CN107790624A - 一种利用3dp打印技术制备消失模的方法 - Google Patents

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董会娜
潘广镇
张东生
姚栋嘉
牛利伟
刘喜宗
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    • B22C7/02—Lost patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明属于3D打印技术领域，公开一种利用3DP打印技术制备消失模的方法。根据待打印消失模的结构形状和尺寸进行电脑三维建模，并将三维模型分割成二维截面；将PMMA粉平铺在3DP打印平台中；在PMMA粉平面上按照二维截面提供的截面信息喷涂粘结剂液态酚醛树脂，即完成一层的打印；下降一层打印平台的高度，打印完成的层面上继续平铺一层PMMA粉，再进行粘结剂的喷涂，如此重复铺粉、喷涂，层层叠加，打印完成后，获得半成品模型；清除半成品模型周围多余的粉末，然后再将其浸泡于融化的石蜡中15~30min，取出后晾干，即得消失模。本发明经过3DP打印技术在较短的时间即可得到成型精度高、制品收缩率小的消失模。

Description

一种利用3DP打印技术制备消失模的方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种利用3DP打印技术制备消失模的方法。
背景技术
3D打印技术作为新兴的材料加工成型技术，已成为第3次工业革命的重要标志之一，其作为快速成型领域的一种新兴技术，发展非常迅速，以数字模型文件为基础，运用工程塑料或金属粉末等可黏合特性，通过逐层打印的方式来快速精确地制造出复杂结构的零件，实现“自由制造”，解决了传统工艺难加工或无法加工的局限，大大缩短了周期，其可广泛应用与医疗、文化、国 防、航天、汽车及金属制造等产业。
根据打印技术原理及所适用材料的不同，3D打印技术主要为熔融沉积快速成型技术（FDM）、选择性激光烧结技术（SLS）、立体光固化技术（SLA）、三维印刷成型（3DP）等。熔融层积（FDM）技术是通过加热的方式把丝状材料进行烙融，然后通过喷头挤出，并沉积在计算机程序给出的截面上；这种工艺制出的制品层与层间的作用力比较弱，还有明显的纹，使制品的机械性能较差，材料需要加热熔融之后才从喷口里挤压出来，所以打印速度比较慢。选择性激光烧结打印（SLS）是通过高功率激光有选择地把粉体进行烧结成型，与传统的成型工艺相比较，SLS成型过程中没有外加压力，只有激光的加热作用，使粉体仅仅在受激光加热的情况下熔融成型，这种成型工艺决定了SLS制品具有收缩率比较大、容易翅曲、不够密实等缺点，导致制品的质量下降。三维印刷成型（3DP）是加工粉末为成型材料进行印刷的喷墨打印技术，在成型过程中，打印喷头逐层对粉末材料进行喷射，通过铺粉、喷涂、粘结的过程，层层叠加，获得最终打印出来的零件，具有成型精度高、成型速度快、制品收缩率小、成本低等优点。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种利用3DP打印技术制备消失模的方法，采用三维印刷成型（3DP）技术，具有成型精度高、成型速度快、制品收缩率小、成本低等优点，克服了其他3D打印技术成型速度慢、机械性能差以及会产生各种缺陷等缺点。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种利用3DP打印技术制备消失模的方法，步骤如下：
（1）、根据待打印消失模的结构形状和尺寸进行电脑三维建模，并将三维模型分割成二维截面；
（2）、在3D打印机的数字化控制下，将PMMA粉平铺在3DP打印平台中；
（3）、在3D打印机的数字化控制下，在步骤（2）平铺的PMMA粉平面上按照二维截面提供的截面信息喷涂粘结剂液态酚醛树脂，即完成一层的打印；
（4）、在3D打印机的数字化控制下，下降一层打印平台的高度，按照步骤（2）所述在打印完成的层面上继续平铺一层PMMA粉，再按步骤（3）所述进行粘结剂的喷涂，如此重复铺粉、喷涂，层层叠加，打印完成后，获得半成品模型；
（5）、清除半成品模型周围多余的粉末，然后再将其浸泡于融化的石蜡中15~30min，取出后晾干，即得消失模。
较好地，PMMA粉的粒径为30-50 μm。
较好地，粘结剂液态酚醛树脂的固含量为10-30wt%，其主要用于将PMMA粉末通过粘结的方式进行固定，得到所需的形状。
采用石蜡浸泡主要是为了填充打印出的零件表面存在的不同深度的凹坑，得到表面均匀光洁的消失模。
本发明提供了一种利用3DP打印技术制备消失模的方法，克服了其他3D打印技术成型速度慢、机械性能差以及会产生各种缺陷等缺点。采用PMMA粉平铺，粘结剂喷涂、粘接的过程，层层叠加，获得最终打印出来的零件，所用PMMA粉不需经过特殊处理，可以直接用于3DP打印所需粉末，且打印出的产品均匀度较高，采用酚醛树脂作为粘结剂其对PMMA粉的粘结性能好，且PMMA粉在打印过程中会产生一定的收缩，使打印过程不至于出现翘曲现象，相比于采用PS粉打印易出现高温膨胀以及采用光敏树脂打印时其最终残留灰分大、只能用于小部件的铸造，采用PMMA粉打印具有最终的优势。
另外经过3DP打印技术在较短的时间即可得到成型精度高、制品收缩率小的所需零件，通过浸渍蜡处理得到表面均匀光洁的消失模，再经过多次的淋浆、粘砂处理后烧结除掉消失模，在得到的模壳的基础上进行金属液的浇筑，之后将模壳捣碎处理，将里面的金属件经过热处理等工艺就得到金属铸件。与砂型铸造不同，在3DP打印过程中不需要考虑打印出的模型的强度，与传统的砂型铸造相比其成型精度高、成型速度快、制品收缩率小、成本低、操作方便且能够实现复杂零件的铸造。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
实施例1
以成型单缸摩托车发动机缸体为例，说明利用3DP打印技术制备其所用消失模的打印方法，步骤如下：
（1）、根据单缸摩托车发动机缸体的结构形状和尺寸进行电脑三维建模，并将三维模型分割成二维截面；
（2）、在3D打印机的数字化控制下，将粒径为30 μm 的PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）粉平铺在3DP打印平台中，每次平铺的厚度为0.2mm；
（3）、在3D打印机的数字化控制下，在步骤（2）平铺的PMMA粉平面上按照二维截面提供的截面信息，用喷嘴以6mm/s的喷涂速率喷涂粘结剂液态酚醛树脂（固含量20wt%），即完成一层的打印；
（4）、在3D打印机的数字化控制下，下降一层打印平台的高度，按照步骤（2）所述在打印完成的层面上继续平铺一层PMMA粉，再按步骤（3）所述进行粘结剂的喷涂，如此重复铺粉、喷涂，层层叠加，打印完成后，获得半成品模型；
（5）、清除半成品模型周围多余的粉末，然后再将其浸泡于融化的石蜡中20min，取出后晾干，即得消失模。
在所制备获得消失模基础上，经过多次淋浆、粘砂处理后制得模壳，然后通过在800℃下烧结2h除去消失模，冷却降温后，接下来在模壳的基础上浇筑ZL101A铝合金液，经自然冷却后，捣碎处理除去表面的模壳，经过热处理后即得所需缸体。

Claims (3)

1.一种利用3DP打印技术制备消失模的方法，其特征在于：步骤如下：
（1）、根据待打印消失模的结构形状和尺寸进行电脑三维建模，并将三维模型分割成二维截面；
（2）、在3D打印机的数字化控制下，将PMMA粉平铺在3DP打印平台中；
（3）、在3D打印机的数字化控制下，在步骤（2）平铺的PMMA粉平面上按照二维截面提供的截面信息喷涂粘结剂液态酚醛树脂，即完成一层的打印；
（4）、在3D打印机的数字化控制下，下降一层打印平台的高度，按照步骤（2）所述在打印完成的层面上继续平铺一层PMMA粉，再按步骤（3）所述进行粘结剂的喷涂，如此重复铺粉、喷涂，层层叠加，打印完成后，获得半成品模型；
（5）、清除半成品模型周围多余的粉末，然后再将其浸泡于融化的石蜡中15~30min，取出后晾干，即得消失模。
2.如权利要求1所述的利用3DP打印技术制备消失模的方法，其特征在于：PMMA粉的粒径为30-50 μm。
3.如权利要求1所述的利用3DP打印技术制备消失模的方法，其特征在于：粘结剂液态酚醛树脂的固含量为10-30wt%。
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