TW201720661A - 採用３ｄ打印殼模之鑄造方法 - Google Patents

Abstract

一種採用3D打印殼模之鑄造方法，該3D打印殼模之鑄造方法包括以下歩驟，步驟一，按照需要加工的產品進行電腦繪製圖紙；步驟二，將繪製的圖紙輸入3D打印機，進行殼模的3D打印；步驟三，對打印出的殼模進行燒結處理，令形成打印的殼模燒結固化；步驟四，燒結完成後的殼模作為鑄造的型腔，將熔融的原料注入，在殼模中成型，最後將整個殼模取出，敲破殼模即可取出成型的產品；步驟五，對成型的產品進行後處理後，得到成品；上述的3D打印所使用的打印材料混合了光敏樹脂和陶瓷顆粒的液狀混合物；藉此，本發明採用上述技術方案後，殼模直接採用3D打印機打印出來，這樣就少了傳統工藝中的殼模製作過程，提高了生產效率。

Description

採用3D打印殼模之鑄造方法

本發明係渉及脫蠟鑄造工藝技術領域，特指一種採用3D打印殼模之鑄造方法。

脫蠟鑄造是精密鑄造的一種，其製作工藝為：

步驟一，按照需要加工的產品繪製圖紙，並根據圖紙製作出相應的模具。

步驟二，利用模具，採用注塑成型的方式，製作出蠟模，並對蠟模進行修正。

步驟三，將若干的蠟模組裝形成蠟樹，以實現一次澆鑄成型多個產品之目的，提高工作效率。

步驟四，將蠟樹進行浸漿處理，令蠟樹表面附著一層漿料，待漿料乾燥後，再經過多次浸漿，為了確保浸漿殼模的厚度，通常需要重複5~6次浸漿工藝，殼模的厚度達到5~7毫米。

步驟五，完成浸漿工藝後，採用蒸汽脫蠟的方式，將殼模內的蠟模流出，實現蠟模與殼模的分離。

步驟六，脫蠟完成後，需要對殼模進行燒結處理，令形成殼模的漿料 燒結固化，並且將殘留的蠟模材料完全燃燒掉。

步驟七，燒結完成後的殼模作為鑄造的型腔，將熔融的原料(例如金屬熔液、玻璃溶液等)注入，在殼模中成型，最後將整個殼模取出，敲破殼模即可取出成型的產品。

步驟八，對成型的產品進行清砂、拋丸等後處理後，得到成品。

由上所述可以看出，目前的脫蠟鑄造工藝非常複雜，並且在燒結、清砂工藝中會產生污染；同時，殼模的製作也非常複雜，直接導致了生產效率的低下。

另一方面，3D打印技術飛速發展，已經被應用在諸多的領域中，目前所謂的3D打印，其本質是一種快速成形技術，其工作過程為：先通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區”成逐層的截面，即切片，從而指導打印機逐層打印，並將薄型層面堆疊起來，直到一個固態物體成型；而多功能3D打印機與傳統打印機最大的區別在於：它使用的“墨水”是實實在在的原材料；原材料一般為熱熔膠線、蠟質等；該熱熔膠線的端部插入3D打印機的熱熔打印頭中，而熱熔打印頭通過通電加熱而實現對熱熔膠線進行熔融，經熔融的膠從熱熔打印頭下端流出，逐層打印，並將薄型層面堆疊以實現固態物體成型。

目前法國里摩曰3DCeram公司設計出來一種工業級3D打印機Ceramker，Ceramker 3D打印機使用了一種全新的3D打印工藝，叫做CAM(Ceramics Additive Manufacturing陶瓷增材製造)，這種工藝是基於陶瓷工 藝的激光固化技術應用的研究，1998年由Thierry Chartier在里摩曰的SPCTS(陶瓷工藝及其表面處理科學)上提出，他的成果被3DCeram公司採用，其工藝得到了更加深入的研發並滲入了各個領域的市場，該工藝混合了光敏樹脂和陶瓷顆粒，液狀混合物經過激光打印固化，層厚可達25~100微米，每層經過紫外光固化與上一層粘合，最終形成3D打印物件，最後是進行連續的激光燒結後處理階段，根據3DCeram所提供的資料，零部件在CAD文件將會根據燒結過程中的收縮率進行尺寸調整，可用材料包括氧化鋁、氧化鋯、羥基磷灰石或磷酸三鈣，這些都需要避光包裝和室溫儲蔵；3DCeram的技術目前的應用包括生物醫學移植，珠寶製造，還有先進的高精度工業原型設計。

然，就上述而言，本發明人經過不斷研究實驗，將3D打印技術引入脫蠟鑄造領域，提出以下技術方案。

本發明之主要目的係在於：利用3D打印技術，將其與傳統的脫蠟鑄造結合，提出一種採用3D打印殼模之鑄造方法。

本發明提供一種採用3D打印殼模之鑄造方法，該方法包括以下歩驟：步驟一，按照需要加工的產品進行電腦繪製圖紙；步驟二，將繪製的圖紙輸入3D打印機，進行殼模的3D打印；步驟三，對打印出的殼模進行燒結處理，令形成打印的殼模燒結固化； 步驟四，燒結完成後的殼模作為鑄造的型腔，將熔融的原料注入，在殼模中成型，最後將整個殼模取出，敲破殼模即可取出成型的產品；步驟五，對成型的產品進行後處理後，得到成品；上述的3D打印所使用的打印材料混合了光敏樹脂和陶瓷顆粒的液狀混合物。

其中該打印材料中的陶瓷顆粒包括：氧化鋁、氧化鋯、羥基磷灰石或磷酸三鈣；其中該打印的殼模厚度為0.1~1毫米；其中歩驟三中，採用的激光連續燒結處理；其中歩驟四中，在澆鑄前，首先需要對殼模進行埋砂處理，將殼模埋設在砂箱中，預留好澆鑄用水口，並對砂箱進行振動，令殼模外部的砂子緊實；最後進行澆鑄；其中歩驟四中，澆鑄在真空或負壓環境中進行。

本發明採用上述技術方案後，殼模直接採用3D打印機打印出來，這樣就少了傳統工藝中的殼模製作過程，提高了生產效率。

相對於現有技術，本發明具有以下優點：

1．本發明的殼模採用的是3D打印，其加工快，並且便於修改，如果出現誤差可以直接在計算機中修改輸出圖紙的尺寸、參數即可。

2．相對於先有工藝方法，本發明可以大大提高生產效率，並且降低人員的工作強度，減少污染，提高產品的精度。

本發明：

S1~S5‧‧‧流程步驟

1‧‧‧真空箱

10‧‧‧腔室

2‧‧‧砂箱

3‧‧‧電爐

4‧‧‧振動裝置

5‧‧‧氣泵

6‧‧‧殼模

第1圖係本發明3D打印殼模之鑄造步驟流程圖。

第2圖係本發明實施例中一澆鑄裝置之結構示意圖

為使 貴審查委員對本發明目的、特徵及功效能夠有更進一步之瞭解與認識，以下茲請配合【圖式簡單說明】詳述如后：請參閱第1圖至第2圖所示，為本發明「採用3D打印殼模之鑄造方法」之具體實施例和附圖對本發明進一步說明；本發明的方法包括以下步驟：

步驟一，按照需要加工的產品進行電腦繪製圖紙；一般採用可輸出至3D打印的繪圖軟件。

步驟二，將繪製的圖紙輸入3D打印機，進行殼模的3D打印；其中，本發明所述的3D打印與傳統的3D打印不同的是，其不是採用熱熔型材料直接打印固化，本發明採用的打印材料混合了光敏樹脂和陶瓷顆粒的液狀混合物，打印的方式與現有的方式相同，仍採用分層“切片”的逐層打印方式，每層打印的厚度為25~100微米；每層打印完成後，需要經過紫外光輻照，令光敏樹脂固化，從而將陶瓷顆粒材料一通固化成型；經過這種逐層打印，逐層光照固化後，最終形成3D打印的殼模；其中打印材料中的陶瓷顆粒包括：氧化鋁、氧化鋯、羥基磷灰石或磷酸三鈣、莫萊石粉；其中打印的殼 模最終的厚度為0.1~2毫米。

步驟三，對打印出的殼模進行燒結處理，令形成打印的殼模燒結固化；雖然透過3D打印機打印出的殼模已經成型，但是這種成型是透過光敏樹脂材料的粘接固化，其並不能直接應用到鑄造工藝中，還是需要透過燒結的方式，將打印的殼模中的樹脂燒結清除，並且令剩下的陶瓷材料燒結固化，成為可進行澆鑄的殼模。

其中所述的燒結方式有兩種，一種是直接對打印後的殼模進行燒結固化，這種方式與目前鑄造工藝中的燒結方式相同，調整好溫度和時間即可；另一種方式是直接利用3DCeram生產的Ceramaker 3D打印機，在打印完成後直接使用激光對打印的殼模進行連續的燒結後處理即可。

步驟四，燒結完成後的殼模作為鑄造的型腔，將熔融的原料注入，在殼模中成型，最後將整個殼模取出，敲破殼模即可取出成型的產品。

其中，在本步驟中，由於透過3D打印的殼模無法直接承受熔融金屬原料的直接澆鑄，需要將殼模進行埋砂處理；即，將殼模埋設在砂箱中，預留好澆鑄用水口，並對砂箱進行振動，令殼模外部的砂子緊實；最後進行澆鑄；澆鑄完成後，將整個殼模從砂箱中取出，然後敲碎殼模即可取出成型的產品。

步驟五，對成型的產品進行後處理後，得到成品。

成型後的需要進行拋丸處理等後續的加工處理，最終得成品。

上述實施例中，在澆鑄的過程中，為了防止澆鑄的產品中出現氣泡等 不良現象，整個澆鑄過程是在真空箱1之腔室10內進行的；請參閱第2圖所示，本發明所使用的澆鑄裝置，係包括：一密閉之腔室10，該腔室10內放置有砂箱2，以及用於熔融金屬之電爐3；又該砂箱2被放置在一振動裝置4上；且該腔室10與一抽真空的氣泵5連接，以對該腔室10進行抽真空處理；使用時，將殼模6埋設在砂箱2中，預留好澆鑄用水口，並透過振動裝置4對砂箱2進行振動，令殼模6外部的砂子緊實；最後，關閉腔室10，然後對腔室10進行抽真空處理，令腔室10內的空間成為負壓狀態，然後進行澆鑄；澆鑄時，直接驅動電爐3轉動，將熔融的原料倒入與之對應的殼模6中即可；澆鑄完成後，將整個殼模6從砂箱2中取出，然後敲碎殼模6即可取出成型的產品。

以下是本發明與先有技術之比較：以每個月生產50噸，兩種鑄造法所用車間工人與管理人員之比較： 兩種鑄造法之比較：

由上述比較可以看出，本發明採用上述技術方案後，殼模直接採用3D打印機打印出來，這樣就少了傳統工藝中的殼模製作過程，提高了生產效率，並且降低人員的工作強度，減少污染。

綜上所述，當知本發明確實可為相關產業懭為利用，極具有進步性與新穎性，且發明於申請前未見公開，以符合專利法之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請 鈞局明察，惠准專利，實為感禱。

唯以上所述者，僅為本發明之其中較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍；即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

S1~S5‧‧‧流程步驟

Claims (6)

1. 一種採用3D打印殼模之鑄造方法，該方法包括以下步驟：步驟一，按照需要加工的產品進行電腦繪製圖紙；步驟二，將繪製的圖紙輸入3D打印機，進行殼模的3D打印；步驟三，對打印出的殼模進行燒結處理，令形成打印的殼模燒結固化；步驟四，燒結完成後的殼模作為鑄造的型腔，將熔融的原料注入，在殼模中成型，最後將整個殼模取出，敲破殼模即可取出成型的產品；步驟五，對成型的產品進行後處理後，得到成品；上述的3D打印所使用的打印材料混合了光敏樹脂和陶瓷顆粒的液狀混合物。
2. 如請求項1所述之採用3D打印殼模之鑄造方法，其中該打印材料中的陶瓷顆粒包括：氧化鋁、氧化鋯、羥基磷灰石或磷酸三鈣。
3. 如請求項1所述之採用3D打印殼模之鑄造方法，其中該打印的殼模厚度為0.1~1毫米。
4. 如請求項1所述之採用3D打印殼模之鑄造方法，其中步驟三中，採用的激光連續燒結處理。
5. 如請求項1所述之採用3D打印殼模之鑄造方法，其中歩驟四中，在澆鑄前，首先需要對殼模進行埋砂處理，將殼模埋設在砂箱中，預留好澆鑄用水口，並對砂箱進行振動，令殼模外部的砂子緊實；最後進行澆鑄。
6. 如請求項5所述之採用3D打印殼模之鑄造方法，其中歩驟四中，澆鑄在真空或負壓環境中進行。