CN112008041A - 模型及提高模型表面硬度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种模型及提高模型表面硬度的方法，模型包括主体和强化剂，主体是由颗粒材料压制或者打印而成，主体表面覆盖强化剂，或者强化剂渗入主体表面，覆盖有强化剂的主体表面硬度不低于85HD。将之前表面硬度不够的颗粒打印出来的模型外表面硬度增加，一方面扩展应用范围，另一方面增加工艺品模型的硬度和抗拉伸等方面的性能。

Description

模型及提高模型表面硬度的方法
技术领域
本发明涉及模型生产技术领域，尤其涉及一种模型及提高模型表面硬度的 方法。
背景技术
颗粒材料因为容易成型，所以经常被用来做模型，甚至用来做模具，用颗 粒材料压制或者打印出来的模型或者某些精细结构的模型，由于硬度、硬度较 低，一直是用作砂芯或者工艺品摆设，在使用、挪动、搬运或运输过程中就容 易断裂、表面损坏，直接影响模型的完整性和使用，也限定了颗粒材料制成的 模型的应用。因此，如何提高这种硬度不足的模型的表面硬度，以扩展应用， 是一个需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种提高模型表面硬度的方法，本发明 公开的一个方面解决的一个技术问题是提高用颗粒材料压制或者打印出来的模 型表面硬度。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：
一种模型，包括主体和强化剂，主体是由颗粒材料压制或者打印而成，主 体表面覆盖强化剂，或者强化剂渗入主体表面，覆盖有强化剂的主体表面硬度 不低于85HD。
优选的，所述覆盖有强化剂的主体抗拉强度不低于15MPa。
通过在主体表面覆盖或者渗入强化剂的方式，利用强化剂固化后硬度和硬 度都较高的性质，使得由颗粒材料压制或者3D打印成的主体表面硬度不低于85HD，且抗拉强度不低于15MPa，不像是之前的颗粒材料压制或者打印出来的 模型，表面掉砂，使用坚硬的东西就能在表面形成较深的划痕。有了强化剂作 为保护层，线束提高了主体的表面硬度。
优选的，所述主体是由5～2000目的颗粒材料制成，优选的，所述主体是由 70～800目的颗粒材料制成。
利用颗粒材料易于成型的优点，不论是压制成型还是打印成型都比较容易 操作，而且能得到复杂的结构，同时根据颗粒目数的大小可以决定主体表面的 平滑度还有整体的精度。另一方面利用颗粒材料得到的主体是有一定的缝隙的， 颗粒材料之间有缝隙，从而能容纳强化剂，最终起到强化表面的作用。
优选的，所述主体由硅砂、熔融石英、电熔刚玉颗粒、莫来石颗粒、硅线 石颗粒、高岭石熟料、耐火黏土、锆砂、金红石颗粒、尖晶石颗粒、氧化镁、 氧化钙、陶粒砂、络矿砂、碳化硅粉、氮化硅粉、氧化铝粉、淀粉中的至少一 种颗粒材料制成；优选的，所述主体由硅砂颗粒制成。
上述颗粒材料是工业或者工艺品界或者模型界经常使用的颗粒材料，根据 不同需要选择。而且其中很多都是可以再生重复利用的材料，适用于工业化生 产。例如，工业上经常使用硅砂，一方面是便宜，而且还能通过再生去除强化 剂从而重复利用，如此节约成本。
优选的，所述强化剂呈液态时附着在主体上或者呈液态渗入主体表面，强 化剂固化后呈固态。
强化剂需要是液态，从而能渗入主体，如果是固态的就不好实时，同时强 化剂要能附着或者渗入主体，才不与主体分离，从而成为一体。
优选的，所述强化剂渗入所述主体表面至少2毫米，优选的，所述强化剂 渗入所述主体表面的深度为2～5毫米。
强化剂如果是附着在主体上，则模型硬度和抗拉伸方面，一方面取决与附 着的紧密程度，另一方面取决于强化剂自身的厚度，附着的越紧密，越厚，硬 度和抗拉伸硬度更高。强化剂如果渗入主体，则模型硬度和抗拉伸方面，取决 于强化剂的深入厚度，在渗入2毫米的时候，就可以达到要求，根据需要确定 深度，深入越深，硬度和抗拉伸硬度越高，但是现实考虑到成本和再生难易程 度，所以渗入控制在2～5毫米。
优选的，所述强化剂为液态时，黏度为1000～3000cps，优选为2000～2500cps。
为了使得强化剂更好的附着或者渗入主体，太黏或者太稀都不利于实施， 所以要控制黏度，从而便于工业化生产。
优选的，所述强化剂包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧 树脂AB胶、酚醛树脂、脲醛树脂、聚脲树脂、聚氨酯胶、三聚氰-甲醛树脂、 环氧树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚 苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、环氧-聚酰胺、烯类聚合物、聚 乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯 酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛-丁腈胶、 酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚硫胶中的至少一种；优选 的，所述强化剂包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB 胶、聚脲树脂、环氧树脂、聚氨酯胶、酚醛树脂中的至少一种。
能作为强化剂的材料不限于上述这些，强化剂的主要要求就是能成为液态， 且液态方便涂施在主体上，而且能附着在主体上或者渗入主体，然后通过加热 方式固化或者添加固化剂的方式固化，总之固化之后表面硬度和抗拉伸硬度都 能达到要求，这种材料都可以作为强化剂。上述是常见的粘粘剂，一方面有粘 性，利于与主体粘粘，另一方面固化之后都有一定的表面硬度和抗拉伸硬度， 是优选的材料。
优选的，所述强化剂中双组份胶，即环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、 酚醛-环氧树脂AB胶中的至少一种，其中成分A与成分B的体积比为3:1～1: 1，所述成分A为树脂，所述成分B为固化剂。
使用这种双组份胶的时候，需要控制好比例，从而能控制良好的黏性的同 时控制固化时间，从而在固化剂没有固化前就能完成强化剂在主体上的附着或 者渗入。
优选的，所述强化剂还包括纤维，向所述强化剂中添加纤维，所述纤维占 所述强化剂1～10％体积百分比；优选的，所述纤维占所述强化剂3～8％体积百分 比；或者所述强化剂还包括纳米二氧化硅。
优选的，所述纤维为325～1250目，优选的，所述纤维为600～800目。
为了提高模型的表面硬度、硬度、抗拉伸硬度、抗腐蚀等方面的性能，在 强化剂中添加纤维，纤维可以选择化学纤维或者天然纤维，纤维在强化剂中能 显著提高强化剂的抗拉伸硬度，同时因为纤维可以选择硬度和硬度更高的材料， 所以能提高表面硬度和硬度，另一方面，有些纤维有一定的抗腐蚀能力，从而 能提高抗腐蚀能力。
上述任意一项所述模型作为模具的应用。
上述模型可以是工艺品、建筑用模型、手办模型、桥梁模型、展示零部件 模型、微缩体等等，还可以是铸造用的模具，模具在铸造行业十分重要，现有 的模具各有优缺点，模具的发展很慢，因为特别合适的并不多，所以还是传统 模具占据绝大多数。随着技术的发展3DP成型技术是目前使用最为广泛的增材 制造技术之一，其主要是采用逐层铺设粉末材料然后通过喷涂粘粘剂打印成形， 粉末材料可以是硅砂、陶瓷粉末、金属粉末、沙粒等，现在主要是通过沙粒打 印出来砂型。增材制造有着显著的优点，就是复杂的形状依旧通过软件可以快 捷设计出来，但是要是作为模具，就有着致命的缺点，就是达不到模具的硬度 和硬度要求。所以增材制造也就一直打印砂型，从来没有人考虑用增材制造出 来的产品做模具。使用方便成型的颗粒材料打印或者压制成为随性模具，利用 这种颗粒材料方便成型的优势，以硬度及硬度高的强化层的弥补颗粒材料硬度 不够的缺点，解决整体硬度和硬度的问题，得到的模具模具开发周期短、成本 低、能反复使用、复杂铸件模具容易加工，显著优于现有的模具。
一种提高模型表面硬度的方法，包括
模型制造：使用颗粒材料，通过压制或者打印成型，得到模型；
表面强化：在模型表面涂覆液态的强化剂，待强化剂固化后，涂有强化剂 的模型表面硬度不低于85HD，且抗拉强度不低于15MPa。
涂覆强化剂，使得颗粒材料制成的模型表面硬度和抗拉强度都显著提高， 从而能扩展模型的应用范围。
优选的，所述表面强化步骤中，使用喷涂、刷涂或者浸涂的方式在模型表 面涂覆强化剂，且所述强化剂渗入所述模型表面至少2毫米，优选的，所述强 化剂渗入所述模型表面的深度为2～5毫米。
优选的，所述表面强化步骤中，使用微波加热的方式使模型表面涂覆的液 态的强化剂固化成固态。
通过加热的方式使得强化剂固化到合适硬度和硬度，而微波的方式更为迅 速，且易于工业化大批量生产。
优选的，所述强化剂包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧 树脂AB胶、酚醛树脂、脲醛树脂、聚脲树脂、聚氨酯胶、三聚氰-甲醛树脂、 环氧树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚 苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、环氧-聚酰胺、烯类聚合物、聚 乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯 酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛-丁腈胶、 酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚硫胶中的至少一种；优选 的，所述强化剂包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB 胶、聚脲树脂、环氧树脂、聚氨酯胶、酚醛树脂中的至少一种。
由上述技术方案可知，本发明公开的一个方面带来的一个有益效果是，将 之前表面硬度不够的颗粒打印出来的模型外表面硬度增加，一方面扩展应用范 围，另一方面增加工艺品模型的硬度和抗拉伸等方面的性能。
具体实施方式
对发明实施例的一个技术方案做进一步的详细阐述。
实施例1：
一种提高模型表面硬度的方法，包括以下步骤：
步骤一：模型制造：使用颗粒材料，经过3D打印、手工制作或者机械制作 等方法成型，得到模型；将模型表面处理干净，置于表面处理工位。
模型制作原料包括各种硅砂、陶粒砂、络矿砂、碳化硅粉、石膏粉、氧化 铝粉、陶瓷粉中的至少一种，粒度一般要求在5-1250目；砂质模型的粒度优选 为70-200目；其它粉末的粒度优选为200-800目。
步骤二：表面强化：在模型表面涂覆液态的强化剂，待强化剂固化后，涂 有强化剂的模型表面硬度不低于85HD，且抗拉强度不低于15MPa。
其中表面强化步骤具体为：
强化剂包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB胶、 酚醛树脂、脲醛树脂、聚脲树脂、聚氨酯胶、三聚氰-甲醛树脂、环氧树脂、有 机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚 醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、环氧-聚酰胺、烯类聚合物、聚乙酸乙烯酯、 聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙 烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、 酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚硫胶中的至少一种；优选的，所述强化 剂包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB胶、聚脲树脂、 环氧树脂、聚氨酯胶、酚醛树脂中的至少一种
优选的双组份的环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB 胶中的至少一种作为强化剂，强化剂强化剂的黏度为1000-3000cps，优选为 2000-2500cps。A是树脂，B是固化剂，其中成分A与成分B的体积比为3:1～1: 1，用电子称按比例分别称量A胶和B胶，然后混合在一定的容器里，搅拌均匀。 所述配比要准确，根据所选强化剂的不同，严格按比例进行配比，以获得良好 性能的强化剂；由于强化剂的固化是放热反应，为了保证所述强化剂功效的良 好发挥，一次的配比量，强化剂优选应控制在1000g以内，且应该在90min内使用完毕。
所述强化剂渗入主体深度为2mm～5mm，更优地，可以将所述强化剂的渗入 深度控制在2.5mm～3.5mm。当强化剂的渗透过浅时，砂型的硬度和硬度达不到 使用要求；而若强化剂的渗透过深，则不仅仅会增加砂型的生产制作成本，同 时也会使得所述砂型的回收更耗能。
根据产品的性能要求可以选择加入或不加入一定比例的纤维作为增韧剂， 以增加模型的硬度、硬度抗腐蚀或其它性能，纤维为325～1250目，优选的，纤 维为600～800目，所述纤维占所述强化剂1～10％体积百分比；优选的，所述纤 维占所述强化剂3～8％体积百分比，搅拌均匀，待用。
强化剂可以选择浸涂、刷涂、淋涂或者喷涂等方式，可以根据的产品的大 小、性能要求、施涂的方便程度，将上述混合后的强化剂液涂于处理好的模型 表面，强化剂渗透深度一般控制在2-5mm。
步骤三：强化剂的固化
根据模型的大小或其它工艺的需要，可以选择自然固化、加热固化或微波 固化等不同的固化方式；常温下10-30min强化剂初步固化，6-10h可达一般硬 度，48h可达最高硬度，硬度为85-98HD。加热固化，烘箱加热一般温度在 40-80℃，2-3h可达最高硬度，硬度为85-98HD。微波固化，一般10-30min可达 最高硬度，硬度为85-98HD。
为了使模型的表面能够更好的与所述强化剂结合，可以选择复合的固化方 式，在模型施涂所述强化剂之前，还可以对模型进行加热处理，在烘箱中采用 40-80℃的温度对所述模型进行加热0.5-1h，以提升所述粘结剂的渗入性，然后 再选择自然固化、加热固化或微波固化等不同的固化方式。
步骤四：模型的后处理
根据模型的种类、尺寸大小、复杂程度、精度要求等，后处理可以选择不 处理或手动打磨、机械打磨、表面喷砂、震动抛光等不同的后处理方法。
以中小型砂模型为例，举一个具体实施例的例子。
步骤一：模型制造：70-200目的硅砂，采用增材制造的3DP技术打印制成， 得到模型；将模型表面处理干净，置于表面处理工位。
步骤二：表面强化：在模型表面涂覆液态的强化剂，待强化剂固化后，涂 有强化剂的模型表面硬度不低于85HD，且抗拉强度不低于15MPa。
选择环氧树脂AB胶作为强化剂，强化剂强化剂的黏度为2000-2500cps。A 是树脂，B是固化剂，其中成分A与成分B的体积比为3:1，用电子称按比例 分别称量A胶和B胶，每次配置强化剂800g，即A胶：600g，B胶：200g，然 后混合在一定的容器里，搅拌均匀。然后再加入占强化剂体积百分比为5％的目 数为800目的纤维，混合均匀，待用。
施涂选用刷涂方式，将上述混合后的胶黏剂液涂于处理好的模型表面，胶 黏剂渗透深度一般控制在3.5mm左右。
步骤三：强化剂的固化
选择室温自然固化，初步固化需要30min、硬度为30-40HD；一般固化需要 8h、硬度为60-70HD；最终固化需要48h、硬度为85-98HD。
步骤四：模型的后处理
手动打磨和机械打磨进行表面抛光处理。
实施例2：
一种提高模型表面硬度的方法，包括以下步骤：
步骤一：模型制造：使用颗粒材料，经过3D打印、手工制作或者机械制作 等方法成型，得到模型；将模型表面处理干净，置于表面处理工位。
模型制作原料包括各种硅砂、熔融石英、电熔刚玉、莫来石、硅线石、高 岭石熟料、耐火黏土、锆砂、金红石、尖晶石、氧化镁、氧化钙、陶粒砂、络 矿砂、碳化硅粉、氮化硅粉、氧化铝粉、淀粉中的至少一种，粒度一般要求在 5-2000目；砂质模型的粒度优选为40-600目；其它粉末的粒度优选为200-2000 目。
步骤二：表面强化：在模型表面涂覆液态的强化剂，待强化剂固化后，涂 有强化剂的模型表面硬度不低于85HD，且抗拉强度不低于15MPa。
其中表面强化步骤具体为：
强化剂包括呋喃树脂、聚脲树脂、改性聚脲树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、 酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰-甲醛树脂、有机硅树脂、聚氨酯改性有机硅树脂、 黄原胶、聚醋酸乙烯乳液、聚丙烯酰胺、硅酸乙酯、硅溶胶、硫酸盐、松香、 糖浆、田箐胶、煤焦油、沥青、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛- 丁腈胶、酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、、不饱和聚酯、丙烯酸树 脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、环氧-聚酰胺、 烯类聚合物、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯、聚酯、聚醚、 聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、环氧-聚硫胶等类等的一种或多种
优选的单组分环氧树脂、聚脲树脂、聚氨酯胶、酚醛树脂胶中的至少一种 作为强化剂，强化剂强化剂的黏度为200-3000cps的范围内，优选为800-1800cps。
所述强化剂渗入主体深度为2mm～5mm，更优地，可以将所述强化剂的渗入 深度控制在2.5mm～3.5mm，特殊要求的产品渗透深度可以控制在6mm-10mm。 当强化剂的渗透过浅时，砂型的硬度和硬度达不到使用要求；而若强化剂的渗 透过深，则不仅仅会增加砂型的生产制作成本，同时也会使得所述砂型的回收 更耗能。
根据产品的性能要求可以选择加入或不加入一定比例的纤维作为增韧剂， 以增加模型的硬度、硬度抗腐蚀或其它性能，纤维包括化学纤维(玻璃纤维、 碳纤维等)和天然纤维，纤维为325～1250目，优选的，纤维为600～800目，所 述纤维占所述强化剂1～10％体积百分比；优选的，所述纤维占所述强化剂3～8％ 体积百分比，搅拌均匀，待用。
根据产品的性能要求可以选择加入或不加入一定比例的纳米二氧化硅，纳 米粒子较轻，直接加入到胶黏剂中极难分散，特别容易团聚，很难搅拌均匀， 所以运用纳米粒子在加入前必须进行预分散以保证与胶黏剂更好的混合，通常 用丙酮等熔剂做预分散的液体，然后通过超声波震动使其分散均匀，再加入胶 黏剂中搅拌均匀使用。
强化剂可以选择浸涂、刷涂、淋涂或者喷涂等方式，可以根据的产品的大 小、性能要求、施涂的方便程度，将上述混合后的强化剂液涂于处理好的模型 表面，强化剂渗透深度一般控制在2-5mm。
步骤三：强化剂的固化
根据模型的大小或其它工艺的需要，可以选择自然固化、加热固化或微波 固化等不同的固化方式；常温下10-30min强化剂初步固化，6-10h可达一般硬 度，48h可达最高硬度，硬度为85-98HD。加热固化，烘箱加热一般温度在 80-200℃，15-60分钟可达最高硬度，硬度为85-98HD。微波固化，一般10-30min 可达最高硬度，硬度为85-98HD。根据树脂粘合剂的最高失效稳定确定温度设 定范围，不可损害基体。
为了使模型的表面能够更好的与所述强化剂结合，可以选择复合的固化方 式，在模型施涂所述强化剂之前，还可以对模型进行加热处理，在烘箱中采用 40-80℃的温度对所述模型进行加热0.5-1h，以提升所述粘结剂的渗入性，然后 再选择自然固化、加热固化或微波固化等不同的固化方式。
步骤四：模型的后处理
根据模型的种类、尺寸大小、复杂程度、精度要求等，后处理可以选择不 处理或手动打磨、机械打磨、表面喷砂、震动抛光等不同的后处理方法。
以大型砂模型为例，举一个具体实施例的例子。
步骤一：模型制造：使用70-200目的硅砂、石英砂或陶粒砂中的至少一种， 采用增材制造的3DP技术打印制成，得到模型；将模型表面处理干净，置于表 面处理工位。
步骤二：表面强化：在模型表面涂覆液态的强化剂，待强化剂固化后，涂 有强化剂的模型表面硬度不低于85HD，且抗拉强度不低于15MPa。
选择环氧树脂、聚脲树脂、聚氨酯胶、酚醛树脂胶中的至少一种作为强化 剂，直接倒入反应池中待用。
施涂选用浸涂方式，大型模具或砂芯直接通过吊车放入配好胶黏剂的池中 使其全部浸没模型保持90s，然后吊车提起，空中静置5min使其表面流淌的树 脂滴入池中，然后通过翻转工装翻转模型放入滴胶池放置>15min，胶黏剂渗透 深度一般控制在5-8mm左右。
步骤三：强化剂的固化
选择微波固化，一般固化需要20分钟，达到硬度为60-70HD。
步骤四：模型的后处理
手动打磨和机械打磨进行表面抛光处理。
实施例3：
步骤一：模型制造：使用200-400目的石膏粉，采用增材制造的3DP技术 打印制成，得到模型；将模型表面处理干净，置于表面处理工位。
步骤二：表面强化：在模型表面涂覆液态的强化剂，待强化剂固化后，涂 有强化剂的模型表面硬度不低于85HD，且抗拉强度不低于15MPa。
选择环氧-聚酰胺AB胶作为强化剂，用电子称按比例2:1分别称量A胶和 B胶，每次配置450g(A胶：300g，B胶：50g)，然后混合在一定的容器里， 搅拌均匀，待用。
施涂选用浸涂方式，将打印好石膏粉模型直接浸入上述混合好的强化剂浸 涂液中，浸入大约10-30秒，胶黏剂渗透深度一般控制在2-3mm。
步骤三：强化剂的固化
选择加热固化，烘箱加热，温度在40℃时，加热1h，温度在80℃时，加热2h可达最终硬度，硬度为98HD。
步骤四：模型的后处理
本石膏粉模型，不需要其它的后处理。
实施例4：
利用上述实施例1或者实施例2或者实施例3中任意一种方式，或者使用 类似的方式，得到一种模型。
模型包括主体和强化剂，主体是由颗粒材料压制或者打印而成，主体表面 覆盖强化剂，或者强化剂渗入主体表面，强化剂呈液态时附着在主体上或者呈 液态渗入主体表面，强化剂渗入所述主体表面至少2毫米，强化剂固化后呈固 态，覆盖有强化剂的主体表面硬度不低于85HD，且抗拉强度不低于15MPa。
其中主体由硅砂、熔融石英、电熔刚玉颗粒、莫来石颗粒、硅线石颗粒、 高岭石熟料、耐火黏土、锆砂、金红石颗粒、尖晶石颗粒、氧化镁、氧化钙、 陶粒砂、络矿砂、碳化硅粉、氮化硅粉、氧化铝粉、淀粉中的至少一种颗粒材 料制成；优选的，所述主体由硅砂颗粒制成。主体是由5～2000目的颗粒材料制 成，优选的，所述主体是由70～800目的颗粒材料制成。
强化剂为液态时，黏度为1000～3000cps，优选为2000～2500cps，强化剂渗 入所述主体表面的深度为2～5毫米。
强化剂包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB胶、 酚醛树脂、脲醛树脂、聚脲树脂、聚氨酯胶、三聚氰-甲醛树脂、环氧树脂、有 机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚 醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、环氧-聚酰胺、烯类聚合物、聚乙酸乙烯酯、 聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙 烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、 酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚硫胶中的至少一种。
优选的，所述强化剂为双组份，即包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、 酚醛-环氧树脂AB胶中的至少一种，其中成分A与成分B的体积比为3:1～1: 1，所述成分A为树脂，所述成分B为固化剂。
或者所述强化剂为单组分，即包括聚脲树脂、环氧树脂、聚氨酯胶、酚醛 树脂中的至少一种。
实施例5：
在实施例4的基础上，强化剂中添加纤维，可以是化学纤维(玻璃纤维、 碳纤维等)和天然纤维等，纤维为325～1250目，优选的，所述纤维为600～800 目；纤维占所述强化剂1～10％体积百分比；优选的，所述纤维占所述强化剂3～8％ 体积百分比。
实施例6：
在实施例4或者实施例5的基础上，强化剂中添加纳米二氧化硅，纳米粒 子较轻，直接加入到胶黏剂中极难分散，特别容易团聚，很难搅拌均匀，所以 运用纳米粒子在加入前必须进行预分散以保证与胶黏剂更好的混合，通常用丙 酮等熔剂做预分散的液体，然后通过超声波震动使其分散均匀，再加入胶黏剂 中搅拌均匀使用。
实施例7：
上述实施例4或者实施例5或者实施例6作为铸造用模具，模具在铸造行 业十分重要，现有的模具各有优缺点，模具的发展很慢，因为特别合适的并不 多，所以还是传统模具占据绝大多数。随着技术的发展3DP成型技术是目前使 用最为广泛的增材制造技术之一，其主要是采用逐层铺设粉末材料然后通过喷 涂粘粘剂打印成形，粉末材料可以是硅砂、陶瓷粉末、金属粉末、沙粒等，现 在主要是通过沙粒打印出来砂型。增材制造有着显著的优点，就是复杂的形状 依旧通过软件可以快捷设计出来，但是要是作为模具，就有着致命的缺点，就 是达不到模具的硬度和硬度要求。所以增材制造也就一直打印砂型，从来没有 人考虑用增材制造出来的产品做模具。使用方便成型的颗粒材料打印或者压制 成为随性模具，利用这种颗粒材料方便成型的优势，以硬度及硬度高的强化层 的弥补颗粒材料硬度不够的缺点，解决整体硬度和硬度的问题，得到的模具模 具开发周期短、成本低、能反复使用、复杂铸件模具容易加工，显著优于现有 的模具。
使用实施例4所述的模型，即使用硅砂颗粒，用3D打印方式得到主体，进 行对比实验，对比没有加强化剂的主体(处理前)和本方案所述加有强化剂的 主体(处理后)的性能，从表1可以看出，
表1处理前后性能对比
Figure BDA0002077756910000151
通过表1可以看出，处理后使得模型的抗拉强度和硬度大大提高，尤其是 抗拉强度高达20Mpa，几乎是没有处理前的十几倍；硬度最高达98HD。很好的 解决了模型由于硬度、硬度较低，在使用、挪动、搬运或运输过程中就容易断 裂、损坏的问题。
接着对实施例4所述模型，也就是带有强化剂的本体(处理后)进行了进 一步的性能测试。
1)耐水性
经过本工艺处理过的3D打印砂模产品，在水中浸泡一个月，然后烘干、测 试，硬度、硬度没有什么变化，具有很强的耐水性，具体如表2所示。
表2水浸泡后性能对比
Figure BDA0002077756910000161
从表2可以看出，模型耐水性很强，也就是模型可以在水下作业或者在水 中陈列，也依旧可以保持表面硬度和抗拉强度，能完成一定强度的作业。
2)耐酸碱性
经过本工艺处理过的3D打印砂模产品，分别在5％的氢氧化钠溶液、盐酸 溶液进行浸泡一周；取出，烘干后，硬度、硬度几乎没有什么变化，具有很强 的耐酸碱性，具体如表3所示。
表3酸碱浸泡后性能对比
Figure BDA0002077756910000162
由表3可以看出，模型耐酸碱性很好，也就是模型可以在一些强酸强碱强 腐蚀环境中工作，依旧能具有很强的表面硬度和抗拉强度，扩展了很多的应用 场景。
3)耐老化性
经过本工艺处理过的3D打印砂模产品，荧光紫外灯老化试验500小时，硬 度、硬度没有什么变化，具有很强的耐老化性，具体如表4所示。
表4紫外光耐老化性能对比
Figure BDA0002077756910000171
由表4可以看出，模型耐老化很好，也就是模型可以在暴晒环境下或者户 外环境工作，寿命长，能长时间工作或者陈列，扩展了很多的应用场景。
本发明的处理方法所处理模型用途广泛，不仅可以用于各种复杂、精密结 构的工艺品、各种文创产品，而且也可用于铸造模型、建筑用模型，桥梁模型 等各个领域。
本发明的处理方法，环保无毒，安全系数高，而且经过此方法处理过的模 型，耐酸碱，耐腐蚀，耐老化，即使在潮湿的环境或者酸碱的环境中，也能长 时间的使用或者放置。
本发明的处理方法流程短，生产成本低，灵活可控，设备要求简单、操作 方便，没有涉及严苛的化学工艺操作，可实现规模化生产。

Claims (16)

1.一种模型，其特征在于：包括主体和强化剂，主体是由颗粒材料压制或者打印而成，主体表面覆盖强化剂，或者强化剂渗入主体表面，覆盖有强化剂的主体表面硬度不低于85HD。
2.根据权利要求1所述的模型，其特征在于：所述覆盖有强化剂的主体抗拉强度不低于15MPa。
3.根据权利要求1～2中任意一种所述的组合模具，其特征在于：所述主体是由5～2000目的颗粒材料制成，优选的，所述主体是由70～800目的颗粒材料制成。
4.根据权利要求3所述的模型，其特征在于：所述主体由硅砂、熔融石英、电熔刚玉颗粒、莫来石颗粒、硅线石颗粒、高岭石熟料、耐火黏土、锆砂、金红石颗粒、尖晶石颗粒、氧化镁、氧化钙、陶粒砂、络矿砂、碳化硅粉、氮化硅粉、氧化铝粉、淀粉中的至少一种颗粒材料制成；优选的，所述主体由硅砂颗粒制成。
5.根据权利要求1所述的模型，其特征在于：所述强化剂呈液态时附着在主体上或者呈液态渗入主体表面，强化剂固化后呈固态。
6.根据权利要求5所述的组合模具，其特征在于：所述强化剂渗入所述主体表面至少2毫米，优选的，所述强化剂渗入所述主体表面的深度为2～5毫米。
7.根据权利要求5所述的模型，其特征在于：所述强化剂为液态时，黏度为1000～3000cps，优选为2000～2500cps。
8.根据权利要求5所述的模型，其特征在于：所述强化剂包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB胶、酚醛树脂、脲醛树脂、聚脲树脂、聚氨酯胶、三聚氰-甲醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、环氧-聚酰胺、烯类聚合物、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚硫胶中的至少一种；优选的，所述强化剂包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB胶、聚脲树脂、环氧树脂、聚氨酯胶、酚醛树脂中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的模型，其特征在于：所述强化剂中双组份胶，即环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB胶中的至少一种，其中成分A与成分B的体积比为3:1～1:1，所述成分A为树脂，所述成分B为固化剂。
10.根据权利要求5所述的模型，其特征在于：所述强化剂还包括纤维，向所述强化剂中添加纤维，所述纤维占所述强化剂1～10％体积百分比；优选的，所述纤维占所述强化剂3～8％体积百分比；或者所述强化剂还包括纳米二氧化硅。
11.根据权利要求10所述的模型，其特征在于：所述纤维为325～1250目，优选的，所述纤维为600～800目。
12.上述权利要求1～11中任意一项所述模型作为模具的应用。
13.一种提高模型表面硬度的方法，其特征在于：包括
模型制造：使用颗粒材料，通过压制或者打印成型，得到模型；
表面强化：在模型表面涂覆液态的强化剂，待强化剂固化后，涂有强化剂的模型表面硬度不低于85HD，且抗拉强度不低于15MPa。
14.根据权利要求13所述的提高模型表面硬度的方法，其特征在于：所述表面强化步骤中，使用喷涂、刷涂或者浸涂的方式在模型表面涂覆强化剂，且所述强化剂渗入所述模型表面至少2毫米，优选的，所述强化剂渗入所述模型表面的深度为2～5毫米。
15.根据权利要求13所述的提高模型表面硬度的方法，其特征在于：所述表面强化步骤中，使用微波加热的方式使模型表面涂覆的液态的强化剂固化成固态。
16.根据权利要求13所述的提高模型表面硬度的方法，其特征在于：所述强化剂包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB胶、酚醛树脂、脲醛树脂、聚脲树脂、聚氨酯胶、三聚氰-甲醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、环氧-聚酰胺、烯类聚合物、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚硫胶中的至少一种；优选的，所述强化剂包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB胶、聚脲树脂、环氧树脂、聚氨酯胶、酚醛树脂中的至少一种。
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