CN111730029B - 一种基于3d打印的精密铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印的精密铸造方法，包括如下步骤：步骤一：制作原型件；步骤二：形成内膜壳；步骤三：形成支撑体，内膜壳和支撑体形成铸造壳体；步骤四：烧结脱模，支撑体中分布有能够将内膜壳中的气体散出的透气孔，和/或，支撑体中设置有能够将内膜壳中的气体散出的气体通道；步骤五：浇注，冷却成型；步骤六：后处理，得到铸件毛坯。本发明优点在于，采用3D打印结合精密铸造，周期短，加工灵活，先在原型件上形成内膜壳，用于后续浇注时和铸件表面接触，可以提高铸件精度；在内膜壳外还包覆支撑体，提高铸造壳体强度，增强铸造壳体在高温烧结脱模时抵御原型件热胀冷缩的能力，解决铸造壳体在烧结脱模时产生裂纹或破碎的问题。

Description

一种基于3D打印的精密铸造方法

技术领域

本发明属于精密铸造领域，具体涉及一种基于3D打印的精密铸造方法。

背景技术

精密铸造是一种新的近净成形先进工艺，是在模具表面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的原型件熔去可制成型壳，再经过烧结，然后进行浇注，而获得铸件的一种制造方法。它获得的产品精密、复杂，接近于零件最后形状，可不加工或很少加工就直接使用，其应用非常广泛。

3D打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，3D打印技术的制造原理是基于“增材制造”的思想，是通过打印头、喷嘴或其它打印沉积技术来制造物体的技术，主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等。

将3D打印技术应用于模具的开发制造，能够适应模具结构的多样性，并且能快速制造，成本相对较低；将3D打印和精密铸造相结合，可大大提升铸造产品的精度和效率，缩短生产周期。

但是在现有的技术中，3D打印采用的材料是多种多样的，使用3D打印的零件模型进行精密铸造时，在铸造壳体烧结脱模步骤中，由于形成零件模型的材料在高温烧结时会受热膨胀，耐火层型壳在烧结过程中极易因为零件模型的热胀冷缩而破裂，现有技术中，多采用改变零件模型材料的方法来解决该问题，但是成本很高。此外，由数层耐火材料组成的型壳，浇注完成后需要将型壳从铸件上清除，但是现有的型壳结构坚硬难以破碎，增加清除工作的难度。

发明内容

本发明针对目前精密铸造型壳烧结脱模时容易破裂的不足，提出一种基于3D打印的精密铸造方法，采用内膜壳和支撑体两种材料，减少了浸浆的层数，解决了铸造壳体在烧结脱模时破损的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

包括如下步骤：

步骤一：制作原型件，所述原型件至少包括采用3D打印方法打印出的零件模型；

步骤二：将步骤一中的原型件浸浆并干燥，形成内膜壳；

步骤三：制备支撑浆料，将包裹内膜壳的原型件放入成型框中，将支撑浆料倒入成型框和内膜壳之间的空隙内，支撑浆料固化烘干后形成支撑体，所述内膜壳和支撑体形成铸造壳体；

步骤四：将铸造壳体进行高温烧结，内部原型件气化，留下型腔，所述支撑体中分布有能够将内膜壳处的气体散出的透气孔，和/或，所述支撑体中设置有能够将内膜壳处的气体散出的气体通道；

步骤五：将熔融金属液浇注在型腔内，冷却成型；

步骤六：后处理，得到铸件毛坯。

优选地，所述步骤二中，所述原型件浸浆层数为2～6层；或者，所述内膜壳厚度为0.5～5mm。

优选地，所述支撑体厚度最小为10mm。

优选地，所述支撑物为混合物，包括石膏，还包括内部带有气孔的孔状物或者在所述步骤四的烧结温度下可燃烧的可燃物或者上述两者的混合，所述孔状物中的气孔、可燃物燃烧后留下的孔洞形成透气孔。

优选地，所述孔状物为火山石，所述可燃物为木屑或石蜡块或泡沫或海绵或上述任意几种的混合。

优选地，所述支撑物中设有气道预埋件，所述气道预埋件为在所述步骤四烧结温度下燃烧的可燃物，所述气道预埋件燃烧后留下所述气体通道。

优选地，所述气道预埋件为绳状物，所述绳状物一端与内膜壳接触，另一端引出到支撑体外。

优选地，在所述步骤三中，包裹内膜壳的原型件放入成型框中后，绳状物的一端和内膜壳固定连接，另一端固定连接在成型框上。

优选地，所述绳状物一端缠绕设置在原型件内膜壳上。

优选地，所述成型框上设有固定孔，所述绳状物的另一端穿出固定孔，黏附在所述成型框外壁上。

上述技术方案可以得到以下有益效果：

(1)本发明采用3D打印零件模型结合精密铸造形成铸造壳体的方法，步骤简单，周期短，加工灵活；本发明的精密铸造为熔模精密铸造，先在原型件上浸2～6层的细浆料，作为内膜壳，细浆料的颗粒细腻和原型件表面的结合牢固，不易产生气泡、鼓包，在形成铸造型腔后，内膜壳在后续的铸造过程中和铸件表面接触，可以提高铸件精度；在内膜壳外还包覆支撑体，对内膜壳进行支撑，提高铸造壳体强度，增强铸造壳体在高温烧结脱模时抵御原型件热胀冷缩的能力，解决铸造壳体在烧结脱模时产生裂纹或破碎的问题。

(2)支撑体内部有透气孔或气体通道，支撑体在对内膜壳提供支撑的同时，其中的透气孔或气体通道起到透气的作用，防止浇注时气体排出不畅，在铸件毛坯的表面或者芯部留下缩孔，影响铸件毛坯的质量。支撑体为石膏和孔状物的混合体，孔状物中的气孔可以作为透气孔使用，无需额外制孔，方便简单；支撑体为石膏和可燃物的混合体，可燃物散布在石膏中，在烧结处理后，可燃物一起被燃烧掉或熔化掉，留下原有的孔洞，该方法正好利用了烧结处理的高温，没有额外制孔步骤，设计巧妙，增强了支撑体的透气性。

附图说明

图1是本发明工艺流程图。

图2是本发明实施例1、2的铸造壳体的示意图。

图3是本发明实施例3的铸造壳体的示意图。

图4是本发明的原型件的示意图。

图中：

1、型腔，2、内膜壳，3、气体通道，31、引出气道，32、环绕气道，4、透气孔，5、石膏，6、原型件，61、零件模型，62、模头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

实施例1：

如图1、2、4所示，一种基于3D打印的精密铸造方法，包括如下步骤：

步骤一：制作原型件6，原型件6至少包括采用3D打印方法打印出的零件模型61。按照需要加工的产品进行电脑绘制图纸，一般采用可输出至3D打印的绘图软件。将绘制的图纸输入3D打印机，进行零件模型61的3D打印。本发明的3D打印可以采用热熔型材料直接打印固化，也可以采用打印材料混合了光敏树脂的液状混合物。在本实施例中，打印材料采用光固化树脂，在其他实施例中，也可以采用其他材料；打印的方式与现有的方式相同，仍采用分层“切片”的逐层打印方式。经过这种逐层打印，最终形成3D打印的零件模型。原型件6和铸件结构相同，在本实施例中，原型件6包括零件模型61和模头62，模头62是形成浇道、冒口的模型件。模头62可以采用3D打印的方法成型，也可以采用其他方法成型，材料可以选用和零件模型相同的材料，也可以采用其他材料，在此不做限制。

在其他实施例中，也可以不设置模头62，也在本发明的保护范围内。

步骤二：将步骤一中的零件模型61与模头62组装并粘结在一起，形成原型件6，根据原型件6的尺寸和结构的复杂程度，整体地浸浆浸砂2～6层，每次浸浆后再浸砂并干燥，干燥后内膜壳2厚度为0.5～5mm，在原型件6的表面上形成具有一定强度的内膜壳2。浸浆次数、内膜壳2厚度和原型件结构的复杂程度成正比。该步骤中使用的浆料为细浆料，内膜壳2厚度较薄，但质地细腻，和原型件表面十分贴合，有利于提高铸造零件的表面精度。

在不设置模头62的情况下，将零件模型61作为原型件6直接浸浆浸砂，也在本发明的保护范围内。

步骤三：在步骤二中内膜壳外表面上包覆支撑体，内膜壳和支撑体形成铸造壳体，支撑体不同于传统的包覆在内膜壳上的粗浆料，这种粗浆料也是一层一层地进行浸浆，每层浸浆后需要干燥处理，耗时长，有时需要一两天甚至更长时间来进行干燥，而且在高温烧结脱模时易发生破裂。本发明中支撑体的厚度大，支撑体外表面到内膜壳的最小距离为10mm，即支撑体厚度最小处为10mm，其余部分的厚度大于该厚度，整体强度好，而且不需要一层一层地浸浆干燥，节省工序，提高效率；支撑体对内膜壳2起到支撑的作用，在高温烧结脱模下，包裹有支撑体的内膜壳不易破裂。在本实施例中，形成支撑体的材料为石膏5和孔状物，孔状物是内部带有气孔的物质，内部的气孔作为透气孔4，无需在支撑体内额外制孔，更为方便；进一步的，在本实施例中，孔状物为火山石，火山石又称火山岩或浮石，是火山喷发过程中岩浆在急骤冷却后，由于压力的急剧减小，内部气体迅速逸出膨胀而形成的一种有密集气孔的玻璃质熔岩。支撑体制备时，首先，将石膏、水、火山石混合并搅拌至均匀，其次，将包裹内膜壳的原型件6放入成型框中，成型框呈筒状，包裹内膜壳的原型件6大致放置在成型框的中心位置，与成型框四周内壁距离均匀，保证支撑浆料包裹的均匀性，成型框与内膜壳2之间留有供支撑体填充的空隙；再次，在成型框和内膜壳2的空隙间填充支撑体浆料，支撑浆料固化烘干后形成支撑体，内膜壳2和支撑体形成铸造壳体。

步骤四：将步骤三中干燥后的铸造壳体放入高温烘箱或烘炉中加热，将原型件6气化，只剩下所需的铸造壳体，铸造壳体内形成型腔1；烧结后的石膏5和内膜壳2成为一个整体，内膜壳2烧结后透气性较好，满足铸造的要求，石膏5内的火山石散布其中，形成了透气孔，原本透气性较差的石膏5也具有较好的透气性，在后续浇注过程中，减少铸造零件的缩孔现象，提高铸件毛坯质量。

步骤五：采用水洗或化学药物洗涤或喷高压气体等方法对铸造壳体内的杂质进行清理，将铸造壳体进行焙烧后，从浇道口中浇入熔融金属液，冷却成型。

步骤六：冷却后，震壳，去除铸造壳体，将铸件取出，切除模头62，进行打砂等后处理，得到铸件毛坯。

实施例2：

如图2所示，在其他特征和实施例1相同的情况下，步骤三中的支撑体为石膏5和可燃物的混合物，可燃物是在步骤四烧结温度下可以燃烧的物质，可燃物随着步骤四的烧结过程而燃烧，留下孔洞，散布在石膏中的孔洞，作为透气孔4，增强支撑体的透气性。在本实施例中，可燃物为木屑，在其他实施例中，可燃物也可以为或石蜡块或泡沫或海绵或者上述任意几种的混合。

实施例3：

如图3、4所示，在其他特征和实施例1或2的相同的情况下，步骤三中的支撑体为石膏5和可燃物的混合物或者石膏5和孔状物的混合，这样一来，在铸造壳体烧结后，支撑体中便有了透气孔4的存在，另外，在本实施例中，支撑体中也设置了气道预埋件，气道预埋件为在步骤四烧结温度下燃烧的可燃物，气道预埋件的一端与内膜壳接触，另一端引出到支撑体外，气道预埋件为绳状物，气道预埋件随着步骤四的烧结过程而燃烧，留下连续的气体通道。在本实施例中支撑体中，同时存在透气孔4和气体通道3，透气性更佳。

气体通道3呈放射状环绕在内膜壳四周，将浇注时产生的气体引出铸造壳体之外，在本实施例中，可燃物为棉绳，当然在其他实施例中，气道预埋件也可以是在实施例2中提到的其他可燃物。进一步的，在步骤三中，包裹内膜壳的原型件放入成型框中后，将绳状物的一端和内膜壳固定连接，另一端固定连接在成型框上，绳状物一端缠绕设置在原型件内膜壳2上，成型框上设有固定孔，绳状物的另一端穿出固定孔，通过胶带将绳状物的端头黏附在成型框外壁上。气道预埋件在支撑体烧结时气化，形成了气体通道3，其中，在内膜壳2和成型框之间的部分绳状物形成了引出气道31，引出气道31呈放射状环绕在内膜壳四周，可以将内膜壳2处的气体引出铸造壳体，增强支撑体的透气性；支撑体烧结后，原型件气化，留下型腔1，缠绕设置的绳状物在气化后形成了环绕气道32，环绕气道32和内膜壳2的接触面大，能够更大面积的对内膜壳2处的气体进行收集，再通过引出气道31排出支撑体，两者相辅相成，共同构成支撑体内的气体通道，进一步增强支撑体的排气性能。

实施例4

在其他特征和实施例3相同的情况下在，支撑体中只设置了气体通道，支撑体包括石膏，石膏内只设置了气道预埋件。

以上所述均为本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的原理前提下，对本发明的各种等价形式的修改均属于本申请所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于3D打印的精密铸造方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：制作原型件，所述原型件至少包括采用3D打印方法打印出的零件模型；

步骤二：将步骤一中的原型件浸浆浸砂并干燥，形成内膜壳；

步骤三：制备支撑浆料，将石膏、水、内部带有气孔的孔状物混合并搅拌至均匀，或者将石膏、水、可燃物混合并搅拌至均匀，或者将石膏、水、内部带有气孔的孔状物、可燃物混合并搅拌至均匀，将包裹内膜壳的原型件放入成型框中；

将支撑浆料倒入成型框和内膜壳之间的空隙内，支撑浆料固化烘干后形成支撑体，所述内膜壳和支撑体形成铸造壳体；

所述支撑体中设有气道预埋件，所述气道预埋件为在下述烧结步骤中可燃烧的可燃物，所述气道预埋件燃烧后留下气体通道，所述气道预埋件为绳状物，所述绳状物一端与内膜壳接触，另一端引出到支撑体外；利用绳状物的一端和内膜壳固定连接，另一端固定连接在成型框上，所述绳状物一端缠绕设置在原型件内膜壳上；

步骤四：将铸造壳体进行高温烧结，内部原型件气化，留下型腔，所述支撑体中分布有能够将内膜壳中的气体散出的透气孔，孔状物中的气孔可以作为透气孔使用；或者，可燃物燃烧后留下孔洞作为透气孔使用；或者，可燃物燃烧后留下孔洞以及孔状物中的气孔作为透气孔使用；在内膜壳和成型框之间的部分绳状物形成了引出气道，缠绕设置在原型件上的绳状物在气化后形成了环绕气道；

步骤五：将熔融金属液浇注在型腔内，冷却成型；

步骤六：后处理，得到铸件毛坯。

2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的精密铸造方法，其特征在于：所述步骤二中，所述原型件浸浆浸砂层数为2~6层；或者，所述内膜壳厚度为0.5~5mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的精密铸造方法，其特征在于：所述支撑体厚度最小为10mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的精密铸造方法，其特征在于：所述支撑浆料中的可燃物在所述步骤四的烧结温度下可燃烧。

5.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的精密铸造方法，其特征在于：所述孔状物为火山石，所述支撑浆料中的可燃物为木屑或石蜡块或泡沫或海绵或者上述任意几种的混合。

6.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的精密铸造方法，其特征在于：所述成型框上设有固定孔，所述绳状物的另一端穿出固定孔，黏附在所述成型框外壁上。

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