CN108296477A - 一种3d打印覆膜砂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种覆膜砂及其制备方法,尤其涉及一种3D打印覆膜砂及其制备方法。本发明的3D打印覆膜砂,包括以下重量份的原料组分:硅砂80‑90份、石墨粉50‑60份、木质素10‑15份、六偏磷酸钠1.2‑1.6份、拟除虫菊酯类化合物3‑5份、丁晴橡胶3‑5份、麦芽糖3‑5份、硅溶胶10‑20份、酚醛树脂20‑25份。本发明的3D打印覆膜砂力学性能优良、固化速度快、耐高温性好、且减少了化学成分的添加。本发明的3D打印覆膜砂的制备方法,操作简单,工艺参数把控严格,从而最终保证了覆膜砂的成品质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种覆膜砂及其制备方法,尤其涉及一种3D打印覆膜砂及其制备方法。
背景技术
3D打印(3DP)即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状覆膜砂等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印节省了开模具、制芯等工序,大大缩短了新产品的开发周期,具有极其广阔的发展前景。
传统覆膜砂3D打印制芯工艺已经十分成熟。3D打印对覆膜砂的要求极高,覆膜砂的成品质量直接关系砂芯的成型质量;另外,传统的覆膜砂3D制芯成型时间慢,覆膜砂固化时间长,生产效率低,并且覆膜砂配方化学成分高,污染环境。
例如公开号为CN 104858357 A的中国发明申请,名称为一种耐高温致密性好的覆膜砂及其制备方法,其组分中含有乌洛托品、氯化镁、邻苯二甲酸二丁酯、氢氧化钙、硼酸等多种化学组分,且其固化速度相对传统覆膜砂是否得到改善,专利文件没有公开;再如公开号为CN 105903888 A的中国发明申请,名称为一种耐高温易溃散覆膜砂,其组分中含有偏硅酸钠、聚乙烯醇、乌洛托品等多种化学组分,虽然强度与透气性有所改善,但其固化速度是否得到提高也没有具体公开。因此,为了改善传统覆膜砂的力学性能、耐高温性,提高其固化速度,减低化学组分,急需提供一种综合性能好的3D打印覆膜砂及其制备方法。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种固化时间短、化学成分较低的3D打印覆膜砂;本发明的另一个目的在于提供一种上述3D打印覆膜砂的制备方法。
为了实现上述目的,本发明提供了一种3D打印覆膜砂,包括以下重量份的原料组分:硅砂80-90份、石墨粉50-60份、木质素10-15份、六偏磷酸钠1.2-1.6份、拟除虫菊酯类化合物3-5份、丁晴橡胶3-5份、麦芽糖3-5份、硅溶胶10-20份、酚醛树脂20-25份。
进一步的,一种3D打印覆膜砂,包括以下重量份的原料组分:硅砂82-87份、石墨粉52-57份、木质素12-14份、六偏磷酸钠1.3-1.5份、拟除虫菊酯类化合物3-4份、丁晴橡胶4-5份、麦芽糖4-5份、硅溶胶13-18份、酚醛树脂22-24份。
进一步的,木质素呈粉末状,其粒度小于100μm。
本发明的3D打印覆膜砂,以硅砂为原料,硅砂的耐火、耐高温性能好,且坚硬、耐磨、化学性能稳定,从而可以显著提高覆膜砂的耐高温性能并保证覆膜砂具有较高的强度;添加有木质素,通过木质素形成交织网从而提高覆膜砂的硬度;利用丁晴橡胶和麦芽糖制作粘结剂,粘结效果好,且降低了覆膜砂中的化学成分,符合环保要求;另外,丁晴橡胶的添加也降低了覆膜砂的固化时间,从而提高了生产效率;添加拟除虫菊酯类化合物,利用拟除虫菊酯类化合物来避免蚊虫等靠近/落入覆膜砂,影响覆膜砂3D打印制芯的表面质量,或避免在覆膜砂制备过程中落入覆膜砂中,从而降低覆膜砂组分的纯净度,影响最终覆膜砂的产品质量;利用硅溶胶和其他组分相融合,缩减了覆膜砂3D打印制芯的成型时间,提高了制芯生产效率;利用酚醛树脂提高了覆膜砂制芯成型的粘结力,另外也进一步提高了覆膜砂的力学强度及其耐高温性。
本发明的3D打印覆膜砂进行性能测试:常温抗拉强度大于4.4MPa,热拉强度大于1.7MPa,热抗弯强度大于7.3MPa,冷抗弯强度大于19.1MPa,固化速度大于3.02mm/min。
本发明还提供了一种3D打印覆膜砂的制备方法,包括以下步骤:
(1)粘结剂制备:首先将丁晴橡胶按原料组分熔化,而后将麦芽糖按原料组分倒入熔化后的丁晴橡胶内,待麦芽糖熔化后将其与丁晴橡胶一起倒入搅拌机中,搅拌时间为8-10分钟;继而将拟除虫菊酯类化合物按原料组分倒入搅拌机继续进行搅拌,搅拌时间为6-8分钟,待其搅拌均匀后形成粘结剂;
(2)粉料制备:将硅砂、石墨粉、六偏磷酸钠、木质素按原料组分分别除杂之后倒入搅拌机中进行搅拌,搅拌时间为5-8分钟,搅拌均匀后倒入粉碎机中进行粉碎,形成混合粉末;
(3)原料制备:将酚醛树脂按原料组分熔化后倒入搅拌机中,而后将步骤(2)中制备的混合粉料倒入搅拌机中,继而将步骤(1)中制得的液体粘结剂倒入搅拌机中,之后将流体状态下的硅溶胶倒入搅拌机中,随后打开搅拌机进行混合搅拌,搅拌时间为12-15分钟,搅拌均匀后形成原料浆料;
(4)3D打印:构建覆膜砂制芯的3D打印模型,然后对其进行分层处理并将数据导入打印程序中,进行打印准备;将步骤(3)制备的原料浆料倒入打印设备料桶中,而后将打印设备所处打印室内的温度调整到-40℃至-30℃,并将制品打印平台的温度控制在-42℃至-38℃,按照打印程序进行覆膜砂打印制芯;打印完成后将成型的打印品放入真空干燥箱内干燥一段时间后取出,打印品成型。
进一步的,步骤(1)中丁晴橡胶的熔化温度为130-160℃。
进一步的,步骤(2)中硅砂、石墨粉、六偏磷酸钠、以及木质素的粉碎粒度为90-100目。
进一步的,步骤(3)中搅拌机的混合搅拌的转速为60转每秒。
进一步的,步骤(3)中搅拌机内的温度始终保持在30-40℃。
进一步的,步骤(4)中真空干燥箱内的温度保持在50-60℃。
进一步的,步骤(4)中打印品在所述真空干燥箱内干燥24-30小时。
本发明的3D打印覆膜砂的制备方法,粘结剂制备、粉料制备、原料制备的过程中严格控制搅拌机的转速及搅拌时间,在保证组分搅拌质量的前提下,提高转速,尽可能缩短搅拌时间,从而缩短了覆膜砂制备时间,提高了制备效率;严格控制3D打印过程中,打印室内温度及打印平台温度,采用低温打印砂芯的方法可以减少制成的砂芯变形量,提高砂型和砂芯的装配精度,从而进一步保证铸件的尺寸精度;严格控制打印品在干燥箱内的干燥温度及干燥时间,在保证打印品完全脱水干燥的前提下,保证打印品的最终尺寸精度及力学性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,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,本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种3D打印覆膜砂,包括以下重量份的原料组分:硅砂80份、石墨粉50份、木质素10份、六偏磷酸钠1.2份、拟除虫菊酯类化合物3份、丁晴橡胶3份、麦芽糖3份、硅溶胶10份、酚醛树脂20份。
本实施例的3D打印覆膜砂的制备方法,主要包括以下步骤:
(1)粘结剂制备:首先将丁晴橡胶按原料组分在130℃下熔化,而后将麦芽糖按原料组分倒入熔化后的丁晴橡胶内,待麦芽糖熔化后将其与丁晴橡胶一起倒入搅拌机中,搅拌时间为8分钟;继而将拟除虫菊酯类化合物按原料组分倒入搅拌机继续进行搅拌,搅拌时间为6分钟,待其搅拌均匀后形成粘结剂;
(2)粉料制备:将硅砂、石墨粉、六偏磷酸钠、木质素按原料组分分别除杂之后倒入搅拌机中进行搅拌,搅拌时间为5分钟,搅拌均匀后倒入粉碎机中进行粉碎,粉碎粒度为90目,形成混合粉末;
(3)原料制备:将酚醛树脂按原料组分熔化后倒入搅拌机中,而后将步骤(2)中制备的混合粉料倒入搅拌机中,继而将步骤(1)中制得的液体粘结剂倒入搅拌机中,之后将流体状态下的硅溶胶倒入搅拌机中,随后打开搅拌机进行混合搅拌,搅拌时间为12分钟,转速为60转每秒,并保持搅拌机内温度为30℃,搅拌均匀后形成原料浆料;
(4)3D打印:构建覆膜砂制芯的3D打印模型,然后对其进行分层处理并将数据导入打印程序中,进行打印准备;将步骤(3)制备的原料浆料倒入打印设备料桶中,而后将打印设备所处打印室内的温度调整到-30℃,并将制品打印平台的温度控制在-38℃,按照打印程序进行覆膜砂打印制芯;打印完成后将成型的打印品放入真空干燥箱内干燥,干燥温度为50℃,干燥24小时,打印品成型。
本实施例的3D打印覆膜砂进行性能测试:常温抗拉强度4.5MPa,热拉强度1.75MPa,热抗弯强度7.35MPa,冷抗弯强度19.6MPa,固化速度3.02mm/min。
实施例2
一种3D打印覆膜砂,包括以下重量份的原料组分:硅砂85份、石墨粉55份、木质素13份、六偏磷酸钠1.4份、拟除虫菊酯类化合物4份、丁晴橡胶4份、麦芽糖4份、硅溶胶15份、酚醛树脂23份。
本实施例的3D打印覆膜砂的制备方法,主要包括以下步骤:
(1)粘结剂制备:首先将丁晴橡胶按原料组分在145℃下熔化,而后将麦芽糖按原料组分倒入熔化后的丁晴橡胶内,待麦芽糖熔化后将其与丁晴橡胶一起倒入搅拌机中,搅拌时间为9分钟;继而将拟除虫菊酯类化合物按原料组分倒入搅拌机继续进行搅拌,搅拌时间为7分钟,待其搅拌均匀后形成粘结剂;
(2)粉料制备:将硅砂、石墨粉、六偏磷酸钠、木质素按原料组分分别除杂之后倒入搅拌机中进行搅拌,搅拌时间为6分钟,搅拌均匀后倒入粉碎机中进行粉碎,粉碎粒度为95目,形成混合粉末;
(3)原料制备:将酚醛树脂按原料组分熔化后倒入搅拌机中,而后将步骤(2)中制备的混合粉料倒入搅拌机中,继而将步骤(1)中制得的液体粘结剂倒入搅拌机中,之后将流体状态下的硅溶胶倒入搅拌机中,随后打开搅拌机进行混合搅拌,搅拌时间为13分钟,转速为60转每秒,并保持搅拌机内温度为35℃,搅拌均匀后形成原料浆料;
(4)3D打印:构建覆膜砂制芯的3D打印模型,然后对其进行分层处理并将数据导入打印程序中,进行打印准备;将步骤(3)制备的原料浆料倒入打印设备料桶中,而后将打印设备所处打印室内的温度调整到-35℃,并将制品打印平台的温度控制在-40℃,按照打印程序进行覆膜砂打印制芯;打印完成后将成型的打印品放入真空干燥箱内干燥,干燥温度为55℃,干燥28小时,打印品成型。
本实施例的3D打印覆膜砂进行性能测试:常温抗拉强度4.75MPa,热拉强度1.82MPa,热抗弯强度7.9MPa,冷抗弯强度20.5MPa,固化速度3.05mm/min。
实施例3
一种3D打印覆膜砂,包括以下重量份的原料组分:硅砂90份、石墨粉60份、木质素15份、六偏磷酸钠1.6份、拟除虫菊酯类化合物5份、丁晴橡胶5份、麦芽糖5份、硅溶胶20份、酚醛树脂25份。
本实施例的3D打印覆膜砂的制备方法,主要包括以下步骤:
(1)粘结剂制备:首先将丁晴橡胶按原料组分在160℃下熔化,而后将麦芽糖按原料组分倒入熔化后的丁晴橡胶内,待麦芽糖熔化后将其与丁晴橡胶一起倒入搅拌机中,搅拌时间为10分钟;继而将拟除虫菊酯类化合物按原料组分倒入搅拌机继续进行搅拌,搅拌时间为8分钟,待其搅拌均匀后形成粘结剂;
(2)粉料制备:将硅砂、石墨粉、六偏磷酸钠、木质素按原料组分分别除杂之后倒入搅拌机中进行搅拌,搅拌时间为8分钟,搅拌均匀后倒入粉碎机中进行粉碎,粉碎粒度为100目,形成混合粉末;
(3)原料制备:将酚醛树脂按原料组分熔化后倒入搅拌机中,而后将步骤(2)中制备的混合粉料倒入搅拌机中,继而将步骤(1)中制得的液体粘结剂倒入搅拌机中,之后将流体状态下的硅溶胶倒入搅拌机中,随后打开搅拌机进行混合搅拌,搅拌时间为15分钟,转速为60转每秒,并保持搅拌机内温度为40℃,搅拌均匀后形成原料浆料;
(4)3D打印:构建覆膜砂制芯的3D打印模型,然后对其进行分层处理并将数据导入打印程序中,进行打印准备;将步骤(3)制备的原料浆料倒入打印设备料桶中,而后将打印设备所处打印室内的温度调整到-40℃,并将制品打印平台的温度控制在-42℃,按照打印程序进行覆膜砂打印制芯;打印完成后将成型的打印品放入真空干燥箱内干燥,干燥温度为60℃,干燥30小时,打印品成型。
本实施例的3D打印覆膜砂进行性能测试:常温抗拉强度4.56MPa,热拉强度1.77MPa,热抗弯强度7.36MPa,冷抗弯强度19.65MPa,固化速度3.03mm/min。
本发明的3D打印覆膜砂,利用木质素提高了覆膜砂的硬度;利用丁晴橡胶和麦芽糖制作粘结剂,不仅粘结效果好,而且降低了覆膜砂中的化学成分;利用拟除虫菊酯类化合物防止蚊虫落入覆膜砂,从而保证了3D打印砂芯成型质量;硅胶与其他组成相互配合进一步提高了覆膜砂3D打印制芯成型速度;利用丁晴橡胶降低了覆膜砂的固化时间,提高了生产效率;本发明的3D打印覆膜砂力学性能优良、固化速度快、耐高温性好、且减少了化学成分的添加。本发明的3D打印覆膜砂的制备方法,操作简单,工艺参数把控严格,从而最终保证了覆膜砂的成品质量。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述,但是应该理解的是,这里具体的描述,不应理解为对本发明的实质和范围的限定,本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改,都属于本发明所保护的范围。
Claims (10)
1.一种3D打印覆膜砂,其特征在于:包括以下重量份的原料组分:硅砂80-90份、石墨粉50-60份、木质素10-15份、六偏磷酸钠1.2-1.6份、拟除虫菊酯类化合物3-5份、丁晴橡胶3-5份、麦芽糖3-5份、硅溶胶10-20份、酚醛树脂20-25份。
2.根据权利要求1所述的3D打印覆膜砂,其特征在于,包括以下重量份的原料组分:硅砂82-87份、石墨粉52-57份、木质素12-14份、六偏磷酸钠1.3-1.5份、拟除虫菊酯类化合物3-4份、丁晴橡胶4-5份、麦芽糖4-5份、硅溶胶13-18份、酚醛树脂22-24份。
3.根据权利要求1所述的3D打印覆膜砂,其特征在于,所述木质素呈粉末状,其粒度小于100μm。
4.一种权利要求1-3中任一项所述的3D打印覆膜砂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)粘结剂制备:首先将丁晴橡胶按原料组分熔化,而后将麦芽糖按原料组分倒入熔化后的丁晴橡胶内,待麦芽糖熔化后将其与丁晴橡胶一起倒入搅拌机中,搅拌时间为8-10分钟;继而将拟除虫菊酯类化合物按原料组分倒入搅拌机继续进行搅拌,搅拌时间为6-8分钟,待其搅拌均匀后形成粘结剂;
(2)粉料制备:将硅砂、石墨粉、六偏磷酸钠、木质素按原料组分分别除杂之后倒入搅拌机中进行搅拌,搅拌时间为5-8分钟,搅拌均匀后倒入粉碎机中进行粉碎,形成混合粉末;
(3)原料制备:将酚醛树脂按原料组分熔化后倒入搅拌机中,而后将步骤(2)中制备的混合粉料倒入搅拌机中,继而将步骤(1)中制得的液体粘结剂倒入搅拌机中,之后将流体状态下的硅溶胶倒入搅拌机中,随后打开搅拌机进行混合搅拌,搅拌时间为12-15分钟,搅拌均匀后形成原料浆料;
(4)3D打印:构建覆膜砂制芯的3D打印模型,然后对其进行分层处理并将数据导入打印程序中,进行打印准备;将步骤(3)制备的原料浆料倒入打印设备料桶中,而后将打印设备所处打印室内的温度调整到-40℃至-30℃,并将制品打印平台的温度控制在-42℃至-38℃,按照打印程序进行覆膜砂打印制芯;打印完成后将成型的打印品放入真空干燥箱内干燥一段时间后取出,打印品成型。
5.根据权利要求4所述的3D打印覆膜砂的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述丁晴橡胶的熔化温度为130-160℃。
6.根据权利要求4所述的3D打印覆膜砂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述硅砂、石墨粉、六偏磷酸钠、以及木质素的粉碎粒度为90-100目。
7.根据权利要求4所述的3D打印覆膜砂的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述搅拌机的混合搅拌的转速为60转每秒。
8.根据权利要求4所述的3D打印覆膜砂的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述搅拌机内的温度始终保持在30-40℃。
9.根据权利要求4所述的3D打印覆膜砂的制备方法,其特征在于,步骤(4)中所述真空干燥箱内的温度保持在50-60℃。
10.根据权利要求4所述的3D打印覆膜砂的制备方法,其特征在于,步骤(4)中所述打印品在所述真空干燥箱内干燥24-30小时。
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