基于选择性激光粉末烧结3d打印的精密蜡模铸造工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铸造工艺，尤其涉及一种基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺。
【背景技术】
[0002]3D打印技术是基于离散材料逐层堆积成形的原理，依据产品三维CAD模型，快速“打印”出产品原型或零部件的数字化制造技术，融合了计算机软件、材料、机械、控制、网络信息等多学科知识系统性、综合性技术。3D打印变“减材”加工为“立体打印”，将三维实体变为二维平面，降低制造复杂度，让设计人员不再受传统工艺和制造资源约束，专注于产品形态创意和功能创新，在“设计即生产”、“设计即产品”理念下，追求“创造无极限”；在零部件的设计上可以采用最优的结构设计，无需考虑加工问题，解决了传统的航空航天、船舶、汽车等动力装备高端复杂精细结构零部件的制造难题。同时由于简化或省略了工艺准备、试验等环节，产品数字化设计、制造、分析高度一体化，极大降低产品研发创新成本、缩短创新研发周期。3D打印突破了结构几何约束，能够制造出传统方法无法加工的非常规结构特征，特别适合复杂结构、个性化制造及创新构思的快速验证，这种工艺能力对于实现零部件轻量化、优化性能有极其重要的意义。然而，传统基于3D打印的精密铸造工艺仍存在诸多不足，例如针对不同型号的原型件，需要添加不同规格的支撑，增加打印难度且原型件容易变形，影响铸造效率，而且浪费材料。常规的蜡浇注系统，需在制作完成后的零件树脂原型上人工设置蜡棒，费时费力，且受所制作浇注系统影响和手工工艺，难以保证浇铸金属零件质量和稳定性从而增加了工艺复杂性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于通过一种基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺，来解决以上【背景技术】部分提到的问题。
[0004]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0005]—种基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺，包括如下步骤:
[0006]S101、对目标零件进行CAD铸造工艺的优化设计；
[0007]S102、选择性激光粉末烧结3D打印成型；
[0008]S103、硅溶胶/水玻璃熔模精密铸造。
[0009 ] 特别地，所述步骤S101具体包括:
[0010]建立目标零件的三维模型，对目标零件整体模型的各个部位按一定的尺寸比例进行预缩放处理，并在该目标零件的三维模型上直接设计相应的浇注系统，使目标零件的三维模型及其浇注系统形成一个目标零件整体模型。
[0011 ]特别地，所述步骤S102具体包括:
[0012]将目标零件整体模型转换成STL数据格式，进行相关前处理，该前处理依次包括但不限于如下加工参数优化工艺:零件打印方向定位、数据模拟及加工预估、加温层识别及切片处理；
[0013]将完成切片处理的模型数据进行选择性激光粉末烧结3D打印快速成型系统进行激光烧结3D打印成型；
[0014]打印完成后得到带未烧结粉末的目标零件整体PS材料原型工件，进行清粉处理；
[0015]将清粉处理完成后的目标零件整体PS材料原型工件在自制渗蜡机构用一定蜡温进行渗蜡处理，再用可控温的烘箱进行干燥的后处理。
[0016]特别地，所述步骤S103具体包括:
[0017]对目标零件的整体PS材料原型工件进行逐层硅溶胶/水玻璃挂浆撒砂制壳；
[0018]完成制壳后将目标零件的整体PS材料原型工件进行模壳脱蜡工序，待完成脱蜡处理之后将目标零件的整体PS材料原型工件及其型壳整体放入高温焙烧炉里进行高温焙烧；
[0019]将完成焙烧后的目标零件型壳从高温焙烧炉中取出并浇注熔融金属液，待其冷却后进行震动脱壳，去除包覆在铸件外表面的坚硬型壳；
[0020]将浇注系统切除，再进行铸件后处理，最终制得目标零件精密金属铸件。
[0021]特别地，所述步骤S102中后处理包括依次进行未烧结粉末清除、渗蜡处理、干燥和表面净化。
[0022]特别地，所述步骤S102中蜡温应按不同厚度进行设置，当厚度均匀或厚度小于10mm的原型工件，蜡温应设定在65?70°C;当厚度在10?30mm之间或者厚度不均匀的原型工件，蜡温应设定在58?63°C;当厚度大于30mm或者厚度不均匀的原型工件，蜡温应设定在58 ?60。。。
[0023]特别地，所述步骤S102中渗蜡处理具体包括:先将加热温度设定到预定值，然后把蜡打碎后放入蜡池，渗蜡处理过程应匀速下降至全部浸入蜡池，保证原型件不受热软化而出现工件变形、坍塌，直到原型件无气泡冒出，匀速将原型件提出蜡池。
[0024]特别地，所述步骤S102中用可控温的烘箱进行干燥包括:将渗蜡处理的蜡模原型件放在65°C的烘箱中干燥10分钟后，再空气冷却。
[0025]特别地，所述步骤S103中硅溶胶/水玻璃挂浆撒砂制壳包括:每挂一次挂浆对应地撒一层砂，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续的每次撒砂都用莫来砂，反复进行4-6次硅溶胶/水玻璃挂浆并撒砂过程，然后再进行硅溶胶/水玻璃封浆处理，待其干燥硬化后型壳制作完成。
[0026]特别地，所述步骤S103中模壳脱蜡的工艺采用水浴-焙烧脱蜡，水温在90?100°C左右，时间25?30分钟，焙烧去除模壳中的PS材料，温度250?280°C，时间为30?50分钟使模壳内原型件完全消失;模壳高温焙烧炉的温度为950?1000°C，保温2小时至模壳完全烧结固化后浇注。
[0027]本发明提出的基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺不需用模具就可以快速制造出零件的“蜡模”并快速制造出金属零件，不仅可实现复杂零件快速制造，而且能实现精密铸造工艺过程的集成化、自动化、快速化，大大缩短新产品的研发周期，节约研发成本，特别适合于单件小批量复杂铸件的生产和新产品的试制。与现有技术相比，本发明优点具体如下:1)采用选择性激光粉末烧结3D打印快速制作出目标零件、具有浇注系统整体PS原型件及完整的蜡模件，省去了复杂铸件的蜡模拼装所需的人工费用及所需的工时；2)有效提高了零件的精度尺寸和表面质量，蜡模精度可达± 0.1，制造出产品具有表面光泽度高，强度好;3)传统的精密蜡模铸造必须开模，而采用选择性激光粉末烧结3D打印的零件一次成形，整个制造过程中无需模具，既节约了模具制造成本，又缩短了零件制造周期，提高了产品开发效率;4)不需要任何的支撑结构可实现任意复杂结构的零件的快速精密铸造。
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例提供的基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺流程图；
[0029]图2为本发明实施例提供的目标零件整体模型示意图；
[0030]图3为本发明实施例提供的目标零件整体全剖视图；
[0031]图4为本发明实施例提供的目标零件整体模型+浇注系统示意图；
[0032]图5为本发明实施例提供的目标零件整体模型+浇注系统全剖视图。
【具体实施方式】
[0033]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0034]请参照图1所示，图1为本发明实施例提供的基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺流程图。
[0035]本实施例中基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺具体包括如下步骤:
[0036]S101、对目标零件进行CAD铸造工艺的优化设计。
[0037]通过三维建模软件建立目标零件的三维模型，对目标零件整体模型的各个部位按一定的尺寸比例进行预缩放处理，并在该目标零件的三维模型上直接设计相应的浇注系统，使目标零件的三维模型及其浇注系统形成一个目标零件整体模型。于本实施例，所述三维建模软件可采用CATIA、Pro/E、UG、CREO和SolidWorks中的任一种。
[0038]S102、选择性激光粉末烧结3D打印成型。
[0039]将目标零件整体模型转换成STL数据格式，并导入前处理软件进行相关前处理，该前处理依次包括但不限于如下加工参数优化工艺:零件打印方向定位、数据模拟及加工预估、加温层识别及切片处理。其中，所述前处理软件采用三维模型切片软件，在本实施例中采用自主研发的HUST-3DP三维模型切片软件。HUST-3DP三维模型切片软件是专用配套软件，主要功能是设备的控制和数据处理两个部分，(1)、具备独有的STL文件容错切片技术，不需另配纠错软件和人工纠错；(2)、自适应切片功能:即在零件切片截面没有变化的部分，计算机自动设置较大的间距提高生产效率;零件切片截面变化大的部分，计算机自动设置较小的间距，减少台阶效应，提高制件质量。(3)、原形制作动态仿真和自主开发热源支撑工艺。可以根据零件形状自动生成高度及间隔可调的热源支撑，使用热源支撑可以在降低关键层温度，更便于零件清理的情况下，很好的防止零件制作过程中的翘曲变形，提高零件的质量。(4)、具有强纠错功能的光斑补偿算法。在零件制作过程时，为了保证零件精度，必须进行光斑补偿。但是零件的细小位置或者尖角等位置，进行光斑补偿时，极易出现错误，导致零件切片出错，从而导致加工失败。而这款在线式切片软件的光斑补偿算法可以解决这一问题。需要说明的是，所述零件打印方向定位不需要任何的支撑，不浪费材料，未烧结的粉末可重复使用。
[0040]将完成切片处理的模型数据导入选择性激光粉末烧结3D打印快速成型系统进行激光烧结3D打印成型。
[0041]打印完成后得到带未烧结粉末的目标零件整体PS材料原型工件，进行清粉处理，以保证预制工件的尺寸精度。
[0042]将清粉处理完成后的目标零件整体PS材料原型工件在自制渗蜡机构用一定蜡温进行渗蜡处理，再用可控温的烘箱进行干燥的后处理。其中，后处理包括依次进行未烧结粉末清除、渗蜡处理、干燥和表面净化。所述
文档序号 :
【 9677581 】
技术研发人员：丁劲锋,周浪,李汉兵,安升辉,褚饶,王瑞彪,马贵东,黄博
技术所有人：华中科技大学无锡研究院,华中科技大学
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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