本發(fā)明涉及3d打印鑄造輔助材料領(lǐng)域,具體涉及一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑及其制備方法。
背景技術(shù):
3d打印技術(shù)與機(jī)器人、互聯(lián)網(wǎng)一起被稱(chēng)為第三次工業(yè)革命的主要標(biāo)志。目前,已有部分工業(yè)級(jí)3d噴墨打印機(jī)應(yīng)用于鑄造生產(chǎn)服務(wù),主要用于鑄件的快速成型、翻制模具、打印模殼、砂芯等。目前德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)將3d噴墨打印技術(shù)廣泛應(yīng)用于鑄造行業(yè)。而在國(guó)內(nèi),3d打印技術(shù)正處于起步階段,尤其在鑄造行業(yè),采用3d噴墨打印技術(shù)制造高端精密鑄件的企業(yè)寥寥無(wú)幾。隨著“中國(guó)制造2025”國(guó)家戰(zhàn)略的提出,整個(gè)中國(guó)鑄造業(yè)正在加速向著智能化、信息化、高效化的方向加速發(fā)展,通過(guò)3d噴墨打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)增材制造的新一代鑄造方法越來(lái)越被國(guó)家關(guān)注和認(rèn)可。對(duì)于擁有世界上最大規(guī)模鑄造業(yè)的中國(guó)來(lái)說(shuō),研究和發(fā)展鑄造3d噴墨打印技術(shù)及其配套使用的各種新型材料是非常有前景、有意義的。
目前國(guó)內(nèi)外鑄造企業(yè)普遍使用的鑄造3d噴墨打印用粘結(jié)劑為有機(jī)樹(shù)脂,如呋喃樹(shù)脂。有機(jī)樹(shù)脂粘結(jié)劑雖然具有優(yōu)異的性能,但其居高不下的成本、樹(shù)脂砂在使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染,及其在鑄件質(zhì)量控制方面的局限性等缺點(diǎn),嚴(yán)重制約了有機(jī)樹(shù)脂粘結(jié)劑在鑄造3d噴墨打印領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。為了迎合高效、節(jié)能、環(huán)保的“綠色鑄造”理念,開(kāi)發(fā)出性能與有機(jī)樹(shù)脂相當(dāng)、環(huán)保無(wú)污染的鑄造3d噴墨打印用新型材料,已然成為了鑄造工作者們的共識(shí)。前蘇聯(lián)時(shí)期,鑄造工作者們?cè)?jīng)試圖將磷酸基無(wú)機(jī)粘結(jié)劑應(yīng)用于鑄造領(lǐng)域,但由于其只能通過(guò)加熱的方式進(jìn)行硬化成型,生產(chǎn)效率低、成本高,導(dǎo)致其未能大面積推廣應(yīng)用。同時(shí)由于鑄造3d噴墨打印技術(shù)要求粘結(jié)劑系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)常溫快速硬化,同時(shí)還要保證短時(shí)間內(nèi)的型砂強(qiáng)度增長(zhǎng)。因此如何設(shè)計(jì)一種環(huán)保、能夠?qū)崿F(xiàn)常溫快速硬化和快速成型的3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用的材料成為本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提出了一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑及其制備方法,打印砂型的過(guò)程為:先將該粉末固化劑與原砂材料混合均勻,再將混合后的材料一層層鋪設(shè)在打印臺(tái)面上,打印頭按照電腦程序設(shè)計(jì)的三維模型向打印臺(tái)面噴射磷酸基粘結(jié)劑,該磷酸基粘結(jié)劑與粉末固化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使得砂型實(shí)現(xiàn)常溫快速硬化,快速成型,本發(fā)明成型為標(biāo)準(zhǔn)砂試塊,達(dá)到增材制造的目的。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:本發(fā)明提出了一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑,其特征在于,包括以下質(zhì)量百分比的組分:電熔氧化鎂26%-42%、輕質(zhì)氧化鎂16%-26%、氫氧化鎂7%-15%、氧化鋅11%-19%、氫氧化鋅6%-12%、氧化鈣5%-15%。
同時(shí),本發(fā)明還提出了一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:
步驟一:將電熔氧化鎂、輕質(zhì)氧化鎂、氫氧化鎂、氧化鋅、氫氧化鋅和氧化鈣用真空泵抽入混合機(jī)中,啟動(dòng)攪拌,攪拌60min,制得3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑;
步驟二:對(duì)制得的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進(jìn)行檢測(cè);
步驟三:對(duì)檢測(cè)合格的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進(jìn)行包裝。
進(jìn)一步的,制備得到的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的可使用時(shí)間t的范圍為1min≤t≤2min。
本發(fā)明至少包括以下技術(shù)效果:
1)該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的可使用時(shí)間為1min≤t≤2min,加入了該粉末固化劑成型后的標(biāo)準(zhǔn)砂試塊在造型完成后10min左右便可脫模,同時(shí)可使用時(shí)間短、效率高、能夠?qū)崿F(xiàn)快速硬化,符合鑄造3d噴墨打印使用要求;
2)該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑加入量為30%(占粘結(jié)劑的比重)時(shí),φ30mm*50mm的標(biāo)準(zhǔn)砂試塊24h常溫抗壓強(qiáng)度達(dá)到7mpa以上,粘結(jié)強(qiáng)度高,并且1000℃高溫后殘余抗壓強(qiáng)度低于0.5mpa,潰散性能優(yōu)異,鑄件后期清砂容易;
3)該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑與原砂材料之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中性能不發(fā)生變化,打印時(shí)未噴射到磷酸基粘結(jié)劑的混合物料(粉末固化劑與原砂材料)可循環(huán)使用,節(jié)省3d打印生產(chǎn)成本;
4)該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑在生產(chǎn)、使用過(guò)程中無(wú)有毒有害氣體產(chǎn)生,對(duì)人體無(wú)任何損害,綠色環(huán)保。
具體實(shí)施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案,下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明??傮w而言,本發(fā)明提供了一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑及其制備方法,下面通過(guò)以下實(shí)施例來(lái)具體說(shuō)明本發(fā)明的特點(diǎn)。
本發(fā)明提供了一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑,包括以下質(zhì)量百分比的組分:電熔氧化鎂26%-42%、輕質(zhì)氧化鎂16%-26%、氫氧化鎂7%-15%、氧化鋅11%-19%、氫氧化鋅6%-12%、氧化鈣5%-15%。
實(shí)施例1:一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑,包括質(zhì)量百分比的組分如下:電熔氧化鎂34%、輕質(zhì)氧化鎂21%、氫氧化鎂11%、氧化鋅15%、氫氧化鋅9%、氧化鈣10%。
本實(shí)施例的3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的制備方法為:
步驟一:將340kg電熔氧化鎂、210kg輕質(zhì)氧化鎂、110kg氫氧化鎂、150kg氧化鋅、90kg氫氧化鋅和100kg氧化鈣用真空泵抽入混合機(jī)中,啟動(dòng)攪拌,攪拌60min,制得3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑;
步驟二:對(duì)制得的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進(jìn)行檢測(cè);
步驟三:對(duì)檢測(cè)合格的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進(jìn)行包裝。
該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑加入量為30%(占粘結(jié)劑的比重)時(shí),可使用時(shí)間t=1.2min,成型后的φ30mm*50mm的標(biāo)準(zhǔn)砂試塊24h常溫抗壓強(qiáng)度為7.85mpa,1000℃高溫后殘余抗壓強(qiáng)度為0.38mpa。
實(shí)施例2:一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑,包括質(zhì)量百分比的組分如下:電熔氧化鎂38%、輕質(zhì)氧化鎂20%、氫氧化鎂12%、氧化鋅13%、氫氧化鋅9%、氧化鈣8%。
本實(shí)施例的3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的制備方法為:
步驟一:將380kg電熔氧化鎂、200kg輕質(zhì)氧化鎂、120kg氫氧化鎂、130kg氧化鋅、90kg氫氧化鋅和80kg氧化鈣用真空泵抽入混合機(jī)中,啟動(dòng)攪拌,攪拌60min,制得3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑;
步驟二:對(duì)制得的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進(jìn)行檢測(cè);
步驟三:對(duì)檢測(cè)合格的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進(jìn)行包裝。
該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑加入量為30%(占粘結(jié)劑的比重)時(shí),可使用時(shí)間t=1.4min,成型后的φ30mm*50mm的標(biāo)準(zhǔn)砂試塊24h常溫抗壓強(qiáng)度為7.63mpa,1000℃高溫后殘余抗壓強(qiáng)度為0.32mpa。
實(shí)施例3:一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑,包括質(zhì)量百分比的組分如下:電熔氧化鎂40%、輕質(zhì)氧化鎂24%、氫氧化鎂9%、氧化鋅12%、氫氧化鋅8%、氧化鈣7%。
本實(shí)施例的3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的制備方法為:
步驟一:將400kg電熔氧化鎂、240kg輕質(zhì)氧化鎂、90kg氫氧化鎂、120kg氧化鋅、80kg氫氧化鋅和70kg氧化鈣用真空泵抽入混合機(jī)中,啟動(dòng)攪拌,攪拌60min,制得3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑;
步驟二:對(duì)制得的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進(jìn)行檢測(cè);
步驟三:對(duì)檢測(cè)合格的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進(jìn)行包裝。
該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑加入量為30%(占粘結(jié)劑的比重)時(shí),可使用時(shí)間t=1.5min,成型后的φ30mm*50mm的標(biāo)準(zhǔn)砂試塊24h常溫抗壓強(qiáng)度為7.88mpa,1000℃高溫后殘余抗壓強(qiáng)度為0.37mpa。
實(shí)施例4:一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑,包括質(zhì)量百分比的組分如下:電熔氧化鎂32%、輕質(zhì)氧化鎂22%、氫氧化鎂13%、氧化鋅16%、氫氧化鋅8%、氧化鈣9%。
本實(shí)施例的3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的制備方法為:
步驟一:將320kg電熔氧化鎂、220kg輕質(zhì)氧化鎂、130kg氫氧化鎂、160kg氧化鋅、80kg氫氧化鋅和90kg氧化鈣用真空泵抽入混合機(jī)中,啟動(dòng)攪拌,攪拌60min,制得3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑;
步驟二:對(duì)制得的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進(jìn)行檢測(cè);
步驟三:對(duì)檢測(cè)合格的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進(jìn)行包裝。
該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑加入量為30%(占粘結(jié)劑的比重)時(shí),可使用時(shí)間t=1.6min,成型后的φ30mm*50mm的標(biāo)準(zhǔn)砂試塊24h常溫抗壓強(qiáng)度為7.45mpa,1000℃高溫后殘余抗壓強(qiáng)度為0.29mpa。
實(shí)施例5:一種3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑,包括質(zhì)量百分比的組分如下:電熔氧化鎂36%、輕質(zhì)氧化鎂23%、氫氧化鎂11%、氧化鋅16%、氫氧化鋅7%、氧化鈣7%。
本實(shí)施例的3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的制備方法為:
步驟一:將360kg電熔氧化鎂、230kg輕質(zhì)氧化鎂、110kg氫氧化鎂、160kg氧化鋅、70kg氫氧化鋅和70kg氧化鈣用真空泵抽入混合機(jī)中,啟動(dòng)攪拌,攪拌60min,制得3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑;
步驟二:對(duì)制得的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進(jìn)行檢測(cè);
步驟三:對(duì)檢測(cè)合格的所述3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑進(jìn)行包裝。
該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑加入量為30%(占粘結(jié)劑的比重)時(shí),可使用時(shí)間t=1.7min,成型后的φ30mm*50mm的標(biāo)準(zhǔn)砂試塊24h常溫抗壓強(qiáng)度為7.91mpa,1000℃高溫后殘余抗壓強(qiáng)度為0.41mpa。
本發(fā)明至少包括以下技術(shù)效果:該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑的可使用時(shí)間為1min≤t≤2min,加入了該粉末固化劑成型后的標(biāo)準(zhǔn)砂試塊在造型完成后10min左右便可脫模,同時(shí)可使用時(shí)間短、效率高、能夠?qū)崿F(xiàn)快速硬化,符合鑄造3d噴墨打印使用要求;該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑加入量為30%(占粘結(jié)劑的比重)時(shí),φ30mm*50mm的標(biāo)準(zhǔn)砂試塊24h常溫抗壓強(qiáng)度達(dá)到7mpa以上,粘結(jié)強(qiáng)度高,并且1000℃高溫后殘余抗壓強(qiáng)度低于0.5mpa,潰散性能優(yōu)異,鑄件后期清砂容易;該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑與原砂材料之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中性能不發(fā)生變化,打印時(shí)未噴射到磷酸基粘結(jié)劑的混合物料(粉末固化劑與原砂材料)可循環(huán)使用,節(jié)省3d打印生產(chǎn)成本;該3d噴墨打印磷酸基粘結(jié)劑用粉末固化劑在生產(chǎn)、使用過(guò)程中無(wú)有毒有害氣體產(chǎn)生,對(duì)人體無(wú)任何損害,綠色環(huán)保。
盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例,可以理解的是,上述實(shí)施例是示例性的,僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例,不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型,同時(shí),對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員,依據(jù)本申請(qǐng)的思想,在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。