專利名稱：一種基于光纖激光器的硅砂成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于硅砂顆粒的激光加工成型方法，使用硅砂顆粒直接成型制件，屬于激光快速成型領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鑄造是制造業(yè)的基礎(chǔ)。鑄件是各種機(jī)器的重要組成部分，一般來說鑄件的重量占整機(jī)重量的40 % 90 %。據(jù)統(tǒng)計，我國或是國際上，在全部鑄件產(chǎn)量中，60 % 70 %的鑄件是用砂型生產(chǎn)的。硅砂是鑄造砂模的主要物質(zhì)，傳統(tǒng)鑄造生產(chǎn)中硅砂砂模的制造主要是通過人工手工制作，生產(chǎn)勞動強(qiáng)度大，環(huán)境差，對工人的技術(shù)要求高，生產(chǎn)周期較長且砂型質(zhì)量不穩(wěn)定。激光快速成型技術(shù)是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，被認(rèn)為是近20年來制造領(lǐng)域的一個重大成果?？焖俪尚图夹g(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過快速成型機(jī)將一層層的材料堆積成實體原型。在計算機(jī)控制下，基于離散堆積的原理采用不同方法堆積材料，最終完成零件的成型與制造的技術(shù)。由于快速成型技術(shù)采用了全新的增長加工方法，徹底擺脫了傳統(tǒng)去除加工法的限制，只需傳統(tǒng)加工方法10% 30%的工時以及20% 35%的成本就能直接制造出產(chǎn)品模型或樣品。它集機(jī)械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)等技術(shù)于一身，可以自動、直接、快速、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件原型制造、新設(shè)計思想的校驗等方面提供了一種高效低成本的實現(xiàn)手段。近幾年，隨著激光快速成型技術(shù)的發(fā)展，其在復(fù)雜模型成型制造方面的優(yōu)勢明顯，將快速成型技術(shù)應(yīng)用與砂型制作具有很大的潛力。但快速成型中所用激光器多為光纖激光器，硅砂對其基本全部透過，無法吸收，從而無法進(jìn)行加工成型。這是激光快速成型應(yīng)用于砂模成型的主要瓶頸本方法的創(chuàng)新之處在于，使用光纖激光器直接加工對其透過率高達(dá)90%以上硅砂材料。使得硅砂砂模的制作可以通過快速成型的方法準(zhǔn)確快速的成型，大大降低勞動強(qiáng)度以及制作成型時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決光纖激光器無法對硅砂進(jìn)行成型加工的問題。本發(fā)明采用的選區(qū)激光燒結(jié)設(shè)備包括計算機(jī)、光纖激光器、運動控制卡、成型室、鋪送粉機(jī)構(gòu)，材料包括包覆有硅砂、酚醛樹脂。對于砂模的成型包括如下步驟(I)硅砂與酚醛樹脂按一定的比例混合。具體操作過程為先將硅砂加入混砂機(jī)中加熱到200 220°C之間，然后按酚醛樹脂與硅砂重量比I. 9% 2. I %加入酚醛樹脂。當(dāng)砂溫降到105 110°C時，此時酚醛樹脂基本已經(jīng)均勻包覆在硅砂表面，加入烏洛托品水溶液(烏洛托品水質(zhì)量比=I I 1.5)使酚醛樹脂固化，其加入量占酚醛樹脂質(zhì)量的10% 15%之間。在混制過程中需要通入壓縮空氣，加速冷卻和砂粒的分散過程。
(2)將要成型 的制件模型導(dǎo)入加工軟件中，根據(jù)所要加工模型的形狀，要達(dá)到的精度以及顆粒的大小進(jìn)行分層填充處理；(3)根據(jù)模型的大小計算所需粉末顆粒的總量，將足量的混合顆粒添加入送粉機(jī)構(gòu)中，保證加工過程中粉末顆粒充足；(4)打開激光器，調(diào)整激光功率、加工速度以及掃描間隔，對制件進(jìn)行分層加工成型。本方法的原理是通過在硅砂表層包覆一層酚醛樹脂，激光束在根據(jù)制件形狀對顆粒進(jìn)行成型加工，在激光束掃描的過程中表層顆粒由于酚醛樹脂對激光的吸收，酚醛樹脂熔化，能夠粘連到一起，在表層下方一定深度的顆粒在投射進(jìn)的激光束的作用下，酚醛樹脂也產(chǎn)生熔化現(xiàn)象，從而將上下層的硅砂顆粒更緊密的粘連到一起。本發(fā)明主要解決的問題在于光纖激光器對硅砂的透過率很高達(dá)90%以上，直接將光束作用在硅砂顆粒上無法達(dá)到加工成型效果。通過對硅砂進(jìn)行包覆處理，從而使得硅砂能夠加工成型，解決了光纖激光器無法加工硅砂的難題。
具體實施例方式首先有必要在此指出的是本實施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本發(fā)明實例選用小功率光纖激光器作為成型熱源，掃描系統(tǒng)采用數(shù)字式掃描振鏡；硅砂顆粒粒徑為100 μ m，表面包覆有I μ m酚醛樹脂。使用Pro/E三維建模軟件創(chuàng)建外徑為30mm,內(nèi)徑為25mm的空心半球以及底部為30mmX 30mm,頂部為直徑30mm,高度為30mm的模型。本實例按以下方法進(jìn)行采用熱包覆工藝，將硅砂與酚醛樹脂加入混砂機(jī)中進(jìn)行混合包覆得到成型加工所需的包覆砂。將需要成型的三維模型導(dǎo)入控制軟件中進(jìn)行分層切片處理，設(shè)定加工參數(shù)為功率5W，掃描速度70mm/s，掃描間隔O. Imm0根據(jù)分層信息，對模型進(jìn)行逐層成型加工直至完成所有層片的成型。
權(quán)利要求
1.基于光纖激光器的硅砂加工成型方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)先將硅砂加入混砂機(jī)中加熱到200 220°C之間，然后按酚醛樹脂與硅砂重量比I. 9% 2. 1%加入酚醛樹脂；當(dāng)砂溫降到105 110°C時，加入烏洛托品水溶液使酚醛樹脂固化，烏洛托品水溶液中烏洛托品水質(zhì)量比=I I I. 5，烏洛托品水溶液中加入量是酚醛樹脂質(zhì)量的10% 15%之間；在混制過程中需要通入加速冷卻和砂粒的分散過程的壓縮空氣； (2)將要成型的制件模型導(dǎo)入加工軟件中，根據(jù)所要加工模型的形狀，要達(dá)到的精度以及顆粒的大小進(jìn)行分層填充處理； (3)根據(jù)模型的大小計算所需粉末顆粒的總量，將足量的混合顆粒添加入送粉機(jī)構(gòu)中，保證加工過程中粉末顆粒充足； (4)打開激光器，調(diào)整激光功率、加工速度以及掃描間隔，對制件進(jìn)行分層加工成型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光纖激光器的硅砂砂模成型方法，屬于激光快速成型加工領(lǐng)域。包括以下步驟硅砂表面均勻包覆一層酚醛樹脂，用建模軟件制作要成型的零件模型，對模型進(jìn)行分層加工。在加工過程中，由于硅砂的透過聚焦作用，將激光的焦點匯聚到了表層粉末的后面，激光在成型時不僅對表層粉末有作用效果，對下部一定深度的粉末也具有成型作用效果。本發(fā)明主要解決的問題在于光纖激光器對硅砂的透過率很高達(dá)90％以上，直接將光束作用在硅砂顆粒上無法達(dá)到加工成型效果。通過對硅砂進(jìn)行包覆處理，從而使得硅砂能夠加工成型，解決了光纖激光器無法加工硅砂的難題。
文檔編號B22C9/12GK102615253SQ201210105219
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者劉富榮, 周偉平, 張強(qiáng), 陳繼民 申請人:北京工業(yè)大學(xué)