CN110842145A - 一种3d打印蜡模无烟尘的脱蜡方法 - Google Patents

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Abstract

一种3D打印蜡模无烟尘的脱蜡方法，首先制作3D打印铸件蜡模和中温蜡浇注系统，然后将3D打印铸件蜡模与的浇注系统相组合，形成模组；然后采用酒精喷枪烘烤的方式进行模组中的中温蜡的脱蜡；再采用加热的方式完成模组中3D打印铸件蜡模的脱蜡，最后采用反重力低压浇注。为保证3D打印蜡模制备模壳的质量稳定性，本发明利用烘烤浇道中温蜡脱蜡的工艺方法，促使中温蜡以液体的方式流出，模壳受到最小热应力膨胀，实现脱蜡；结合不同材质的3D打印蜡模熔点范围，根据3D打印蜡模材质的不同，可制定不同的3D打印蜡模无烟尘的脱蜡工艺方法。

Description

一种3D打印蜡模无烟尘的脱蜡方法
技术领域
本发明涉及一种3D打印蜡模的脱蜡方法，该方法适用于3D打印铸件的蜡模+中温蜡浇道，采用硅溶胶制备的模壳的脱蜡。
背景技术
在航空航天、国防、汽车等重点领域行业，其基础的核心零部件为金属材质，且相当多的金属零件都是非对称性的，有着不规则曲面或者结构复杂内部又含有精细室温结构。尽管我国高速车削、以及电解加工技术近年来取得了很大的进展，然而对于复杂薄壁类构件，由于其结构复杂，刚性差，强度弱，在车削或锻造、焊接加工过程中容易出现加工变形，使零件形位公差难以得到保证。因此这些复杂结构的零部件，一般采用铸造的方式生产。我国目前生产的铸件普遍采用金属模具压制零件蜡模，但精密铸造的生产过程复杂，特别是对于非定型、试制型产品，这种方法存在生产周期长、成本昂贵等问题。
3D打印蜡模技术是制造业领域迅速崛起发展的一项新兴技术，其基于数字模型数据，通过增加材料，采用逐层制造方式，直接打印成型与相应数学分析模型完全一致的三维物理实体模型制造方法。这种工艺相对于传统铸造工艺方法而言，省去了模具制备周期，使铸件的研制生产周期缩短60％左右，与3D打印金属粉体增质材料相比，成本又可以降低65％～70％，适用于铸件的快速设计开发和小批量定制生产，具有明显的技术和经济优势。
但是3D打印蜡模相对于传统铸造用石蜡还是具有一定的经济成本劣势，从铸件快速开发以及节约生产成本的角度出发，一般铸件蜡模采用3D打印蜡模的方式制作。对于铸件质量影响较小且制作相对简单的浇注系统，继续使用传统蜡质材料制备，然后按照铸件浇注系统的设计图纸进行组合，最终采用传统熔模铸造工艺制备硅溶胶模壳并完成铸件的浇注生产。由于3D打印蜡模和传统蜡质材料在膨胀系数方面存在较大的差异，单方面采取某一种脱蜡方式会导致模壳的涨裂，严重的影响模壳质量。其次现阶段3D打印蜡模制备的型壳大多采用露天大火焙烧的方式进行，这会对环境造成一定程度的污染。以上种种问题的出现，严重限制了铸件的低成本快速开发，因此现阶段迫切需要找出一种新型、无环境污染的3D打印蜡模脱蜡工艺。
发明内容
为了促进3D打印蜡模更好的服务于传统熔模铸造，以及缩短铸件的设计开发周期，从保护环境的角度出发，本发明的目的是提供一种3D打印蜡模无烟尘的脱蜡工艺方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种3D打印蜡模无烟尘的脱蜡方法，首先制作3D打印铸件蜡模和中温蜡浇注系统，然后将3D打印铸件蜡模与的浇注系统相组合，形成模组；然后采用酒精喷枪烘烤的方式进行模组中的中温蜡的脱蜡；再采用加热的方式完成模组中3D打印铸件蜡模的脱蜡。
本发明进一步的改进在于，具体包括以下步骤：
步骤1：绘制铸件三维模型，设计浇注系统；
步骤2：制作3D打印铸件蜡模；根据步骤1中的浇注系统的设计，采用中温蜡制作浇注系统，将铸件3D打印蜡模和中温蜡制作的浇注系统组合；
步骤3：烘烤浇道蜡质材料，完成浇道中蜡模的脱蜡，然后将浇口杯朝下，在高于3D打印蜡模熔点70～100℃入炉，使3D打印蜡模以液体的方式完全流出，降温至100℃以下，模壳出炉，完成3D打印蜡模脱蜡。
本发明进一步的改进在于，步骤2中，3D打印铸件蜡模的材质为PS粉蜡模。
本发明进一步的改进在于，步骤2中，中温蜡的型号为162。
本发明进一步的改进在于，步骤2中，将铸件3D打印蜡模和中温蜡制作的浇注系统组合时，排蜡孔设置于铸件浇口和浇道下端。
本发明进一步的改进在于，步骤2中，铸件3D打印蜡模的材质为光敏树脂、ABS粉、PE蜡或PS粉。
本发明进一步的改进在于，步骤3中，在200～240℃下入炉。
本发明进一步的改进在于，步骤4中，将模壳放置12h后再焙烧。
本发明进一步的改进在于，步骤4中，焙烧工艺为：炉温低于200℃，模壳入炉，随炉升温至850℃保温2.5h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)采用酒精喷枪完成浇道传统蜡质材料的脱蜡，促使浇道中蜡模以液体的方式流出，保证模壳受到最小的热应力，可以有效的防止模壳涨裂。
2)结合不同3D打印蜡质材料的熔点范围，模壳在高于3D打印蜡模熔点70～100℃入炉，可防止蜡模涨裂，保证模块表面瞬时熔化。
3)该种传统蜡质材料和3D打印蜡模的液态脱蜡工艺，过程中无烟尘产生，具有很好的环境保护效益。
4)为保证3D打印蜡模制备模壳的质量稳定性，本发明利用烘烤浇道中温蜡脱蜡的工艺方法，促使中温蜡以液体的方式流出，模壳受到最小热应力膨胀，实现脱蜡；结合不同材质的3D打印蜡模熔点范围，根据3D打印蜡模材质的不同，可制定不同的3D打印蜡模无烟尘的脱蜡工艺方法。
进一步的，一般3D打印蜡模常用材质为光敏树脂、ABS粉、PE蜡、PS粉，入炉温度在200～240℃之间，促使3D打印蜡模以液体的方式流出，完成3D打印蜡模的脱蜡。
具体实施方式
现结合实施例对本发明作进一步详细描述：
以某型号管座产品为基础，首先根据图纸要求绘制铸件三维并且设计蜡模组型工艺方案；3D打印铸件蜡模；与传统蜡质材料制备的浇注系统相组合；制备硅溶胶模壳；采用酒精烘烤的方式完成浇注系统中温蜡模的脱蜡；采用电阻炉完成3D打印铸件蜡模的脱蜡；采用反重力低压浇注铸件模壳；射线和荧光检测铸件冶金质量；完成铸件尺寸检测。
实现本发明技术方案的具体步骤如下：
步骤1：绘制铸件三维，设计浇注系统；
步骤2：制作3D打印铸件蜡模(材质：PS粉蜡模)；
步骤3：浇注系统采用传统中温蜡制作，按照步骤1中浇注系统设计方案，完成铸件3D 打印蜡模和传统中温蜡制作的浇注系统组合，排蜡孔需设置于铸件浇口和浇道下端；
步骤4：制备硅溶胶模壳，具体过程如下：
采用酒精喷枪烘烤浇道传统蜡质材料，以完成浇道中蜡模的脱蜡，具体工艺如下：浇道中的传统蜡质材料采用酒精便携式喷枪或者丁烷便携式喷枪等缓慢烘烤，让蜡模材料呈液体的方式缓慢均匀流出；
步骤5：将步骤4中模壳垫起，浇口杯朝下，在模壳底端放置容器，容器的容量需大于 3D打印蜡模的液体总量；
步骤6：电阻炉升温200～240℃，将步骤5中模壳迅速放入电阻炉中，保温30min，保证 3D打印PS粉蜡模以液体的方式流出，但未发生燃烧，然后降温至100℃以下，模壳出炉，3D打印蜡模脱蜡完成；
步骤7：取出步骤6中模壳，清理容器中3D打印蜡模的残渣，模壳需放置12h后再焙烧； (焙烧目的是使硬化陶瓷化，焙烧的温度是本领域技术人员公知的)。
步骤8：完成步骤7中模壳的焙烧，焙烧工艺为：炉温低于200℃，模壳入炉，随炉升温至850℃保温2.5h；
步骤9：采用反重力低压浇注步骤8中的铸件模壳；
步骤10：清理步骤9中铸件表面模壳，并切除浇冒口，打磨铸件表面毛刺等；
步骤11：对步骤10中铸件进行X射线、荧光、尺寸检验。
下面为具体实施例。
实施例1
以尺寸
Figure BDA0002341574630000051
铸件为例，材质为ZL210A，铸件呈桶状，采用3D打印铸件蜡模(材质：光敏树脂)+传统蜡质(传统蜡质为中温蜡162)制备浇注系统组合，其实施的具体步骤如下：
步骤1：绘制铸件三维，设计浇注系统；
步骤2：制作3D打印铸件蜡模(材质：光敏树脂)；
步骤3：浇注系统采用传统中温蜡制作，按照步骤1中浇注系统设计方案，完成铸件3D 打印蜡模和传统中温蜡制作的浇注系统组合，排蜡孔需设置于铸件浇口和浇道下端；
步骤4：完成硅溶胶模壳涂挂，再采用酒精烘烤浇道传统蜡质材料，以完成浇道中蜡模的脱蜡，具体工艺如下：浇道中的传统蜡质材料采用酒精便携式喷枪缓慢烘烤，让蜡模材料呈液体的方式缓慢均匀流出；
步骤5：将步骤4中模壳垫起，浇口杯朝下，在模壳底端放置容器，容器的容量需大于 3D打印蜡模的液体总量；
步骤6：电阻炉升温至220℃，将步骤6中模壳迅速放入电阻炉中，保温30min，保证3D 打印PS粉蜡模以液体的方式流出，但未发生燃烧，然后降温至100℃以下，模壳出炉，3D打印蜡模脱蜡完成；
步骤7：取出步骤6中模壳，清理容器中3D打印蜡模的残渣，模壳需放置12h后再焙烧；
步骤8：完成步骤9中模壳的焙烧，焙烧工艺为：炉温低于200℃，模壳入炉，随炉升温至850℃保温2.5h；
步骤9：采用反重力低压浇注步骤8中的铸件模壳；
步骤10：清理步骤9中铸件表面模壳，并切除浇冒口，打磨铸件表面毛刺等；
步骤11：对步骤10中铸件进行X射线、荧光、尺寸检验。
按照此方法进行铸件3D打印光敏树脂蜡模的脱蜡，铸件模壳脱蜡焙烧后，对铸件模壳进行外观检测，模壳无裂纹产生，浇注的铸件经过射线检测，铸件内部无夹渣缺陷，铸件表面经荧光检测后无渣孔缺陷显示，铸件冶金质量可以达到HB963Ⅰ类要求，铸件经过尺寸检验，尺寸精度可以达到HB6103 CT6要求。
实施例2
以尺寸
Figure BDA0002341574630000061
铸件为例，材质为ZL105，铸件整体壁厚为10mm，铸件呈盆状，弧度较大，内腔空心，采用3D打印铸件蜡模(材质：ABS粉)+传统蜡质制备浇注系统组合，其实施的具体步骤如下：
步骤1：绘制铸件三维，设计浇注系统；
步骤2：制作3D打印铸件蜡模(材质：ABS粉)；
步骤3：浇注系统采用传统中温蜡制作，按照步骤1中浇注系统设计方案，完成铸件3D 打印蜡模和传统中温蜡制作的浇注系统组合，排蜡孔需设置于铸件浇口和浇道下端；
步骤4：完成硅溶胶模壳涂挂；
步骤5：采用酒精烘烤浇道传统蜡质材料，以完成浇道中蜡模的脱蜡，具体工艺如下：浇道中的传统蜡质材料采用酒精便携式喷枪缓慢烘烤，让蜡模材料呈液体的方式缓慢均匀流出；
步骤6：将步骤5中模壳垫起，浇口杯朝下，在模壳底端放置容器，容器的容量需大于 3D打印蜡模的液体总量；
步骤7：电阻炉升温至240℃，将步骤6中模壳迅速放入电阻炉中，保温30min，保证3D 打印PS粉蜡模以液体的方式流出，但未发生燃烧，然后降温至100℃以下，模壳出炉，3D打印蜡模脱蜡完成；
步骤8：取出步骤7中模壳，清理容器中3D打印蜡模的残渣，模壳需放置12h后再焙烧；
步骤9：完成步骤8中模壳的焙烧，焙烧工艺为：炉温低于200℃，模壳入炉，随炉升温至850℃保温2.5h；
步骤10：采用反重力低压浇注步骤9中的铸件模壳；
步骤11：清理步骤10中铸件表面模壳，并切除浇冒口，打磨铸件表面毛刺等；
步骤12：对步骤11中铸件进行X射线、荧光、尺寸检验。
按照此方法进行铸件3D打印ABS粉蜡模的脱蜡，铸件模壳脱蜡焙烧后，对铸件模壳进行外观检测，模壳无裂纹产生，浇注的铸件经过射线检测，铸件内部无夹渣缺陷，铸件表面经荧光检测后无渣孔缺陷显示，铸件冶金质量可以达到HB963Ⅰ类要求，铸件经过尺寸检验，尺寸精度可以达到HB6103 CT6要求。
实施例3
以尺寸295mm×180mm×240mm铸件为例，材质为ZL114A，铸件呈半球形封闭，通体壁厚4mm，空心，采用3D打印铸件蜡模(材质：PE蜡)+传统蜡质制备浇注系统组合，其实施的具体步骤如下：
步骤1：绘制铸件三维，设计浇注系统；
步骤2：制作3D打印铸件蜡模(材质：PE蜡)；
步骤3：浇注系统采用传统中温蜡制作，按照步骤1中浇注系统设计方案，完成铸件3D 打印蜡模和传统中温蜡制作的浇注系统组合，排蜡孔需设置于铸件浇口和浇道下端；
步骤4：完成硅溶胶模壳涂挂；
步骤5：采用酒精烘烤浇道传统蜡质材料，以完成浇道中蜡模的脱蜡，具体工艺如下：浇道中的传统蜡质材料采用丁烷便携式喷枪缓慢烘烤，让蜡模材料呈液体的方式缓慢均匀流出；
步骤6：将步骤5中模壳垫起，浇口杯朝下，在模壳底端放置容器，容器的容量需大于 3D打印蜡模的液体总量；
步骤7：电阻炉升温至240℃，将步骤6中模壳迅速放入电阻炉中，保温30min，保证3D 打印PS粉蜡模以液体的方式流出，但未发生燃烧，然后降温至100℃以下，模壳出炉，3D打印蜡模脱蜡完成；
步骤8：取出步骤7中模壳，清理容器中3D打印蜡模的残渣，模壳需放置12h后再焙烧；
步骤9：完成步骤8中模壳的焙烧，焙烧工艺为：炉温低于200℃，模壳入炉，随炉升温至850℃保温2.5h；
步骤10：采用反重力低压浇注步骤9中的铸件模壳；
步骤11：清理步骤10中铸件表面模壳，并切除浇冒口，打磨铸件表面毛刺等；
步骤12：对步骤11中铸件进行X射线、荧光、尺寸检验。
按照此方法进行铸件3D打印PE蜡模的脱蜡，铸件模壳脱蜡焙烧后，对铸件模壳进行外观检测，模壳无裂纹产生，浇注的铸件经过射线检测，铸件内部无夹渣缺陷，铸件表面经荧光检测后无渣孔缺陷显示，铸件冶金质量可以达到HB963Ⅰ类要求，铸件经过尺寸检验，尺寸精度可以达到HB6103 CT6要求。
实施例4
以第三代压水堆某型号用下管座铸件为例，铸件尺寸为220×207×86mm，采用3D打印铸件蜡模(材质：PS粉)+传统蜡质制备浇注系统组合，其实施的具体步骤如下：
步骤1：绘制铸件三维，设计浇注系统；
步骤2：制作3D打印铸件蜡模(材质：PS粉)；
步骤3：浇注系统采用传统中温蜡制作，按照步骤1中浇注系统设计方案，完成铸件3D 打印蜡模和传统中温蜡制作的浇注系统组合，排蜡孔需设置于铸件浇口和浇道下端；
步骤4：完成硅溶胶模壳涂挂；
步骤5：采用酒精烘烤浇道传统蜡质材料，以完成浇道中蜡模的脱蜡，具体工艺如下：浇道中的传统蜡质材料采用丁烷便携式喷枪缓慢烘烤，让蜡模材料呈液体的方式缓慢均匀流出；
步骤6：将步骤5中模壳垫起，浇口杯朝下，在模壳底端放置容器，容器的容量需大于 3D打印蜡模的液体总量；
步骤7：电阻炉升温至240℃，将步骤6中模壳迅速放入电阻炉中，保温30min，保证3D 打印PS粉蜡模以液体的方式流出，但未发生燃烧，然后降温至100℃以下，模壳出炉，3D打印蜡模脱蜡完成；
步骤8：取出步骤7中模壳，清理容器中3D打印蜡模的残渣，模壳需放置12h后再焙烧；
步骤9：完成步骤8中模壳的焙烧，焙烧工艺为：炉温低于200℃，模壳入炉，随炉升温至850℃保温2.5h；
步骤10：采用反重力低压浇注步骤9中的铸件模壳；
步骤11：清理步骤10中铸件表面模壳，并切除浇冒口，打磨铸件表面毛刺等；
步骤12：对步骤11中铸件进行X射线、荧光、尺寸检验。
按照此方法进行铸件3D打印PS粉蜡模的脱蜡，铸件模壳脱蜡焙烧后，对铸件模壳进行外观检测，模壳无裂纹产生，浇注的铸件经过射线检测，铸件内部无夹渣缺陷，铸件表面经荧光检测后无渣孔缺陷显示，铸件冶金质量可以达到HB963Ⅰ类要求，铸件经过尺寸检验，尺寸精度可以达到HB6103 CT6要求。

Claims (9)

1.一种3D打印蜡模无烟尘的脱蜡方法，其特征在于，首先制作3D打印铸件蜡模和中温蜡浇注系统，然后将3D打印铸件蜡模与的浇注系统相组合，形成模组；然后采用酒精喷枪烘烤的方式进行模组中的中温蜡的脱蜡；再采用加热的方式完成模组中3D打印铸件蜡模的脱蜡。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印蜡模无烟尘的脱蜡方法首先，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1：绘制铸件三维模型，设计浇注系统；
步骤2：制作3D打印铸件蜡模；根据步骤1中的浇注系统的设计，采用中温蜡制作浇注系统，将铸件3D打印蜡模和中温蜡制作的浇注系统组合；
步骤3：烘烤浇道蜡质材料，完成浇道中蜡模的脱蜡，然后将浇口杯朝下，在高于3D打印蜡模熔点70～100℃入炉，使3D打印蜡模以液体的方式完全流出，降温至100℃以下，模壳出炉，完成3D打印蜡模脱蜡。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印蜡模无烟尘的脱蜡方法首先，其特征在于，步骤2中，3D打印铸件蜡模的材质为PS粉蜡模。
4.根据权利要求2所述的一种3D打印蜡模无烟尘的脱蜡方法首先，其特征在于，步骤2中，中温蜡的型号为162。
5.根据权利要求2所述的一种3D打印蜡模无烟尘的脱蜡方法首先，其特征在于，步骤2中，将铸件3D打印蜡模和中温蜡制作的浇注系统组合时，排蜡孔设置于铸件浇口和浇道下端。
6.根据权利要求2所述的一种3D打印蜡模无烟尘的脱蜡方法首先，其特征在于，步骤2中，铸件3D打印蜡模的材质为光敏树脂、ABS粉、PE蜡或PS粉。
7.根据权利要求2所述的一种3D打印蜡模无烟尘的脱蜡方法首先，其特征在于，步骤3中，在200～240℃下入炉。
8.根据权利要求2所述的一种3D打印蜡模无烟尘的脱蜡方法首先，其特征在于，步骤4中，将模壳放置12h后再焙烧。
9.根据权利要求2所述的一种3D打印蜡模无烟尘的脱蜡方法首先，其特征在于，步骤4中，焙烧工艺为：炉温低于200℃，模壳入炉，随炉升温至850℃保温2.5h。
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