三維打印的金屬鑄造模具和其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通過三維打印制造的金屬鑄造模具和制造這種模具的方法。
【背景技術】
[0002]用于在其中鑄造熔融金屬的模具所需的特征是本領域中熟知的。例如，參看美國專利N0.6,080,813和下面的美國公開的專利申請:Asano等人的2010/0140823 AUStotzel等人的2011/0073270 Al、Stancliffe等人的2011/0129387 Al、Fuqua等人的2011/0220316Al、Jattke的 2012/0126092、Ide等人的2012/0217373 Al 以及Haanepen等人的2013/0032689 Al。
[0003]三維打印在1990年代在美國麻省理工學院研發并且描述于若干美國專利中，包括以下美國專利:授予Sachs等人的5 ,490,882、授予Cima等人的5 ,490,962、授予Cima等人的5,518,680、授予 Bredt 等人的 5,660,621、授予 Sachs 等人的 5,775,402、授予 Sachs 等人的 5，807，437、授予Sachs等人的5，814，161、授予Bredt等人的5，851，465、授予Cima等人的5，869，170、授予Sachs等人的5，940，674、授予Sachs等人的6，036，777、授予Sachs等人的6，070，973、授予 Sachs 等人的 6，109，332、授予 Sachs 等人的 6,112,804、授予 Vacanti 等人的 6，139，574、授予 Sachs 等人的 6，146，567、授予 Vacanti 等人的 6，176,874、授予 Griff ith 等人的6,197,575、授予 Monkhouse 等人的6，280,771、授予 Sachs 等人的6，354,361、授予 Sachs 等人的6，397，722、授予51^作00(1等人的6，454，811、授予￥00等人的6，471，992、授予33吐8等人的6，508,980、授予Monkhouse等人的6，514，518、授予Cima等人的6，530 ,958、授予Sachs等人的6,596,224、授予Sachs等人的6,629,559、授予Teung等人的6,945,638、授予Sachs等人的7，077，334、授予Sachs等人的7，250，134、授予Payumo等人的7，276，252、授予Pryce等人的7，300，668、授予Serdy等人的7，815，826、授予Pryce等人的7，820，201、授予Payumo等人的7，875，290、授予Pryce等人的7，931，914、授予Wang等人的8，088，415、授予Bredt等人的8，211，226、以及授予Wang等人的8，465，777。
[0004]在本質上，三維打印涉及攤開微粒材料層并且將流體選擇性地噴射打印到該層上以造成微粒層的選定部分粘結在一起。對于額外層重復這個順序直到構建了所希望的部分。構成微粒層的材料常常被稱作“構建材料”并且噴射的流體常常被稱作“粘結劑”，或者在某些情況下，“活化劑”。常常需要對三維打印部件進行后處理以便使部件加強和/或致密該。
[0005]在過去三維打印用來制造用于鑄造金屬的模具。例如，參看以下美國專利:授予Bredt等人的7 ,087109 B2、授予Bredt等人的7，332，537 B2、授予Ederer等人的7,531，117B2、授予Ederer等人的7,955,537 B2以及授予Ederer等人的8,211,226 B2。
[0006]利用三維打印來生產鑄造模具的現有技術方法的一個困難在于其復雜性。在上文所引用的技術中，需要使用多組分構建材料。例如，在美國專利7，955，537中所公開的構建材料需要構建材料包括微粒材料和反應性材料并且噴射的流體與反應性材料起反應。現有技術的另一困難在于用來制造層床但并不在打印的部分中的構建材料可能無法再用作構建材料。
【發明內容】
[0007]本發明提供一種用來通過三維打印制造金屬鑄造模具的方法來克服現有技術的困難，三維打印并不需要復雜的構建材料。而是，在根據本發明的鑄造模具或模具構件三維打印中使用的構建材料可以是未經處理或者與另一材料結合的任何常規鑄砂。在下文中，這種鑄砂將被稱作“未經處理的”。令人吃驚地發現未經處理的鑄砂能結合聚合物基粘結劑用于三維打印過程中以制造適用于鑄造金屬部件的鑄造模具和其構件。
[0008]根據本發明的一方面，所提供的方法包括:攤開未經處理的鑄砂層并且然后將粘結劑選擇性地施加到該層上，攤開另一未經處理的鑄砂層并且將粘結劑選擇性地施加到該層上，并且以此類推，直到構建了所希望的金屬鑄造模具或鑄造模具構成部件。術語“構建部件”在下文中用來指所打印的金屬鑄造模具或金屬鑄造模具構成部件。構建的部件隨后可以被加熱以使粘結劑固化并且用于鑄造過程中以進行金屬鑄造。根據本發明制造的構建部件令人吃驚地較強。
[0009]根據本發明的另一方面，提供鑄造模具和鑄造模具構件，其包括利用粘結劑粘結在一起的鑄砂微粒。
【附圖說明】
[0010]通過參考附圖，本發明的特點和優點的關鍵性將更好地理解。但應了解附圖僅出于說明目的而設計并且不應認為限定對本發明的限制。
[0011]圖1是示出了經選擇如示例I中所描述制造的模具內部的示意圖。
[0012]圖2是示出如示例I中所描述的根據本發明制造的模具的照片。
[0013]圖3是如在示例2和3中所描述的根據本發明制造的圓盤和測試桿的照片。
[0014]圖4是利用常規模具制造的鑄件A和利用根據本發明做出的示例I中所描述的模具制成的鑄件B和C的照片。
【具體實施方式】
[0015]通過參考附圖，本發明的特點和優點的關鍵性將更好地理解。但應了解附圖僅出于說明目的而設計并且不應認為限定對本發明的限制。應了解每當在本文中或者在所附權利要求中描述值的范圍時，該范圍包括端點和在端點之間的每個點，如同每一個這樣的點明確地描述。除非另外陳述，如在本文和權利要求中所用的詞語“大約”將被理解為表示與詞語“約”所修飾的值有關的一般測量和/或制造限制。
[0016]本發明的方法實施例采用三維打印過程來制造金屬鑄造模具(包括離心鑄造)和用于金屬鑄造模具的構件例如型芯、冷凍機和熔模鑄造圖案。在未經處理條件下的任何常規鑄砂可以用作構建材料。這些鑄砂的示例包括硅砂、熔融硅砂、湖砂、岸砂、坑砂、鉻鐵礦砂、鋯砂、橄欖石砂、剛玉砂、莫萊石砂和合成砂以及其組合。構建材料可以具有能進行三維打印的任何粒度;然而，優選地，平均粒度在約10微米至約I毫米的范圍，并且更優選地約20微米至約700微米的范圍。
[0017]本