WO2023211317A1 - Method for additively manufacturing irregularly shaped articles - Google Patents

Method for additively manufacturing irregularly shaped articles Download PDF

Info

Publication number
WO2023211317A1
WO2023211317A1 PCT/RU2023/050096 RU2023050096W WO2023211317A1 WO 2023211317 A1 WO2023211317 A1 WO 2023211317A1 RU 2023050096 W RU2023050096 W RU 2023050096W WO 2023211317 A1 WO2023211317 A1 WO 2023211317A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
mixture
sand
binder
molding material
Prior art date
Application number
PCT/RU2023/050096
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Александр Геннадьевич НЕТКАЧЕВ
Петр Игоревич ГАЛИНОВ
Вадим Кирович КИРАДИЕВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "АВП Инновации"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2022111839A external-priority patent/RU2782715C1/en
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "АВП Инновации" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "АВП Инновации"
Publication of WO2023211317A1 publication Critical patent/WO2023211317A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/188—Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control
    • B29C64/194—Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control during lay-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing

Definitions

  • the invention relates to metallurgy, in particular, to the technology of layer-by-layer synthesis of complex casting molds from a mixture of refractory molding material and a binder component and can be used for the manufacture of one-time casting molds and cores of particularly complex configurations for use in aviation, automotive, shipbuilding and other industries.
  • the disadvantage of the known solution is its labor intensity and high cost, since when implementing the known method, a product model is first created manually, on a CNC (computer numerical control) machine or from plastic using additive technologies: SLA, SLS, DLP, then its wax copy is obtained, which a shell mold is applied layer by layer, then the wax copy is removed and only after that metal is poured into the mold, which increases the technological chain and production time, and also limits the use of technology in the case of the presence of internal channels and cavities in the casting, due to high labor intensity or impossibility removing mold material from the casting.
  • the solution RU 2680168 C2 is known from the prior art (published on 02/18/2019 B22C 9/02, B33Y 10/00) which discloses a method for manufacturing three-dimensional products complex shape from a sand-polymer mixture, including creating a three-dimensional computer model of a layer-by-layer manufactured product, preparing sand to a dispersion of no more than half the thickness of the applied single layer, mixing sand with a polymer or oligomer composition in a sand preparation hopper, layer-by-layer application of sand to the substrate in accordance with the sections three-dimensional computer model until the programmed shape of the product is formed and layer-by-layer selective curing of each layer of the sand-polymer mixture until it hardens, while layer-by-layer selective curing of each layer of the sand-polymer mixture before it hardens is carried out to the depth of the layer in two stages, first in each applied The layer is introduced with a chemical reagent as a hardener by
  • the disadvantages of the known method include the process of mixing sand with a polymer or oligomer composition before application, which significantly complicates the application of the layer or makes it impossible without the appearance of defects and/or requires considerable time.
  • the method involves heat treatment of the layers.
  • Another disadvantage is the limitation in the use of materials, since only quartz sand is used to implement the method.
  • the solution RU 2707372 C1 is known (published on November 26, 2019 B22C 9/02, B33Y 10/00) which discloses a method for manufacturing casting molds of complex geometry from a sand-polymer mixture, including the creation of a three-dimensional computer model of a layer-by-layer casting mold, preparation sand to a dispersion of no more than one-third of the thickness of the applied layer, mixing sand with a catalyst in the sand preparation bunker, layer-by-layer application of the resulting mixture onto the substrate and layer-by-layer selective curing of each layer to the depth of the layer in two stages, while first adding a polymer binder to each applied layer by injecting it into a layer of sand with a catalyst, and upon completion of processing with a binder, each layer is subjected to laser processing along the contour of the section being manufactured.
  • the disadvantages of the known technical solution include the fact that to implement the method it is necessary to prepare the sand to a dispersion of no more than one third of the thickness of the applied layer.
  • each layer is subjected to laser processing along the contour of the section being manufactured, which complicates and increases the cost of the process.
  • the solution RU 2742095 C1 is known, (published on 02.02.2021 B22S 9/02, B33Y 10/00) which discloses a method for manufacturing complex-shaped products from sand-polymer mixtures, including layer-by-layer computer modeling of the product on a ZI printing device , preparation of sand, layer-by-layer laying of sand on a substrate and application of a polymer binder to it, layer-by-layer selective processing of each layer in accordance with computer sections of the model until the programmed shape of the product is formed, while after applying each layer the quality of sand laying is monitored using a surface quality scanner, installed in the 3D printing device opposite the printing field, and control of the application of the binder using an external vision system.
  • the solution RU 2695084 C2 (published on July 19, 2019 B22C 9/02, B33Y 10/00) is known from the prior art, which discloses a method for manufacturing complex-shaped products from sand-polymer mixtures.
  • sand is first prepared to a dispersion of no more than half the thickness of the applied single layer.
  • the sand is mixed in a sand-polymer mixture preparation bunker with a chemical catalyst, which is para-toluenesulfonic acid.
  • the device for applying the chemical composition in accordance with the computer program of a single cross-section of the 3D model of the manufactured product, applies a chemical composition based on furfuryl alcohol by injecting it into the sand layer, curing the sand-polymer mixture to the depth of the layer.
  • the ratio of the chemical composition is from 0.5% to 1% of the mass of sand, and the content of the chemical catalyst is from 5% to 10% of the mass of the chemical composition.
  • the device for applying the chemical reagent is located at a distance of no more than 20 mm from the layer being treated. Then the heat treatment device acts on the hardened areas of the layer, intensifying the hardening process of the sand-polymer mixture. After selective chemical and thermal processing of the first layer, the substrate is lowered down by the amount of the next layer of powder. A new layer of powder material is applied by the powder feeding and applying device, subjected to vibration during the process, and the chemical and heat treatment process is repeated until the product is completed.
  • the technical solution ensures the production of a casting mold with a configuration of any complexity and high strength characteristics, low gas-filling capacity and high gas permeability for accurate, defect-free production of metal castings in the shortest possible time, which is achieved through the use of a set of methods of chemical and thermal sand treatment -polymer mixture produced in the optimal sequence.
  • the disadvantages of the method include the implementation of vibration effects on the entire volume of the sand mixture in the bunker, which leads to damage to the products, poor adhesion of the layers and deterioration in the accuracy of the product. Also, this method requires subsequent heat treatment, which complicates and increases the cost of the process.
  • Other disadvantages of the known solution include its use for limited sand-polymer mixtures; the method does not involve the use of other refractory materials.
  • the problem to be solved by the claimed invention is the development of a method that improves the quality of the resulting products, reduces defects and increases the productivity of the process, devoid of the disadvantages of the prior art.
  • This problem is solved by reducing the force of internal friction in the applied material and the friction of the leveling device on the molding material, by ensuring fluidization of the mixture to the depth of the layer at the point of leveling, as well as by vibrating the layer, which leads to better application of the layer and a significant reduction in scrap when creating a layer.
  • the proposed invention achieves a technical result consisting in reducing the internal friction of the molding material and the friction of the leveling device on the molding material during layer application and increasing the packing density of the mixture particles.
  • Reducing internal friction and friction of the leveling device on the molding material helps to improve the quality of applying a layer of refractory molding material, which in turn ensures a reduction defects during pouring, and also increases the speed of application of refractory molding material.
  • the technical result is achieved in that during the additive manufacturing of products of complex shape, which includes mixing at least one refractory molding material and at least one catalyst to obtain a catalyst-impregnated mixture based on the molding material, layer-by-layer application of the said mixture on the working surface, adding a binder material into areas of the applied layer of the mixture, lowering the working platform by the amount of the layer and repeating the process until the given shape of the product is formed, it is proposed to vibrate the mixture of the applied layer to the depth of the applied layer in the place of leveling the mixture and vibrate the mixture of the applied layer, while supplying the mixture for applying a new layer carried out on the previous layer in the area in front of the leveling device, and the binder is fed through multi-nozzle piezoelectric print heads.
  • the thickness of the application layer of the mixture impregnated with the molding material catalyst is from 1 to 10 times the diameter of the refractory molding material particles, preferably from 1 to 5 times the diameter of the refractory molding material particles, and especially preferably from 1 to 3 times the diameter of the refractory molding material particles.
  • the refractory molding material is selected from the group consisting of quartz sand, zirconium sand, chromite sand, olivine, vermiculite, bauxite, fireclay, glass beads, granulated glass, hollow aluminum silicate microspheres, and mixtures thereof.
  • the average particle diameter of the refractory molding material, determined by sieve analysis, is from 50 to 600 ⁇ m, preferably from 100 to 300 ⁇ m.
  • the catalyst is selected from the group containing acid catalysts and alkaline catalysts.
  • the binder is selected from the group containing organic binders, such as furan, phenolic, urea-formaldehyde, inorganic binders.
  • the binder content ranges from 0.5% to 10% of the mass of the molding material.
  • the ratio of chemical catalyst ranges from 10% to 60% by weight of the binder.
  • multi-nozzle piezoelectric print heads are used, which are located at a distance of no more than 3 mm from the layer being processed. Vibratory liquefaction and compaction are carried out due to vibration of the mechanism for feeding and/or leveling the mixture and/or a vibrator located on the leveling device, for example, ultrasonic, electromechanical, pneumatic, or another method leading to a decrease in internal friction and compaction of particles.
  • the supply of the mixture for applying a new layer is carried out evenly, discretely, in portions.
  • the size (volume) of a droplet of the binding component supplied through multi-nozzle piezoelectric print heads ranges from 5 to 200 pl, while the droplet distribution density (print resolution) is in the range of 100 - 900 dots per inch (dpi).
  • Complex shapes are understood as objects that have several geometric shapes at their core. More complex objects are usually called combined, meaning that the object is basically a sum of geometric bodies.
  • Reducing the internal friction of the refractory molding sand and the friction of the leveling device on the molding material is carried out due to a local increase in mobility and a decrease in the effective viscosity of the molding sand, i.e. vibration liquefaction of the molding sand during leveling.
  • Another condition for achieving a technical result is the supply of the mixture for applying a new layer from the feeder to the previous layer to the area in front of the leveling device, thereby preventing damage to the previous layer and minimizing the contact time of the unleveled molding material with the previous layer.
  • a refractory molding material is mixed, which is selected from the group containing quartz sand, zirconium sand, chromite sand, olivine, vermiculite, bauxite, fireclay, glass beads, granulated glass, hollow aluminum silicate microspheres and mixtures thereof with a catalyst (activator) , hardener) selected from the group containing acid catalysts, alkaline catalysts.
  • a catalyst activator
  • a catalyst hardener
  • an average particle diameter of 50 to 600 ⁇ m, preferably 100 to 300 ⁇ m, of the refractory molding material, determined by sieve analysis, is used.
  • the result is a catalyst-impregnated mixture based on the molding material.
  • the resulting mixture is then applied to the working surface 3 with a thickness of 1 to 10 particle diameters of refractory molding material, preferably with a thickness of 1 to 5 particle diameters of refractory molding material, and particularly preferably with a thickness of 1 to 3 particle diameters of refractory molding material.
  • the intervals characterizing the thickness of the applied layers made of a catalyst-impregnated mixture based on the molding material equal to from 1 to 10 particle diameters of the refractory molding material, preferably a thickness of from 1 to 5 particle diameters of the refractory molding material, and especially preferably a thickness of from 1 to 3 diameters of particles of refractory molding material.
  • the molds must have a high degree of manufacturing accuracy, which is ensured only by production stages with minimal thicknesses applied to the layer.
  • a binder material is introduced into sections of the layer in accordance with the cross-section of the digital model of the product.
  • the binder is selected from the group containing organic binders, such as furan, phenolic, urea-formaldehyde, inorganic binders.
  • the binder content ranges from 0.5% to 10% of the mass of the molding material.
  • the ratio of chemical catalyst ranges from 10% to 60% by weight of the binder.
  • the size (volume) of a droplet of the binding component supplied through multi-nozzle piezoelectric print heads ranges from 5 to 200pl, while the droplet distribution density (print resolution) is in the range of 100 - 900 dots per inch (dpi).
  • the binder material is fed through multi-nozzle piezoelectric print heads 8.
  • the print head 8 is placed at a distance of no more than 3 mm from the layer being processed.
  • vibrational liquefaction and ejection compaction of the mixture of the applied layer are carried out simultaneously, however, unlike the closest analogue, where the vibration effect is carried out on the entire volume of the sand mixture in the bunker, in the proposed solution, the vibration effect is carried out on the mixture of the applied layer to the depth of the applied layer in the place where the mixture is leveled leveling device.
  • Vibratory liquefaction and compaction are carried out due to vibration of the feed mechanism 1 and/or leveling of the mixture. Or it is carried out with a vibrator located on the leveling device 2, for example, ultrasonic, electromechanical, pneumatic, or another method leading to a decrease in internal friction and compaction of particles.
  • the process of applying layers of a mixture impregnated with a catalyst based on a molding material and adding a binder material is repeated many times until the desired shape of the product 4 is formed.
  • the mixture is supplied uniformly in discrete portions with the amount of mixture per unit time necessary and sufficient to form a layer from the feeder device onto the previous layer into the zone in front of leveling device (element) 2.
  • the supply of refractory molding material, the supply of the mixture for applying a new layer is carried out from the feeder to the previous layer in the area in front of the leveling device (element) prevents damage to the previous layer, minimizing the contact time of the unleveled molding material with the previous layer, affecting it only in front of the device leveling, also gradual feeding (uniform or discrete) reduces the impact on the previous layer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of metallurgy and can be used in the manufacture of casting moulds. A method for additively manufacturing irregularly shaped articles includes mixing a refractory moulding material with a catalyst, applying the resulting mixture in successive layers to a working surface, introducing a binder material into an applied layer via multi-nozzle piezoelectric printing heads, lowering a working platform by the size of a layer, and repeating the process until a given shape has been formed. Mixture for the application of a new layer is fed into a region in front of a screeding device. During the application of each layer, the mixture is vibrofluidized throughout the depth of the layer at the mixture screeding location, and the mixture is vibrocompacted. Vibrofluidizing the mixture throughout the depth of the layer and vibrocompacting same makes it possible to reduce the internal friction in the material applied, as well as the friction of the screeding device against said material, which leads to an increase in the packing density of the particles of the mixture material and better quality application of the layer of material. This provides for a reduction in defects during the filling of casting moulds and an increase in the speed with which moulding material is applied.

Description

Способ аддитивного изготовления изделий сложной формы Method for additive manufacturing of products of complex shape
Изобретение относится к металлургии, в частности, к технологии послойного синтеза сложных литейных форм из смеси огнеупорного формовочного материала и связующего компонента и может быть использовано для изготовления разовых литейных форм и стержней особо сложной конфигурации для применения в авиационной, автомобилестроительной, кораблестроительной и других отраслей промышленности. The invention relates to metallurgy, in particular, to the technology of layer-by-layer synthesis of complex casting molds from a mixture of refractory molding material and a binder component and can be used for the manufacture of one-time casting molds and cores of particularly complex configurations for use in aviation, automotive, shipbuilding and other industries.
В настоящее время актуально применение аддитивного производства изделий сложной формы, которое позволяет изготавливать литейный формы и стержни любой конфигурации в кратчайшие сроки, что значительно ускоряет вывод продукта на рынок, повышает индивидуализацию производства и скорость реагирования на новые потребности рынки и машиностроения. Currently, the use of additive manufacturing of products with complex shapes is relevant, which allows the production of foundry molds and cores of any configuration in the shortest possible time, which significantly speeds up the introduction of the product to the market, increases the individualization of production and the speed of response to new needs of markets and mechanical engineering.
Так, из уровня техники известно решение RU 2532753 С1 (опубликовано 10.11.2014, В22С 9/04) в котором раскрыт способ изготовления многослойных оболочковых литейных форм по выплавляемым моделям, включающий послойное нанесение на блок выплавляемых моделей огнеупорной суспензии, причем, начиная со второго слоя оболочки, с использованием кислородсодержащего вещества и борной кислоты, обсыпку зернистым материалом, вытопку моделей, сушку и прокаливание, при этом кислородсодержащее вещество вводят в состав огнеупорной суспензии, к которой добавляют борную кислоту в количестве 3-4 мас.%. В качестве кислородсодержащего вещества используют полупродукт переработки шламов селитровых ванн, применяемых в цехах термической обработки для проведения операции отпуска, в количестве 2-4%масс. суспензии. Thus, from the prior art there is known solution RU 2532753 C1 (published on November 10, 2014, B22C 9/04), which discloses a method for manufacturing multilayer shell casting molds using lost wax models, including layer-by-layer application of a refractory suspension to a block of lost wax models, and starting from the second layer shells, using an oxygen-containing substance and boric acid, sprinkling with granular material, burning out the models, drying and calcination, while the oxygen-containing substance is introduced into the composition of the refractory suspension, to which boric acid is added in an amount of 3-4 wt.%. As an oxygen-containing substance, an intermediate product of processing the sludge of saltpeter baths used in heat treatment shops for the tempering operation is used in an amount of 2-4 wt%. suspensions.
Недостатком известного решения является его трудоемкость и высокая стоимость, поскольку при реализации известного способа сначала создается модель изделия вручную, на ЧПУ (числовое программное управление) станке или из пластика с применением аддитивных технологий: SLA, SLS, DLP, затем получают ее восковую копию, на которую послойно наносят оболочковую форму, затем удаляют восковую копию и только после этого в форму льют металл, что увеличивает технологическую цепочку и сроки изготовления, а так же ограничивает применение технологии в случае наличия внутренних каналов и полостей в отливке, в связи с высокой трудоемкостью или невозможностью удаления материала формы из отливки. The disadvantage of the known solution is its labor intensity and high cost, since when implementing the known method, a product model is first created manually, on a CNC (computer numerical control) machine or from plastic using additive technologies: SLA, SLS, DLP, then its wax copy is obtained, which a shell mold is applied layer by layer, then the wax copy is removed and only after that metal is poured into the mold, which increases the technological chain and production time, and also limits the use of technology in the case of the presence of internal channels and cavities in the casting, due to high labor intensity or impossibility removing mold material from the casting.
Из уровня техники известно решение RU 2680168 С2, (опубликовано 18.02.2019 В22С 9/02, B33Y 10/00) в котором раскрыт способ изготовления трехмерных изделий сложной формы из песчано-полимерной смеси, включающий создание трехмерной компьютерной модели послойного изготавливаемого изделия, подготовку песка до дисперсности не более половины толщины наносимого единичного слоя, смешивание песка с полимерной или олигомерной композицией в бункере подготовки песка, послойное нанесение песка на подложку в соответствии с сечениями трехмерной компьютерной модели до образования запрограммированной формы изделия и послойно-селективное отверждение каждого слоя песчано-полимерной смеси до ее затвердевания, при этом послойно-селективное отверждение каждого слоя песчано- полимерной смеси до ее затвердевания осуществляют на глубину слоя в два этапа, сначала в каждый нанесенный слой вносят химический реагент в качестве отвердителя путем впрыска его в песчано-полимерный слой посредством устройства нанесения химического реагента, а затем каждый слой подвергают термической обработке при температуре, которая ниже температуры воспламенения композиции и не более 200°С, посредством инфракрасных излучателей или лазера. The solution RU 2680168 C2 is known from the prior art (published on 02/18/2019 B22C 9/02, B33Y 10/00) which discloses a method for manufacturing three-dimensional products complex shape from a sand-polymer mixture, including creating a three-dimensional computer model of a layer-by-layer manufactured product, preparing sand to a dispersion of no more than half the thickness of the applied single layer, mixing sand with a polymer or oligomer composition in a sand preparation hopper, layer-by-layer application of sand to the substrate in accordance with the sections three-dimensional computer model until the programmed shape of the product is formed and layer-by-layer selective curing of each layer of the sand-polymer mixture until it hardens, while layer-by-layer selective curing of each layer of the sand-polymer mixture before it hardens is carried out to the depth of the layer in two stages, first in each applied The layer is introduced with a chemical reagent as a hardener by injecting it into the sand-polymer layer through a device for applying a chemical reagent, and then each layer is subjected to heat treatment at a temperature that is lower than the ignition temperature of the composition and not more than 200 ° C, using infrared emitters or a laser.
К недостаткам известного способа следует отнести процесс замешивания песка с полимерной или олигомерной композицией перед нанесением, что значительно усложняет нанесение слоя или делает его невозможным без появления дефектов и/или требует значительного времени. При этом способ предусматривает термическую обработку слоев. Другим недостатком является ограничение в использовании материалов, поскольку для реализации способа используется только кварцевый песок. The disadvantages of the known method include the process of mixing sand with a polymer or oligomer composition before application, which significantly complicates the application of the layer or makes it impossible without the appearance of defects and/or requires considerable time. In this case, the method involves heat treatment of the layers. Another disadvantage is the limitation in the use of materials, since only quartz sand is used to implement the method.
Из уровня техники известно решение RU 2707372 С1, (опубликовано 26.11.2019 В22С 9/02, B33Y 10/00) в котором раскрыт способ изготовления литейных форм сложной геометрии из песчано-полимерной смеси, включающий создание трехмерной компьютерной модели послойно изготавливаемой литейной формы, подготовку песка до дисперсности не более одной трети толщины наносимого слоя, смешивание песка с катализатором в бункере подготовки песка, послойное нанесение полученной смеси на подложку и послойно-селективное отверждение каждого слоя на глубину слоя в два этапа, при этом сначала в каждый нанесенный слой вносят полимерное связующее путем впрыска его в слой песка с катализатором, а по окончании обработки связующим, каждый слой подвергают лазерной обработке по контуру изготавливаемого сечения. From the prior art, the solution RU 2707372 C1 is known (published on November 26, 2019 B22C 9/02, B33Y 10/00) which discloses a method for manufacturing casting molds of complex geometry from a sand-polymer mixture, including the creation of a three-dimensional computer model of a layer-by-layer casting mold, preparation sand to a dispersion of no more than one-third of the thickness of the applied layer, mixing sand with a catalyst in the sand preparation bunker, layer-by-layer application of the resulting mixture onto the substrate and layer-by-layer selective curing of each layer to the depth of the layer in two stages, while first adding a polymer binder to each applied layer by injecting it into a layer of sand with a catalyst, and upon completion of processing with a binder, each layer is subjected to laser processing along the contour of the section being manufactured.
К недостаткам известного технического решения следует отнести то, что для реализации способа требуется подготовка песка до дисперсности не более одной трети толщины наносимого слоя. Кроме того, каждый слой подвергают лазерной обработке по контуру изготавливаемого сечения, что усложняет и удорожает процесс. Из уровня техники известно решение RU 2742095 С1, (опубликовано 02.02.2021 В22С 9/02, B33Y 10/00) в котором раскрыт способ изготовления изделий сложной формы из песчано-полимерных смесей, включающий послойное программно-компьютерное моделирование изделия на устройстве ЗИ-печати, подготовку песка, послойные укладку на подложку песка и нанесение на него полимерного связующего вещества, послойноселективную обработку каждого слоя в соответствии с компьютерными сечениями модели до образования запрограммированной формы изделия, при этом после нанесения каждого слоя осуществляют контроль качества укладки песка с помощью сканера качества поверхности, установленного в устройстве ЗВ-печати напротив поля печати, и контроль нанесения связующего вещества с помощью выносной системы технического зрения. The disadvantages of the known technical solution include the fact that to implement the method it is necessary to prepare the sand to a dispersion of no more than one third of the thickness of the applied layer. In addition, each layer is subjected to laser processing along the contour of the section being manufactured, which complicates and increases the cost of the process. From the prior art, the solution RU 2742095 C1 is known, (published on 02.02.2021 B22S 9/02, B33Y 10/00) which discloses a method for manufacturing complex-shaped products from sand-polymer mixtures, including layer-by-layer computer modeling of the product on a ZI printing device , preparation of sand, layer-by-layer laying of sand on a substrate and application of a polymer binder to it, layer-by-layer selective processing of each layer in accordance with computer sections of the model until the programmed shape of the product is formed, while after applying each layer the quality of sand laying is monitored using a surface quality scanner, installed in the 3D printing device opposite the printing field, and control of the application of the binder using an external vision system.
В данном способе отсутствует вибрационное воздействие, что приводит к неплотной укладке песка, повреждению слоев при нанесении. Другим недостатком можно считать необходимость контроля качества укладки песка с помощью сканера качества поверхности, установленного в устройстве ЗВ-печати напротив поля печати, и контроль нанесения связующего вещества с помощью выносной системы технического зрения. In this method there is no vibration effect, which leads to loose sand placement and damage to the layers during application. Another disadvantage is the need to control the quality of sand placement using a surface quality scanner installed in the 3D printing device opposite the printing field, and to control the application of the binder using an external vision system.
Из уровня техники известно решение RU 2695084 С2 (опубликовано 19.07.2019 В22С 9/02, B33Y 10/00) в котором раскрыт способ изготовления изделий сложной формы из песчано-полимерных смесей. Согласно изобретению, сначала осуществляют подготовку песка до дисперсности не более половины толщины наносимого единичного слоя. Песок смешивают в бункере подготовки песчано-полимерной смеси с химическим катализатором, в качестве которого используют паратолуолсульфокислоту. Полученную смесь дисперсностью 50-200 мкм наносят на подложку, при этом в процессе нанесения каждого песчаного слоя осуществляют вибрационное воздействие на весь объем песчаной смеси в бункере — Затем устройство нанесения химической композиции, в соответствии с компьютерной программой единичного поперечного сечения ЗВ-модели изготавливаемого изделия, наносит химическую композицию на основе фурфурилового спирта, путем впрыска ее в песчаный слой, отверждая песчано-полимерную смесь на глубину слоя. При этом соотношение химической композиции составляет от 0,5% до 1% массы песка, а содержание химического катализатора составляет от 5% до 10% массы химической композиции. Устройство нанесения химического реагента располагают на расстоянии не более 20 мм от обрабатываемого слоя. Затем устройство термической обработки воздействует на отвержденные участки слоя, интенсифицируя процесс отверждения песчано-полимерной смеси. После селективной химической и термической обработки первого слоя, подложку опускают вниз на величину следующего слоя порошка. Устройством подачи и нанесения порошка наносят новый слой порошкового материала, воздействуя вибрацией в процессе, и процесс химической и термической обработки повторяют, пока изготовление изделия не будет завершено. The solution RU 2695084 C2 (published on July 19, 2019 B22C 9/02, B33Y 10/00) is known from the prior art, which discloses a method for manufacturing complex-shaped products from sand-polymer mixtures. According to the invention, sand is first prepared to a dispersion of no more than half the thickness of the applied single layer. The sand is mixed in a sand-polymer mixture preparation bunker with a chemical catalyst, which is para-toluenesulfonic acid. The resulting mixture with a dispersion of 50-200 microns is applied to the substrate, while in the process of applying each sand layer, vibration is applied to the entire volume of the sand mixture in the bunker - Then the device for applying the chemical composition, in accordance with the computer program of a single cross-section of the 3D model of the manufactured product, applies a chemical composition based on furfuryl alcohol by injecting it into the sand layer, curing the sand-polymer mixture to the depth of the layer. In this case, the ratio of the chemical composition is from 0.5% to 1% of the mass of sand, and the content of the chemical catalyst is from 5% to 10% of the mass of the chemical composition. The device for applying the chemical reagent is located at a distance of no more than 20 mm from the layer being treated. Then the heat treatment device acts on the hardened areas of the layer, intensifying the hardening process of the sand-polymer mixture. After selective chemical and thermal processing of the first layer, the substrate is lowered down by the amount of the next layer of powder. A new layer of powder material is applied by the powder feeding and applying device, subjected to vibration during the process, and the chemical and heat treatment process is repeated until the product is completed.
Техническое решение, как указано в описании, обеспечивает получение литейной формы с конфигурацией любой сложности и высокими прочностными характеристиками, низкой газотворной способностью и высокой газопроницаемостью для точного, бездефектного получения металлических отливок в кратчайшие сроки, что достигается за счет применения совокупности методов химической и термической обработки песчано-полимерной смеси, произведенных в оптимальной последовательности. The technical solution, as indicated in the description, ensures the production of a casting mold with a configuration of any complexity and high strength characteristics, low gas-filling capacity and high gas permeability for accurate, defect-free production of metal castings in the shortest possible time, which is achieved through the use of a set of methods of chemical and thermal sand treatment -polymer mixture produced in the optimal sequence.
Вместе с тем, к недостаткам способа следует отнести осуществление вибрационного воздействия на весь объем песчаной смеси в бункере что приводит к повреждению изделий, плохому сцеплению слоев и ухудшению точности изделия. Также данный способ требует последующую тепловую обработку, что усложняет и удорожает процесс. К другим недостаткам известного решения следует отнести его применение к ограниченным песчано-полимерным смесям, использование иных огнеупорных материалов способ не предполагает. At the same time, the disadvantages of the method include the implementation of vibration effects on the entire volume of the sand mixture in the bunker, which leads to damage to the products, poor adhesion of the layers and deterioration in the accuracy of the product. Also, this method requires subsequent heat treatment, which complicates and increases the cost of the process. Other disadvantages of the known solution include its use for limited sand-polymer mixtures; the method does not involve the use of other refractory materials.
Данное решение принято в качестве ближайшего аналога. This solution was adopted as the closest analogue.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа, обеспечивающего повышение качества получаемых изделий, снижение брака и повышение производительности процесса, лишенного недостатков известного уровня техники. Данная задача решается за счет снижения силы внутреннего трения в наносимом материале и трения устройства разравнивания о формовочный материал, путем обеспечивания выброожижения смеси на глубину слоя в точке разравнивания, а также за счет виброуплотнения слоя, что приводит к более качественному нанесению слоя, к значительному снижению брака при создании слоя. The problem to be solved by the claimed invention is the development of a method that improves the quality of the resulting products, reduces defects and increases the productivity of the process, devoid of the disadvantages of the prior art. This problem is solved by reducing the force of internal friction in the applied material and the friction of the leveling device on the molding material, by ensuring fluidization of the mixture to the depth of the layer at the point of leveling, as well as by vibrating the layer, which leads to better application of the layer and a significant reduction in scrap when creating a layer.
При решении указанной задачи предлагаемым изобретением достигается технический результат, заключающийся в снижении внутреннего трения формовочного материала и трения устройства разравнивания о формовочный материал во время нанесения слоя и повышении плотности упаковки частиц смеси. When solving this problem, the proposed invention achieves a technical result consisting in reducing the internal friction of the molding material and the friction of the leveling device on the molding material during layer application and increasing the packing density of the mixture particles.
Снижение внутреннего трения и трения устройства разравнивания о формовочный материал способствует повышению качества нанесения слоя огнеупорного формовочного материала, что в свою очередь обеспечивает снижение брака при заливке, а также увеличивает скорость нанесения огнеупорного формовочного материала. Reducing internal friction and friction of the leveling device on the molding material helps to improve the quality of applying a layer of refractory molding material, which in turn ensures a reduction defects during pouring, and also increases the speed of application of refractory molding material.
Технический результат достигается тем, что при аддитивном изготовлении изделий сложной формы, который включает, смешивание по меньшей мере одного огнеупорного формовочного материала и по меньшей мере одного катализатора с получением пропитанной катализатором смеси на основе формовочного материала, послойное нанесение указанной смеси на рабочую поверхность , внесение связующего материала в участки нанесенного слоя смеси, опускание рабочей платформы на величину слоя и повторение процесса до образования заданной формы изделия, предложено осуществлять виброожижение смеси наносимого слоя на глубину наносимого слоя в месте разравнивания смеси и виброуплотнение смеси наносимого слоя, при этом подачу смеси для нанесения нового слоя осуществлять на предыдущий слой в зоне перед устройством разравнивания, а связующее подавать через многосопловые пьезоэлектрические печатающие головки. The technical result is achieved in that during the additive manufacturing of products of complex shape, which includes mixing at least one refractory molding material and at least one catalyst to obtain a catalyst-impregnated mixture based on the molding material, layer-by-layer application of the said mixture on the working surface, adding a binder material into areas of the applied layer of the mixture, lowering the working platform by the amount of the layer and repeating the process until the given shape of the product is formed, it is proposed to vibrate the mixture of the applied layer to the depth of the applied layer in the place of leveling the mixture and vibrate the mixture of the applied layer, while supplying the mixture for applying a new layer carried out on the previous layer in the area in front of the leveling device, and the binder is fed through multi-nozzle piezoelectric print heads.
Толщина слоя нанесения смеси, пропитанной катализатором на основе формовочного материала составляет от 1 до 10 диаметров частиц огнеупорного формовочного материала, предпочтительно толщиной от 1 до 5 диаметров частиц огнеупорного формовочного материала и особенно предпочтительно толщиной от 1 до 3 диаметров частиц огнеупорного формовочного материала. The thickness of the application layer of the mixture impregnated with the molding material catalyst is from 1 to 10 times the diameter of the refractory molding material particles, preferably from 1 to 5 times the diameter of the refractory molding material particles, and especially preferably from 1 to 3 times the diameter of the refractory molding material particles.
Огнеупорный формовочный материал выбирают из группы, содержащей кварцевый песок, циркониевый песок, хромитовый песок, оливин, вермикулит, боксит, шамот, стеклянные шарики, гранулированное стекло, полые микросферы из силиката алюминия и их смеси. Средний диаметр частиц огнеупорного формовочного материала, определенный при помощи ситового анализа, составляет от 50 до 600 мкм, предпочтительно от 100 до 300 мкм. The refractory molding material is selected from the group consisting of quartz sand, zirconium sand, chromite sand, olivine, vermiculite, bauxite, fireclay, glass beads, granulated glass, hollow aluminum silicate microspheres, and mixtures thereof. The average particle diameter of the refractory molding material, determined by sieve analysis, is from 50 to 600 µm, preferably from 100 to 300 µm.
Катализатор выбран из группы, содержащей кислотные катализаторы, щелочные катализаторы. The catalyst is selected from the group containing acid catalysts and alkaline catalysts.
Связующее выбрано из группы, содержащей органические связующие, такие как фурановые, фенольные, карбамидо-формальдегидные, неорганические связующие. The binder is selected from the group containing organic binders, such as furan, phenolic, urea-formaldehyde, inorganic binders.
Содержание связующего составляет от 0,5% до 10% массы формовочного материала. Соотношение химического катализатора составляет от 10% до 60% массы связующего. The binder content ranges from 0.5% to 10% of the mass of the molding material. The ratio of chemical catalyst ranges from 10% to 60% by weight of the binder.
Для нанесения связующего используют многосопловые пьезоэлектрические печатающие головки, которые располагают на расстоянии не более 3 мм от обрабатываемого слоя. Виброожижение и выбруплотнение осуществляют за счет вибрации механизма подачи и/или разравнивания смеси и/или вибратором, расположенным на устройстве разравнивания, например ультразвуковым, электромеханическим, пневматическим, или иным способом, приводящим к снижению внутреннего трения и уплотнению частиц. To apply the binder, multi-nozzle piezoelectric print heads are used, which are located at a distance of no more than 3 mm from the layer being processed. Vibratory liquefaction and compaction are carried out due to vibration of the mechanism for feeding and/or leveling the mixture and/or a vibrator located on the leveling device, for example, ultrasonic, electromechanical, pneumatic, or another method leading to a decrease in internal friction and compaction of particles.
Подачу смеси для нанесения нового слоя осуществляют равномерно, дискретно, порционно. The supply of the mixture for applying a new layer is carried out evenly, discretely, in portions.
Размер (объем) капли связующего компонента подаваемого через многосопловые пьезоэлектрические печатающие головки составляет от 5 до 200 пл, при этом плотность распределения капель (разрешение печати) находится в диапазоне 100 - 900 точек на дюйм (dpi). The size (volume) of a droplet of the binding component supplied through multi-nozzle piezoelectric print heads ranges from 5 to 200 pl, while the droplet distribution density (print resolution) is in the range of 100 - 900 dots per inch (dpi).
Под сложной формой понимают предметы в своей основе, имеющие несколько геометрических фигур. Более сложные объекты обычно называют комбинированными, имея в виду, что данный объект в своей основе представляет сумму геометрических тел. Complex shapes are understood as objects that have several geometric shapes at their core. More complex objects are usually called combined, meaning that the object is basically a sum of geometric bodies.
Снижение внутреннего трения огнеупорной формовочной смеси и трения устройства разравнивания о формовочный материал осуществляется за счет локального повышения подвижности и снижения эффективной вязкости формовочной смеси, т.е. виброожижения формовочной смеси при разравнивании. Другим условием достижения технического результат является подача смеси для нанесения нового слоя из устройства подачи на предыдущий слой в зону перед устройством разравнивания, тем самым предотвращается повреждение предыдущего слоя, минимизируется время контакта не разравненного формовочного материала с предыдущим слоем. Reducing the internal friction of the refractory molding sand and the friction of the leveling device on the molding material is carried out due to a local increase in mobility and a decrease in the effective viscosity of the molding sand, i.e. vibration liquefaction of the molding sand during leveling. Another condition for achieving a technical result is the supply of the mixture for applying a new layer from the feeder to the previous layer to the area in front of the leveling device, thereby preventing damage to the previous layer and minimizing the contact time of the unleveled molding material with the previous layer.
Указанные особенности в процессе послойного нанесения огнеупорного формовочного материала обеспечивают снижение силы внутреннего трения между слоями наносимого материала, трение устройства разравнивания о формовочный материал. These features in the process of layer-by-layer application of refractory molding material ensure a reduction in the force of internal friction between the layers of the applied material and friction of the leveling device on the molding material.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и схемой, демонстрирующей реализацию предлагаемого способа, где The essence of the proposed invention is illustrated by the following description and diagram demonstrating the implementation of the proposed method, where
1 - смесь на основе огнеупорного формовочного материала 1 - mixture based on refractory molding material
2 - разравнивающее устройство 2 - leveling device
3 - рабочая платформа 3 - working platform
4 - стержень/элемент формы 4 - rod/form element
5 - новый слой 5 - new layer
6 - рабочая камера 6 - working chamber
7 - неотвержденная смесь 7 - uncured mixture
8 - печатающая головка 9 - связующий материал 8 - print head 9 - binding material
10 - процесс внесения связующего материала 10 - process of adding binder material
11 - устройство подачи 11 - feeder
12 - рабочая поверхность 12 - working surface
На первом этапе, смешивают огнеупорный формовочный материал, который выбирают из группы, содержащей кварцевый песок, циркониевый песок, хромитовый песок, оливин, вермикулит, боксит, шамот, стеклянные шарики, гранулированное стекло, полые микросферы из силиката алюминия и их смеси с катализатором (активатором, отвердителем), выбранным из группы, содержащей кислотные катализаторы, щелочные катализаторы. Для этого используют средний диаметр частиц от 50 до 600 мкм, предпочтительно от 100 до 300 мкм огнеупорного формовочного материала, определяемого при помощи ситового анализа. В результате получают пропитанную катализатором смесь на основе формовочного материала. At the first stage, a refractory molding material is mixed, which is selected from the group containing quartz sand, zirconium sand, chromite sand, olivine, vermiculite, bauxite, fireclay, glass beads, granulated glass, hollow aluminum silicate microspheres and mixtures thereof with a catalyst (activator) , hardener) selected from the group containing acid catalysts, alkaline catalysts. For this purpose, an average particle diameter of 50 to 600 μm, preferably 100 to 300 μm, of the refractory molding material, determined by sieve analysis, is used. The result is a catalyst-impregnated mixture based on the molding material.
Затем полученную смесь наносят на рабочую поверхность 3 толщиной от 1 до 10 диаметров частиц огнеупорного формовочного материала, предпочтительно толщиной от 1 до 5 диаметров частиц огнеупорного формовочного материала и особенно предпочтительно толщиной от 1 до 3 диаметров частиц огнеупорного формовочного материала. The resulting mixture is then applied to the working surface 3 with a thickness of 1 to 10 particle diameters of refractory molding material, preferably with a thickness of 1 to 5 particle diameters of refractory molding material, and particularly preferably with a thickness of 1 to 3 particle diameters of refractory molding material.
В отношении числовых значений интервалов, характеризующих толщину наносимых слоев, выполненных из пропитанной катализатором смеси на основе формовочного материала, равных от 1 до 10 диаметров частиц огнеупорного формовочного материала, предпочтительно толщиной от 1 до 5 диаметров частиц огнеупорного формовочного материала и особенно предпочтительно толщиной от 1 до 3 диаметров частиц огнеупорного формовочного материала можно отметить, что поскольку заявляемое техническое решение направлено на изготовление литейных форм и стержней произвольной конструкции и геометрии, т.е. по сути сложных форм, для изготовления которых необходимо применять высокое разрешение изготовления, проводя аналогию с обычной печатью. With respect to the numerical values of the intervals characterizing the thickness of the applied layers made of a catalyst-impregnated mixture based on the molding material, equal to from 1 to 10 particle diameters of the refractory molding material, preferably a thickness of from 1 to 5 particle diameters of the refractory molding material, and especially preferably a thickness of from 1 to 3 diameters of particles of refractory molding material, it can be noted that since the claimed technical solution is aimed at the production of casting molds and cores of arbitrary design and geometry, i.e. essentially complex forms, for the production of which it is necessary to use high manufacturing resolution, drawing an analogy with conventional printing.
Применяя в данном случае понятие разрешения к аддитивному производству следует использовать толщину наносимого слоя, который при этом должен быть минимален для повышения разрешения, поскольку только высокое разрешения, а именно в заявляемом изобретение будет обеспечивать возможность изготовления литейных форм и стержней сложных форм для обеспечения точности при литье. Applying in this case the concept of resolution to additive manufacturing, one should use the thickness of the applied layer, which should be minimal to increase resolution, since only high resolution, namely in the claimed invention, will provide the ability to manufacture casting molds and cores of complex shapes to ensure accuracy during casting .
Таким образом, для специалиста в данное области техники очевидно, что обеспечение точности передачи сложной формы и геометрии при литье, формы должны обладать высокой степенью точности изготовления, которая обеспечивается только стадиями производства с минимальными значениями толщин, наносимых слое. Thus, for a specialist in this field of technology it is obvious that ensuring the accuracy of the transfer of complex shapes and geometries during casting, the molds must have a high degree of manufacturing accuracy, which is ensured only by production stages with minimal thicknesses applied to the layer.
В заявляемом изобретении они обусловлены возможностями производственного оборудования. In the claimed invention, they are due to the capabilities of the production equipment.
Для скрепления частиц смеси нанесенного слоя вносят связующий материал в участки слоя в соответствии с сечением цифровой модели изделия. Связующее выбрано из группы, содержащей органические связующие, такие как фурановые, фенольные, карбомидо-формальдегидные, неорганические связующие. Содержание связующего составляет от 0,5% до 10% массы формовочного материала. Соотношение химического катализатора составляет от 10% до 60% массы связующего. Размер (объем) капли связующего компонента подаваемого через многосопловые пьезоэлектрические печатающие головки составляет от 5 до 200пл, при этом плотность распределения капель (разрешение печати) находится в диапазоне 100 - 900 точек на дюйм (dpi). To bind the particles of the mixture of the applied layer, a binder material is introduced into sections of the layer in accordance with the cross-section of the digital model of the product. The binder is selected from the group containing organic binders, such as furan, phenolic, urea-formaldehyde, inorganic binders. The binder content ranges from 0.5% to 10% of the mass of the molding material. The ratio of chemical catalyst ranges from 10% to 60% by weight of the binder. The size (volume) of a droplet of the binding component supplied through multi-nozzle piezoelectric print heads ranges from 5 to 200pl, while the droplet distribution density (print resolution) is in the range of 100 - 900 dots per inch (dpi).
Связующий материал подают через многосопловые пьезоэлектрические печатающие головки 8. Печатающую головку 8 располагают на расстоянии не более 3 мм от обрабатываемого слоя. The binder material is fed through multi-nozzle piezoelectric print heads 8. The print head 8 is placed at a distance of no more than 3 mm from the layer being processed.
При нанесении слоя связующего осуществляют одновременно виброожижение и выброуплотнение смеси наносимого слоя, однако в отличие от ближайшего аналога, где вибрационное воздействие осуществляют на весь объем песчаной смеси в бункере, в предлагаемом решении вибрационное воздействие осуществляют на смесь наносимого слоя на глубину наносимого слоя в месте выравнивания смеси разравнивающим устройством. When applying a binder layer, vibrational liquefaction and ejection compaction of the mixture of the applied layer are carried out simultaneously, however, unlike the closest analogue, where the vibration effect is carried out on the entire volume of the sand mixture in the bunker, in the proposed solution, the vibration effect is carried out on the mixture of the applied layer to the depth of the applied layer in the place where the mixture is leveled leveling device.
Виброожижение и выбруплотнение осуществляют за счет вибрации механизма подачи 1 и/или разравнивания смеси. Или осуществляют вибратором, расположенным на устройстве разравнивания 2, например ультразвуковым, электромеханическим, пневматическим, или иным способом, приводящим к снижению внутреннего трения и уплотнению частиц. Vibratory liquefaction and compaction are carried out due to vibration of the feed mechanism 1 and/or leveling of the mixture. Or it is carried out with a vibrator located on the leveling device 2, for example, ultrasonic, electromechanical, pneumatic, or another method leading to a decrease in internal friction and compaction of particles.
Процесс нанесения слоев пропитанной катализатором смеси на основе формовочного материала и внесение связующего материала повторяют многократно до образования заданной формы изделия 4. Подачу смеси осуществляют равномерно дискретно порционно с количеством смеси в единицу времени необходимым и достаточным для формирования слоя из устройства подачи на предыдущий слой в зону перед устройством (элементом) разравнивания 2. The process of applying layers of a mixture impregnated with a catalyst based on a molding material and adding a binder material is repeated many times until the desired shape of the product 4 is formed. The mixture is supplied uniformly in discrete portions with the amount of mixture per unit time necessary and sufficient to form a layer from the feeder device onto the previous layer into the zone in front of leveling device (element) 2.
За счет виброожижения и виброуплотнения смеси только наносимого слоя достигают снижение силы внутреннего трения в наносимом материале, в результате чего повышается точность изделия, его прочность и однородность укладки формовочного материала, при этом отсутствует влияние на весь остальной объем смеси в бункере и не повреждает уже созданные слои. Также за счет снижения внутреннего трения повышается скорость нанесения огнеупорного материала, что ведет к повышению производительности технологического процесса в целом. Due to vibration liquefaction and vibration compaction of the mixture of only the applied layer, a reduction in the force of internal friction in the applied material is achieved, as a result of which the accuracy of the product, its strength and the uniformity of laying of the molding material are increased, while there is no effect on the entire remaining volume of the mixture in the hopper and does not damage the already created layers. Also, by reducing internal friction, the rate of application of refractory material increases, which leads to increased productivity of the technological process as a whole.
Подача огнеупорного формовочного материала, подача смеси для нанесения нового слоя осуществляется из устройства подачи на предыдущий слой в зону перед устройством (элементом) разравнивания предотвращает повреждение предыдущего слоя, минимизируя время контакта не разравненного формовочного материала с предыдущим слоем, воздействуя на него на него только перед устройством разравнивания, также постепенная подача (равномерная или дискретная) снижает воздействие на предыдущий слой. The supply of refractory molding material, the supply of the mixture for applying a new layer is carried out from the feeder to the previous layer in the area in front of the leveling device (element) prevents damage to the previous layer, minimizing the contact time of the unleveled molding material with the previous layer, affecting it only in front of the device leveling, also gradual feeding (uniform or discrete) reduces the impact on the previous layer.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Способ аддитивного изготовления изделий сложной формы, включающий смешивание по меньшей мере одного огнеупорного формовочного материала с по меньшей мере одним катализатором с получением пропитанной катализатором смеси на основе формовочного материала, послойное нанесение указанной смеси на рабочую поверхность, внесение связующего материала в участки нанесенного слоя смеси, опускание рабочей платформы на величину слоя и повторение процесса до образования заданной формы изделия, отличающийся тем, что подачу смеси для нанесения нового слоя осуществляют в зону перед устройством разравнивания, при этом в процессе нанесения каждого слоя осуществляют виброожижение смеси наносимого слоя на глубину наносимого слоя в месте разравнивания смеси и виброуплотнение смеси наносимого слоя, а связующий материал подают через многосопловые пьезоэлектрические печатающие головки. 1. A method for the additive manufacturing of products of complex shape, including mixing at least one refractory molding material with at least one catalyst to obtain a catalyst-impregnated mixture based on the molding material, layer-by-layer application of the said mixture on the working surface, introducing a binder material into areas of the applied layer of the mixture , lowering the working platform by the amount of the layer and repeating the process until the desired shape of the product is formed, characterized in that the mixture for applying a new layer is supplied to the area in front of the leveling device, while in the process of applying each layer, the mixture of the applied layer is vibrated to the depth of the applied layer in where the mixture is leveled and the mixture of the applied layer is vibrated, and the binder material is fed through multi-nozzle piezoelectric print heads.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что огнеупорный формовочный материал выбирают из группы, содержащей кварцевый песок, циркониевый песок, хромитовый песок, оливин, вермикулит, боксит, шамот, стеклянные шарики, гранулированное стекло, полые микросферы из силиката алюминия и их смеси. 2. The method according to claim 1, characterized in that the refractory molding material is selected from the group containing quartz sand, zirconium sand, chromite sand, olivine, vermiculite, bauxite, fireclay, glass beads, granulated glass, hollow aluminum silicate microspheres and their mixtures.
3. Способ по и. 1, отличающийся тем, что средний диаметр частиц огнеупорного формовочного материала, определенный при помощи ситового анализа, составляет от 50 до 600 мкм, предпочтительно от 100 до 300 мкм. 3. Method according to and. Claim 1, characterized in that the average particle diameter of the refractory molding material, determined by sieve analysis, is from 50 to 600 μm, preferably from 100 to 300 μm.
4. Способ по и. 1, отличающийся тем, что катализатор выбирают из группы, содержащей кислотные катализаторы, щелочные катализаторы. 4. Method according to and. Claim 1, characterized in that the catalyst is selected from the group containing acid catalysts and alkaline catalysts.
5. Способ по и. 1, отличающийся тем, что связующее выбирают из группы, содержащей органические связующие, такие как фурановые, фенольные, карбомидо-формальдегидные или неорганические связующие. 5. Method according to and. Claim 1, characterized in that the binder is selected from the group containing organic binders, such as furan, phenolic, urea-formaldehyde or inorganic binders.
6. Способ по и. 1, отличающийся тем, что содержание связующего составляет от 0,5 до 10% массы песка. 6. Method according to and. 1, characterized in that the binder content is from 0.5 to 10% of the sand mass.
7. Способ по и. 1, отличающийся тем, что содержание катализатора составляет от 10 до 60% массы связующего. 7. Method according to and. 1, characterized in that the catalyst content is from 10 to 60% by weight of the binder.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что многосопловые пьезоэлектрические печатающие головки для нанесения связующего материала располагают на расстоянии не более 3 мм от обрабатываемого слоя. 8. The method according to claim 1, characterized in that multi-nozzle piezoelectric print heads for applying the binder material are located at a distance of no more than 3 mm from the layer being processed.
9. Способ по и. 1, отличающийся тем, что виброожижение и виброуплотнение осуществляют от вибрации механизма подачи и/или разравнивания смеси. 9. Method according to and. 1, characterized in that vibration liquefaction and vibration compaction are carried out from vibration of the mechanism for feeding and/or leveling the mixture.
10. Способ по и. 1, отличающийся тем, что вибрационное воздействие осуществляют вибратором, расположенным на устройстве разравнивания. 10. Method according to and. 1, characterized in that the vibration effect is carried out by a vibrator located on the leveling device.
11. Способ по и. 1, отличающийся тем, что размер капли связующего компонента, подаваемого через многосопловые пьезоэлектрические печатающие головки, составляет от 5 до 200 пл, при этом плотность распределения капель находится в диапазоне 100-900 точек на дюйм. 11. Method according to and. 1, characterized in that the droplet size of the binder component supplied through multi-nozzle piezoelectric print heads ranges from 5 to 200 pl, while the droplet distribution density is in the range of 100-900 dpi.
PCT/RU2023/050096 2022-04-29 2023-04-19 Method for additively manufacturing irregularly shaped articles WO2023211317A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2022111839 2022-04-29
RU2022111839A RU2782715C1 (en) 2022-04-29 Method for additive manufacturing of products of complex shape

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023211317A1 true WO2023211317A1 (en) 2023-11-02

Family

ID=88519417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2023/050096 WO2023211317A1 (en) 2022-04-29 2023-04-19 Method for additively manufacturing irregularly shaped articles

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023211317A1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1344501A1 (en) * 1986-06-26 1987-10-15 Московский Институт Химического Машиностроения Apparatus for calcinating shell moulds in a layer of dispersed movable material
SU1757447A3 (en) * 1984-06-15 1992-08-23 Данск Индустри Синдикат А/С (Фирма) Method of molding structures
US7789037B2 (en) * 2003-06-30 2010-09-07 Phenix Systems Device for the production of thin powder layers, in particular at high temperatures, during a method involving the use of a laser on a material
RU2487779C1 (en) * 2012-05-11 2013-07-20 Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) Plant for making parts by layer-by-layer synthesis
US9381564B2 (en) * 2013-08-06 2016-07-05 Wisys Technology Foundation, Inc. 3-D printed casting shell and method of manufacture
RU2695084C2 (en) * 2016-12-08 2019-07-19 Александр Геннадьевич Неткачев Method of producing articles of complex shape from sand-polymer systems
CN108687304B (en) * 2018-06-04 2020-06-26 连云港源钰金属制品有限公司 Casting method adopting double-thin-shell mold process
CN108907095B (en) * 2018-07-30 2020-07-07 河南圣得威机械科技有限公司 Casting method for rapidly casting large-scale precise casting based on 3D printing technology

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1757447A3 (en) * 1984-06-15 1992-08-23 Данск Индустри Синдикат А/С (Фирма) Method of molding structures
SU1344501A1 (en) * 1986-06-26 1987-10-15 Московский Институт Химического Машиностроения Apparatus for calcinating shell moulds in a layer of dispersed movable material
US7789037B2 (en) * 2003-06-30 2010-09-07 Phenix Systems Device for the production of thin powder layers, in particular at high temperatures, during a method involving the use of a laser on a material
RU2487779C1 (en) * 2012-05-11 2013-07-20 Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) Plant for making parts by layer-by-layer synthesis
US9381564B2 (en) * 2013-08-06 2016-07-05 Wisys Technology Foundation, Inc. 3-D printed casting shell and method of manufacture
RU2695084C2 (en) * 2016-12-08 2019-07-19 Александр Геннадьевич Неткачев Method of producing articles of complex shape from sand-polymer systems
CN108687304B (en) * 2018-06-04 2020-06-26 连云港源钰金属制品有限公司 Casting method adopting double-thin-shell mold process
CN108907095B (en) * 2018-07-30 2020-07-07 河南圣得威机械科技有限公司 Casting method for rapidly casting large-scale precise casting based on 3D printing technology

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6155331A (en) Method for use in casting technology
US20160023375A1 (en) Slip mixture for 3d printed molds and 3d printing ceramic material
US8122939B2 (en) Method for the layered construction of models
US20170312813A1 (en) Casting method of using 3d printing to make shell mold and vacuum casting device for use in the casting method
US20130220570A1 (en) Additive fabrication technologies for creating molds for die components
US9901977B2 (en) Patternless sand mold and core formation for rapid casting
RU2668107C1 (en) Method of manufacturing products from powder ceramic materials
WO2015137232A1 (en) Method for manufacturing core, and method for manufacturing turbine member in which core is acquired by said core manufacturing method
US4921038A (en) Process for preparing mold for investment casting
CN112338140B (en) 3D printing forming method
RU2707372C1 (en) Method for manufacturing foundry molds of complex geometry from sand-polymer systems
RU2695084C2 (en) Method of producing articles of complex shape from sand-polymer systems
RU2782715C1 (en) Method for additive manufacturing of products of complex shape
WO2023211317A1 (en) Method for additively manufacturing irregularly shaped articles
RU2742095C1 (en) Method for producing articles of complex shape from sand-polymer mixtures
RU2711324C1 (en) Method of making ceramic molds of complex geometry from powder systems
RU2404011C1 (en) Method of preparing granular materials for production of ceramic moulds and rods
JPS5927749A (en) Production of casting mold for precision casting
RU2680168C2 (en) Method of manufacturing three-dimensional objects of complex shape from sand-polymer systems
JPH0663684A (en) Production of ceramic core for casting
RU2784035C1 (en) Method for additive manufacture of removable casting patterns from powdered materials
AU699653B2 (en) Method for use in casting technology
JPS58202944A (en) Production of metallic mold
RU2685827C1 (en) Method of making a ceramic shell for casting on molten patterns
CN211437990U (en) 3D prints device of clay molding sand casting mould

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23796917

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1