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一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序

申请号 CN202410125070.3 申请日 2024-01-30 公开(公告)号 CN117960995A 公开(公告)日 2024-05-03
申请人 安徽欧冶智能制造有限责任公司; 发明人 刘继泽; 柯尊来; 吴锡辉;
摘要 本 发明 公开了一种基于3D打印快速成型的熔模 铸造 工序,该基于3D打印快速成型的熔模铸造工序采用3D打印模型的 精度 高于普通蜡基模型,由于不受蜡膏压注方法的限制,模型结构也更复杂多变,该基于3D打印快速成型的熔模铸造工序采用3D打印模型的强度高于普通蜡基模型,在 制模 、制壳、运输等过程中模型不易发生破损、断裂和表面擦伤,该基于3D打印快速成型的熔模铸造工序采用3D打印模型,在高温 焙烧 后的灰分都极低,该基于3D打印快速成型的熔模铸造工序在小批量生产和科学实验中,因为不需要制作和储存传统的蜡模或 注塑模具 ,可以节省人 力 资源和时间,显著提高了生产效率并且降低了成本。
权利要求

1.一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序,其特征在于,包括以下步骤:
S1、建立产品三维模型数据;
S2、打印模型;
S3、模型预处理;
S4、安装冒口;
S5、制壳;
S6、脱蜡和焙烧
S7、浇注。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序,其特征在于,S1步骤中,所述的建立产品三维模型数据的具体步骤为:
a)采用计算机辅助设计(CAD)软件扫描仪等工具,根据产品的结构、尺寸和材料要求,设计出产品的三维模型;
b)将三维模型数据转换为适合3D打印机识别的数据格式。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序,其特征在于,S2步骤中,所述的打印模型的具体步骤为:
a)采用3D打印机,根据S1步骤得到的数据,选择合适的打印材料,如可熔性树脂或蜡料等;
b)按层叠加的方式,打印出与产品形状相同的可熔性模型。
4.根据权利要求1所述的一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序,其特征在于,S3步骤中,所述的模型预处理的具体步骤为:
a)对S2步骤得到的可熔性模型进行去支撑、修整、抛光表面处理,使其表面光滑、无缺陷
b)检测处理后的可熔性模型的尺寸精度和表面质量是否符合要求。
5.根据权利要求1所述的一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序,其特征在于,S4步骤中,所述的安装冒口的具体步骤为:
a)检查S3步骤中的模型表面和组织无缺陷后,在预先设计好的冒口位置粘接冒口;
b)粘接冒口完成后,检查确认模型、冒口以及连接处没有剩余粘接剂和缝隙。
6.根据权利要求1所述的一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序,其特征在于,S5步骤中,所述的制壳的具体步骤为:
a)将S4步骤得到的可熔性模组浸入或喷涂一层粘性液体涂料,并在其表面均匀地撒上一层细小的耐火颗粒,如陶瓷粉或石膏粉等,然后将其放入干燥室中干燥固化
b)重复该步骤若干次,直到在可熔性模组表面形成一层足够厚度和强度的耐火型壳
7.根据权利要求1所述的一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序,其特征在于,S6步骤中,所述的脱蜡和焙烧的具体步骤为:
a)将S5步骤得到的耐火型壳放入高温蒸汽或热中加热,使其内部的可熔性模组融化或溶解流出,留下一个中空的耐火型壳;
b)将耐火型壳放入高温窑中进行焙烧处理,去除残留物和水分,并提高其强度和耐火性能。
8.根据权利要求1所述的一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序,其特征在于,S7步骤中,所述的浇注的具体步骤为:
a)将S6步骤得到的耐火型壳置于浇注台上,并用沙子等填充物固定好;
将所需的金属材料加热至液态,并按一定的温度和速度从浇口处浇入耐火型壳内;
b)待金属液凝固后,即得到所需的金属铸件。

说明书全文

一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序

技术领域

[0001] 本发明涉及3D打印技术领域,具体为一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序。

背景技术

[0002] 在一些复杂机械零件的生产制造中,比如变速箱、发动机前端附件驱动系统支架或其他动传输设备等,常需要试验开发和小批量制造,常规的熔模铸造技术不够高效并且成本高昂,存在较多问题:
[0003] 1、普通蜡基模型的精度较低,由于受蜡膏压注方法的限制,模型结构较为简单;
[0004] 2、普通蜡基模型的强度不高,在制模、制壳、运输等过程中模型易发生破损、断裂和表面擦伤的问题;
[0005] 3、普通蜡基模型高温焙烧后的灰分残留较多;
[0006] 4、在小批量生产和科学实验中,传统的熔模铸造中需要制造熔模压型以及制备蜡膏,周期较长,成本较高。
[0007] 有鉴于此,现设计一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于提供一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序,以解决上述背景技术中提出的现有的3D打印可铸光敏树脂以及熔模铸造存在的问题。
[0009] 为实现上述目的,本发明提供如下技术方案,一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序,包括以下步骤:
[0010] S1、建立产品三维模型数据;
[0011] S2、打印模型;
[0012] S3、模型预处理;
[0013] S4、安装冒口;
[0014] S5、制壳;
[0015] S6、脱蜡和焙烧;
[0016] S7、浇注。
[0017] 优选的,S1步骤中,所述的建立产品三维模型数据的具体步骤为:
[0018] a)采用计算机辅助设计(CAD)软件扫描仪等工具,根据产品的结构、尺寸和材料要求,设计出产品的三维模型;
[0019] b)将三维模型数据转换为适合3D打印机识别的数据格式。
[0020] 优选的,S2步骤中,所述的打印模型的具体步骤为:
[0021] a)采用3D打印机,根据S1步骤得到的数据,选择合适的打印材料,如可熔性树脂或蜡料等;
[0022] b)按层叠加的方式,打印出与产品形状相同的可熔性模型。
[0023] 优选的,S3步骤中,所述的模型预处理的具体步骤为:
[0024] a)对S2步骤得到的可熔性模型进行去支撑、修整、抛光表面处理,使其表面光滑、无缺陷
[0025] b)检测处理后的可熔性模型的尺寸精度和表面质量是否符合要求。
[0026] 优选的,S4步骤中,所述的安装冒口的具体步骤为:
[0027] a)检查S3步骤中的模型表面和组织无缺陷后,在预先设计好的冒口位置粘接冒口;
[0028] b)粘接冒口完成后,检查确认模型、冒口以及连接处没有剩余粘接剂和缝隙。
[0029] 优选的,S5步骤中,所述的制壳的具体步骤为:
[0030] a)将S4步骤得到的可熔性模组浸入或喷涂一层粘性液体涂料,并在其表面均匀地撒上一层细小的耐火颗粒,如陶瓷粉或石膏粉等,然后将其放入干燥室中干燥固化
[0031] b)重复该步骤若干次,直到在可熔性模组表面形成一层足够厚度和强度的耐火型壳
[0032] 优选的,S6步骤中,所述的脱蜡和焙烧的具体步骤为:
[0033] a)将S5步骤得到的耐火型壳放入高温蒸汽或热中加热,使其内部的可熔性模组融化或溶解流出,留下一个中空的耐火型壳;
[0034] b)将耐火型壳放入高温窑中进行焙烧处理,去除残留物和水分,并提高其强度和耐火性能
[0035] 优选的,S7步骤中,所述的浇注的具体步骤为:
[0036] a)将S6步骤得到的耐火型壳置于浇注台上,并用沙子等填充物固定好;将所需的金属材料加热至液态,并按一定的温度和速度从浇口处浇入耐火型壳内;
[0037] b)待金属液凝固后,即得到所需的金属铸件。
[0038] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0039] 1、该基于3D打印快速成型的熔模铸造工序采用3D打印模型的精度高于普通蜡基模型,由于不受蜡膏压注方法的限制,模型结构也更复杂多变;
[0040] 2、该基于3D打印快速成型的熔模铸造工序采用3D打印模型的强度高于普通蜡基模型,在制模、制壳、运输等过程中模型不易发生破损、断裂和表面擦伤;
[0041] 3、该基于3D打印快速成型的熔模铸造工序采用3D打印模型,在高温焙烧后的灰分都极低;
[0042] 4、该基于3D打印快速成型的熔模铸造工序在小批量生产和科学实验中,因为不需要制作和储存传统的蜡模或注塑模具,可以节省人力资源和时间,显著提高了生产效率并且降低了成本。附图说明
[0043] 图1为本发明一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序的工艺步骤流程图

具体实施方式

[0044] 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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0045] 在发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0046] 在发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置有”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0047] 请参阅图1,本发明提供一种技术方案:一种基于3D打印快速成型的熔模铸造工序,包括以下步骤:
[0048] S1、建立产品三维模型数据;
[0049] S2、打印模型;
[0050] S3、模型预处理;
[0051] S4、安装冒口;
[0052] S5、制壳;
[0053] S6、脱蜡和焙烧;
[0054] S7、浇注。
[0055] 具体的,3D打印技术的加入可以大大改善现有技术的缺陷与难点,3D打印技术是一种利用计算机辅助设计(CAD)软件或扫描仪等工具,根据产品的结构、尺寸和材料要求,设计出产品的三维模型,并将其转换为适合3D打印机识别的数据格式,然后用3D打印机按层叠加的方式,打印出与产品形状相同的可熔性模型的技术,可以应用于熔模铸造的3D打印技术主要有两种类型:立体光固化(SLA)和多喷头喷墨(MJP)。其中,SLA是一种利用紫外光固化液态树脂的3D打印技术,可以生成具有空心结构和排气孔的可熔性模型,称为QuickCast,MJP是一种利用喷头喷射蜡质材料的3D打印技术,可以生成100%蜡质的可熔性模型,称为RealWax。
[0056] S1步骤中,所述的建立产品三维模型数据的具体步骤为:
[0057] a)采用计算机辅助设计(CAD)软件或扫描仪等工具,根据产品的结构、尺寸和材料要求,设计出产品的三维模型;
[0058] b)将三维模型数据转换为适合3D打印机识别的数据格式。
[0059] S2步骤中,所述的打印模型的具体步骤为:
[0060] a)采用3D打印机,根据S1步骤得到的数据,选择合适的打印材料,如可熔性树脂或蜡料等;
[0061] b)按层叠加的方式,打印出与产品形状相同的可熔性模型。
[0062] 具体的,在步骤S2中,3D打印机可采用立体光固化(SLA)或多喷头喷墨(MJP)类型,打印材料为可完全燃尽或气化的树脂或蜡类材料,这样可以避免在脱蜡和焙烧过程中产生残留物或污染物,提高型壳的质量和铸件的表面质量。
[0063] S3步骤中,所述的模型预处理的具体步骤为:
[0064] a)对S2步骤得到的可熔性模型进行去支撑、修整、抛光等表面处理,使其表面光滑、无缺陷;
[0065] b)检测处理后的可熔性模型的尺寸精度和表面质量是否符合要求。
[0066] 具体的,在S3步骤中,去支撑、修整、抛光等表面处理可以采用手工或机械的方式进行,也可以采用化学或物理的方法进行,如溶剂浸泡、声波清洗、激光抛光等,以去除打印过程中产生的支撑结构、毛刺、缝隙等缺陷,并提高模型的表面光洁度和平整度。
[0067] S4步骤中,所述的安装冒口的具体步骤为:
[0068] a)检查S3步骤中的模型表面和组织无缺陷后,在预先设计好的冒口位置粘接冒口;
[0069] b)粘接冒口完成后,检查确认模型、冒口以及连接处没有剩余粘接剂和缝隙。
[0070] 具体的,在安装冒口之前,可在模型上钻孔或切割槽以便与冒口系统连接,这样可以增强模型和冒口之间的结合强度,防止在制壳或浇注过程中发生断裂或漏气,在S4步骤中,冒口、浇口等浇注系统组件可以采用与可熔性模型相同或相近的材料制作,也可以采用与可熔性模型不同的材料制作,如金属或陶瓷等,连接或焊接方式可以采用机械连接、热连接、粘接等不同的方法,根据可熔性模型和浇注系统组件的材料特性和形状选择合适的连接或焊接方式。
[0071] S5步骤中,所述的制壳的具体步骤为:
[0072] a)将S4步骤得到的可熔性模组浸入或喷涂一层粘性液体涂料,并在其表面均匀地撒上一层细小的耐火颗粒,如陶瓷粉或石膏粉等,然后将其放入干燥室中干燥固化;
[0073] b)重复该步骤若干次,直到在可熔性模组表面形成一层足够厚度和强度的耐火型壳。
[0074] 具体的,在制壳之前,可在模型表面涂抹一层隔离剂以防止浆料与模型粘连,这样可以减少在脱蜡过程中对型壳的损伤,保持型壳的完整性和稳定性,在S5步骤中,粘性液体涂料可以采用溶胶、水玻璃、树脂等不同的材料制作,根据耐火型壳所需的强度和耐火性能选择合适的涂料配方,细小的耐火颗粒可以采用陶瓷粉、石膏粉、金刚砂等不同的材料制作,根据耐火型壳所需的厚度和粗糙度选择合适的颗粒粒度和分布。
[0075] 具体的,制壳时可将熔模结构提前浸入浆料中,浆料可为含有粘合剂和分散剂的水基或醇基陶瓷浆料,这样可以提高浆料的流动性和润湿性,使其能够更好地覆盖模型表面,形成均匀、致密、无气泡的陶瓷层。
[0076] S6步骤中,所述的脱蜡和焙烧的具体步骤为:
[0077] a)将S5步骤得到的耐火型壳放入高温蒸汽或热水中加热,使其内部的可熔性模组融化或溶解流出,留下一个中空的耐火型壳;
[0078] b)将耐火型壳放入高温窑中进行焙烧处理,去除残留物和水分,并提高其强度和耐火性能。
[0079] 具体的,高温蒸汽或热水中加热可以采用蒸汽锅炉、高压锅、微波加热等不同的设备和方法进行,根据可熔性模组的材料特性和尺寸选择合适的加热温度和时间,高温窑中进行焙烧处理可以采用电阻加热、感应加热、气体加热等不同的设备和方法进行,根据耐火型壳的材料特性和尺寸选择合适的焙烧温度和时间。
[0080] 具体的,脱蜡和焙烧同时进行,即将陶瓷壳直接放入高温窑中,使其内部的打印材料在高温下燃尽或气化而排出,这样可以缩短工序时间,降低能耗,减少环境污染。
[0081] S7步骤中,所述的浇注的具体步骤为:
[0082] a)将S6步骤得到的耐火型壳置于浇注台上,并用沙子等填充物固定好;将所需的金属材料加热至液态,并按一定的温度和速度从浇口处浇入耐火型壳内;
[0083] b)待金属液凝固后,即得到所需的金属铸件。
[0084] 具体的,金属液可为合金、镁合金、合金、或其他金属或合金,这样可以根据铸件的用途和性能要求进行选择,实现不同材料的铸造。
[0085] 实施例一
[0086] 一种用于制造汽车变速箱壳体的3D打印熔模铸造工序,其步骤如下:
[0087] S1、建立变速箱壳体的三维模型数据,采用CAD软件,根据变速箱壳体的结构、尺寸和材料要求,设计出变速箱壳体的三维实体模型,并将其转换为STL格式;
[0088] S2、打印模型,采用SLA类型的3D打印机,选择QuickCast树脂作为打印材料,按层叠加的方式,打印出与变速箱壳体形状相同的空心结构的可熔性模型;
[0089] S3、模型预处理,对打印出的可熔性模型进行去支撑、修整、抛光等表面处理,使其表面光滑、无缺陷,并检测其尺寸精度和表面质量是否符合要求;
[0090] S4、安装冒口,在可熔性模型上钻孔或切割槽以便与冒口系统连接,并在连接处涂抹粘接剂,形成整体的可熔性模组;
[0091] S5、制壳,在可熔性模组表面涂抹一层隔离剂以防止浆料与模组粘连,然后将其浸入含有粘合剂和分散剂的水基陶瓷浆料中,并在其表面均匀地撒上一层细小的陶瓷粉,然后将其放入干燥室中干燥固化;重复该步骤若干次,直到在可熔性模组表面形成一层足够厚度和强度的耐火型壳;
[0092] S6、脱蜡和焙烧,将耐火型壳直接放入高温窑中加热至800℃左右,使其内部的可熔性模组在高温下燃尽或气化而排出,并将耐火型壳继续加热至1200℃左右进行焙烧处理,去除残留物和水分,并提高其强度和耐火性能;
[0093] S7、浇注,将耐火型壳置于浇注台上,并用沙子等填充物固定好;将所需的铝合金材料加热至750℃左右,并按一定的温度和速度从浇口处浇入耐火型壳内;待铝合金液凝固后,即得到所需的铝合金变速箱壳体。
[0094] 实施例二
[0095] 一种用于制造航空发动机涡轮叶片的3D打印熔模铸造工序,其步骤如下:
[0096] S1、建立涡轮叶片的三维模型数据,采用扫描仪等工具,根据涡轮叶片的结构、尺寸和材料要求,扫描出涡轮叶片的三维实体模型,并将其转换为OBJ格式;
[0097] S2、打印模型,采用MJP类型的3D打印机,选择RealWax蜡料作为打印材料,按层叠加的方式,打印出与涡轮叶片形状相同的100%蜡质的可熔性模型;
[0098] S3、模型预处理,对打印出的可熔性模型进行去支撑、修整、抛光等表面处理,使其表面光滑、无缺陷,并检测其尺寸精度和表面质量是否符合要求;
[0099] S4、安装冒口,在可熔性模型上粘接冒口,形成整体的可熔性模组,并在连接处涂抹粘接剂;
[0100] S5、制壳,在可熔性模组表面涂抹一层隔离剂以防止浆料与模组粘连,然后将其浸入含有粘合剂和分散剂的醇基陶瓷浆料中,并在其表面均匀地撒上一层细小的陶瓷粉,然后将其放入干燥室中干燥固化;重复该步骤若干次,直到在可熔性模组表面形成一层足够厚度和强度的耐火型壳;
[0101] S6、脱蜡和焙烧,将耐火型壳放入高温蒸汽或热水中加热,使其内部的可熔性模组溶解流出,留下一个中空的耐火型壳;然后将耐火型壳放入高温窑中进行焙烧处理,去除残留物和水分,并提高其强度和耐火性能;
[0102] S7、浇注,将耐火型壳置于浇注台上,并用沙子等填充物固定好;将所需的钛合金材料加热至1700℃左右,并按一定的温度和速度从浇口处浇入耐火型壳内;待钛合金液凝固后,即得到所需的钛合金涡轮叶片。
[0103] 实施例三
[0104] 一种用于制造医用人工关节的3D打印熔模铸造工序,其步骤如下:
[0105] S1、建立人工关节的三维模型数据,采用CAD软件或扫描仪等工具,根据人工关节的结构、尺寸和材料要求,设计出人工关节的三维实体模型,并将其转换为STL或OBJ格式;
[0106] S2、打印模型,采用SLA或MJP类型的3D打印机,选择QuickCast树脂或RealWax蜡料作为打印材料,按层叠加的方式,打印出与人工关节形状相同的可熔性模型;
[0107] S3、模型预处理,对打印出的可熔性模型进行去支撑、修整、抛光等表面处理,使其表面光滑、无缺陷,并检测其尺寸精度和表面质量是否符合要求;
[0108] S4、安装冒口,在可熔性模型上粘接冒口,形成整体的可熔性模组,并在连接处涂抹粘接剂;
[0109] S5、制壳,在可熔性模组表面涂抹一层隔离剂以防止浆料与模组粘连,然后将其浸入含有粘合剂和分散剂的水基或醇基陶瓷浆料中,并在其表面均匀地撒上一层细小的陶瓷粉,然后将其放入干燥室中干燥固化;重复该步骤若干次,直到在可熔性模组表面形成一层足够厚度和强度的耐火型壳;
[0110] S6、脱蜡和焙烧,将耐火型壳放入高温蒸汽或热水中加热,使其内部的可熔性模组溶解流出,留下一个中空的耐火型壳;然后将耐火型壳放入高温窑中进行焙烧处理,去除残留物和水分,并提高其强度和耐火性能;
[0111] S7、浇注,将耐火型壳置于浇注台上,并用沙子等填充物固定好;将所需的钢铁材料加热至1600℃左右,并按一定的温度和速度从浇口处浇入耐火型壳内;待钢铁液凝固后,即得到所需的钢铁人工关节。
[0112] 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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