CN102632195B - 一种光固化快速成型树脂的化学腐蚀去除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于空心涡轮叶片陶瓷铸型一体化制造的光固化快速成型树脂件的去除方法，该方法主要通过化学方法将光固化树脂件腐蚀去除，腐蚀液为多种化学物质组成的混合物，通过将现有树脂件在腐蚀液中或将腐蚀液注入树脂件浸泡一定时间，腐蚀液与树脂件发生逐层反应，然后将树脂件缓慢逐层均匀溶解，实现树脂件的去除。该工艺可以通过腐蚀液的浓度和温度来控制反应速度，从而实现树脂件腐蚀过程的精确控制。该腐蚀工艺可以使树脂件的去除更加简单可控，即使在常温下也可以实现，避免了以往空心涡轮叶片陶瓷铸型树脂模具烧失中造成的一系列问题(例如：开裂、应力变形等)，给空心涡轮叶片陶瓷铸型一体化制造带来了极大的方便。

Description

一种光固化快速成型树脂的化学腐蚀去除方法

技术领域

本发明属于基于光固化快速成型的快速铸造领域，具体涉及具有复杂内腔结构树脂件和基于具有复杂内腔结构的树脂件快速铸造工艺，特别是适用于以往在快速铸造过程中通过烧蚀树脂达到去除树脂目的以成型复杂零部件工艺。

背景技术

随着光固化成型工艺的不断推广，光固化成型以其能够成型任意复杂结构和高精度零件而逐渐在快速铸造、快速模具等行业得到大量应用，从而对光固化树脂的各种性能的要求也不断提升，其中绝大多数光固化成型树脂均具有较高的抗强酸、强碱的能力，比如DSMSomos ProtoTherm 14120、铸造专用树脂DSM Somos 19120、SPR9000、SPR9100。

随着光固化成形技术在快速铸造技术中的应用，使得快速精密铸造技术取得快速的发展，尤其是具有复杂内部结构的金属或者陶瓷零件。在利用光固化成型技术制造复杂金属或者陶瓷零部件的过程中要将光固化树脂件去除，过去去除光固化树脂件的过程主要采用烧蚀或机械方法，而内部则只能通过烧蚀去除，树脂件烧蚀时的温度基本在600℃以上，容易导致零件性能恶化和精度降低。

在树脂烧蚀中存在主要问题为零件容易开裂，这是由于树脂件和树脂件包裹陶瓷材料的热膨胀系数不同，导致在烧蚀的过程中热应力较大和分布不均匀，尤其细长特征结构，更容易因热应力过大而完全断裂；在光固化树脂件烧蚀中，由于存在剧烈炭化而存在鼓泡现象，对陶瓷件表面精度带来较大的影响；同时，在树脂烧蚀中，因为燃烧产生的大量气体对陶瓷内部的微小结构存在较大的冲击，致使细小结构断裂；并且，在树脂件烧蚀中，200℃～600℃时释放大量的刺激性气体，对环境污染特别严重，严重威胁操作人员的身体健康；此外，在树脂烧蚀后，存留少量灰烬，影响铸件表面的质量，为了减少烧蚀后残炭率，研发适用于快速铸造用光固化树脂一直是研究热点，探讨适用于空心涡轮叶片陶瓷铸型一体化制造的新型光固化树脂原型件去除方法就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种去除光固化成型树脂件的化学腐蚀方法，该方法将解决传统的光固化树脂件烧蚀去除过程带来的一系列问题，从而较快实现将树脂件腐蚀至一定厚度或者完全去除。

为了实现上述内容，本发明采取如下的技术方案：

一种去除光固化树脂件的化学腐蚀方法，其特征在于，该方法首先配置好一定浓度的氢氧化钾/乙醇/水的混合溶液，或氢氧化钾/甲醇/水的混合溶液，将光固化成型树脂件放置到混合溶液中，或者将混合溶液注入到光固化成型树脂件的内部空腔内，使腐蚀液与树脂件发生化学反应，逐层将光固化成型树脂件去除，腐蚀至一定时间(约1h～4h，具体时间与温度、腐蚀液浓度、溶剂的纯度、腐蚀液与树脂件的接触面积有关)之后更换腐蚀液，直到腐蚀到一定厚度或将树脂件完全腐蚀完毕，最后用去离子水将树脂件清洗去除腐蚀杂质，干燥。

在基于光固化成形的快速铸造工艺中，本发明方法不需要将光固化成型树脂件通过烧蚀方法去除，避免了烧蚀过程所引起的一系列问题，例如：树脂烧蚀中因树脂与陶瓷坯体热膨胀系数不同而引起的陶瓷开裂现象。

本发明方法也解决了树脂烧蚀中鼓泡现象，致使陶瓷表面质量受到影响，以及燃烧中释放大量气体对陶瓷内部细小结构冲击而造成的断裂等问题。

本发明方法避免了树脂件烧蚀过程中光固化树脂燃烧所产生的有毒气体，符合绿色制造的要求。

本发明方法避免了烧蚀树脂所遗留的残余灰烬，从根本上解决了快速铸造过程中对铸件精度的影响。

具体实施方式

实例一：

不同配方腐蚀光敏树脂试验

实验条件：室温20℃，腐蚀时间：80min；

实验材料：

腐蚀液(配方一)：氢氧化钾/乙醇/水，其中溶质氢氧化钾占混合溶液总质量分数：15％，溶剂乙醇与水分别占溶剂总质量的百分比为：85％和15％；

腐蚀液(配方二)：氢氧化钾/甲醇/水，其中溶质氢氧化钾占混合溶液总质量分数：15％，溶剂甲醇与水分别占溶剂总质量的百分比为85％和15％；

腐蚀液(配方三)：氢氧化钾/水，其中溶质氢氧化钾占溶液总质量分数：15％；

光敏树脂件DSM Somos 19120，烧杯，电子称等。

实验结果如下：

腐蚀前后的质量对照如下表所示：

表一三种腐蚀液配方腐蚀前后光敏树脂件质量对照表

由上表可以看出：配方一与配方二对光敏树脂件有着较为明显的腐蚀作用，而单纯的强碱溶液对DSM Somos 19120光敏树脂的腐蚀作用非常微弱。

实例二：

本实验举例几种常用的不同型号光敏树脂腐蚀

实验条件：室温(20℃)，腐蚀时间100min；

腐蚀液：配方一，溶质氢氧化钾占混合溶液总质量的质量分数15％，乙醇纯度90％；

光敏树脂件材料：

1.DSM Somos ProtoTherm 14120；

2.DSM Somos 19120；

3.SPR9000；

4.SPR9100。

光敏树脂件尺寸：4X10X60；

实验结果：

腐蚀前后的质量对照如表二所示：

表二四种树脂件在配方一腐蚀下前后质量对照表

实例三：

本实验在配方二条件下针对几种常用不同型号光敏树脂的腐蚀。

实验条件：室温(20℃)，腐蚀时间100min；

腐蚀液：配方二，溶质氢氧化钾占混合溶液总质量的质量分数为15％，甲醇纯度90％；

光敏树脂件材料：

1.DSM Somos ProtoTherm 14120；

2.DSM Somos 19120；

3.SPR9000；

4.SPR9100。

光敏树脂件尺寸：4X10X60；

实验结果：

腐蚀前后的质量对照如表三所示：

表三在配方二下四种树脂件腐蚀前后质量对照表

实例四：

腐蚀液(配方一)在不同温度下对铸造专用树脂DSM Somos 19120腐蚀实验。

实验条件：腐蚀液(配方一)溶质氢氧化钾占混合溶液总质量的质量分数为：15％，

溶剂乙醇纯度：90％；腐蚀时间80min；腐蚀标样：材料-DSM Somos 19120，尺寸-4X10X60。

温度设定：-10℃、0℃、20℃、45℃、60℃。

实验结果：

腐蚀前后的质量对照如表四所示：

表四DSM Somos19120树脂件在腐蚀液(配方1)不同温度腐蚀下前后质量对照表

由表四可以看出当温度较低时，腐蚀液对光敏树脂件的腐蚀作用很小，而温度超过0℃时，腐蚀速度随着温度的升高而升高，当达到45℃以上时趋于稳定。

实例五：

本实验为配方一(氢氧化钾/乙醇/水)不同溶质质量分数的腐蚀溶液对DSM Somos19120腐蚀实验。

实验条件：实验温度45℃，腐蚀时间80min，腐蚀液溶质浓度分别设定为5％、10％、15％、20％、25％、30％。

实验结果：

腐蚀前后的质量对照如表五所示：

表五不同溶质浓度腐蚀液(配方一)对DSM Somos 19120腐蚀作用对照表

Claims (1)

1.一种适用于空心涡轮叶片陶瓷铸型一体化制造的光固化快速成型树脂件的化学腐蚀去除方法，其特征在于：首先配置好一定浓度的氢氧化钾、乙醇和水的混合溶液作为腐蚀液，或氢氧化钾、甲醇和水的混合溶液作为腐蚀液；然后将光固化成型树脂件放置到腐蚀液中，或者将腐蚀液注入到光固化成型树脂件的内部空腔内，温度调整至0℃～60℃，使腐蚀液与光固化成型树脂件发生化学反应，逐层将光固化成型树脂件去除，腐蚀1h～4h后更换腐蚀液，直到腐蚀到指定厚度或将光固化成型树脂件完全腐蚀完毕，最后通过水或者乙醇溶液将腐蚀残渣清洗去除；其中光固化成型树脂件包括由光敏树脂件DSM SomosProtoTherm14120、DSM Somos19120、SPR9000或SPR9100；

所述腐蚀液的配方有两种：配方一：氢氧化钾与乙醇、水混合而成，其中溶质氢氧化钾在腐蚀液中所占的质量分数为15％～30％，溶剂为无水乙醇和水的混合溶液，乙醇在溶剂中的质量百分比为45％～100％；配方二：氢氧化钾与甲醇、水混合而成，其中溶质氢氧化钾在腐蚀液中所占的质量分数为15％，溶剂为甲醇与水的混合溶液，其中甲醇在溶剂中的质量百分比为45％～100％。