TW202005728A - 採用雙薄殼模工藝的鑄造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及3D打印技術與鑄造工藝領域,是一種採用雙薄殼模工藝的鑄造方法,包括製作薄殼模的3D打印機和相應的計算機;具體為利用3D打印技術打印出薄殼模,其壁厚不超過2毫米,再利用精密鑄造工藝中的浸漿流程,製造出耐高溫的外殼模,經填砂加固後,利用物理或化學的方法清除薄殼模,再進行澆鑄和後處理,製得成品;藉此,提供一種採用雙薄殼模工藝的鑄造方法,係利用3D打印機製作薄殼模可以讓生產標準化,3D打印技術和脫蠟鑄造工藝結合起來,獲得更易操作且生產成本降低且更環保節能的製造工藝。
Description
本發明涉及3D打印技術與鑄造工藝領域,具體為一種採用雙薄殼模工藝的鑄造方法。
按,脫蠟鑄造是精密鑄造的一種,在傳統脫蠟鑄造中,通常會有很多步驟;對此,在中國發明公開號CN 105834360 B的「一種採用3D打印製作殼模的鑄造方法」中明確記載了在傳統脫蠟鑄造工藝中製造殼模的方法,一般是使用石蠟等材料製作成蠟模,再將蠟模透過多層浸漿或者噴漿的方法讓蠟模的外表面有一層殼模;隨後等待此殼模硬化後,利用溫度使固態蠟變成液體流出,可用於澆鑄的耐高溫殼模就完成了;傳統脫蠟鑄造工藝非常複雜,並且在脫蠟、燒結、清砂工序中會產生污染,同時蠟模的製造過程需要進行人工「組樹」,導致生產效率低下;且蠟模是實心的,假如殼模太薄,在脫蠟的過程中,殼模就很容易因蠟模的熱漲冷縮而破裂,所以一般要求殼模厚度要在6到8毫米之間;在這件對比文件中,僅僅提及到使用3D打印機打印耐高溫薄殼模的方法,但此技術方案中燒結是個難點,因為這個3D打印出來的薄殼模在高溫脫脂與陶瓷緻密的過程中,升降溫曲線不易取得,縮收比例不均勻,造成變形、破裂等問題難以克服。
對比,在經過檢索後,還有一件近似的對比文件,在中國發明公開號CN 106964757 A的「一種採用3D打印機製作工藝品的鑄造方法」,該申請文件中,同樣也指出了利用3D打印機製作耐高溫薄殼模作為鑄造型腔的方法,但是對於利用3D打印機先製作薄殼模,然後再利用浸漿工序製造出耐高溫的鑄造型腔的方法沒有提及。
然,據上述可得知,一方面,傳統脫蠟鑄造工藝製作的殼模,存在製作流程繁瑣和複雜,成本較高的缺點;且因殼模較厚,對後續震殼、清砂,耗能高且污染大;另一方面,利用3D打印機打印耐高溫的薄殼模,其在燒結過程中,易造成變形、破裂等問題難以克服。
為了更好的解決上述的兩個問題,本發明人有鑑於此,並且依據多年從事此領域的相關經驗,細心觀察及研究,並配合學理運用,進而提出一種合理且有效之本發明。
本發明之目的在於提供一種採用雙薄殼模工藝的鑄造方法,以解決上述先前技術中提出的問題。
本發明之一種採用雙薄殼模工藝的鑄造方法,包括:薄殼膜專用的3D打印機和相應配套的計算機,其特徵在於:步驟一:將產品的圖紙或照片輸入計算機中進行繪製和建模,構造出薄殼模的3D模型,並且對此3D模型的結構進行有限元分析,增加內壁補償量; 步驟二:將計算機製作完成的3D模型數據輸入到薄殼模專用的3D打印機內,並以相應的打印材料進行薄殼模的打印工作;步驟三:對所述打印完後的薄殼模,將薄殼模單獨進行外表面光滑處理,更有利於後續的噴漿和(或)浸漿;步驟四:將薄殼模經多層浸漿或噴漿的製殼流程,製造出耐高溫的外殼模,形成雙層殼模;步驟五:將雙層殼模放入砂箱中進行填砂加固處理;步驟六:對由薄殼模和外殼模構成的雙層殼模利用物理或化學的方法,對薄殼模進行清除處理;步驟七:對砂箱裡的外殼模進行澆鑄處理;步驟八:對所述成型的物件進行震殼、清砂等後處理,最後得到所要的成品。
其中在步驟三將薄殼膜光滑處理之前,先將薄殼膜固定在3D打印機上的支架去掉,保證薄殼膜是單獨的物體;其中在步驟三中外表面光滑處理步驟中,包括超聲波清洗劑和(或)紫外線照射燈;其中3D打印機和打印材料分別是:LCD光固化打印機和光固化樹脂材料、FDM打印機和塑料、DLP光固化打印機和光固化陶瓷樹脂材料、SLA光固化打印機和樹脂蠟材料或FDM打印機和塑料; 其中在步驟六中,將有蓋子的砂箱放入有通風系統的旋轉燒結爐中,以正轉360°,再反轉360°的方式旋轉,且以每小時300°的升溫速度,升溫到700°後,保持一個小時,使薄殼模完全氣化;其中在步驟六中,將含有甲苯的溶液由澆口注入薄殼模中,放置4小時,使薄殼模完全被分解,再把外殼模內的液體清除;其中在步驟六中,將此有雙層殼模的砂箱放入有通風系統的燒結爐中,澆口朝上,以每小時50°至400°的升溫速度,開始升溫到150°至1000°,保持30分鐘至1小時,破壞薄殼模的完整性,再降至室溫,清除外殼模內的雜質;其中薄殼膜的厚度不超過2mm。
本發明之主要目的功效在於:利用3D打印機製作薄殼模可以讓生產標準化、還可以增加薄殼模內部整體結構連接強度,便於後續的浸漿和去除薄殼模的作業,另外,外殼模的厚度很薄,可以降低震殼、清砂的強度,減少污染,提高生產效率。
1‧‧‧薄殼模
2‧‧‧補償量
3‧‧‧外殼模
第1圖係本發明中薄殼模內壁補償量之示意圖。
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圖所示,為本發明「採用雙薄殼膜工藝的鑄造方法」,係包括:薄殼模1、補償量2及外殼模3;步驟一:將產品的圖紙或照片輸入計算機中進行繪製和建模,構造出薄殼模1的3D模型,並且對此3D模型的結構進行有限元分析,增加內壁補償量2,以消除整體結構連接強度不夠的隱患;必要的有限元分析,可以更好的設計出整體結構穩定、連接結實的薄殼模1整體設計以及空腔內部的支架設計,特別是針對於如圖1中外輪廓不規則,並且內部是空腔的結構,利用有限元分析可以透過增減和槓桿原理的方式,逐漸改變薄殼模1層與層之間的連接強度,便於後續浸漿和清除薄殼模1的作業;其中,在步驟一所述薄殼模1的厚度不超過2mm;步驟二:將計算機製作完成的3D模型數據輸入到薄殼模1專用的3D打印機內,並以相應的打印材料進行薄殼模1的打印工作;其中,所述的3D打印機的打印材料包括:塑膠、樹脂蠟、光敏樹脂或樹脂陶瓷材料;其中,所述的3D打印機包括:LCD、DLP或SLA光固化打印機或FDM打印機;另外,補償量2在逐層打印的時候與薄殼模1腔體輪廓內壁呈一體,形成薄殼模1的一部分;步驟三:對所述打印完後的薄殼模1,將薄殼模1單獨進行外表面光滑處理,更有利於後續的噴漿和(或)浸漿;在打印完成後,薄殼模1的 外表面由於是堆積層疊構成的,在微觀的觀察下,會發現具有高低起伏的波紋,而這些波紋對於後面利用薄殼模1製作外殼模3的內壁是有影響的,因此適當透過高溫軟化的方法,把薄殼模1的外表面尖銳的部分自動形成一些圓角;為了更好的讓薄殼模1高溫下軟化,還需要步驟三中將薄殼模1光滑處理之前,先將薄殼模1固定在3D打印機上的支架去掉;保證薄殼模1是單獨的物體;這樣在薄殼模1表面軟化的時候,不會因為其他支架與薄殼模1接觸,影響了薄殼模1的外表面;更可進一步地,在步驟三中的外表面光滑處理步驟,可包括超聲波清洗和(或)紫外線照射;步驟四:將薄殼模1經多層浸漿或噴漿的製殼流程,製造出耐高溫的外殼模3,形成雙層殼模;更具體的說,把此薄殼模1先經清洗、乾燥後,浸入鋯漿中,然後再噴上鋯砂,形成第一層殼,放置乾燥後,再以相同或不同的漿料,進行第二層和(或)第三層的製殼流程,最後對外殼模3浸入漿料中進行封漿;更具體的說,浸漿的漿料主要為鋯漿和莫來漿,鋯砂和莫來砂;更進一步說,鋯漿主要是由矽膠、鋯粉、滲透劑、消泡劑所混合的漿料;莫來漿主要是由矽膠、莫來粉、滲透劑、消泡劑所混合的漿料;其中,在步驟四所述外殼模3的厚度約1~3mm之間;步驟五:將雙層殼模放入砂箱中進行填砂加固處理; 在本步驟中,由於外殼模3可能無法直接承受薄殼模1的熱脹冷縮,可能會因高溫氣化、液化或粉末化薄殼模1而導致外殼模3破裂,所以需要將此雙層殼模進行填砂加固處理,即,將雙層殼模澆口朝上,放入砂箱中,注入細砂,並對砂箱進行震動,令雙層殼模外部的砂子緊實;更進一步的,當砂箱內的砂子緊實後,可以加一個砂箱蓋子,在蓋子上輕輕用力向下壓,使砂箱內部的砂子更緊實;此砂箱蓋子要預留好一個洞,這洞和雙層殼模的澆口密合,讓澆口高出箱蓋約1公分;對於填砂來說,可以使用鋯砂、莫來砂、矽砂等耐火材料及鐵砂、銅砂、鋁沙等金屬,其形狀為圓型、多角型;步驟六:對砂箱裡的薄殼模1和外殼模3構成的雙層殼模利用物理或化學的方法,對薄殼模1進行清除處理;對於上述中物理方法除了可以用高溫氣化、液化或粉末化外,還可以使用溶液讓薄殼模1溶解;而化學方法,主要用化學溶劑與薄殼模1反應溶解,具體來說可以使用甲苯等有機溶劑;更具體的說,高溫氣化、液化或粉末化的設備為具有通風系統的燒結爐或旋轉燒結爐;步驟七:對砂箱裡的外殼模3進行澆鑄處理;更具體的說,若在大氣環境中進行澆鑄,需先把砂箱放入1000°左右的燒結爐中,加熱一段時間後從燒結爐中取出,將熔融的原料從澆口倒入; 若使用密閉爐進行燒結澆鑄,依密閉爐的使用方式,把砂箱放入密閉爐中,進行澆鑄作業;步驟八:對所述成型的物件進行震殼、清砂等後處理,最後得到所要的成品;對於上述步驟來說,還可以有一種操作方式:將薄殼模1外表面經過多層浸漿和(或)噴漿後形成的外殼模3和薄殼模1,直接經高溫氣化、液化或粉末化等方式,讓薄殼模1消失,再放入砂箱中進行填砂加固處理,然後在常壓、真空或負壓環境中澆鑄,最後將澆鑄物從外殼模3中取出;也就是說,對於雙層殼模來說,可以先以物理或化學的方法來去除薄殼模1,再填砂加固;對於使用不同的3D打印機和打印材料,以及使用具體的3D打印材料所涉及的薄殼模1去除方式和浸漿方法,具體而言可以有以下的實施例:
實施例一:
其具體的操作方法:1、製出1mm厚度的薄殼模1的3D模型,以及內壁補償量2;2、利用LCD光固化打印機和光固化樹脂材料,打印出薄殼模1;3、進行以下表面光滑處理:先去除薄殼模1的外支架,做超聲波清潔,再進行UV照射,原則上,照射的時間和打印的時間相同;4、經以下3層的浸漿處理後,製作出外殼模3;第一層:鋯漿+鋯砂 第二層:鋯漿+鋯砂第三層:莫來漿+莫來細砂封漿:莫來漿5、把雙層殼模放入砂箱中進行填砂加固工序,加上砂箱蓋子,使澆口露出箱蓋約1公分;6、將此有蓋子的砂箱放入有通風系統的旋轉燒結爐中,以正轉360°,再反轉360°的方式旋轉,且以每小時300°的升溫速度,升溫到700°後,保持一個小時,使薄殼模1完全氣化;7、對砂箱裡的外殼模3進行澆鑄處理;8、對所述澆鑄成型的物件進行後處理,得到成品。
實施例二:
其具體的操作方法:1、製出1.5mm厚度的薄殼模1的3D模型,以及內壁補償量2;2、利用FDM打印機和塑料,打印出薄殼模1;3、進行以下表面光滑處理:去除薄殼模1的外部支架;4、經以下2層浸漿處理後,製作出外殼模3;第一層:鋯漿+鋯砂第二層:莫來漿+莫來細砂 封漿:莫來漿5、放入砂箱中進行填砂加固工序;6、將此雙層殼模,放入有通風系統的燒結爐中,澆口朝上以每小時400°的升溫速度,升溫到1000°後,保持1個小時,使薄殼模1完全氣化;7、對砂箱裡的外殼模3進行澆鑄處理;8、對所述澆鑄成型的物件進行後處理,得到成品。
實施例三:
其具體的操作方法:1、製出1mm厚度的薄殼模1的3D模型,以及內壁補償量2;2、利用DLP光固化打印機和光固化陶瓷樹脂材料,打印出薄殼模1;3、進行如下表面光滑處理:先進行超聲波清潔,再進行UV照射,原則上,照射的時間和打印的時間相同;4、經以下2層浸漿處理後,製作出外殼模3,而形成雙層殼模;第一層:鋯漿+鋯砂第二層:鋯漿+鋯砂封漿:莫來漿5、將雙層殼模放入砂箱內,進行填砂加固工序;6、將此有雙層殼模的砂箱放入有通風系統的燒結爐中,澆口朝上,以每小時50°的升溫速度,開始升溫到700°,保持1小時,使薄殼模1變化成粉末狀,降至室溫,清除外殼模3內的粉末; 7、對砂箱裡的外殼模3進行澆鑄處理;8、對所述澆鑄成型的物件進行震殼、清砂等後處理,得到成品。
實施例四:
其具體的操作方法:1、製出2mm厚度的薄殼模1的3D模型,以及內壁補償量2;2、利用SLA光固化打印機和樹脂蠟材料,打印出薄殼模1;3、進行以下的表面光滑處理:先做超聲波清潔,再進行UV照射,原則上,照射的時間和打印的時間相同;4、經以下3層的浸漿處理後,製作出外殼模3;第一層:鋯漿+鋯砂第二層:莫來漿+莫來細砂第三層:莫來漿+莫來粗砂封漿:莫來漿5、將此雙層殼模放入砂箱中,澆口朝下,以每小時200°的升溫速度,升溫到150°,保持30分鐘,使薄殼模1完全液化流出;6、放入砂箱中進行填砂工序;7、對砂箱裡的外殼模3進行澆鑄處理;8、對所述澆鑄成型的物件進行後處理,得到成品。
實施例五:
其具體的操作方法: 1、製出1mm厚度的薄殼模1的3D模型,以及內壁補償量2;2、利用FDM打印機和塑料,打印出薄殼模1;3、進行以下的表面光滑處理:去除薄殼模1的外部支架;4、經以下2層的浸漿處理後,製作出外殼模3;第一層:鋯漿+鋯砂第二層:莫來漿+莫來砂封漿:莫來漿5、將含有甲苯的溶液由澆口注入薄殼模1中,放置4小時,使薄殼模1完全被分解,再把外殼模3內的液體清除;6、將此外殼模3放入砂箱中,進行填砂工序;7、對砂箱裡的外殼模3進行澆鑄處理;8、對所述澆鑄成型的物件進行後處理,得到成品。
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。
惟以上所述者,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。
1‧‧‧薄殼模
2‧‧‧補償量
3‧‧‧外殼模
Claims (8)
- 一種採用雙薄殼膜工藝的鑄造方法,包括:薄殼膜專用的3D打印機和相應配套的計算機,其特徵在於:步驟一:將產品的圖紙或照片輸入計算機中進行繪製和建模,構造出薄殼模的3D模型,並且對此3D模型的結構進行有限元分析,增加內壁補償量;步驟二:將計算機製作完成的3D模型數據輸入到薄殼模專用的3D打印機內,並以相應的打印材料進行薄殼模的打印工作;步驟三:對所述打印完後的薄殼模,將薄殼模單獨進行外表面光滑處理,更有利於後續的噴漿和(或)浸漿;步驟四:將薄殼模經多層浸漿或噴漿的製殼流程,製造出耐高溫的外殼模,形成雙層殼模;步驟五:將雙層殼模放入砂箱中進行填砂加固處理;步驟六:對由薄殼模和外殼模構成的雙層殼模利用物理或化學的方法,對薄殼模進行清除處理;步驟七:對砂箱裡的外殼模進行澆鑄處理;步驟八:對所述成型的物件進行震殼、清砂等後處理,最後得到所要的成品。
- 如請求項1所述之採用雙薄殼膜工藝的鑄造方法,其中在步驟三將薄殼膜光滑處理之前,先將薄殼膜固定在3D打印機上的支架去掉,保證薄 殼膜是單獨的物體。
- 如請求項1或2所述之採用雙薄殼膜工藝的鑄造方法,其中在步驟三中外表面光滑處理步驟中,包括超聲波清洗劑和(或)紫外線照射燈。
- 如請求項1所述之採用雙薄殼膜工藝的鑄造方法,其中3D打印機和打印材料分別是:LCD光固化打印機和光固化樹脂材料、FDM打印機和塑料、DLP光固化打印機和光固化陶瓷樹脂材料、SLA光固化打印機和樹脂蠟材料或FDM打印機和塑料。
- 如請求項1所述之採用雙薄殼膜工藝的鑄造方法,其中在步驟六中,將有蓋子的砂箱放入有通風系統的旋轉燒結爐中,以正轉360°,再反轉360°的方式旋轉,且以每小時300°的升溫速度,升溫到700°後,保持一個小時,使薄殼模完全氣化。
- 如請求項1所述之採用雙薄殼膜工藝的鑄造方法,其中在步驟六中,將含有甲苯的溶液由澆口注入薄殼模中,放置4小時,使薄殼模完全被分解,再把外殼模內的液體清除。
- 如請求項1所述之採用雙薄殼膜工藝的鑄造方法,其中在步驟六中,將此有雙層殼模的砂箱放入有通風系統的燒結爐中,澆口朝上,以每小時50°至400°的升溫速度,開始升溫到150°至1000°,保持30分鐘至1小時,破壞薄殼模的完整性,再降至室溫,清除外殼模內的雜質。
- 如請求項1所述之採用雙薄殼膜工藝的鑄造方法,其中薄殼膜的厚度不超過2mm。
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