增压处理使之凝固补缩,凝固补缩后在保温状态下继续保温30-
60min;然后再以每小时降温15-20℃的速率降至室温,在室温环境中进行降压处理得到铸件;
(9)琉璃清理、酸洗、打磨、抛光:对步骤(8)所得的铸件进行高压清洗,清洗完成后,再对铸件进行酸洗、打磨和抛光,得到所需琉璃。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法,其特征在于:在步骤(3)中,所述蜡模精度为100mm±0.1mm,表面粗糙度Ra低于3.2;激光器采用CO2激光器或者光纤激光器,该激光器的具体参数为:激光光束在工作平面的运动速度V=2100-2300mm/s,铺粉直线单元的运动速度V=350-450mm/s,激光器的实际输出功率P=42-48W,供料裕量为0.08-0.1mm,转换因子为1.08。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法,其特征在于:在步骤(4)中,所述消失模材料为可发泡聚苯乙烯EPS。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法,其特征在于:在步骤(8)中,所述增压处理时压力为300-400Kpa,降压处理时压力为180-220Kpa。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法,其特征在于:在步骤(9)中,所述酸洗的成分为:质量浓度为60%的氢氟酸3份、蒸馏水5份和质量浓度为90%的硫酸溶液1份的复配溶液。

说明书全文

一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法

技术领域

[0001] 本发明属于琉璃成型方法领域,具体涉及一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法。

背景技术

[0002] 复杂琉璃的在研发过程中,小批量多批次合格琉璃的提供一直存在很大的问题。因为琉璃具有线收缩大,强度大、延伸率小、易产生开裂等问题,另外大型复杂琉璃产品的形状往往具有很高的艺术性和唯一性,很多都是手工雕刻作为母模,再通过复杂的过程形成蜡模,无法可视琉璃成型过程,研制困难、险大、周期很长、费用高、成品率很低。因而大型复杂琉璃产品的研发进度受到很大影响。
[0003] 本发明通过将多种技术复合,实现大型复杂琉璃产品的规模化和快速化生产。利用3D打印蜡模将复杂琉璃一体化制造;利用三维反求技术,将雕刻等唯一性很强的物品转化为易长期保存和易修改的数字文件;利用石膏铸造工艺布局灵活、高复模性的优点,琉璃尺寸精度达到CT5-6级,表面达到R3.2;利用石膏型保温效果好的优点延长凝固补缩时间,利用真空浇注减少气体阻改善充型,利用增压凝固增加补缩距离改善表面质量和裂纹。

发明内容

[0004] 鉴于以上所述,本发明的目的在于提供一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法,使得制备得到的复杂形状的琉璃成品率高且周期短,且效果佳。
[0005] 为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法,包括以下步骤:
[0006] (1)琉璃数据获取:通过正向设计或逆向工程设计获取琉璃三维数据;
[0007] (2)成型工艺设计及数据处理:通过数据处理、支撑、镂空、切片技术优化步骤(1)所得的琉璃三维数据,获得预设计的琉璃三维实体数据模型STL文件,在3D打印设备的工控机上对所述STL文件的三维实体数据模型进行切片分层处理,层厚为0.08-0.2mm;
[0008] (3)3D打印SLS蜡模:在工作台上用铺粉辊铺一层粒径为5-20微米的工程塑料粉末,由激光器发出的激光束在3D立体打印机的控制下,根据步骤(2)所得的分层处理过的预设计琉璃三维实体数据模型一体打印成型,得到粗制的琉璃实体,再对粗制的琉璃实体进行浸蜡、打磨、抛光、烘干处理,得到所需琉璃SLS蜡模;
[0009] (4)浇注系统消失模泡沫成型:在步骤(3)所得的琉璃SLS蜡模基础上,采用消失模铸造工艺得到浇注系统模壳模型;
[0010] (5)工艺组树、灌浆、自然固化:将步骤(4)所得的浇注系统模壳模型进行浇注和补缩系统组合,得到完整、光滑的模壳模型,再将完整、光滑的模壳模型放置在圆形或方形的箱中,抽真空至真空度达到负压0.08-0.1Mpa时灌入石膏浆体,灌浆完成后,将铁箱放置在20℃环境中干燥不低于12小时;
[0011] (6)焙烧脱模:将步骤(5)所得的石膏浆体的模壳模型以每小时升温30-40℃的速率加热升温至240-260℃,在此温度上保温3-5h,然后再以每小时升温50℃的速率加热升温至800-900℃,在此温度上保温6-10h,焙烧脱去EPS蜡模,得到石膏型铸型;
[0012] (7)琉璃配料和熔化:按所需要求选择合成琉璃的各种原料,将选择好的琉璃原料置于底部设有出口的可加热容器中,加热升温至800-850℃至熔化;
[0013] (8)真空浇注、增压凝固:将步骤(6)所得的石膏铸型置于800-900℃保温条件下进行抽真空,当真空度抽至0.34-0.36Kpa时,向石膏铸型中缓慢浇注步骤(7)所得的熔化的琉璃液,浇注完成后对铸型进行增压处理使之凝固补缩,凝固补缩后在保温状态下继续保温30-60min;然后再以每小时降温15-20℃的速率降至室温,在室温环境中进行降压处理得到铸件;
[0014] (9)琉璃清理、酸洗、打磨、抛光:对步骤(8)所得的铸件进行高压力清洗,清洗完成后,再对铸件进行酸洗、打磨和抛光,得到所需琉璃。
[0015] 在步骤(3)中,所述蜡模精度为100mm±0.1mm,表面粗糙度Ra低于3.2;激光器采用CO2激光器或者光纤激光器,该激光器的具体参数为:激光光束在工作平面的运动速度V=2100-2300mm/s,铺粉直线单元的运动速度V=350-450mm/s,激光器的实际输出功率P=42-
48W,供料裕量为0.08-0.1mm,转换因子为1.08。
[0016] 在步骤(4)中,所述消失模材料为可发泡聚苯乙烯EPS。
[0017] 在步骤(8)中,所述增压处理时压力为300-400Kpa,降压处理时压力为180-220Kpa。
[0018] 在步骤(9)中,所述酸洗的成分为:质量浓度为60%的氢氟酸3份、蒸馏水5份和质量浓度为90%的硫酸溶液1份的复配溶液。
[0019] 本发明的有益效果:本发明解决了琉璃研制过程中大型复杂形状琉璃数据获取和模样快速制作的难题,解决了3D打印成型蜡模与石膏型真空增压成型琉璃相结合的问题,改善了琉璃流动性差凝固区间宽线收缩大补产生裂纹的问题,改善了浇注系统胀型和脱模时间过长的问题;实现了琉璃快速浇铸工艺,3D打印蜡型和石膏型真空增压浇注系统的融合,大型复杂形状琉璃的快速生产等问题,将复杂形状琉璃生产周期从1-12个月缩短为10-15个工作日。
附图说明
[0020] 附图1为一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法的流程示意图。

具体实施方式

[0021] 以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不局限于这些实施例
[0022] 一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法,包括以下步骤:
[0023] (1)琉璃数据获取:通过正向设计设计获取大型复杂形状的琉璃三维数据;
[0024] (2)成型工艺设计及数据处理:通过云数据处理、支撑、镂空、切片技术优化步骤(1)所得的复杂形状琉璃三维数据,获得预设计的复杂形状琉璃三维实体数据模型STL文件,在3D打印设备的工控机上对所述STL文件的三维实体数据模型进行切片分层处理,层厚为0.1mm;
[0025] (3)3D打印SLS蜡模:在工作台上用铺粉辊铺一层粒径为10微米的工程塑料粉末,由激光器发出的激光束在3D立体打印机的控制下,根据步骤(2)所得的分层处理过的预设计复杂形状琉璃三维实体数据模型一体打印成型,得到粗制复杂形状的琉璃实体,再对粗制复杂形状的琉璃实体进行浸蜡、打磨、抛光、烘干处理,得到所需复杂形状琉璃SLS蜡模;其中,蜡模精度为100.1mm,表面粗糙度Ra低于3.2;激光器采用CO2激光器,该激光器的具体参数为:激光光束在工作平面的运动速度V=2200mm/s,铺粉直线单元的运动速度V=
380mm/s,激光器的实际输出功率P=45W,供料裕量为0.09mm,转换因子为1.08;
[0026] (4)浇注系统消失模泡沫成型:在步骤(3)所得的复杂形状琉璃SLS蜡模基础上,采用消失模铸造工艺得到浇注系统模壳模型;其中,消失模材料为可发泡聚苯乙烯EPS;
[0027] (5)工艺组树、灌浆、自然固化:将步骤(4)所得的浇注系统模壳模型进行浇注和补缩系统组合,得到完整、光滑的模壳模型,再将完整、光滑的模壳模型放置在圆形或方形的铁箱中,抽真空至真空度达到负压0.1Mpa时灌入石膏浆体,灌浆完成后,将铁箱放置在20℃环境中干燥不低于12小时;
[0028] (6)焙烧脱模:将步骤(5)所得的石膏浆体的模壳模型以每小时升温35℃的速率加热升温至250℃,在此温度上保温4h,然后再以每小时升温50℃的速率加热升温至900℃,在此温度上保温8h,焙烧脱去EPS蜡模,得到石膏型铸型;
[0029] (7)琉璃配料和熔化:按重量份称取55份、5份氧化、18份氧化铅、12份氯化钠、8份硫酸钡、6份三氧化二镍、6份氧化亚、1份硅藻土和1份有机膨润土,将上述选择好的琉璃原料置于底部设有出口的可加热容器中,加热升温至850℃至全部原料熔化;
[0030] (8)真空浇注、增压凝固:将步骤(6)所得的石膏铸型置于900℃保温条件下进行抽真空,当真空度抽至0.35Kpa时,向石膏铸型中缓慢浇注步骤(7)所得的熔化的琉璃液,浇注完成后对铸型进行增压处理,增压至360Kpa,使琉璃液凝固补缩,凝固补缩后在保温状态下继续保温60min;然后再以每小时降温15℃的速率降至室温,在室温环境中进行降压处理,降压至200Kpa时得到铸件;
[0031] (9)琉璃清理、酸洗、打磨、抛光:对步骤(8)所得的铸件进行高压水力清洗,清洗完成后,再对铸件进行酸洗,酸洗成分为质量浓度为60%的氢氟酸3份、蒸馏水5份和质量浓度为90%的硫酸溶液1份的复配溶液,酸洗结束后对光滑的琉璃产品进行进一步的打磨和抛光,得到所需复杂形状的琉璃产品。
[0032] 本方法制备的大型复杂形状的琉璃产品,其数据获取和模样快速制作通过现代电脑技术可以快速得到,同时解决了3D打印成型蜡模与石膏型真空增压成型琉璃相结合的问题,改善了琉璃流动性差凝固区间宽线收缩大补产生裂纹的问题,改善了浇注系统胀型和脱模时间过长的问题;而且形状可控,在最初设计好的琉璃数据时就已控制得到理想的琉璃形状,利用3D打印蜡型和石膏型真空增压浇注系统的融合,其琉璃生产时间和形状可控,而且生产效率提高,最后再对打印的铸件粗品进行精细化处理,得到了理想的复杂形状的琉璃产品。该方法可控且合理,步骤清晰,所得产品效果理想。
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