TWM520421U - 採用３ｄ打印殼模之真空澆鑄裝置 - Google Patents

Description

採用3D打印殼模之真空澆鑄裝置

本創作係涉及鑄造工藝技術領域，特指一種採用3D打印殼模之真空澆鑄裝置。

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；其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，雖然將上述3D打印技術引入精密鑄造行業後，也存在一定的不足；首先，由於直接採用3D打印的殼模非常薄，其無法承載較大的壓力，如果直接用殼模來進行澆鑄，熔融的原料進入殼模後，可能造成殼模因承載力不足而破損的情況，所以，本創作人經過不斷研究實驗，將3D打印技術引入脫蠟鑄造領域，同時，也提出了一種全新的真空澆鑄裝置。

本創作提供一種採用3D打印殼模之真空澆鑄裝置，係包括：一真空箱，該真空箱具有一密閉之腔室，該腔室內設置有砂箱和可轉動之電爐；並於該腔室外安裝有對其抽真空之氣泵，其特徵在於： 該腔室內還設置有振動裝置，其中該砂箱放置在該振動裝置上，並在砂箱內埋設有通過3D打印之殼模，透過振動裝置將殼模外部的砂子振動緊實；且該殼模的澆鑄口顯露於砂箱的砂面，並對應電爐的出口，透過電爐的轉動將熔融的原料注入殼模的澆鑄口內。

其中該殼模的厚度為0.1~1毫米。

本創作之主要目的係在於：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打印殼模之真空澆鑄裝置。

由於本創作採用上述技術方案後，殼模直接採用3D打印機出來，這樣就少了傳統工藝中的殼模製作過程，提高了生產效率，同時，本創作在整個鑄造過程均在真空環境下完成，能夠有效防止在高頻電爐澆鑄的過程中，金屬液被氧化的現象，以提高鑄造鑄件的質量，本創作為了克服3D打印的殼模承載力不足的問題，在真空箱內設置砂箱，使用時，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，關閉腔室，然後對腔室進行抽真空處理，令腔室內的空間成為負壓狀態，然後進行澆鑄；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，這樣就可以避免殼模因承載力不足而在澆鑄時破損之情況。

本創作：

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圖係本創作3D打印殼模之鑄造步驟流程圖。

第2圖係本創作澆鑄裝置之結構示意圖。

首先，請參閱第1圖至第2圖所示，為本創作之「採用3D打印殼模之真空澆鑄裝置」之具體實施例和附圖對本創作進一步說明；首先，對本創作是應用在採用3D打印殼模的鑄造方法中，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，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，本創作所述的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，本創作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，但是這種成型是通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繞結清除，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。

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。

上述方法中，於步驟四中需要使用本創作的澆鑄裝置，請參閱第2圖所示，為本創作之「採用3D打印殼模之真空澆鑄裝置」，係包括：一真空箱1，該真空箱1具有一密閉之腔室10，該腔室10內設置有砂箱2和可轉動的電爐3；並於該腔室10外安裝有對其抽真空之氣泵5，且該腔室10內還設置有振動裝置4，其中該砂箱2放置在該振動裝置4上，並在砂箱2內埋設有通過3D打印之殼模6，透過振動裝置4將殼模6外部的砂子振動緊實；且該殼模6的澆鑄口顯露於砂箱2的砂面，並對應電爐3的出口，透過電爐3的轉動將熔融的原料注入殼模6的澆鑄口內。

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；該腔室10與一抽真空的氣 泵5連接，以對腔室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。

以下是本新型與先有技術之比較：

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，本創作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。

綜合以上所述，一種採用3D打印殼模之真空澆鑄裝置又未曾見於諸書刊或公開使用，誠符合新型專利申請要件，懇請 鈞局明鑑，早日准予專利，至為感禱。需陳明者，以上所述乃是本創作之具體實施例及所運用之技術原理，若依本創作之構想所作之改變，其所產生之功能作用仍未超出說明書及圖式所涵蓋之精神時，均應在本創作之範圍內，合予陳明。

1‧‧‧真空箱

10‧‧‧腔室

2‧‧‧砂箱

3‧‧‧電爐

4‧‧‧振動裝置

5‧‧‧氣泵

6‧‧‧殼模

Claims (2)

1. 一種採用3D打印殼模之真空澆鑄裝置，係包括：一真空箱，該真空箱具有一密閉之腔室，該腔室內設置有砂箱和可轉動之電爐；並於該腔室外安裝有對其抽真空之氣泵，其特徵在於：該腔室內還設置有振動裝置，其中該砂箱放置在該振動裝置上，並在砂箱內埋設有通過3D打印之殼模，透過振動裝置將殼模外部的砂子振動緊實；且該殼模的澆鑄口顯露於砂箱的砂面，並對應電爐的出口，透過電爐的轉動將熔融的原料注入殼模的澆鑄口內。
2. 如請求項1所述之採用3D打印殼模之真空澆鑄裝置，其中該殼模的厚度為0.1~1毫米。