CN205270740U - 采用3d打印壳模的真空浇铸装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用3D打印壳模的真空浇铸装置。其包括：一真空箱，该真空箱具有一密闭空间，所述的空间内设置有砂箱和可转动的电炉；于所述的空间外安装有对其抽真空的气泵，所述的空间内还设置有振动装置，所述的砂箱放置在该振动装置上，在砂箱内埋设有通过3D打印的壳模，通过振动装置将壳模外部的砂子振动紧实；所述的壳模的浇铸口显露于砂箱的砂面，并对应电炉的出口，通过电炉的转动将熔融的原料注入壳模的浇铸口内。本实用新型为了克服3D打印的壳模承载力不足的问题，在真空箱内设置砂箱，浇铸时，利用砂箱中的铸造用砂子对壳模的外部形成支撑。壳模在浇铸过程中就不会产生破裂的情况，确保整个浇铸的顺利完成。

Description

采用3D打印壳模的真空浇铸装置

技术领域：

本实用新型涉及铸造工艺技术领域，特指一种采用3D打印壳模的真空浇铸装置。

背景技术：

脱蜡铸造是精密铸造的一种，其制作工艺为：

第一，按照需要加工的产品绘制图纸，并根据图纸制作出相应的模具。

第二，利用模具，采用注塑成型的方式，制作出蜡模，并对蜡模进行修正。

第三，将若干的蜡模组装形成蜡树，以实现一次浇铸成型多个产品的目的，提高工作效率。

第四，将蜡树进行浸浆处理，令蜡树表面附着一层浆料，待浆料干燥后，再次经过多次浸浆，为了确保浸浆壳模的厚度，通常需要重复5-6次浸浆工艺，壳模的厚度达到5-7毫米。

第五，完成浸浆工艺后，采用蒸汽脱蜡的方式，将壳模内的蜡模流出，实现蜡模与壳模的分离。

第六，脱蜡完成后，需要对壳模进行烧结处理，令形成壳模的浆料烧结固化，并且将残留的蜡模材料完全燃烧掉。

第七，烧结完成后的壳模作为铸造的型腔，将熔融的原料(例如金属熔液、玻璃溶液等)注入，在壳模中成型，最后将整个壳模取出，敲破壳模即可取出成型的产品。

第八，对成型的产品进行清砂、抛丸等后处理后，得到成品。

由上所述可以看出，目前的脱蜡铸造工艺非常复杂，并且在烧结、清砂工艺中会产生污染。同时，壳模的制作也非常复杂，直接导致了生产效率的低下。

另一个方面，3D打印技术飞速发展，已经被应用在诸多的领域中。目前所谓的3D打印，其本质是一种快速成形技术，其工作过程为：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印，并将薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。多功能3D打印机与传统打印机最大的区别在于：它使用的“墨水”是实实在在的原材料。原材料一般为热熔胶线、蜡质等。该热熔胶线的端部插入3D打印机的热熔打印头中，而热熔打印头通过通电加热而实现对热熔胶线进行熔融，经熔融的胶从热熔打印头下端流出，逐层打印，并将薄型层面堆叠以实现固态物体成型。

目前法国里摩曰3DCeram公司设计出来一种工业级3D打印机Ceramker。Ceramaker3D打印机使用了一种全新的3D打印工艺，叫做CAM(CeramicsAdditiveManufacturing陶瓷增材制造)，这种工艺是基于陶瓷工艺的激光固化技术应用的研究，1998年由ThierryChartier在里摩曰的SPCTS(陶瓷工艺及其表面处理科学)上提出。他的成果被3DCeram公司采用，其工艺得到了更加深入的研发并渗入了各个领域的市场。该工艺混合了光敏树脂和陶瓷颗粒，液状混合物经过激光打印固化，层厚可达25-100微米，每层经过紫外光固化与上一层粘合，最终形成3D打印物件，最后是进行连续的激光烧结后处理阶段。根据3DCeram所提供的资料，零部件在CAD文件将会根据烧结过程中的收缩率进行尺寸调整。可用材料包括氧化铝、氧化锆和羟基磷灰石/磷酸三钙，这些都需要避光包装和室温储藏。3DCeram的技术目前的应用包括生物医学移植，珠宝制造，还有先进的高精度工业原型设计。

但是将上述3D打印技术引入精密铸造行业后，也存在一定的不足。首先，由于直接采用3D打印的壳模非常薄，其无法承载较大的压力，如果直接用壳模来进行浇铸，熔融的原料进入壳模后，可能造成壳模因承载力不足而破损的情况。所以，本发明人经过不断研究实验，将3D打印技术引入脱蜡铸造领域，同时，也提出了一种全新的真空浇铸装置。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题就在于利用3D打印技术，将其与传统的脱蜡铸造结合，提出一种采用3D打印壳模的真空浇铸装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了下述技术方案：该真空浇铸装置包括：一真空箱，该真空箱具有一密闭空间，所述的空间内设置有砂箱和可转动的电炉；于所述的空间外安装有对其抽真空的气泵，所述的空间内还设置有振动装置，所述的砂箱放置在该振动装置上，在砂箱内埋设有通过3D打印的壳模，通过振动装置将壳模外部的砂子振动紧实；所述的壳模的浇铸口显露于砂箱的砂面，并对应电炉的出口，通过电炉的转动将熔融的原料注入壳模的浇铸口内。

进一步而言，上述技术方案中，所述的壳模的厚度为0.1-2毫米。

本实用新型采用上述技术方案后，壳模直接采用3D打印机打印出来，这样就少了传统工艺中的壳模制作过程，提高了生产效率。同时，本实用新型在整个铸造过程均在真空环境下完成，能够有效防止在高频电炉浇铸的过程中，金属液被氧化的现象，以提高铸造铸件的质量。本实用新型为了克服3D打印的壳模承载力不足的问题，在真空箱内设置砂箱，使用时，将壳模埋设在砂箱中，预留好浇铸用水口，并对砂箱进行振动，令壳模外部的砂子紧实。最后，关闭腔室，然后对腔室进行抽真空处理，令腔室内的空间称为负压状态，然后进行浇铸。浇铸完成后，将整个壳模从砂箱中取出，然后敲碎壳模即可取出成型的产品。浇铸时，将壳模6埋设在砂箱2中，通过振动装置4对砂箱2进行振动，令壳模6外部的砂子紧实。利用砂箱中的铸造用砂子对壳模6的外部形成支撑。由于壳模6通过3D打印机打印出来，其厚度很薄，通过砂子在外部对其形成紧实的支撑后，壳模6在浇铸过程中就不会产生破裂的情况，确保整个浇铸的顺利完成。

附图说明：

图1是本实用新型浇铸装置的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步说明。

首先，对本实用新型是应用在采用3D打印壳模的铸造方法中，该方法包括以下步骤：

第一，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。

第二，将绘制的图纸输入至3D打印机，进行壳模的3D打印。本实用新型所述的3D打印与传统的3D打印不同的是，其不是采用热熔型材料直接打印固化，本实用新型采用的打印材料混合了光敏树脂和陶瓷颗粒的液状混合物。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，每层打印的厚度为25-100微米。每层打印完成后，需要经过紫外光辐照，令光敏树脂固化，从而将陶瓷颗粒材料一同固化成型。经过这种逐层打印，逐层光照固化后，最终形成3D打印的壳模。所述打印材料中的陶瓷颗粒包括:氧化铝、氧化锆、羟基磷灰石或磷酸三钙、莫莱石粉。所述打印的壳模最终的厚度为0.1-2毫米。

第三，对壳模进行烧结处理，令形成打印的壳模烧结固化。虽然通过3D打印机打印出的壳模已经成型，但是这种成型是通过光敏树脂材料的粘接固化，其并不能直接应用到铸造工艺中，还是需要通过烧结的方式，将打印的壳模中的树脂烧结清除，并且令剩下的陶瓷材料烧结固化，成为可进行浇铸的壳模。

所述的烧结方式有两种，一种是直接对打印后的壳模进行烧结固化，这种方式与目前铸造工艺中的烧结方式相同，调整好温度和时间即可。另一种方式是直接利用3DCeram生产的Ceramaker3D打印机，在打印完成后直接使用激光对打印的壳模进行连续的烧结后处理即可。

第四，烧结完成后的壳模作为铸造的型腔，将熔融的原料注入，在壳模中成型，最后将整个壳模取出，敲破壳模即可取出成型的产品。

第五，对成型的产品进行后处理后，得到成品。

成型后的需要进行抛丸处理等后续的加工处理，最终得到成品。

上述方法中，第四步中需要使用本实用新型所述的浇铸装置，见图1所示，该采用3D打印壳模的真空浇铸装置，包括：一真空箱1，该真空箱1具有一密闭空间10，所述的空间10内设置有砂箱2和可转动的电炉3；于所述的空间10外安装有对其抽真空的气泵5，所述的空间10内还设置有振动装置4，所述的砂箱2放置在该振动装置4上，在砂箱2内埋设有通过3D打印的壳模6，通过振动装置4将壳模6外部的砂子振动紧实；所述的壳模6的浇铸口显露于砂箱2的砂面，并对应电炉3的出口，通过电炉3的转动将熔融的原料注入壳模6的浇铸口内。

在浇铸的过程中，为了防止浇铸的产品中出现气泡等不良现象，整个浇铸过程是在真空箱1的真空空间10内进行的。该空间10与一抽真空的泵5连接，以对空间10进行抽真空处理。使用时，将壳模6埋设在砂箱2中，预留好浇铸用水口，并通过振动装置4对砂箱2进行振动，令壳模6外部的砂子紧实。最后，关闭空间10，然后对空间10进行抽真空处理，令空间10内的成为负压状态，

然后进行浇铸。浇铸时，直接驱动电炉3转动，将熔融的原料倒入与之对应的壳模6中即可。浇铸完成后，打开真空箱1，将整个壳模6从砂箱2中取出，然后敲碎壳模6即可取出成型的产品。

由上述对比可以看出，本实用新型采用上述技术方案后，壳模直接采用3D打印机打印出来，这样就少了传统工艺中的壳模制作过程，提高了生产效率，并且降低人员的工作强度，减少污染。同时，浇铸时将壳模6埋设在砂箱2中，通过振动装置4对砂箱2进行振动，令壳模6外部的砂子紧实。利用砂箱中的铸造用砂子对壳模6的外部形成支撑。由于壳模6通过3D打印机打印出来，其厚度很薄，通过砂子在外部对其形成紧实的支撑后，壳模6在浇铸过程中就不会产生破裂的情况，确保整个浇铸的顺利完成。

当然，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并非来限制本实用新型实施范围，凡依本实用新型申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。

Claims (2)

1.采用3D打印壳模的真空浇铸装置，包括：一真空箱(1)，该真空箱(1)具有一密闭空间(10)，所述的空间(10)内设置有砂箱(2)和可转动的电炉(3)；于所述的空间(10)外安装有对其抽真空的气泵(5)，其特征在于：

所述的空间(10)内还设置有振动装置(4)，所述的砂箱(2)放置在该振动装置(4)上，在砂箱(2)内埋设有通过3D打印的壳模(6)，通过振动装置(4)将壳模(6)外部的砂子振动紧实；

所述的壳模(6)的浇铸口显露于砂箱(2)的砂面，并对应电炉(3)的出口，电炉(3)转动后将熔融的原料注入壳模(6)的浇铸口内。

2.根据权利要求1所述的采用3D打印壳模的真空浇铸装置，其特征在于：所述的壳模(6)的厚度为0.1-2毫米。