一種激光3d打印專用型砂及其制備工藝和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料鑄造領(lǐng)域，具體是一種激光3D打印專用型砂及其制備工藝和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生活中金屬制品更新?lián)Q代節(jié)奏的加快，對相關(guān)金屬制品的研發(fā)速度要求越來越高，市場競爭愈演愈烈，也急迫要求開發(fā)商和制造商成本和質(zhì)量進行有效的管控，這就把許多問題都歸結(jié)于制造技術(shù)和先進工藝。許多金屬的核心部件，本身的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，例如汽車發(fā)動機缸蓋及缸體鑄件，在發(fā)動機的開發(fā)過程中，這些零件模具的制造是生產(chǎn)周期最長，花費最多的環(huán)節(jié)之一。一般都需要多次更改設(shè)計和工藝，而每次更改設(shè)計和工藝則必須進行修模甚至重新制作模具，使得一款新發(fā)動機的推出周期很長，影響企業(yè)在最有利的時機爭奪市場份額。
[0003]采用3D打印快速成型方法開發(fā)金屬制品樣品，不僅省略了制作模具的工序，而且可以顯著縮短研制周期，而且在需要更改設(shè)計時，只需更改CAD數(shù)據(jù)，就又可以在很短的時間內(nèi)制作出修改后樣品。在極短時間內(nèi)，即可開展后期的試驗研究。
[0004]由于3D打印快速成型制造技術(shù)是把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊力口，因而可以在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意復(fù)雜的零部件，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性，因此該項技術(shù)近年來得到了飛速的發(fā)展。
[0005]盡管3D打印快速成型技術(shù)有效地解決了復(fù)雜零件的成型問題，然而，現(xiàn)有3D快速成型制造技術(shù)仍然存在以下局限性:(1)受快速成型材料的限制，成形后零件無法與實際最終零件的材料一致。(2)現(xiàn)有快速成型制造的零件的性能指標(biāo)方面無法達到最終零件的要求；(3)現(xiàn)有快速成型制造的零件的只能作為可視模型和裝配模型，而不能作為功能樣機進行各種測試和使用檢驗。(4)即使3D打印合格的金屬產(chǎn)品樣品，也只是單件或很小批量，不能批量化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的第一個目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，研發(fā)一種適用于激光3D打印成型的精密度極高，膨脹系數(shù)小且無需后加工型砂。
[0007]本發(fā)明的第二個目的是提供一種上述型砂的制備工藝。
[0008]本發(fā)明的第三個目的是提供一種上述型砂3D激光成型的應(yīng)用方法。
[0009]為實現(xiàn)本發(fā)明的第一個目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種激光3D打印專用型砂，包括成型填充物質(zhì)、成型固化劑、催化劑、添加劑，其中成型填充物質(zhì)為鑄造用砂，占總砂重92、7%;成型固化劑為呋喃樹脂，占總砂重的f 3%;催化劑對甲苯磺酸，占總砂重的0.5^1% ;添加劑為膨潤土及硼砂，其中膨潤土占總砂重的1.5?3%，硼酸占總沙重的0.5?1%。
[0010]進一步設(shè)置是所述鑄造用砂包括硅砂、非硅質(zhì)砂，其要求為顆粒組成廣70目，含泥量< 1%。
[0011]進一步設(shè)置是所述的對甲苯磺酸為FFD-G03型。
[0012]進一步設(shè)置是所述的呋喃樹脂含氮量< 8%。
[0013]進一步設(shè)置是所述的膨潤土及硼酸的顆粒組成均為f 70目。
[0014]為實現(xiàn)本發(fā)明的第二個目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是包括以下步驟:
(1)將鑄造用砂、膨潤土及硼酸按標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量比配置完成后，均勻混合后，置于12(T200°C環(huán)境下，烘烤1lOmin ；
(2)置于于干燥環(huán)境中，冷卻至室溫后，加入所述質(zhì)量比的FFD-G03型對甲苯磺酸，均勻混合后，靜置l(T30s;
(3)加入所述質(zhì)量比含氮量彡8%的呋喃樹脂，均勻混合后，靜置l(T60s。
[0015]為實現(xiàn)本發(fā)明的第三個目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是包括以下步驟:
(O首先將配置好的型砂，置入激光3D打印設(shè)備的送料裝置中；
(2)開啟激光3D打印設(shè)備，待其完全啟動后，將所需打印的砂型t旲型編制完成后，啟動打印程序；
(3)打印過程中，激光照射溫度范圍為80(T250(TC，型砂鋪設(shè)量需嚴格控制在0.2±0.05mm，防止過薄或過厚，致使型砂出現(xiàn)局部應(yīng)力變化，導(dǎo)致產(chǎn)品報廢；
(4)打印完成后，在30(T400°C環(huán)境下，保溫2?8小時。
[0016]激光3D打印技術(shù)，只需向系統(tǒng)中輸入所制作的電子3D模型，無需模具，通過觀測系統(tǒng)對加工過程進行控制，實現(xiàn)成型材料的形貌及尺寸進行精密控制，本發(fā)明所涉及的專用型砂各組分在急冷急熱條件下，膨脹系數(shù)極小，因此本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
本發(fā)明在型砂成型過程中，無需模具即可成型，尺寸精度及強度高；本發(fā)明涉及的激光3D打印專用型砂特別適用于新品開發(fā)、樣品制作及形狀及其復(fù)雜的砂型制造。
[0017]主要技術(shù)性能參數(shù)為:熱膨脹率，1000°C，0.9?1.2%;發(fā)氣量，8501:，3 min，6?12mL/g;抗彎強度，(232±5)°C，2 min，3.5 "10.0 MPa ;高溫抗壓強度，1000°C，lmin，0.2?0.6 MPa ;灼減量，1000°C，30 min，1.1 ?2.3% ;耐熱時間，60s ?120s。
[0018]
【具體實施方式】
[0019]下面以發(fā)動機缸體型砂制造為例，通過實施例對本發(fā)明進行具體的描述，只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限定，該領(lǐng)域的技術(shù)工程師可根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整。
[0020]實施例1 型砂制造過程:
(O將擦洗湖口砂92kg、膨潤土 3kg及硼酸Ikg均勻混合后，置于20(TC環(huán)境下，烘烤1min ；
(2)置于于干燥環(huán)境中，冷卻至室溫后，加入lkgFFD-G03型對甲苯磺酸，均勻混合后，靜置1s ；
(3)加入3kg含氮量彡8%呋喃樹脂，均勻混合后，靜置10s。
[0021]發(fā)動機缸體砂型制作過程:
(O首先將配置好的型砂，置入激光3D打印設(shè)備的送料裝置中； (2)開啟激光3D打印設(shè)備，待其完全啟動后，將發(fā)動機缸體的砂型t旲型導(dǎo)入激光打印軟件，啟動打印程序；
(3)打印過程中，激光照射溫度為800°C，型砂鋪設(shè)量需嚴格控制在0.2±0.05mm ；
(4)打印完成后，在300C環(huán)境下，保溫2小時。
[0022]實施例2
以發(fā)動機缸體型砂為例型砂制造過程:
(1)將擦洗湖口砂97kg、膨潤土Ikg及硼酸0.5kg均勻混合后，置于120°C環(huán)境下，烘烤30min ；
(2)置于于干燥環(huán)境中，冷卻至室溫后，加入0.5kgFFD-G03型對甲苯磺酸，均勻混合后，靜置30s ；
(3)加入Ikg含氮量<8%呋喃樹脂，均勻混合后，靜置60s。
[0023]發(fā)動機缸體砂型制作過程:
(O首先將配置好的型砂，置入激光3D打印設(shè)備的送料裝置中；
(2)開啟激光3D打印設(shè)備，待其完全啟動后，將發(fā)動機缸體的砂型t旲型導(dǎo)入激光打印軟件，啟動打印程序；
(3)打印過程中，激光照射溫度為2500°C，型砂鋪設(shè)量需嚴格控制在0.2±0.05mm ；
(4)打印完成后，在400C環(huán)境下，保溫8小時。
[0024]實施例3 型砂制造過程:
(1)將擦洗湖口砂95kg、膨潤土1.5kg及硼酸0.8kg均勻混合后，置于12(T20(TC環(huán)境下,烘烤20min ；
(2)置于于干燥環(huán)境中，冷卻至室溫后，加入FFD-G03型0.7kg對甲苯磺酸，均勻混合后，靜置20s ；
(3)加入2kg含氮量彡8%呋喃樹脂，均勻混合后，靜置30s。
[0025]發(fā)動機缸體砂型制作過程:
(O首先將配置好的型砂，置入激光3D打印設(shè)備的送料裝置中；
(2)開啟激光3D打印設(shè)備，待其完全啟動后，將發(fā)動機缸體的砂型t旲型導(dǎo)入激光打印軟件，啟動打印程序；
(3)打印過程中，激光照射溫度為1500°C，型砂鋪設(shè)量需嚴格控制在0.2±0.05mm ；
(4)打印完成后，在350C環(huán)境下，保溫4小時。
【主權(quán)項】
1.一種激光3D打印專用型砂，其特征在于:包括成型填充物質(zhì)、成型固化劑、催化劑和添加劑，其中成型填充物質(zhì)為鑄造用砂，占總砂重92、7% ;成型固化劑為呋喃樹脂，占總砂重的廣3% ;催化劑對甲苯磺酸，占總砂重的0.5^1% ;添加劑為膨潤土及硼砂，其中膨潤土占總砂重的1.5?3%，硼酸占總沙重的0.5?1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光3D打印專用型砂，其特征在于:所述鑄造用砂包括硅砂或非硅質(zhì)砂，其要求為顆粒組成廣70目，含泥量< 1%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光3D打印專用型砂，其特征在于:所述的呋喃樹脂含氮量< 8%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光3D打印專用型砂，其特征在于:所述的對甲苯磺酸為 FFD-G03 型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光3D打印專用型砂，其特征在于:所述的膨潤土及硼酸的顆粒組成均為f 70目。
6.一種如權(quán)利要求1所述的激光3D打印專用型砂的制備工藝，其特征在于包括以下步驟:各步驟所用原料的配比如權(quán)利要求1所述， (1)將鑄造用砂、膨潤土及硼酸按比例配置，均勻混合后，置于120-200℃環(huán)境下，烘烤.10-30min ； (2)置于干燥環(huán)境中，冷卻至室溫后，加入所述質(zhì)量比的FFD-G03型對甲苯磺酸，均勻混合后，靜置10?30s ； (3)加入所述質(zhì)量比含氮量彡8%的呋喃樹脂，均勻混合后，靜置l(T60s。
7.—種如權(quán)利要求1所述的激光3D打印專用型砂的使用方法，其特征在于:其使用方法包括以下步驟: (1)將所述的激光3D打印專用型砂，置入激光3D打印設(shè)備的送料裝置中； (2)開啟激光3D打印設(shè)備，待其完全啟動后，將所需打印的砂型t旲型編制完成后，啟動打印程序； (3)打印過程中，激光照射溫度范圍為800-2500°C，型砂鋪設(shè)量嚴格控制在.0.2±0.05mm ; (4)打印完成后，在300-400°C環(huán)境下，保溫2?8小時。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光3D打印專用型砂及其制備工藝和應(yīng)用，包括成型填充物質(zhì)、成型固化劑、催化劑、添加劑，其中成型填充物質(zhì)為鑄造用砂，占總砂重92.5~97%；成型固化劑為呋喃樹脂，占總砂重的1~3%；催化劑對甲苯磺酸，占總砂重的0.5~1%；添加劑為膨潤土及硼砂，其中膨潤土占總砂重的1.5~3%，硼酸占總沙重的0~0.5%。本發(fā)明的優(yōu)點是在型砂成型過程中，無需模具即可成型，尺寸精度及強度高，型砂所使用的激光3D打印方法特別適用于新品開發(fā)、樣品制作及形狀及其復(fù)雜的砂型制造。
【IPC分類】B22F3-105, B22F3-115, B22C1-00
【公開號】CN104722757
【申請?zhí)枴緾N201410179449
【發(fā)明人】徐臨超, 牛麗媛, 林繼興, 李銳平, 陳賢航, 陳澤輝, 祝思遠, 謝作旺, 周志珍
【申請人】浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2014年4月29日