采用3d打印制作殼模的鑄造方法
【專利摘要】本發明涉及脫蠟鑄造工藝技術領域，特指一種采用3D打印殼模的鑄造方法。該3D打印殼模的鑄造方法包括以下步驟，第一，按照需要加工的產品進行電腦繪制圖紙；第二，將繪制的圖紙輸入值3D打印機，進行殼模的3D打印；第三，對殼模進行燒結處理，令形成打印的殼模燒結固化；第四，燒結完成后的殼模作為鑄造的型腔，將熔融的原料注入，在殼模中成型，最后將整個殼模取出，敲破殼模即可取出成型的產品；第五，對成型的產品進行后處理后，得到成品；上述的3D打印所使用的打印材料混合了光敏樹脂和陶瓷粉末的液狀混合物。本發明采用上述技術方案后，殼模直接采用3D打印機打印出來，這樣就少了傳統工藝中的殼模制作過程，提高了生產效率。
【專利說明】
采用3D打印制作亮模的鑄造方法
技術領域：
[0001] 本發明設及脫蠟鑄造工藝技術領域，特指一種采用3D打印殼模的鑄造方法。
【背景技術】：
[0002] 脫蠟鑄造是精密鑄造的一種，其制作工藝為：
[0003] 第一，按照需要加工的產品繪制圖紙，并根據圖紙制作出相應的模具。
[0004] 第二，利用模具，采用注塑成型的方式，制作出蠟模，并對蠟模進行修正。 陽0化]第Ξ，將若干的蠟模組裝形成蠟樹，W實現一次誘鑄成型多個產品的目的，提高工 作效率。
[0006] 第四，將蠟樹進行浸漿處理，令蠟樹表面附著一層漿料，待漿料干燥后，再次經過 多次浸漿，為了確保浸漿殼模的厚度，通常需要重復5-6次浸漿工藝，殼模的厚度達到5-7 毫米。
[0007] 第五，完成浸漿工藝后，采用蒸汽脫蠟的方式，將殼模內的蠟模流出，實現蠟模與 殼模的分離。
[0008] 第六，脫蠟完成后，需要對殼模進行燒結處理，令形成殼模的漿料燒結固化，并且 將殘留的蠟模材料完全燃燒掉。
[0009] 第屯，燒結完成后的殼模作為鑄造的型腔，將烙融的原料（例如金屬烙液、玻璃溶 液等）注入，在殼模中成型，最后將整個殼模取出，敲破殼模即可取出成型的產品。
[0010] 第八，對成型的產品進行清砂、拋丸等后處理后，得到成品。
[0011] 由上所述可W看出，目前的脫蠟鑄造工藝非常復雜，并且在燒結、清砂工藝中會產 生污染。同時，殼模的制作也非常復雜，直接導致了生產效率的低下。
[0012] 另一個方面，3D打印技術飛速發展，已經被應用在諸多的領域中。目前所謂的3D 打印，其本質是一種快速成形技術，其工作過程為：先通過計算機建模軟件建模，再將建成 的Ξ維模型"分區"成逐層的截面，即切片，從而指導打印機逐層打印，并將薄型層面堆疊起 來，直到一個固態物體成型。多功能3D打印機與傳統打印機最大的區別在于：它使用的"墨 水"是實實在在的原材料。原材料一般為熱烙膠線、蠟質等。該熱烙膠線的端部插入3D打 印機的熱烙打印頭中，而熱烙打印頭通過通電加熱而實現對熱烙膠線進行烙融，經烙融的 膠從熱烙打印頭下端流出，逐層打印，并將薄型層面堆疊 W實現固態物體成型。
[001引 目前法國里摩曰SDCeram公司設計出來一種工業級3D打印機Ceramker。 Ceramaker 3D打印機使用了 一種全新的3D打印工藝，叫做CAM (Ceramics Additive Manufac化ring陶瓷增材制造），運種工藝是基于陶瓷工藝的激光固化技術應用的研究， 1998年由化ierry化artier在里摩曰的SPCTS (陶瓷工藝及其表面處理科學）上提出。他 的成果被3DCeram公司采用，其工藝得到了更加深入的研發并滲入了各個領域的市場。該 工藝混合了光敏樹脂和陶瓷粉末，液狀混合物經過激光打印固化，層厚可達25-100微米， 每層經過紫外光固化與上一層粘合，最終形成3D打印物件，最后是進行連續的激光燒結后 處理階段。根據3DCeram所提供的資料，零部件在CAD文件將會根據燒結過程中的收縮率 進行尺寸調整。可用材料包括氧化侶、氧化錯和徑基憐灰石/憐酸Ξ巧，運些都需要避光包 裝和室溫儲藏。SDCeram的技術目前的應用包括生物醫學移植，珠寶制造，還有先進的高精 度工業原型設計。
[0014] 本發明人經過不斷研究實驗，將3D打印技術引入脫蠟鑄造領域，提出W下技術方 案。
【發明內容】
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[0015] 本發明所要解決的技術問題就在于利用3D打印技術，將其與傳統的脫蠟鑄造結 合，提出一種采用3D打印制作殼模的鑄造方法。
[0016] 為了解決上述技術問題，本發明采用了下述技術方案：該3D打印殼模的鑄造方 法，其特征在于：該方法包括W下步驟：第一，按照需要加工的產品進行電腦繪制圖紙；第 二，將繪制的圖紙輸入值3D打印機，進行殼模的3D打印；第Ξ，對殼模進行燒結處理，令形 成打印的殼模燒結固化；第四，燒結完成后的殼模作為鑄造的型腔，將烙融的原料注入，在 殼模中成型，最后將整個殼模取出，敲破殼模即可取出成型的產品；第五，對成型的產品進 行后處理后，得到成品；上述的3D打印所使用的打印材料混合了光敏樹脂和陶瓷粉末的液 狀混合物。
[0017] 進一步而言，上述技術方案中，所述打印材料中的陶瓷粉末包括：氧化侶、氧化 錯、徑基憐灰石或憐酸Ξ巧。
[0018] 進一步而言，上述技術方案中，所述打印的殼模厚度為0. 1-2毫米。
[0019] 本發明采用上述技術方案后，殼模直接采用3D打印機打印出來，運樣就少了傳統 工藝中的殼模制作過程，提高了生產效率。
[0020] 相對于現有技術，本發明具有W下優點：
[0021] 1、本發明的殼模采用的是3D打印，其加工快，并且便于修改，如果出現誤差可W 直接在計算機中修改輸出圖紙的尺寸、參數即可。
[0022] 2、相對于先有工藝方法，本發明可W大大提高生產效率，并且降低人員的工作強 度，減少污染。提高產品的精度。
【附圖說明】：
[0023] 圖1是本發明實施例一中誘鑄裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】：
[0024] 下面結合具體實施例和附圖對本發明進一步說明。
[00巧]本發明的方法包括W下步驟：
[0026] 第一，按照需要加工的產品進行電腦繪制圖紙。一般采用可輸出至3D打印的繪圖 軟件。
[0027] 第二，將繪制的圖紙輸入值3D打印機，進行殼模的3D打印。本發明所述的3D打 印與傳統的3D打印不同的是，其不是采用熱烙型材料直接打印固化，本發明采用的打印材 料混合了光敏樹脂和陶瓷粉末的液狀混合物。打印的方式與現有的方式相同，仍采用分層 "切片"的逐層打印方式，每層打印的厚度為25-100微米。每層打印完成后，需要經過紫外 光福照，令光敏樹脂固化，從而將陶瓷粉末材料一通固化成型。經過運種逐層打印，逐層光 照固化后，最終形成3D打印的殼模。所述打印材料中的陶瓷粉末包括：氧化侶、氧化錯、徑 基憐灰石或憐酸Ξ巧、莫萊石粉。所述打印的殼模最終的厚度為0. 1-2毫米。
[0028] 第Ξ，對殼模進行燒結處理，令形成打印的殼模燒結固化。雖然通過3D打印機打 印出的殼模已經成型，但是運種成型是通過光敏樹脂材料的粘接固化，其并不能直接應用 到鑄造工藝中，還是需要通過燒結的方式，將打印的殼模中的樹脂燒結清除，并且令剩下的 陶瓷材料燒結固化，成為可進行誘鑄的殼模。
[0029] 所述的燒結方式有兩種，一種是直接對打印后的殼模進行燒結固化，運種方式與 目前鑄造工藝中的燒結方式相同，調整好溫度和時間即可。另一種方式是直接利用3DCeram 生產的Ceramaker 3D打印機，在打印完成后直接使用激光對打印的殼模進行連續的燒結 后處理即可。
[0030] 第四，燒結完成后的殼模作為鑄造的型腔，將烙融的原料注入，在殼模中成型，最 后將整個殼模取出，敲破殼模即可取出成型的產品。
[0031] 在本步驟中，由于通過3D打印的殼模無法直接承受烙融金屬原料的直接誘鑄，需 要將殼模進行埋砂處理。目P，將殼模埋設在砂箱中，預留好誘鑄用水口，并對砂箱進行振動， 令殼模外部的砂子緊實。最后進行誘鑄。誘鑄完成后，將整個殼模從砂箱中取出，然后敲碎 殼模即可取出成型的產品。
[0032] 第五，對成型的產品進行后處理后，得到成品。
[0033] 成型后的需要進行拋丸處理等后續的加工處理，最終得到成品。
[0034] 上述實施例中，在誘鑄的過程中，為了防止誘鑄的產品中出現氣泡等不良現象，整 個誘鑄過程是在真空換進中進行的。見圖1所示，本發明所使用的誘鑄裝置包括：一密閉的 腔室，該腔室內放置有砂箱，W及用于烙融金屬的電爐。砂箱被放置在一個振動裝置上。腔 室與一抽真空累連接，W對腔室進行抽真空處理。使用時，將殼模埋設在砂箱中，預留好誘 鑄用水口，并對砂箱進行振動，令殼模外部的砂子緊實。最后，關閉腔室，然后對腔室進行抽 真空處理，令腔室內的空間稱為負壓狀態，然后進行誘鑄。誘鑄完成后，將整個殼模從砂箱 中取出，然后敲碎殼模即可取出成型的產品。
[0035] 本發明采用的打印材料混合了光敏樹脂和陶瓷粉末的液狀或者凝膏狀的混合物。 光敏樹脂是指由樹脂單體（monomer)及預聚體（oligomer)組成，含有活性官能團，能在紫 外光照射下由光敏劑（li曲t initiator)引發聚合反應，形成固態物質。簡單而言，光敏樹 脂就是常說的UV樹脂，當其紫外光照射下產生聚合反應，完成固化。光敏樹脂通常為液 態，其一般可使用在SLA打印機（立體光固化成型打印機）。本發明中是借助光敏樹脂完成 對殼模的粗布成型，但是實際殼模材料是需要通過陶瓷砂漿不斷浸漿、干燥，然后燒結形成 的。
[0036] 配置本發明所使用的打印材料時，首先準備陶瓷粉末材料，常用的陶瓷粉末包括： 氧化侶、氧化錯、徑基憐灰石或憐酸Ξ巧、莫萊石粉。然后加入光敏樹脂，令二者充分的混 合，稱為液態或者凝膏狀的混合物，作為打印的材料。其中陶瓷粉末材料與光敏樹脂的質量 比為：陶瓷粉末60-90 %，光敏樹脂：10-40 %。
[0037] 為了有利于產品在打印的成型，光敏樹脂的比例不能太低，如果太低，打印的殼模 無法被光敏樹脂粘接成型，容易巧塌。如果光敏樹脂的比例太高，則會導致最終燒結時，陶 瓷粉末難w成型，或者成型產品表面太過粗糖。
[0038] 另外，為了便于打印時的成型，可適當加入其他一些熱烙型樹脂材料，例如ABS， 尼龍等，W便于產品在打印時成型。
[0039] 在誘鑄的過程中，為了防止誘鑄的產品中出現氣泡等不良現象，整個誘鑄過程是 在真空換進中進行的。
[0040] 見圖1所示，上述方法中，第四步中需要使用一種真空誘鑄裝置，其包括：一真空 箱1，該真空箱1具有一密閉空間10,所述的空間10內設置有砂箱2和可轉動的電爐3 ;于 所述的空間10外安裝有對其抽真空的氣累5,所述的空間10內還設置有振動裝置4,所述 的砂箱2放置在該振動裝置4上，在砂箱2內埋設有通過3D打印的殼模6,通過振動裝置4 將殼模6外部的砂子振動緊實；所述的殼模6的誘鑄口顯露于砂箱2的砂面，并對應電爐3 的出口，通過電爐3的轉動將烙融的原料注入殼模6的誘鑄口內。
[0041] 在誘鑄的過程中，為了防止誘鑄的產品中出現氣泡等不良現象，整個誘鑄過程是 在真空箱1的真空空間10內進行的。該空間10與一抽真空的累5連接，W對空間10進行 抽真空處理。使用時，將殼模6埋設在砂箱2中，預留好誘鑄用水口，并通過振動裝置4對 砂箱2進行振動，令殼模6外部的砂子緊實。最后，關閉空間10,然后對空間10進行抽真空 處理，令空間10內的成為負壓狀態，
[0042] 誘鑄時，直接驅動電爐3轉動，將烙融的原料倒入與之對應的殼模6中即可。誘鑄 完成后，將整個殼模6從砂箱2中取出，然后敲碎殼模6即可取出成型的產品。
[0043] 本與其采用上述的真空誘鑄裝置，誘鑄時將殼模6埋設在砂箱2中，通過振動裝置 4對砂箱2進行振動，令殼模6外部的砂子緊實。利用砂箱中的鑄造用砂子對殼模6的外部 形成支撐。由于殼模6通過3D打印機打印出來，其厚度很薄，通過砂子在外部對其形成緊 實的支撐后，殼模6在誘鑄過程中就不會產生破裂的情況，確保整個誘鑄的順利完成。
[0044] W下是本發明與現有傳統鑄造工藝的對比：
[0045] W每個月生產50囉，兩種鑄造法所用車間工人與管理人員之比較：
[0046]
[0047] 將兩種鑄造法生產工藝相關數據比較，W傳統的脫蠟鑄造為參考，將本發明與其 進行比對，相關的對比數據如下：
[0048]
[0049] 由上述對比可W看出，本發明采用上述技術方案后，殼模直接采用3D打印機打印 出來，運樣就少了傳統工藝中的殼模制作過程，提高了生產效率，并且降低人員的工作強 度，減少污染。
[0050] 當然，W上所述僅為本發明的具體實施例而已，并非來限制本發明實施范圍，凡依 本發明申請專利范圍所述構造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應包括于本發明申 請專利范圍內。
【主權項】
1. 采用3D打印制作殼模的鑄造方法，其特征在于：該方法包括以下步驟： 第一，按照需要加工的產品進行電腦繪制圖紙； 第二，將繪制的圖紙輸入3D打印機，進行殼模的3D打印； 第三，對打印出的殼模進行燒結處理，令形成打印的殼模燒結固化； 第四，燒結完成后的殼模作為鑄造的型腔，將熔融的原料注入，在殼模中成型，最后將 整個殼模取出，敲破殼模即可取出成型的產品； 第五，對成型的產品進行后處理后，得到成品； 上述的3D打印所使用的打印材料混合了光敏樹脂和陶瓷粉末的液狀混合物。2. 根據權利要求1所述的采用3D打印制作殼模的鑄造方法，其特征在于：所述打印材 料中的陶瓷粉末包括：氧化鋁、氧化鋯、羥基磷灰石或磷酸三鈣。3. 根據權利要求1所述的采用3D打印制作殼模的鑄造方法，其特征在于：所述打印的 殼模厚度為〇. 1-2毫米。4. 根據權利要求1所述的采用3D打印制作殼模的鑄造方法，其特征在于：所述的步驟 三中，采用的激光連續燒結處理。5. 根據權利要求1所述的采用3D打印制作殼模的鑄造方法，其特征在于：所述的步驟 四中，在澆鑄前，首先需要對殼模進行埋砂處理，將殼模埋設在砂箱中，預留好澆鑄用水口， 并對砂箱進行振動，令殼模外部的砂子緊實；最后進行澆鑄。6. 根據權利要求5所述的采用3D打印制作殼模的鑄造方法，其特征在于：所述的步驟 四中，澆鑄在真空或負壓環境中進行。
【文檔編號】B22C9/04GK105834360SQ201510797150
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年11月18日
【發明人】吳政寬
【申請人】連云港源鈺金屬制品有限公司