WO2018023833A1

WO2018023833A1 - 一种基于3d打印技术的金属铸造件制备方法

Info

Publication number: WO2018023833A1
Application number: PCT/CN2016/095068
Authority: WO
Inventors: 罗小帆; 赵俊恒; 裴兆鵾
Original assignee: 苏州聚复高分子材料有限公司
Priority date: 2016-08-01
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2018-02-08
Also published as: CN106475521A; CN106475521B

Abstract

一种基于3D打印技术的金属铸造件制备方法，包含但不限于以下步骤：(1)采用3D打印技术得到目标金属铸造件的3D打印模型；(2)对所述3D打印模型进行抛光后处理；(3)将处理后的所述3D打印模型采用铸造工艺得到型壳；(4)对所述型壳加热焙烧，使所述3D打印模型彻底燃烧汽化消失，再将融化的金属液体浇注到所述型壳内得到金属铸造件。通过上述方法，可以方便实现复杂铸件的铸造，得到的铸件具有较高的尺寸精度、表面光洁度和铸件一致性。

Description

一种基于3D打印技术的金属铸造件制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属铸造件制备方法，特别是涉及一种基于3D打印技术的金属铸造件制备方法。

背景技术

3D打印又称为增材制造，是近30年来兴起并快速发展的一类基于逐层材料累加原理的先进制造方法。根据美国材料与试验协会F42委员会(ASTM Committee F42)的定义，3D打印总共包含7项子技术：材料挤出(Material Extrusion)、材料喷射(Material Jetting)、粘合剂喷射(Binder Jetting)、容器式光聚合(Vat Photopolymerization)、层叠制造(Sheet Lamination)、粉末床融合(Powder Bed Fusion)、定向能量沉积(Directed Energy Fusion)。其中材料挤出式、容器式光聚合和粉末床融合技术应用最为广泛。尤其是材料挤出式3D打印，由于其较低的设备成本、较广的材料选择和较好的成型件性能等优势，在近几年获得了广泛的应用。

3D打印是一种以数字模型文件为基础，通过逐层材料堆积的方式来构造实际物体的技术。材料挤出式技术基于材料在流动态(如熔融态、溶液等)下，受压力作用下挤出、逐层堆积并固化(如玻璃态转变、结晶、溶剂挥发等)从而构建3D物体。材料挤出式3D打印中应用较为广泛的一项技术称为熔融堆积成型(fused deposition modeling)或熔融线材制造(fused filament fabrication)，其基本原理是将热塑性高分子的线材利用齿轮传送到一个高温的热端将高分子熔融，热端沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料局部熔合。这一过程会不断逐层重复，从而构建三维物体。每一个层片都是在前一层上堆积而成，前一层对当前层起到定位和支撑的作用。随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大的变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助的支撑结构，对后续层提供定位和支撑，以保证成形过程的顺利实现。

由于所有的3D打印的技术都通过逐层制造的方式构建物体，其打印件的表面通常都会出现分层并较为粗糙。这一点在材料挤出式3D打印技术中表现尤其明显。尽管对于大多数的3D打印技术，可以通过降低层高、选用小尺寸喷嘴(对于材料挤出)的方式在一定程度内提高表面光洁度，但这带来的都是成型效率的大幅下降并导致成本上升。另外可以通过对打印件进行表面抛光的方式提高其表面质量，但传统的机械抛光通常需要较多的人工和较长的处理时间，同时对于结构较为复杂的打印件处理起来非常困难。

铸造是一种将液态金属浇铸于对应零件或产品形状的空腔内，待金属冷却至固态后获取零件或产品的金属热加工方法。铸造是最常用的金属加工方法之一，广泛应用在制造业中。

失蜡铸造法是铸造中较为常用的一类工艺。其核心步骤包括：(1)制备对应最终零件形状的蜡芯，一般通过将熔融的蜡材注入到金属模具、再冷却脱模制备而成；(2)将蜡芯浸入到陶瓷浆料中进行上浆处理，再对其进行撒砂及干燥使其形成硬化的型壳，此过程可重复进行多次已获得足够厚度和强度的最终型壳；(3)对型壳进行脱蜡处理，一般通过高温水蒸气或热水处理，使蜡材融化自动流出；(4)对型壳进行高温焙烧，此过程可去除残余的蜡材，同时烧结型壳，提高其耐温和强度；(5)将液态金属浇铸到型壳中，待其自然冷却后，通过机械震动毁坏型壳，得到金属件。

近些年，出现了不少3D打印在金属铸造中的应用尝试。其主要应用思路是用3D打印取代失蜡铸造中的蜡芯，即用3D打印的方式制备铸造件的原型。其优势在于可以省去金属模具的制备，缩短周期，同时对于具有复杂结构的铸造件也有非常大的优势。但3D打印在铸造应用中也存在比较大的挑战。挑战之一涉及到3D打印的表面质量。如之前所述，3D打印通过逐层叠加的方式构建物体，因此打印件表面都会出现分层。这一点对于材料挤出式3D打印表现尤其明显。如果应用在铸造中，这一表面分层导致金属件的表面也出现同样的分层，导致表面质量差。这一挑战也极大地限制了3D打印，尤其是成本较低的材料挤出式3D打印技术在金属铸造中的应用。

中国发明专利申请CN104385593A中公开了一种通过雾化液态蜡材乳液，将其涂敷在光固化打印件表面从而降低其表面粗糙度的方法。但这种方法需要准备额外的液态蜡材乳液，且对于乳液的物理性质有较高要求，增加了工艺的复杂性。同时涂层的厚度也较难以精准控制。

在PCT专利申请(申请号PCT/CN2015/081512)中，发明人公布了一种通过微液滴技术对3D打印件做后处理的方法。其方法优势在于仅需要使用普通的溶剂即可，效率高且无需额外人工。

但在上述两项专利中都未提到如何与铸造工艺相结合，因此并不能直接取代蜡芯应用于金属铸造中。因此一种能够提高铸件表面质量的，应用3D打印技术的金属铸造件的制备方法是目前市场所需。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于3D打印技术的金属铸造件制备方法，能大幅度提高铸件表面质量，具有成本低、容易实施等特点，非常适合于大规模工业应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于3D打印技术的金属铸造件制备方法，包含但不限于以下步骤：(1)采用3D打印技术得到目标金属铸造件的3D打印模型；(2)对所述3D打印模型进行抛光后处理；(3)将处理后的所述3D打印模型采用铸造工艺得到型壳；(4)对所述型壳加热焙烧，使所述3D打印模型彻底燃烧汽化消失，再将融化的金属液体浇注到所述型壳内得到金属铸造件。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(1)中所述3D打印技术为材料挤出式3D打印、容器式光聚合3D打印、粉末床融合3D打印中的一种。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(1)中所述3D打印技术为材料挤出式3D打印。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(1)中所述3D打印模型的构成材料中包括一种或多种热塑性高分子材料。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(1)中所述3D打印模型的构成材料中包括以下一种或多种热塑性高分子材料：聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛类化合物、聚酰胺、聚己内酯、聚对苯二甲酸二甲酯PET及其共聚物、聚苯乙烯、高抗冲基苯乙烯或硝酸纤维素。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(1)中所述3D打印模型的构成材料中包括以下一种或多种热塑性高分子材料：聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS或聚乙烯醇缩醛类化合物。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(1)中所述3D打印模型的构成材料中包括聚乙烯醇缩醛类化合物。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(1)中所述3D打印模型的构成材料中包括聚乙烯醇缩丁醛PVB。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(1)中所述3D打印模型的构成材料中聚乙烯醇缩丁醛的质量分数大于等于50％。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(1)中所述3D打印模型的构成材料的残留灰分小于或等于0.5％。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(1)中所述3D打印模型能溶解或部分溶解于液体中。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(1)中所述3D打印模型能溶解或部分溶解的液体为以下的一种或多种：水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正戊醇、苯甲醇、丁醇、双丙酮醇、丙二醇乙醚/甲醚/丙醚、丙酮、甲乙酮、环已酮、二氯甲烷、氯仿、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(1)中所述3D打印模型能溶解或部分溶解的液体为乙醇、异丙醇、水或包含其中一种或多种的任意混合物。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(2)中所述抛光后处理的方法包含微液滴抛光法、溶剂蒸汽法、溶剂浸泡法中的一种或多种。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(2)中所述抛光后处理的方法包含微液滴抛光法。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(2)中使用的微液滴抛光法中使用的雾化溶剂的设备是超声雾化器、微孔雾化器、射流式雾化器中的一种或多种。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(2)中使用的微液滴抛光法中使用的雾化溶剂的设备是微孔雾化器。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(2)中所述抛光后处理中采用到包括下面的一种或多种溶剂，以及与水的任意比例混合物：甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正戊醇、苯甲醇、丁醇、双丙酮醇、丙二醇乙醚/甲醚/丙醚、丙酮、甲乙酮、环已酮、二氯甲烷、氯仿、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(2)中所述抛光后处理中采用的溶剂为乙醇、异丙醇、水或包含其中一种或多种的任意混合物。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(2)中处理后的3D打印模型的表面粗糙度满足：Rz小于或等于10微米。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(4)中所述加热焙烧的温度大于或等于600℃。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(4)中所述加热焙烧的时间在20-180分钟之间。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(4)中还包括，在浇注之前，将焙烧过的型壳自然冷却至室温，对冷却后的型壳进行二次清洗，对清洗后的型壳再次进行加热焙烧。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(4)中对型壳的二次清洗为使用水、溶剂、压缩空气中的一种或多种进行清洗。

本发明的有益效果是：本发明的基于3D打印技术的金属铸造件制备方法，节约了模具费用，缩短了零件制作周期，可以方便实现复杂铸件的铸造，得到的铸件具有较高的尺寸精度、表面光洁度和铸件一致性，特别适合于小批量复杂金属铸件的生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明的基于3D打印的金属铸造件制备方法一较佳实施例的工艺流

程示意图；

图2是本发明一较佳实施例中3D打印材料的TGA测试图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请提供一种基于3D打印的金属铸造件制备方法，包括步骤为：

(1)3D打印线材的制备：

按照组分为PVB树脂-1、PVB树脂-2、抗氧剂、颜料进行配比，其中PVB树脂-1的分子量为3000g/mol，粘度为35-60mPas(10％乙醇溶液)，PVB树脂-2的分子量为6000g/mol，粘度为160-260mPas(10％乙醇溶液)，抗氧剂为BASF B215，颜料为Clariant Scarlet 4RF。所述各组分占总重量的质量分数为：PVB树脂-1 30％、PVB树脂-2 69％、抗氧剂0.5％、颜料0.5％。

将上述各组分混合均匀，投入到20mm同向双螺杆挤出机中塑化挤出并使用切粒机造粒，双螺杆造粒工艺如下：

一区	二区	三区	四区	五区	口模	转速
140℃	180℃	200℃	200℃	200℃	190℃	150rpm/min

将上述制备的粒料进行干燥，然后加入到一台20mm单螺杆挤出机中，设置其挤出机加料段、压缩段、计量段和圆柱形口模的温度分别为180℃、190℃、200℃和200℃(可根据实际情况调整)。挤出的熔体经过水槽冷却、风干和牵引机拉伸后制备成直径约为1.75毫米的单丝，并进行收卷。收卷后的单丝材料可直接用于材料挤出式、FDM或FFF 3D打印，一般打印温度在185-220℃之间。

(2)3D打印材料的降解灰分测试

将步骤(1)挤出的单丝取样约9mg进行热失重分析(TGA)测试(测试设备：铂金埃尔默STA6000)，测试环境空气氛，在室温下以10℃/min的升温速率升温至800℃。图2是取样单丝的TGA测试图，从图中可以观察到单丝样品在升温至600℃后已经全部气化消失，重量残留<0.1％。

(3)采用3D打印技术得到目标金属铸造件的3D打印模型

本发明技术中可以使用的3D打印技术是材料挤出(Material Extrusion)、材料喷射(Material Jetting)、粘合剂喷射(Binder Jetting)、容器式光聚合(Vat Photopolymerization)、层叠制造(Sheet Lamination)、粉末床融合(Powder Bed Fusion)、定向能量沉积(Directed Energy Fusion)中的任何一种。优选地，使用的3D打印技术可以为材料挤出式3D打印、容器式光聚合3D打印、粉末床融合3D打印中的任何一种。最优选地，使用的3D打印技术为材料挤出式3D打印。

所述材料挤出式3D打印可以使用多种不同形态的原料，如粒料、粉料、溶液、线材等。最常见的材料挤出式3D打印使用线材，这类技术也通常被称为熔融沉积成型(fused deposition modeling或FDM)或熔融线材制造(fused filament fabrication或FFF)。线材通常要求连续且直径均匀。最常见的线材平均直径在1.75mm、2.85mm或3mm左右。

本实例中使用的3D打印技术是材料挤出式3D打印，也通常被称为熔融沉积成型(fused deposition modeling或FDM)或熔融线材制造(fused filament fabrication或FFF)。打印的具体参数设置为：打印温度：220℃、层高：0.2mm、填充率：20％、打印速度：45mm/s、外壳厚度：0.8mm、底层与顶层(完全填充层)厚度：0.8mm。

本发明公布的技术方案步骤(1)中3D打印模型的构成材料中包括一种或多种热塑性高分子材料。优选地，所述热塑性高分子材料为聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛类化合物、聚酰胺、聚己内酯、聚对苯二甲酸二甲酯PET及其共聚物、聚苯乙烯、高抗冲基苯乙烯或硝酸纤维素。更优选地，所述热塑性高分子材料为聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS或聚乙烯醇缩醛类化合物。更更优选地，所述热塑性高分子材料为聚乙烯醇缩醛类化合物。最优选地，所述热塑性高分子材料为聚乙烯醇缩丁醛PVB，其中所述3D打印模型的构成材料中聚乙烯醇缩丁醛的质量分数大于等于50％。

3D打印模型的构成材料需要在高温焙烧后有较低的残留灰分。残留灰分的表征方法可以是：称取一定质量(m₁)材料样品，对其加热至和金属铸造型壳焙烧温度接近的温度范围(如600-1200℃)，在其充分降解后，称量剩余不降解组分(灰分)的质量(m₂)，并计算残留灰分占初始质量的百分比(m₂/m₁×100％)。本发明中所述热塑性高分子材料的灰分百分比一般应该在0.5％以下。优选地，灰分百分比在0.1％以下。

本发明公布的技术方案中所述3D打印模型能溶解或部分溶解于液体中；优选地，所述液体为水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正戊醇、苯甲醇、丁醇、双丙酮醇、丙二醇乙醚/甲醚/丙醚、丙酮、甲乙酮、环已酮、二氯甲烷、氯仿、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸中的一种或多种；最优选地，所述液体为乙醇、异丙醇、水或包含其中一种或多种的任意混合物。

取决于3D打印模型的结构复杂程度和3D打印的设备，除了构成3D打印模型的成型材料外，还可能用到一种或多种支撑材料。支撑材料的用途是在3D打印过程中为3D打印模型的悬空部分提供临时的支撑。在打印完成后支撑材料可以通过直接剥离、溶解等方式进行去除。

一般3D打印模型表面通常都会有明显的分层，其层高和打印工艺有关，但通常在0.05-0.3mm之间，或者在0.2mm左右。这一分层导致3D打印模型表面粗糙，其粗糙度可用轮廓最大高度(Rz)来表征，其定义是：在取样长度内轮廓峰顶线和谷底线之间的距离。通常3D打印模型在打印完后Rz可在数十至数百微米之间。较大的粗糙度会导致最终金属件表面质量低下，降低金属件的使用范围，或需要大量的后抛光，耗费人工。因此需要进行处理步骤。

(4)对所述3D打印模型进行抛光后处理

将打印完成的PVB材质的所述3D打印模型放入含有一个微孔雾化器的密闭空间中，溶剂使用95％浓度的乙醇。雾化器核心是一片含有380个8μm孔径、振动频率112Khz的微孔雾化片，所述3D打印模型在微孔雾化器产生的乙醇雾气中抛光30min。

对所述3D打印模型进行抛光后处理，能降低或消除原型件表面的层隙，降低原型件的表面粗糙度。传统的抛光方法为机械抛光，不适合许多的高分子材料，且耗费人力。所述抛光后处理优选地抛光方法包括溶剂蒸汽法、溶剂浸泡法和微液滴抛光法。

所述溶剂蒸汽法一般采取将可溶解打印件所使用的高分子材料的溶剂加热至沸点以上，使打印件暴露在溶剂蒸汽中，依靠蒸汽溶化打印件表面的高分子材料达到抛光效果。优点是抛光效率高，缺点是容易丢失大量细节并且由于需要加热溶剂使得操作过程中危险系数较高。

所述溶剂浸泡法一般采取将打印件直接浸入溶剂中一段时间后取出晾干，优点操作简单，缺点是难以控制抛光效果，打印件容易变形。

所述微液滴抛光法是将溶剂通过雾化器将溶剂雾化成气溶胶形式充满整个密闭容器，雾化出的溶剂小液滴不断粘附在打印件表层，将表层溶化，溶化后的表层可以自动流平并填满零件原型表面的层隙，达到抛光的效果。所述抛光后处理最优地采取微液滴抛光法。

所述微液滴抛光法中的雾化器可使用超声雾化器、微孔雾化器、或射流式雾化器中的一种或多种。所述微液滴抛光法最优地采取微孔雾化器。

超声雾化器(Ultrasonic wave nebulizer)的原理是使用超声波定向压强，使液体表面隆起，在隆起的液面周围发生空化作用，使液体雾化成微米级的气雾。这种超声雾化器是通过电子高频震荡(振荡频率为1.7MHz或2.4MHz，超过人的听觉范围，该电子振荡对人体动物无伤害)，通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液体结构打散而产生自然飘逸的雾气，不需加热或添加任何化学试剂。使用时必须将这种雾化器浸没在液体中后才可以工作。

微孔雾化器(Vibrating mesh technology)的原理是利用超声波作为动力源，金属微孔片与超声波压电陶瓷相联接，通过压电陶瓷带动微孔金属板振动，通过金属板微孔溢出来的液体就会被弹起，形成雾气。所述微孔雾化器的关键元件是金属微孔片，金属微孔片的关键就是金属微孔。适合于本发明的金属微孔片上通常有200-1000个微孔，微孔的直径一般小于10微米。微孔雾化片通过一根与微孔金属片背面相接处的吸水棒，将液体吸取至金属微孔片下的表面。由于金属微孔片的振动，吸水棒上的液体通过金属微孔片的微孔被传到上表面，并在上表面上被弹射起来，产生所需要的雾气，实现雾化功能。

射流式雾化器(Jet nebulizer)是根据文丘里(Venturi)喷射原理设计的，利用压缩空气通过细小管口形成高速气流，产生的负压带动液体一起喷射到阻挡物上，在高速撞击下向周围飞溅使液滴变成雾状微粒从喷口喷出。

抛光后处理中采用的溶剂可以根据成型材料的具体种类进行选择。优选地，所述抛光后处理中采用的溶剂包括下面的一种或多种，以及与水的任意比例混合物：甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正戊醇、苯甲醇、丁醇、双丙酮醇、丙二醇乙醚/甲醚/丙醚、丙酮、甲乙酮、环已酮、二氯甲烷、氯仿、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸。

处理后的3D打印模型表面粗糙度Rz一般在数十微米或以下。优选地，处理后的3D打印模型Rz≤10微米。

通过抛光后处理方法能平滑3D打印模型表面由于3D打印技术所带来的分层结构，从而提高原型件以及最终金属铸造件的表面光洁度。

(5)金属铸造

在抛光后处理后，可以将处理后的所述3D打印模型和浇冒口系统(一般用蜡材制备)组合在一起，成为整体模组的步骤。这一步骤时常也被称为“组数”。模组组装的方法有焊接法、粘接法和机械组装法等。这属于失蜡铸造的通常步骤。

所述铸造工艺一般的方法是将3D打印模型(包含组装成模组的3D打印模型)浸涂耐火涂料，撒上料状耐火材料，再经干燥、硬化等步骤，并通常反复多次，使耐火涂挂层达到需要的厚度为止。这样便在模组上形成了多层型壳，通常将其停放一段时间，使其充分硬化，得到最终多层型壳。这一步也是失蜡铸造中通常用到的型壳形成方法，可以根据实际需求进行调整。

之后还可以进行脱蜡步骤。这一步骤的主要目的是除去组成浇冒口系统的蜡材并对其进行回收。可以使用的方法包括蒸汽脱蜡法、热水脱蜡法等，可根据实际情况进行选择。

再对所述型壳加热并焙烧，将融化的金属液体浇注到所述型壳内得到金属铸造件。对型壳进行焙烧的目的是烧除打印件和参与的蜡材，形成干净的空腔，同时提高型壳的耐温和强度。焙烧温度T可根据具体工艺要求、浇铸金属种类等因素进行选择。一般而言T不低于600℃。优选地，T在600-1450℃之间。焙烧时间t也可以根据工艺条件进行选择，一般而言t不低于20分钟。优选地，t在20-180分钟之间。

将焙烧后的型壳从高温焙烧炉中取出并直接往型壳内部浇注熔融金属液。待型壳冷却后进行震动脱壳，去除包覆在铸件外表面的坚硬型壳。还可进行打磨、喷砂、抛光等后处理工序，以提高铸件的表面质量，最终制得目标金属铸件。

将焙烧后的型壳从高温焙烧炉中取出后可以包括额外的对型壳进行清洗的步骤。具体为：将焙烧过的型壳自然冷却至室温左右后，对型壳内部通以水、溶剂、压缩空气中的一种或多种方式进行清洗，对清洗后的型壳再次进行加热焙烧。优选地，对型壳的清洗为使用水进行清洗。清洗后，型壳可对其再次进行升温至T’进行焙烧，焙烧时间为t’。T’、t’可以和T、t相同或类似，也可以根据铸造金属和工艺的种类进行调整。

具体步骤为：

1)使用薄片状的烙铁把处理后的所述3D打印模型和通用蜡型焊在一起。将整体树脂原型进行逐层硅溶胶挂浆撒砂制壳，其中每挂一次浆对应地撒一层砂，等前一层型壳干燥硬化后再次挂浆撒砂制下一层型壳，且除首次挂浆后撒锆英砂作为面层砂外后面每次撒砂都用莫来砂，如此反复进行4～6次硅溶胶挂浆并撒砂过程，然后再进行硅溶胶封浆处理，待其干燥硬化后型壳制作完成。

2)将硬化后的型壳放入90℃的热水中1小时，脱去通用蜡型的蜡。

3)将脱去通用蜡型的型壳放入1000℃的焙烧炉中焙烧50分钟，使型壳内的3D打印模型燃烧气化消失。

4)取出型壳冷却至室温，使用清水反复冲洗型腔内部4-5次。

5)将清洗后的型壳再次放入1000℃的焙烧炉内焙烧20分钟，准备浇铸。

6)将型壳从高温焙烧炉中取出并直接往型壳内部浇注熔融不锈钢304金属液。

7)待型壳冷却后进行震动脱壳，去除包覆在铸件外表面的坚硬型壳，最后进行打磨、喷砂、抛光等后处理工序，以提高铸件的表面质量，最终制得目标金属铸造件的精密金属铸件。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

一种基于3D打印技术的金属铸造件制备方法，其特征在于，包含但不限于以下步骤：(1)采用3D打印技术得到目标金属铸造件的3D打印模型；(2)对所述3D打印模型进行抛光后处理；(3)将处理后的所述3D打印模型采用铸造工艺得到型壳；(4)对所述型壳加热焙烧，使所述3D打印模型彻底燃烧汽化消失，再将融化的金属液体浇注到所述型壳内得到金属铸造件。
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述3D打印技术为材料挤出式3D打印、容器式光聚合3D打印、粉末床融合3D打印中的一种。
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述3D打印技术为材料挤出式3D打印。
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述3D打印模型的构成材料中包括一种或多种热塑性高分子材料。
根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述3D打印模型的构成材料中包括以下一种或多种热塑性高分子材料：聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛类化合物、聚酰胺、聚己内酯、聚对苯二甲酸二甲酯PET及其共聚物、聚苯乙烯、高抗冲基苯乙烯或硝酸纤维素。
根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述3D打印模型的构成材料中包括以下一种或多种热塑性高分子材料：聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS或聚乙烯醇缩醛类化合物。
根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述3D打印模型的构成材料中包括聚乙烯醇缩醛类化合物。
根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述3D打印模型的构成材料中包括聚乙烯醇缩丁醛PVB。
根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述3D打印模型的构成材料中聚乙烯醇缩丁醛的质量分数大于等于50％。
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述3D打印模型的构成材料的残留灰分小于或等于0.5％。
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述3D打印模型能溶解或部分溶解于液体中。
根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述3D打印模型能溶解或部分溶解的液体为以下的一种或多种：水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正戊醇、苯甲醇、丁醇、双丙酮醇、丙二醇乙醚/甲醚/丙醚、丙酮、甲乙酮、环已酮、二氯甲烷、氯仿、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸。
根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述3D打印模型能溶解或部分溶解的液体为乙醇、异丙醇、水或包含其中一种或多种的任意混合物。
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述抛光后处理的方法包含微液滴抛光法、溶剂蒸汽法、溶剂浸泡法中的一种或多种。
根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述抛光后处理的方法包含微液滴抛光法。
根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中使用的微液滴抛光法中使用的雾化溶剂的设备是超声雾化器、微孔雾化器、射流式雾化器中的一种或多种。
根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中使用的微液滴抛光法中使用的雾化溶剂的设备是微孔雾化器。
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述抛光后处理中采用到包括下面的一种或多种溶剂，以及与水的任意比例混合物：甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正戊醇、苯甲醇、丁醇、双丙酮醇、丙二醇乙醚/甲醚/丙醚、丙酮、甲乙酮、环已酮、二氯甲烷、氯仿、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸。
根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述抛光后处理中采用的溶剂为乙醇、异丙醇、水或包含其中一种或多种的任意混合物。
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中处理后的3D打印模型的表面粗糙度满足：Rz小于或等于10微米。
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述加热焙烧的温度大于或等于600℃。
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述加热焙烧的时间在20-180分钟之间。
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中还包括，在浇注之前，将焙烧过的型壳自然冷却至室温，对冷却后的型壳进行二次清洗，对清洗后的型壳再次进行加热焙烧。
根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中对型壳的二次清洗为使用水、溶剂、压缩空气中的一种或多种进行清洗。