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
[0043]S103、硅溶胶/水玻璃熔模精密铸造。
[0044]蜡模组树;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。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。
[0045]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。其中，所述模壳脱蜡的工艺采用水浴-焙烧脱蜡，水温在90?100°C，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。
[0046]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。
[0047]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。
[0048]下面以具体实例，对本发明作进一步说明。如图2-图5所示，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包括如下步骤:
[0049]采用CATIA、Pro/E、UG、CREO和Solid Works等任一三维建模软件对目标零件模型精密铸造工艺进行CAD优化设计。
[0050]建立目标零件的三维模型，图2为本发明实施例提供的目标零件整体模型示意图，图2中201为目标零件的三维模型，图3为本发明实施例提供的目标零件整体全剖视图。在该目标零件的三维模型上直接设计相应的浇注系统。根据不同零件的结构特点，对不同壁厚的部位一定的尺寸比例进行相应的预收缩处理以确保零件在快速铸造过程中的精度。目标零件的三维模型及浇注系统构成一个完整的目标零件模型，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，图4中401为浇注系统，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。
[0051 ]将上述完成的完整目标零件模型转成STL数据格式，并用采用自主研发的HUST-3DP三维模型切片软件进行前处理。根据目标零件的结构特点，选择最佳零件打印方向进行逐层打印。
[0052]将本实施例中完成打印的原型件依次进行未烧结粉末清除，在蜡温为65?70°C的自制渗蜡机构进行渗蜡处理，将渗后的蜡模原型件放在65°C的烘箱中干燥10分钟左右再空气冷却，最后进行表面净化处理确保表面精度。
[0053]对目标零件整体原型蜡模件进行逐层硅溶胶/水玻璃挂浆撒砂制壳，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/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。
[0054]将制作完成的模壳采用水浴-焙烧脱蜡工艺，在水温为100°C浴槽浸泡10分钟，然后在温度250?280°C炉子焙烧30?50分钟，确保原型件PS材料充分燃烧，将模壳在950?1000°C的高温焙烧炉保温2小时至模壳完全烧结固化后浇注。
[0055]本发明的技术方案是将选择性激光粉末烧结3D打印技术与传统的硅溶胶/水玻璃熔模精密铸造工艺相结合，一次成形制作完整的蜡模件，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;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;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;不需要任何的支撑结构即可实现任意复杂结构的零件的快速精密铸造。本发明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。
[0056]注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
【主权项】
1.一种基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺，其特征在于，包括如下步骤: 5101、对目标零件进行CAD铸造工艺的优化设计； 5102、选择性激光粉末烧结3D打印成型； 5103、硅溶胶/水玻璃熔模精密铸造。2.根据权利要求1所述的基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺，其特征在于，所述步骤S101具体包括: 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。3.根据权利要求1所述的基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺，其特征在于，所述步骤S102具体包括: 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； 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； 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； 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。4.根据权利要求1所述的基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺，其特征在于，所述步骤S103具体包括: 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； 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； 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； 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。5.根据权利要求3所述的基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺，其特征在于，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。6.根据权利要求5所述的基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺，其特征在于，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°C。7.根据权利要求6所述的基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺，其特征在于，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。8.根据权利要求7所述的基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺，其特征在于，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。9.根据权利要求4所述的基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺，其特征在于，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。10.根据权利要求9所述的基于选择性激光粉末烧结3D打印的精密蜡模铸造工艺，其特征在于，所述步骤S03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。
【专利摘要】本发明公开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，包括如下步骤：S101、对目标零件进行CAD铸造工艺的优化设计。S102、选择性激光粉末烧结3D打印成型。S103、硅溶胶/水玻璃熔模精密铸造。本发明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。
【IPC分类】B22C7/02, B33Y10/00, B22C9/04
【公开号】CN105436406
【申请号】CN201510864470
【发明人】丁劲锋, 周浪, 李汉兵, 安升辉, 褚饶, 王瑞彪, 马贵东, 黄博
【申请人】华中科技大学无锡研究院, 华中科技大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月1日
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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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
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