CN113305267A - 一种3d打印铸钢用砂型材料及其使用方法 - Google Patents

一种3d打印铸钢用砂型材料及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种3D打印铸钢用砂型材料及其使用方法，所述砂型材料包括以下按质量百分比计的原料：石英砂85～92份、抗脉纹剂1～5份、有机磷酸0.3～0.8份、玻璃微珠5～10份、木屑1～3份、浸润剂0.2～0.7份和呋喃树脂1～3份。通过本砂型材料及其使用方法，能有效解决砂型成型件强度不够和容易分层的问题。

Description

一种3D打印铸钢用砂型材料及其使用方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种3D打印铸钢用砂型材料及其使用方法。
背景技术
3D打印技术的发展为砂型铸造工艺中的数字信息化和智能化带来了全新的机遇和挑战。其中，无模砂型3D打印成型技术的应用，在降低模具开发成本的同时可以极大地缩短铸钢周期，带来可观的经济效益和社会效益。虽然砂型3D打印技术可以快速低成本解决复杂零件的砂型成型问题，然而，现有的耗材和技术仍然存在一定的局限性：（1）砂型成形件强度较低，特别是高温强度差，在铸钢浇铸过程中，砂型开裂，钢液渗入裂缝致使铸钢件表面产生脉纹形裂纹；（2）砂型发气量大，导致成型铸钢件易出现气孔缺陷。
现有技术中，提出了公开号为CN110586848A，公开日为2019年12月20日的中国发明专利文件，来解决上述存在的技术问题，该专利文献所公开的技术方案如下：一种用于3D打印铸钢砂型的材料，其组成包括如下质量份的组分：石英砂90～97份；抗脉纹剂3～10份；固化剂微量；所述石英砂的SiO2含量≥98%，粒径100～115目；所述抗脉纹剂是80～100目的三氧化二铁（Fe2O3）粉；所述固化剂是浓度85.11%的有机磷酸，加入量为原料总质量的0.13%。
上述技术方案在实际使用过程中，会出现以下问题：砂型成形件强度不够，粘结剂和固化剂对砂粒的润湿性不高，砂型易出现分层。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种3D打印铸钢用砂型材料及其使用方法，能有效解决砂型成型件强度不够和容易分层的问题。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种3D打印铸钢用砂型材料，其特征在于：包括以下按质量百分比计的原料：石英砂85～92份、抗脉纹剂1～5份、有机磷酸0.3～0.8份、玻璃微珠5～10份、木屑1～3份、浸润剂0.2～0.7份和呋喃树脂1～3份。
所述石英砂的粒度为110～140目，抗脉纹剂的粒度为80～100目，玻璃微珠的粒度为100～115目，木屑的粒度为160～180目。
所述浸润剂为苯基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、三甘醇单丁醚、乙二醇单丁醚的一种或多种组合。
所述抗脉纹剂为四氧化三铁粉。
所述石英砂中SiO2含量≥98%。
一种3D打印铸钢用砂型材料的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
a. 分别将粉料和粘结剂混合；其中，混合粉料指：将85～92份石英砂、1～5份抗脉纹剂、5～10份玻璃微珠和1～3份木屑混合均匀，再缓慢加入0.3～0.8份有机磷酸和0.1～0.4份浸润剂，直至所有的原料都混合均匀，混合均匀后静置10～20s；混合粘结剂指：将剩余的浸润剂和呋喃树脂混合在一起；
b. 使用3D打印机，将混合均匀的粉料以25秒每层的速度铺设成厚度为150～280μm每层的薄砂层；
c. 利用喷头按照铸型CAD模型的几何信息向薄砂层表面精确均匀喷射原料总质量0.1～0.2%的粘结剂，接固化砂层，
d. 重复步骤b和步骤c，直至固化成形所需的铸钢砂型。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、本发明中，抗脉纹剂四氧化三铁粉的加入可以有效改善铺粉均匀性，提高铺粉效率，再通过在粉料和粘结剂都分别添加浸润剂，能增强粘结剂和有机磷酸对砂粒的润湿性，能更有效解决砂型成型件易分层的问题。并且在金属液浇筑过程中，四氧化三铁粉失去氧时，体积轻微减小，对砂型成型件的膨胀有一定的缓冲作用，能够使得砂型成型件具有良好的透气性能，从而有效降低皮下气孔出现的概率。
本发明中，石英砂和玻璃微珠能起到良好的骨架作用，能有效提高砂型成型件的强度，减少砂型成型件因为不能克服受热产生的线性热膨胀而出现裂纹的现象。在金属液浇筑过程中，木屑和玻璃微珠共同作用，使得砂型成型件受热更加均匀，并且木屑的使用能有效提高砂型成型件的退让性。
2、本发明中，各种原料具有不同的粒度，使得原料之间具有良好的镶嵌性和孔隙互补性，满足了低粘度液体的渗透，能够有效提高砂型成型件强度。
具体实施方式
实施例1
作为本发明基本实施方式，本发明包括一种3D打印铸钢用砂型材料，包括以下按质量百分比计的原料：石英砂85份、抗脉纹剂3份、有机磷酸0.3份、玻璃微珠6份、木屑3份、浸润剂0.2份和呋喃树脂2份。
所述石英砂的粒度为110目，抗脉纹剂的粒度为80目，玻璃微珠的粒度为115目，木屑的粒度为180目。
抗脉纹剂为四氧化三铁粉，所述浸润剂为苯基缩水甘油醚。所述石英砂中SiO2含量≥98%。
一种3D打印铸钢用砂型材料的使用方法，包括以下步骤：
a. 分别将粉料和粘结剂混合。
其中，混合粉料指：将上述的石英砂、四氧化三铁粉、玻璃微珠和木屑混合均匀，再缓慢加入有机磷酸和0.1份浸润剂，直至所有的原料都混合均匀，混合均匀后静置10s。
混合粘结剂指：将剩余的0.1份浸润剂和呋喃树脂混合在一起。
b. 使用3D打印机，将混合均匀的粉料以25秒每层的速度铺设成厚度为150μm每层的薄砂层；
c. 利用喷头按照铸型CAD模型的几何信息向薄砂层表面精确均匀喷射原料总质量0.1%的粘结剂，接固化砂层，
d. 重复步骤b和步骤c，直至固化成形所需的铸钢砂型。
实施例2
作为本发明一较佳实施方式，本发明包括一种3D打印铸钢用砂型材料的使用方法，包括以下步骤：
a. 分别将粉料和粘结剂混合。
其中，混合粉料指：将92份石英砂、1份抗脉纹剂、5份玻璃微珠和1份木屑混合均匀，再缓慢加入0.8份有机磷酸和0.2份浸润剂，直至所有的原料都混合均匀，混合均匀后静置20s。
混合粘结剂指：将剩余的0.1份浸润剂和呋喃树脂混合在一起。
b. 使用3D打印机，将混合均匀的粉料以25秒每层的速度铺设成厚度为200μm每层的薄砂层；
c. 利用喷头按照铸型CAD模型的几何信息向薄砂层表面精确均匀喷射原料总质量0.2%的粘结剂，接固化砂层，
d. 重复步骤b和步骤c，直至固化成形所需的铸钢砂型。
其中，所述浸润剂为丁基缩水甘油醚。所述抗脉纹剂为三氧化二铁。所述石英砂的粒度为140目，抗脉纹剂的粒度为100目，玻璃微珠的粒度为100目，木屑的粒度为160目。
实施例3
作为本发明另一较佳实施方式，本发明包括一种3D打印铸钢用砂型材料的使用方法，包括以下步骤：
a. 分别将粉料和粘结剂混合。
其中，混合粉料指：将85份石英砂、5份抗脉纹剂、8份玻璃微珠和2份木屑混合均匀，再缓慢加入0.5份有机磷酸和0.3份浸润剂，直至所有的原料都混合均匀，混合均匀后静置15s。
混合粘结剂指：将剩余的0.2份浸润剂和呋喃树脂混合在一起。
b. 使用3D打印机，将混合均匀的粉料以25秒每层的速度铺设成厚度为280μm每层的薄砂层；
c. 利用喷头按照铸型CAD模型的几何信息向薄砂层表面精确均匀喷射原料总质量0.15%的粘结剂，接固化砂层，
d. 重复步骤b和步骤c，直至固化成形所需的铸钢砂型。
所述浸润剂为三甘醇单丁醚。所述石英砂的粒度为130目，抗脉纹剂的粒度为100目，玻璃微珠的粒度为115目，木屑的粒度为170目。
实施例4
作为本发明又一较佳实施方式，本发明包括一种3D打印铸钢用砂型材料的使用方法，包括以下步骤：
a. 分别将粉料和粘结剂混合。
其中，混合粉料指：将85份石英砂、2份抗脉纹剂、10份玻璃微珠和3份木屑混合均匀，再缓慢加入0.5份有机磷酸和0.4份浸润剂，直至所有的原料都混合均匀，混合均匀后静置10s。
混合粘结剂指：将剩余的0.3份浸润剂和呋喃树脂混合在一起。
b. 使用3D打印机，将混合均匀的粉料以25秒每层的速度铺设成厚度为260μm每层的薄砂层；
c. 利用喷头按照铸型CAD模型的几何信息向薄砂层表面精确均匀喷射原料总质量0.12%的粘结剂，接固化砂层，
d. 重复步骤b和步骤c，直至固化成形所需的铸钢砂型。
所述浸润剂为乙二醇单丁醚。
所述石英砂的粒度为120目，抗脉纹剂的粒度为90目，玻璃微珠的粒度为110目，木屑的粒度为160目。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。

Claims (6)

1.一种3D打印铸钢用砂型材料，其特征在于：包括以下按质量百分比计的原料：石英砂85～92份、抗脉纹剂1～5份、有机磷酸0.3～0.8份、玻璃微珠5～10份、木屑1～3份、浸润剂0.2～0.7份和呋喃树脂1～3份。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印铸钢用砂型材料，其特征在于：所述石英砂的粒度为110～140目，抗脉纹剂的粒度为80～100目，玻璃微珠的粒度为100～115目，木屑的粒度为160～180目。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印铸钢用砂型材料，其特征在于：所述浸润剂为苯基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、三甘醇单丁醚、乙二醇单丁醚的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印铸钢用砂型材料，其特征在于：所述抗脉纹剂为四氧化三铁粉。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印铸钢用砂型材料，其特征在于：所述石英砂中SiO2含量≥98%。
6.一种3D打印铸钢用砂型材料的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
a. 分别将粉料和粘结剂混合；其中，混合粉料指：将85～92份石英砂、1～5份抗脉纹剂、5～10份玻璃微珠和1～3份木屑混合均匀，再缓慢加入0.3～0.8份有机磷酸和0.1～0.4份浸润剂，直至所有的原料都混合均匀，混合均匀后静置10～20s；混合粘结剂指：将剩余的浸润剂和呋喃树脂混合在一起；
b. 使用3D打印机，将混合均匀的粉料以25秒每层的速度铺设成厚度为150～280μm每层的薄砂层；
c. 利用喷头按照铸型CAD模型的几何信息向薄砂层表面精确均匀喷射原料总质量0.1～0.2%的粘结剂，接固化砂层，
d. 重复步骤b和步骤c，直至固化成形所需的铸钢砂型。
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