CN110076289B - 一种砂型制造的3d打印工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种砂型制造的3D打印工艺，在具有所需形状的砂型中进行激光3D打印，原料被激光熔化，然后经过层层铺砂打印，层与层之间相互结合，经过层层打印，最后制造出类桁架结构或晶格结构的非晶制品。与现有技术相比，采用本发明工艺，利用砂型制造的方法，能够在较低的条件要求下，制备出具有较为精细结构的规则非晶结构，提高了石英砂的利用率，拓展了其应用，降低了成本，是一种方便有效的制备工艺。

Description

一种砂型制造的3D打印工艺

技术领域

本发明属于激光3D打印领域，尤其是涉及一种砂型制造的3D打印工艺。

背景技术

3D打印技术以其制备过程简单，节省原料和能源，能够制备想要的精细结构等优势而为人们广泛用于制备多种材料。石英砂来源广泛，价格低廉，很多无机制品以此为原料，但是它们的制备工艺比较复杂，难度较高。

激光3D打印一般用于金属粉末的3D打印，是一种被广泛应用的金属3D打印方法。桁架结构(或周期结构)是一种既节省原材料，同时又有较高的比强度，力学性能较好的一种材料，被广泛应用于轻量化结构材料领域。

中国专利CN106475518B公布了一种用于铸造回转体结构铸件的砂型，包括：相互配合以形成用于铸造的型腔的第一铸型单元和第二铸型单元，其中，第一铸型单元内表面通过3D打印一体成型有现有的砂芯，砂芯包括用于成型铸件的成型部和将成型部与第一铸型单元连接的连接部，第二铸型单元内表面设置有与连接部配合的芯座。其主要是利用3D打印成型砂芯。

中国专利CN208593078U公开了一种制作铸造砂型的激光3D打印平台，包括真空上料装置、同轴送粉装置、运动导轨、砂型制作平台、砂型移位车、升降装置；所述真空上料装置，通过真空泵使砂料通过真空上料管和砂料输送管运送到同轴送粉装置；所述真空上料装置与同轴送粉装置相连，位于整个结构的上方；所述同轴送粉装置直接在砂型制作平台上打印砂型；所述升降装置通过砂型位移车与砂型制作平台相连，控制砂型制作平台的升降，实现逐层打印；所述砂型位移车将打印完的砂型运输到下一个工序中继续工作。其通过控制同轴送粉装置和升降平台，确保3D打印机逐层打印，实现砂型的制作，再将铸造砂型移出打印机，确保可以进行下一步工作。

上述专利都是利用3D打印来制作砂型或砂芯，而没有将3D打印与砂型制造相结合。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种砂型制造的3D打印工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种砂型制造的3D打印工艺，在具有所需形状的砂型中进行激光3D打印，原料被激光熔化，然后经过层层铺砂打印，层与层之间相互结合，形成具有特定形状的三维结构。

进一步地，进行激光3D打印所采用的工艺参数为：激光器功率：500-1000w，激光器频率：50kHz，扫描速度：250-300mm/s，扫描轨迹以结构中的短边，激光所走路径为弓字形路径，路径间距：0.02-0.1mm，聚焦光斑直径：30-80um，铺粉层厚：2-5mm。采用该工艺参数能够更加快速将石英砂熔化，并使层与层之间有效结合，同时减少热应力，使制品不易破裂，同时强度更高。

进一步地，第一层铺粉厚度为3-4mm，每层打印完重新铺粉，从第二层起每层的铺粉厚度都为首层铺粉厚度的70％-90％，打印层厚为：1.5-2.5mm。

进一步地，所用原料为石英砂。

进一步地，所用石英砂粒径在100-300目之间。

进一步地，所述具有特定形状的三维结构为类桁架结构或晶格结构的非晶制品。

进一步地，所述类桁架结构或晶格结构的非晶制品为已知结构尺寸的标准结构或根据需求自行设计的结构与尺寸。

所述砂型用于控制所打印产品的形状，同时起到支撑的作用。

进一步地，还可以包括退火处理，激光3D打印形成具有特定形状的三维结构以后，进行退火处理，以消除制品内的热应力。

进一步地，还可以包括表面处理；激光3D打印形成具有特定形状的三维结构以后，进行表面处理，所述表面处理包括刻蚀、抛光等。

本发明将激光3D打印技术与砂型制造结合起来，通过打印结构和材料的选择以及对工艺的摸索，形成了一种更加方便有效的非晶结构的制备工艺。

与现有技术相比，本发明直接对一定粒径范围内的石英砂材料进行激光3D打印，通过调整打印的工艺参数，成功打印出具有类桁架结构的非晶结构制品，通过结合激光3D打印和砂型制造，形成一种石英砂3D打印的新方法，提高了石英砂的利用率，能制备更多以石英砂为原料的形状结构多样的类桁架结构制品，同时本发明工艺更加简单方便，降低了制造难度。激光3D打印一般用于金属材料的增材制造，本发明提供了一种采用激光3D打印，以石英砂及其类似材料为原料，制备非晶制品的工艺方法，为无机材料的3D打印提供了一种新的可能。

附图说明

图1为实施例1所得田字形的类桁架结构的制品俯视图。

具体实施方式

一种砂型制造的3D打印工艺，以粒径在100-300目的石英砂为原料，按照想要打印出的类桁架结构(或晶格结构)的形状需求在具有相应形状的砂型中，用激光进行打印，采用的工艺参数为激光器功率：500-1000w，激光器频率：50kHz，扫描速度：250-300mm/s，扫描轨迹以短边，弓字形路径，路径间距：0.02-0.1mm，聚焦光斑直径：30-80um，铺粉层厚：2-5mm。采用该工艺参数能够更加快速将石英砂熔化，并使层与层之间有效结合，同时减少热应力，使制品不易破裂，同时强度更高。同时采用砂型制造的方法来辅助打印，既能控制制品的形状，同时控制石英砂的使用量以及激光熔化时石英砂之间的接触，减少粘连，有利于形成更好的表面。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

砂型制造的的3D打印工艺，制备了一个大小为100mm×100mm，高度为20mm的田字形的类桁架结构的制品，采用的工艺参数为激光器功率：700w，激光器频率：50kHz，扫描速度：250mm/s，扫描轨迹以短边，短边尺寸：4mm，弓字形路径，路径间距：0.05mm，聚焦光斑直径：50um，铺粉层厚：2.5mm(第一层约3.33mm，之后每一层铺粉层厚为第一层的75％)，打印层厚2±0.5mm，打印10层结束后，取出制品，在500℃的退火温度下退火一段时间后取出，得到类似田字形的非晶制品结构图如图1所示。

图1中，白色田字形为制品的俯视结构图，灰色部分为砂型，白色田字形宽度(白色路径)均为4mm，总长为100mm×100mm，层层打印的高度为20±1mm(10层)。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种砂型制造的3D打印工艺，其特征在于，在具有所需形状的砂型中进行激光3D打印，原料被激光熔化，然后经过层层铺砂打印，层与层之间相互结合，形成具有特定形状的三维结构；

进行激光3D打印所采用的工艺参数为：激光器功率：500-1000w，激光器频率：50kHz，扫描速度：250-300mm/s，扫描轨迹以结构中的短边，激光所走路径为弓字形路径，路径间距：0.02-0.1mm，聚焦光斑直径：30-80um，铺粉层厚：2-5mm；

第一层铺粉厚度为3-4mm，每层打印完重新铺粉，从第二层起每层的铺粉厚度都为首层铺粉厚度的70%-90%，打印层厚为：1.5-2.5mm；

所述具有特定形状的三维结构为类桁架结构或晶格结构的非晶制品。

2.根据权利要求1所述的一种砂型制造的3D打印工艺，其特征在于，所用原料为石英砂。

3.根据权利要求2所述的一种砂型制造的3D打印工艺，其特征在于，所用石英砂粒径在100-300目之间。

4.根据权利要求1所述的一种砂型制造的3D打印工艺，其特征在于，所述类桁架结构或晶格结构的非晶制品为已知结构尺寸的标准结构或根据需求自行设计的结构与尺寸。

5.根据权利要求1所述的一种砂型制造的3D打印工艺，其特征在于，还包括退火处理，激光3D打印形成具有特定形状的三维结构以后，进行退火处理，以消除制品内的热应力。

6.根据权利要求1所述的一种砂型制造的3D打印工艺，其特征在于，还包括表面处理；激光3D打印形成具有特定形状的三维结构以后，进行表面处理，所述表面处理包括刻蚀、抛光。

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