CN110227795A - 一种采用3d打印制作壳模的铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铸造方法，尤其是一种采用3D打印制作壳模的铸造方法，包括以下步骤：S1、3D打印产品模型，使用FDM耗材或光固化树脂耗材打印产品的实体模型；S2、修模：实体模型进行去支撑并抛光处理，使实体模型表面光滑)；S3、浸浆制壳：实体模型进行挂浆、沾砂和干燥处理；S4、脱模：脱模包括加压烧结脱模或溶解脱模，通过加压和加热融化实体模型或溶解产实体模型得到铸造用壳模；S5、熔炼浇铸：加热壳模，然后注入已经熔融的金属锭，冷却成型；S6、后处理：将浇铸后的壳模进行震壳、切割、磨浇口、喷砂处理，得到产品铸件。该方法不需要开模、注蜡，降低了设备和人工成本，壳模厚度小，降低了浸浆的层数，整个生产周期短，污染小。

Description

一种采用3D打印制作壳模的铸造方法
技术领域
本发明涉及一种铸造方法，尤其是一种采用3D打印制作壳模的铸造方法。
背景技术
传统脱蜡铸造的方法包括以下步骤：
1、开模具：根据产品模型，开发金属材质的模具；
2、射蜡：操作射蜡机注蜡成型；
3、修蜡：修除蜡模多余边角；
4、蜡模组树：将多个蜡模固定到蜡架模头上，形成蜡树，实现一次生产多个铸件，可提高生产效率；
5、浸浆制壳：蜡树进行挂浆、沾砂和干燥处理，根据产品的不同，持续重复这个过程，直到壳模厚度达到预期的效果；(比如：进行不锈钢铸造的壳体厚度需要达到8-10mm；整个制壳过程将会持续几天时间)；
6、加热脱蜡：壳模加热处理，温度到达蜡模熔点，蜡模液化，蜡液可回收再利用；
7、燃烧残蜡：壳模高温处理，壳模放入窑炉内，使壳模中残余的蜡模燃烧汽化；
8、熔炼浇铸：加热壳模，模头作为型腔，注入已经熔融的金属锭，冷却成型；
9、后处理：利用气动千斤顶震碎外部的壳体，使浇铸件和壳模分离，再对浇铸件喷砂、抛丸、切割、磨浇口、喷砂等处理得到铸件的毛坯。
传统脱蜡铸造工艺的工艺流程很繁琐、产品开模具的周期长、价格高、后期修整麻烦又昂贵；射蜡机设备价格高，需要专业人员操作和维护；产品的材质不同，浸浆制壳层数不同，浸浆的周期长达几天，加热和燃烧的能耗很大，燃烧脱蜡汽化对空气污染大，后期废气处理成本高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种不需要开模、注蜡，降低了设备和人工成本，制壳厚度小，生产周期短的一种采用3D打印制作壳模的铸造方法，具体技术方案为：
一种采用3D打印制作壳模的铸造方法，包括以下步骤：
S1、3D打印模型：将电脑绘制的3D产品模型上传到3D打印机，并使用FDM耗材或光固化树脂耗材打印产品的实体模型；
S2、修模：实体模型去支撑并抛光处理，使实体模型表面光滑；
S3、浸浆制壳：抛光后的实体模型依次进行挂浆、沾砂和干燥处理制成壳模，所述挂浆、沾砂和干燥均不少于一次，所述挂浆、沾砂和干燥的次数一致；
S4、脱模：将干燥后的壳模进行脱模，所述脱模包括加压烧结脱模或溶解脱模，所述加压烧结脱模在烧结炉中加压、加热进行烧结去除产品模型，得到铸造用壳模，所述溶解脱模在加压环境下用溶剂溶解产品模型，得到铸造用壳模；
S5、熔炼浇铸：加热壳模，然后注入已经熔融的金属锭，冷却成型；
S6、后处理：将浇铸后的壳模进行震壳、切割、磨浇口、喷砂处理，得到产品铸件。
通过采用上述技术方案，3D打印产品实体模型可实现产品一致性和标准化，提高产品的合格率；加压是为了保护壳模不会因为产品模型受热膨胀而撑坏壳模，这样壳模在浸浆制壳方面，不需要像传统脱蜡铸造浸浆那么厚，缩短制壳周期，降低材料和人工成本，后期铸件处理也更加方便；因浸浆层数减少，处理起来更加方便、快捷，产生的废弃物更少，缩短了周期，降低了成本。
优选的，所述步骤S1中，所述产品模型为实心模型或空心模型，所述空心模型的壁厚为0.4-3mm。
通过采用上述技术方案，产品模型的制成空心结构可以节约3D打印材料，同时能够减少后续处理的工作量和难度。
优选的，所述步骤S3中，制壳的厚度为2-8mm。
优选的，所述步骤S4中，所述加压烧结脱模的加热温度为打印材料的熔点，所述加压烧结脱模和溶解脱模的加压的压力均为0.5-1Mpa。
优选的，所述步骤S4中还包括杂质去除，所述杂质去除包括高温清除或物理清除。
优选的，所述高温清除在烧结炉中升温至打印材质的气化温度处理。
优选的，所述物理清除包括水溶解、水清洗、吸尘器吸除、气压枪吹除中的一种方法或多种方法。
优选的，所述溶剂脱模中的溶剂为甲苯、柠檬烯、乙醇中的一种。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种采用3D打印制作壳模的铸造方法不需要开模、注蜡，降低了设备和人工成本，制壳方面可减少厚度，降低了浸浆的层数，降低了浆料的成本，减少浸浆和后处理的人工成本，缩短铸件整个生产周期，提高整体生产效率，并先通过升温加压，使实体模型液化流出回收或破坏实体模型内部结构，再通过其他物理方法清除剩余的杂质，减少对空气的污染，升温过程中加压可以有效的保护壳模不会因模型受热膨胀而撑破壳模，整个过程对环境的污染也得到很大改善。
具体实施方式
现结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
一种采用3D打印制作壳模的铸造方法，包括以下步骤：
S1、3D打印模型：将电脑绘制的3D产品模型上传到3D打印机，并使用FDM耗材或光固化树脂耗材打印产品的实体模型；
S2、修模：实体模型去支撑并抛光处理，使实体模型表面光滑；
S3、浸浆制壳：抛光后的实体模型依次进行挂浆、沾砂和干燥处理制成壳模，所述挂浆、沾砂和干燥均进行三至四次，所述挂浆、沾砂和干燥的次数一致，制壳的厚度为2-8mm；
S4、脱模：将干燥后的壳模进行脱模，所述脱模包括加压烧结脱模，所述加压烧结脱模在烧结炉中加压、加热，加热温度根据打印材质的熔点不同设置温度数值，压力根据壳模的外形、体积、浸浆层数设置数值，一般为0.5-1MPa，然后进行高温清除或物理清除，高温清除在烧结炉中升温至打印材质的气化温度，进行气化处理，物理清除包括水清洗、吸尘器吸除、气压枪吹除等，得到铸造用壳模；
S5、熔炼浇铸：在烧结炉中加热壳模，然后注入已经熔融的金属锭，冷却成型；
S6、后处理：将浇铸后的壳模进行震壳、切割、磨浇口、喷砂处理，得到产品铸件。
FDM耗材(PLA、ABS、PVA、HIPS等)分别有相对应的抛光液，光固化树脂抛光液一般为异丙醇；一般抛光方法是将模型浸入抛光液中维持几分钟到几十分钟；还有就是使用抛光机，把模型放入抛光机内，把抛光液倒入抛光机内，抛光机加热蒸发抛光液或者直接喷射水雾状抛光液到模型表面，抛光机内还可以安装原地旋转盘，可实现实体模型360°抛光。
加热温度根据打印材质的熔点不同设置温度数值，就可以使实体模型的材料液化流出，如果壳模仍有少量杂质，可通过烧结炉升温至打印材质的气化温度，进行气化或其他物理方法清除。
一种采用3D打印制作壳模的铸造方法可实现产品一致性和标准化，提高壳模的合格率；加压是为了保护壳模不会因为模型受热膨胀而撑坏壳模，这样壳模在浸浆制壳方面，不需要像传统脱蜡铸造浸浆那么厚，缩短制壳周期，降低材料和人工成本，后期铸件处理也更加方便；因浸浆层数减少，处理起来更加方便、快捷，产生的废弃物更少，缩短了周期，降低了成本。
常规壳模浸浆需要做到五层以上才能保证高温去除产品模型时不会因为产品模型膨胀而撑破壳模，在加压环境下，实现了一定的压力平衡，壳模浸浆只需要做到三到四层即可，能有效缩短周期，降低壳模的厚度，节约材料。
根据产品的大小可以对产品模型进行设定，如果产品模型较大可以做成空心模型，空心模型的壁厚为0.4-3mm。如果产品模型较小可以做成实心模型。产品模型的制成空心结构可以节约3D打印材料，同时能够减少后续处理的工作量和难度。
本发明提供的一种采用3D打印制作壳模的铸造方法不需要开模、注蜡，降低了设备和人工成本，制壳方面可减少厚度，降低了浸浆的层数，降低了浆料的成本，减少浸浆和后处理的人工成本，缩短铸件整个生产周期，提高整体生产效率，并先通过升温加压，使实体模型液化流出回收或破坏实体模型内部结构，升温过程中加压可以有效的保护壳模不会因模型受热膨胀而撑破壳模，再通过其他物理方法清除剩余的杂质，减少对空气的污染，整个过程对环境的污染也得到很大改善。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于步骤S4的脱模，本实施例的脱模采用溶解脱模，在加压环境下使用溶剂脱模，溶剂一般采用甲苯、柠檬烯、乙醇中的一种。
溶解脱模后如果还有残留，可通过高温清除或物理清除。

Claims (8)

1.一种采用3D打印制作壳模的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、3D打印模型：将电脑绘制的3D产品模型上传到3D打印机，并使用FDM耗材或光固化树脂耗材打印产品的实体模型；
S2、修模：实体模型去除支撑并抛光处理，使实体模型表面光滑；
S3、浸浆制壳：抛光后的实体模型依次进行挂浆、沾砂和干燥处理制成壳模，所述挂浆、沾砂和干燥均不少于一次，所述挂浆、沾砂和干燥的次数一致；
S4、脱模：将干燥后的壳模进行脱模，所述脱模包括加压烧结脱模或溶解脱模，所述加压烧结脱模在烧结炉中加压、加热进行烧结去除实体模型，得到铸造用壳模，所述溶解脱模在加压环境下用溶剂溶解产品模型，得到铸造用壳模；
S5、熔炼浇铸：加热壳模，然后注入已经熔融的金属锭，冷却成型；
S6、后处理：将浇铸后的壳模进行震壳、切割、磨浇口、喷砂处理，得到产品铸件。
2.根据权利要求1所述的一种采用3D打印制作壳模的铸造方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述产品模型为实心模型或空心模型，所述空心模型的壁厚为0.4-3mm。
3.根据权利要求1所述的一种采用3D打印制作壳模的铸造方法，其特征在于，所述步骤S3中，制壳的厚度为2-8mm。
4.根据权利要求1所述的一种采用3D打印制作壳模的铸造方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述加压烧结脱模的加热温度为打印材料的熔点，所述加压烧结脱模和溶解脱模的加压的压力均为0.5-1Mpa。
5.根据权利要求1所述的一种采用3D打印制作壳模的铸造方法，其特征在于，所述步骤S4中还包括杂质去除，所述杂质去除包括高温清除或物理清除。
6.根据权利要求5所述的一种采用3D打印制作壳模的铸造方法，其特征在于，所述高温清除在烧结炉中升温至打印材质的气化温度，进行气化处理。
7.根据权利要求5所述的一种采用3D打印制作壳模的铸造方法，其特征在于，所述物理清除包括水溶解、水清洗、吸尘器吸除、气压枪吹除中的一种方法或多种方法。
8.根据权利要求1所述的一种采用3D打印制作壳模的铸造方法，其特征在于，所述溶剂脱模中的溶剂为甲苯、柠檬烯、乙醇中的一种。
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