CN113385637A - 应用于选晶器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于精密铸造应用技术领域,具体公开了应用于选晶器的制备方法,包括以下步骤:步骤1、打印制造SLA样品。步骤2、将聚乙烯蜡乳液涂布在SLA样品的表面上,然后将样品放入干燥箱中进行干燥。步骤3、测量SLA样品不同固含量的聚乙烯蜡乳液的润湿角。步骤6、使用非球面模具测量系统测量表面粗糙度。步骤7、通过应用涂覆的SLA模具进行精密铸造来制造具有出色表面光洁度的涡轮叶片等。本发明的应用于选晶器的制备方法的有益效果在于:通过使用一组最佳的涂层参数,用聚乙烯蜡乳液进行超高压雾化涂层,可以解决3D打印FDM的选晶器的脱蜡裂纹问题,并且雾化涂层有效的提高了表面光洁度,有助于提高单晶叶片工业生产中得到使用并节省成本。
Description
技术领域
本发明属于精密铸造应用技术领域,具体涉及应用于选晶器的制备方法。
背景技术
熔模铸造因为具有尺寸精度高、表面光洁度高的优点,被广泛的应用于航空航天以及汽车工业生产中,但也存在制造工艺多、工艺周期长等局限性,特别是在新产品开发过程中,样品的设计图纸需要反复修改才能投入生产,导致制造周期长为了缩短制造周期,考虑到制壳工艺时间难以缩短,研究团队认为增材制造(AM)是一种有效的方法替代传统的蜡模制造工艺,国外在这一领域的研究已经积累了多年的经验,并逐渐向商业应用推广。
增材制造(AM)可直接从3D CAD数据快速,灵活且经济高效地生产零件,并且被定义为“与3D模型数据(通常是逐层的,与传统的机械加工之类的减法制造方法相反)连接材料以制造对象的过程”当前,有大量采用这种分层制造原理的技术,包括立体光刻设备(SLA),熔融逐层(FDM),选择性激光烧结 (SLS),选择性激光熔化(SLM)等。但是,不良的表面光洁度是这些技术中的常见问题,并且主要是由“阶梯差”引起的。
因为表面光洁度对于零件的精度和性能至关重要,零件的表面粗糙度不仅取决于工艺参数,还取决于打印的材料性能,由于一层又一层的原理,不能完全消除表面光洁度问题,而可以通过某些处理或加工来解决。
基于上述问题,本发明提供应用于选晶器的制备方法。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提供应用于选晶器的制备方法,其通过使用聚乙烯蜡乳液的超高压雾化涂层,通过喷一层雾化涂层(蜡基),来改善选晶器的外表面和质量,同时具有良好的尺寸精度且脱蜡过程中不会造成模壳的涨裂,这种方法的降低经济成本及提高单晶叶片的质量,并且为选晶器的研发节省时间。
技术方案:本发明提供的应用于选晶器的制备方法,包括以下步骤:步骤 1、使用XJRP-SPS600快速成型机打印制造SLA样品,其中,紫外光斑直径为0.1 毫米,每层的厚度设置为0.1mm,扫描速度设为8m/s。步骤2、使用微超高压雾化涂布装置将聚乙烯蜡乳液涂布在SLA样品的表面上,然后将样品放入干燥箱中进行干燥,以获得均质的蜡膜。步骤3、使用OCA20润湿角测试仪测量SLA 样品不同固含量的聚乙烯蜡乳液的润湿角。步骤4、使用扫描电子显微镜研究 SLA样品的横截面,以观察蜡与树脂基质的结合。步骤5、使用激光扫描共聚焦显微镜研究SLA样品在涂覆前后的表面形态。步骤6、使用非球面模具测量系统测量表面粗糙度。步骤7、通过应用涂覆的SLA模具进行精密铸造来制造具有出色表面光洁度的涡轮叶片。
本技术方案的,所述聚乙烯蜡乳液为JR-352聚乙烯蜡乳液在室温下为水悬浮乳液,在溶剂蒸发后,残留的蜡颗粒形成蜡膜。
本技术方案的,所述微超高压雾化涂布装置,包括涂料罐,及与涂料罐连接的管道,及设置在管道上的管道阀门,及与管道一端连接的柱塞泵,及与柱塞泵连接的软管,及设置在软管上的软管阀门,及与软管一端连接的喷嘴,及与柱塞泵相配合使用的电子控制系统,及由喷嘴喷出均匀喷涂在SLA样品表面的聚乙烯蜡乳液。
本技术方案的,所述喷涂在SLA样品表面聚乙烯蜡膜的厚度≤0.1mm。
本技术方案的,所述喷涂在SLA样品表面聚乙烯蜡膜的厚度≤0.15mm。
与现有技术相比,本发明的应用于选晶器的制备方法的有益效果在于:1、通过使用一组最佳的涂层参数,用聚乙烯蜡乳液进行超高压雾化涂层,可以解决3D打印FDM的选晶器的脱蜡裂纹问题,并且雾化涂层有效的提高了表面光洁度;2、厚度小于0.1mm或0.15mm的聚乙烯蜡膜都可以充分地粘结在基于FDM 工艺的选晶器上,并且可以显着降低SLA零件的表面粗糙度,SLA零件的Ra降至小于2.5μm;3、可改善复杂的螺旋选晶器的表面,同时具有良好的尺寸精度,且不会损坏选晶器本身,有助于提高单晶叶片工业生产中得到使用并节省成本。
附图说明
图1是本发明的应用于选晶器的制备方法的微超高压雾化涂布装置的结构示意图;
图2是传统的基于FDM工艺脱蜡过程中会涨裂模壳示意图;
图3左边是基于FDM工艺的3D打印选晶器,右边是喷过蜡的选晶器;
图4为通过涂覆聚乙烯蜡乳液减少楼梯台阶的示意图;
图5是不同固体含量的聚乙烯蜡乳液在SLA零件上的润湿角,a 28重量%, b 32重量%,c 36重量%,d 40重量%;
图6为涂覆工艺参数对蜡膜厚度和SLA零件表面粗糙度的影响;
a聚乙烯蜡乳液固含量的影响、b涂层压力的影响、c喷嘴直径的影响、d干燥温度的影响。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明。
如图1所示的应用于选晶器的制备方法,包括以下步骤:步骤1、使用 XJRP-SPS600快速成型机打印制造SLA样品,其中,紫外光斑直径为0.1毫米,每层的厚度设置为0.1mm,扫描速度设为8m/s。步骤2、使用微超高压雾化涂布装置将聚乙烯蜡乳液涂布在SLA样品的表面上,然后将样品放入干燥箱中进行干燥,以获得均质的蜡膜。步骤3、使用OCA20润湿角测试仪测量SLA样品不同固含量的聚乙烯蜡乳液的润湿角。步骤4、使用扫描电子显微镜研究SLA 样品的横截面,以观察蜡与树脂基质的结合。步骤5、使用激光扫描共聚焦显微镜研究SLA样品在涂覆前后的表面形态。步骤6、使用非球面模具测量系统测量表面粗糙度。步骤7、通过应用涂覆的SLA模具进行精密铸造来制造具有出色表面光洁度的涡轮叶片。
进一步优选的,所述聚乙烯蜡乳液为JR-352聚乙烯蜡乳液在室温下为水悬浮乳液,在溶剂蒸发后,残留的蜡颗粒形成蜡膜(模壳)。
本发明的应用于选晶器的制备方法,微超高压雾化涂布装置,包括涂料罐 1,及与涂料罐1连接的管道2,及设置在管道2上的管道阀门3,及与管道2 一端连接的柱塞泵4,及与柱塞泵4连接的软管7,及设置在软管7上的软管阀门6,及与软管7一端连接的喷嘴8,及与柱塞泵4相配合使用的电子控制系统 5,及由喷嘴8喷出均匀喷涂在SLA样品表面的聚乙烯蜡乳液。
上述的应用于选晶器的制备方法,所述喷涂在SLA样品表面聚乙烯蜡膜的厚度≤0.1mm或所述喷涂在SLA样品表面聚乙烯蜡膜的厚度≤0.15mm。
实施例
传统的基于FDM工艺脱蜡过程中会涨裂模壳,如图2所示:
基于熔模铸造技术和3D打印技术的快速制造能力,本文通过比较分析,选择了熔融沉积成形(FDM)和光固化成型(SLA)附着在FDM材料上喷涂。对传统熔模铸造(非定向凝固)和单晶铸造(定向凝固)中蜡型的制造方法进行了研究和改进,对其在铸造中的应用进行了试验,找到了满足传统铸件要求的最佳工艺方案(热裂性能、尺寸公差)。
如图3所示,左边是基于FDM工艺的3D打印选晶器,右边是喷过蜡的选晶器。
影响SLA零件表面粗糙度的主要因素是如图4所示的台阶,这是由分层制造引起的的微观结构,通过涂覆聚乙烯蜡乳液减少楼梯台阶的示意图,为了分析阶梯对SLA零件表面光洁度的影响,建立了相对于表面角度的阶梯分析模型,如图所示,其中δ是从实际轮廓的最低点到表面的距离,理论轮廓,α是水平面与理论轮廓之间的夹角,T是层厚度,θ是实际轮廓的切线与实际轮廓之间的夹角,该角度由树脂的性质和快速成型决定原型机;
根据分析模型,阶梯式特征值δ体现在以下等式中
δ=AB·cosβ (3)
根据粗糙度的定义,Ra是表面轮廓的算术平均偏差,因此,可以根据等式计算Ra。
从推导中可以看出,当层厚度为固定值时,SLA零件的表面粗糙度会随着制造角度的变化而变化,如图所示,制作了具有不同制造角度的SLA样品以测试表面粗糙度。
本发明的应用于选晶器的制备方法的涂层工艺原理,减少表面粗糙度立体光刻的阶梯式步进是不可避免的,可以通过一些加工方法来改善选晶器的表面光洁度,如图所示,可以通过使用聚乙烯蜡乳液的超高压雾化涂层来降低阶梯差,将雾化的聚乙烯蜡乳液液滴以一定速度喷入SLA零件的台阶中,台阶处的空气被挤出,在重力作用下,台阶被雾化的聚乙烯蜡乳液液滴充满。液体流平的原理,随着溶剂的蒸发,剩余的蜡颗粒与SLA零件的台阶机械接合,并在表面上形成均匀而光滑的涂层,结果,可以通过涂覆过程改善表面光洁度。
如图5所示不同固体含量的聚乙烯蜡乳液在SLA零件上的润湿角,a28 重量%,b32重量%,c36重量%,d40重量%;
如图6所示的为涂覆工艺参数对蜡膜厚度和SLA零件表面粗糙度的影响, a聚乙烯蜡乳液固含量的影响、b涂层压力的影响、c喷嘴直径的影响、d干燥温度的影响;
通过上述可知,在涂覆聚乙烯蜡乳液以改善SLA零件的表面光洁度的过程中,聚乙烯蜡乳液与树脂基材的润湿性直接影响聚乙烯蜡的流平性,蜡膜的厚度随着聚乙烯蜡乳液的固含量而明显增加,而SLA样品的表面粗糙度降低。
本发明的应用于选晶器的制备方法,研究了非真空和布里奇曼熔模铸造过程中基于三维打印技术(SLA+FDM)的尺寸精度和可行性,研究证明,研究的两种解决方案都能在短时间内以较低的成本获得铸造工艺原型,且尺寸公差与金属铸造工艺完全一致;
在本次研究中,通过使用一组最佳的涂层参数,用聚乙烯蜡乳液进行超高压雾化涂层,可以解决3D打印FDM的选晶器的脱蜡裂纹问题,并且雾化涂层有效的提高了表面光洁度,实验结果表明,厚度小于0.1mm的聚乙烯蜡膜可以充分地粘结在基于FDM工艺的选晶器上,并且可以显着降低SLA零件的表面粗糙度,SLA零件的Ra降至小于2.5μm;
本发明的应用于选晶器的制备方法,可用于改善复杂的螺旋选晶器的表面,同时具有良好的尺寸精度,且不会损坏选晶器本身,这种方法有助于提高单晶叶片工业生产中得到使用并节省成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,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,还可以作出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.应用于选晶器的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1、使用XJRP-SPS600快速成型机打印制造SLA样品,其中,紫外光斑直径为0.1毫米,每层的厚度设置为0.1mm,扫描速度设为8m/s;
步骤2、使用微超高压雾化涂布装置将聚乙烯蜡乳液涂布在SLA样品的表面上,然后将样品放入干燥箱中进行干燥,以获得均质的蜡膜;
步骤3、使用OCA20润湿角测试仪测量SLA样品不同固含量的聚乙烯蜡乳液的润湿角;
步骤4、使用扫描电子显微镜研究SLA样品的横截面,以观察蜡与树脂基质的结合;
步骤5、使用激光扫描共聚焦显微镜研究SLA样品在涂覆前后的表面形态;
步骤6、使用非球面模具测量系统测量表面粗糙度;
步骤7、通过应用涂覆的SLA模具进行精密铸造来制造具有出色表面光洁度的涡轮叶片。
2.根据权利要求1所述的应用于选晶器的制备方法,其特征在于:所述聚乙烯蜡乳液为JR-352聚乙烯蜡乳液在室温下为水悬浮乳液,在溶剂蒸发后,残留的蜡颗粒形成蜡膜。
3.根据权利要求1所述的应用于选晶器的制备方法,其特征在于:所述微超高压雾化涂布装置,包括涂料罐(1),及与涂料罐(1)连接的管道(2),及设置在管道(2)上的管道阀门(3),及与管道(2)一端连接的柱塞泵(4),及与柱塞泵(4)连接的软管(7),及设置在软管(7)上的软管阀门(6),及与软管(7)一端连接的喷嘴(8),及与柱塞泵(4)相配合使用的电子控制系统(5),及由喷嘴(8)喷出均匀喷涂在SLA样品表面的聚乙烯蜡乳液。
4.根据权利要求1或3所述的应用于选晶器的制备方法,其特征在于:所述喷涂在SLA样品表面聚乙烯蜡膜的厚度≤0.1mm。
5.根据权利要求1或3所述的应用于选晶器的制备方法,其特征在于:所述喷涂在SLA样品表面聚乙烯蜡膜的厚度≤0.15mm。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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