CN110227798A - 一种基于蒸汽加热的光固化树脂熔模型壳的制备方法 - Google Patents

一种基于蒸汽加热的光固化树脂熔模型壳的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于蒸汽加热的光固化树脂熔模型壳脱蜡制备方法，包括：A、在树脂熔模的外表面垂直粘接蜡棒；B、采用标准蜡件与树脂熔模粘接组成浇注系统；C、沾浆制壳；D、将步骤C制得的型壳表面由接蜡棒形成的排气孔位置处的砂料磨去，露出接蜡棒的蜡质，再用铁丝烫穿蜡棒或使用高温蒸汽将蜡棒从排气孔中熔出；E、将高温高压水蒸汽通入一个排气孔中，等待水蒸汽从另一个排蜡口中喷出后，再持续通入水蒸汽一定时间；F、将型壳进行脱蜡；G、脱蜡完成后焙烧；冷却，冲洗，再封堵排气孔，得光固化树脂熔模型壳。本发明通过采用通入高温高压水蒸汽的方法，解决了树脂熔模型壳在蒸汽脱蜡过程中发生的胀壳问题，保证了树脂熔模在脱蜡过程中的成功率。

Description

一种基于蒸汽加热的光固化树脂熔模型壳的制备方法
技术领域
本发明涉及熔模铸造技术领域，具体涉及一种基于蒸汽加热的光固化树脂熔模型壳的制备方法。
背景技术
3D打印技术制造速度快、成本低，可制造复杂零件，并可预先消除缺陷；而铸造则几乎可以成形任何一种金属，且不受零件大小的限制，成本低廉，但从设计到模型、模型到铸件其铸造周期较长。3D打印技术与传统铸造技术相结合正可扬长避短，使冗长的设计、修改、再设计到制模这一过程大大简化和缩短。3D打印技术与传统铸造技术相结合形成快速铸造技术，其基本原理是利用3D打印技术直接或者间接地制造铸造用消失模、聚乙烯模、蜡样、模板、铸型、型芯或型壳，然后结合传统铸造工艺，快捷地铸造出金属零件。
专利文献CN103722127A中公开了一种基于光固化(SL)的快速熔模铸造方法，该专利中使用排气孔的方式避免在蒸汽釜中胀壳。但是实际使用过程中增加少量的排气孔并不能有效的避免胀壳，需要在零件表面均匀分布数量较多的排气孔，这极大的增加了工作的复杂程度以及胀壳风险、漏液风险，不具有实际可操作性。
专利文献CN104493094A中公开了一种基于光固化3D打印技术的快速精密铸造工艺，该专利中浇铸系统以及铸件蜡型都通过3D打印的方式获得，从而跳过脱蜡环节，避免了在脱蜡过程中的胀壳问题。但在实际生产中，由于浇铸系统的体积往往是铸件的一倍甚至更多，而且3D打印的成本非常高昂，因此在经济性上不具有可行性。
因此，研究一种既能有效脱蜡、又能避免胀壳问题的脱蜡方法在光固化树脂熔模型壳的制备中十分必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于蒸汽加热的光固化树脂熔模型壳的制备方法。通过使用排蜡口、蒸汽软化的方式使得型壳中的树脂熔模提前软化，从而在脱蜡过程中避免胀壳，顺利脱蜡。为一种低成本、高效用的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种基于蒸汽加热的光固化树脂熔模型壳脱蜡制备方法，包括以下步骤：
A、在光固化树脂熔模的外表面垂直粘接蜡棒；
B、采用标准蜡件与光固化树脂熔模按照工艺设计粘接组成浇注系统；
C、沾浆制壳；
D、将步骤C制得的型壳表面由接蜡棒形成的排气孔位置处的砂料磨去，露出接蜡棒的蜡质，再用加热过的铁丝烫穿至树脂熔模形成的空腔中，或者用火焰喷枪将蜡棒从排气孔中熔出；
E、将高温高压水蒸汽通入一个排气孔中，等待水蒸汽通过空腔再从另一个排气孔中喷出后，再持续通入水蒸汽一定时间；
F、停止通入水蒸汽，在温度下降之前将型壳放入脱蜡釜中进行脱蜡；
G、脱蜡完成后将型壳取出，冷却后焙烧，将光固化树脂熔模脱除；
H、再将焙烧后的型壳取出冷却至室温，冲洗型壳的内腔，再封堵排气孔，即得光固化树脂熔模型壳。
优选地，步骤E中，所述高温高压水蒸汽的温度大于60℃(高于光固化树脂的玻璃化转变温度)，压力为小于1MPa(压力过大将冲坏型壳)。更优选温度为60-180℃，压力小于0.3MPa。
优选地，步骤E中，所述持续通入水蒸汽的时间为3分钟。
优选地，步骤G中，所述型壳焙烧时的入炉温度高于树脂的焙烧温度(600℃)。
优选地，步骤G中，所述焙烧时间为1小时。
优选地，步骤A中，所述蜡棒的粘接数量为4-2个，其形成的排气孔数量为2-4个。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过采用通入高温高压水蒸汽的方法，解决了光固化树脂熔模型壳在蒸汽脱蜡过程中发生的胀壳问题，保证了光固化树脂熔模型壳在脱蜡釜中脱蜡的成功率(指型壳在脱蜡过程中不胀壳、成功脱蜡的几率增加)。
本发明方法成本低、效用高，适合大规模推广应用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明制备光固化树脂熔模型壳中的脱蜡流程图；
图2为本发明脱蜡的原理图；
图3为光固化树脂熔模内部空间晶格结构的简单示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种基于蒸汽加热的光固化树脂熔模型壳脱蜡制备方法，制备流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：在铸件三维数据中设计并增加排气孔，与零件一体打印，得到含排气孔的零件。
步骤2：使用标准蜡件与树脂熔模按工艺设计方案粘接组成浇铸系统。
步骤3：沾浆制壳。
步骤4：疏通排气孔：使用打磨机将步骤3制备的型壳表面排气孔位置的砂料磨去，露出排气孔内蜡棒的部分蜡质。再用加热过的铁丝烫穿排气孔内的蜡质至树脂熔模形成的空腔中，或者用火焰喷枪将排气孔内的蜡棒融出。
步骤5：将高温高压水蒸汽(温度为130℃，压力为0.1MPa)通入排气孔中，等待水蒸汽从另一个排蜡口喷出后再持续3分钟(光固化树脂熔模内部空间晶格结构的软化效果如图3所示)。
步骤6：在温度下降之前将型壳放入脱蜡釜中，按正常参数脱蜡。
步骤7：脱蜡完成后将型壳取出，待冷却后放入焙烧炉中焙烧。入炉温度高于树脂的焙烧温度(具体最高温度由工艺设计方案确定)，并保温一小时。
步骤8：保温完成后取出型壳，自然冷却至室温。使用气枪或者清水冲洗型壳内腔，将灰分清出。
步骤9：使用耐火泥封堵排气孔。
使用两组一模一样的树脂熔模型壳，一组制备时没有蒸汽加热直接放入脱蜡釜脱蜡，一组采用本实施例方法经过蒸汽加热后再放入脱蜡釜脱蜡。结果没有进行蒸汽加热的一组型壳发生了胀裂，浇铸出来的零件出现漏钢等现象。加了蒸汽加热步骤的一组型壳没有发生胀裂，浇铸出来的零件没有出现明显缺陷。因此，采用本实施例方法在制备光固化树脂熔模型壳过程中未导致胀壳现象。
实施例2
步骤1：在树脂熔模的外表面垂直粘接蜡棒，形成排气孔，数量根据零件的大型结构确定，数量保持在2-4个之间。
步骤2：使用标准蜡件与树脂熔模按工艺设计方案粘接组成浇铸系统。
步骤3：沾浆制壳。
步骤4：疏通排气孔：使用打磨机将步骤3制备的型壳表面排气孔位置的砂料磨去，露出蜡棒的部分蜡质。再用加热过的铁丝烫穿蜡棒至树脂熔模形成的空腔，或者用火焰喷枪将蜡棒融出。
步骤5：将高温高压水蒸汽(温度为100℃，压力为0.2MPa)通入排气孔中，等待水蒸汽从另一个排蜡口喷出后再持续3分钟。
步骤6：将型壳放置在托盘上，在温度下降之前将型壳放入低温炉中，在180℃下保温半小时进行脱蜡。
步骤7：脱蜡完成后将型壳取出，待冷却后放入焙烧炉中焙烧。入炉温度高于树脂的焙烧温度600℃(具体最高温度由工艺设计方案确定)，并保温一小时。
步骤8：保温完成后取出型壳，自然冷却至室温。使用气枪或者清水冲洗型壳内腔，将灰分清出。
步骤9：使用耐火泥封堵排气孔。
采用本实施例方法，经确认，未导致胀壳现象。
实施例3
步骤1：在树脂熔模的外表面垂直粘接蜡棒，形成排气孔，数量根据零件的大型结构确定，数量保持在2-4个之间。
步骤2：使用标准蜡件与树脂熔模按工艺设计方案粘接组成浇铸系统。
步骤3：沾浆制壳。
步骤4：疏通排气孔：使用打磨机将步骤3制备的型壳表面排气孔位置的砂料磨去，露出蜡棒的部分蜡质。再用加热过的铁丝烫穿蜡棒至树脂熔模形成的空腔，或者用火焰喷枪将蜡棒融出。
步骤5：将高温高压水蒸汽(温度为60℃，压力为0.3MPa)通入排气孔中，等待水蒸汽从另一个排蜡口喷出后再持续3分钟。
步骤6：将型壳放置在托盘上，在温度下降之前放入焙烧炉中，在180℃下保温半小时，进行脱蜡。
步骤7：脱蜡完成后将装有熔融蜡的托盘取出，然后按150℃/h的速度提高焙烧炉温度，到高于树脂的焙烧温度600℃(具体最高温度由工艺设计方案确定)，并保温一小时。
步骤8：保温完成后取出型壳，自然冷却至室温。使用气枪或者清水冲洗型壳内腔，将灰分清出。
步骤9：使用耐火泥封堵排气孔。
采用本实施例方法，经确认，未导致胀壳现象。
本发明所述的蒸汽加热原理如图2所示，具体为：高温高压水蒸汽由蒸汽发生设备产生，经排气孔进入树脂熔模内腔。水蒸汽由于温差附着在树脂内腔表面，开始液化并释放大量的热量，将树脂加热。树脂温度迅速突破50℃的玻璃化转变温度，开始软化。水蒸汽通过高压空气带动，扩散至树脂熔模整个内腔，最终将产品整体软化。软化过程中，额外的水蒸汽通过另一侧的排气孔排出树脂熔模内腔。
对比例1
本对比例与实施例1的方法基本相同，不同之处仅在于：本对比例的步骤5中采用的水蒸汽的温度为40℃。
采用本对比例的方法，经确认，由于通入的水蒸汽的温度低于光敏树脂的玻璃化转变温度，不能使树脂熔模内腔结构软化，从而导致胀壳现象。
对比例2
本对比例与实施例1的方法基本相同，不同之处仅在于：本对比例的步骤5中采用的水蒸汽的压力为1.5Mpa。
采用本对比例的方法，经确认，由于通入的水蒸汽压力过高，在通入过程中将树脂熔模内墙壁冲破从而损坏了型壳面层，最终导致型壳受损。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于蒸汽加热的光固化树脂熔模型壳脱蜡制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、在光固化树脂熔模的外表面垂直粘接蜡棒；
B、采用标准蜡件与光固化树脂熔模按照工艺设计粘接组成浇注系统；
C、沾浆制壳；
D、将步骤C制得的型壳表面由接蜡棒形成的排气孔位置处的砂料磨去，露出接蜡棒的蜡质，再用加热过的铁丝烫穿至光固化树脂熔模形成的空腔中，或者用火焰喷枪将蜡棒从排气孔中熔出；
E、将高温高压水蒸汽通入一个排气孔中，等待水蒸汽通过空腔再从另一个排气孔中喷出后，再持续通入水蒸汽一定时间；
F、停止通入水蒸汽，在温度下降之前将型壳放入脱蜡釜中进行脱蜡；
G、脱蜡完成后将型壳取出，冷却后焙烧；
H、再将焙烧后的型壳取出冷却至室温，冲洗型壳的内腔，再封堵排气孔，即得光固化树脂熔模型壳。
2.根据权利要求1所述的基于蒸汽加热的光固化树脂熔模型壳脱蜡制备方法，其特征在于，步骤E中，所述高温高压水蒸汽的温度大于60℃，压力为小于1MPa。
3.根据权利要求1所述的基于蒸汽加热的光固化树脂熔模型壳脱蜡制备方法，其特征在于，步骤E中，所述持续通入水蒸汽的时间为90秒-3分钟。
4.根据权利要求1所述的基于蒸汽加热的光固化树脂熔模型壳脱蜡制备方法，其特征在于，步骤G中，所述型壳焙烧时的入炉温度高于光固化树脂的焙烧温度。
5.根据权利要求1所述的基于蒸汽加热的光固化树脂熔模型壳脱蜡制备方法，其特征在于，步骤G中，所述焙烧时间为1小时。
6.根据权利要求1所述的基于蒸汽加热的光固化树脂熔模型壳脱蜡制备方法，其特征在于，步骤A中，所述蜡棒的粘接数量为4-2个，其形成的排气孔数量为2-4个。
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