蠟溫應按不同厚度進行設置，當厚度均勻或厚度小于10mm的原型工件，蠟溫應設定在65?70°C;當厚度在10?30mm之間或者厚度不均勻的原型工件，蠟溫應設定在58?63°C;當厚度大于30mm或者厚度不均勻的原型工件，蠟溫應設定在58?60°C，且優(yōu)選在真空下進行。所述滲蠟處理具體包括:采用先將加熱溫度設定到預定值，然后把蠟打碎后放入蠟池，滲蠟處理過程應勻速下降至全部浸入蠟池，保證原型件不受熱軟化而出現(xiàn)工件變形、坍塌，直到原型件無氣泡冒出(一般需要1?3分鐘)，勻速將原型件提出蠟池。所述用可控溫的烘箱進行干燥包括:將滲蠟處理的蠟模原型件放在65°C的烘箱中干燥10分鐘后，再空氣冷卻。
[0043]S103、硅溶膠/水玻璃熔模精密鑄造。
[0044]蠟模組樹;對目標零件的整體PS材料原型工件進行逐層硅溶膠/水玻璃掛漿撒砂制殼。硅溶膠/水玻璃掛漿撒砂制殼包括:每掛一次掛漿對應地撒一層砂，等前一層型殼干燥硬化后再次掛漿撒砂制下一層型殼，且除首次掛漿后撒鋯英砂作為面層砂外后續(xù)的每次撒砂都用莫來砂，反復進行4-6次硅溶膠/水玻璃掛漿并撒砂過程，然后再進行硅溶膠/水玻璃封漿處理，待其干燥硬化后型殼制作完成。
[0045]完成制殼后將目標零件的整體PS材料原型工件進行模殼脫蠟工序，待完成脫蠟處理之后將目標零件的整體PS材料原型工件及其型殼整體放入高溫焙燒爐里進行高溫焙燒。其中，所述模殼脫蠟的工藝采用水浴-焙燒脫蠟，水溫在90?100°C，時間25?30分鐘，焙燒去除模殼中的PS材料，溫度250?280°C，時間為30?50分鐘使模殼內(nèi)原型件完全消失;模殼高溫焙燒爐的溫度為950?1000°C，保溫2小時至模殼完全燒結(jié)固化后澆注。
[0046]將完成焙燒后的目標零件型殼從高溫焙燒爐中取出并澆注熔融金屬液，待其冷卻后進行震動脫殼，去除包覆在鑄件外表面的堅硬型殼。
[0047]將澆注系統(tǒng)切除，再進行鑄件后處理，最終制得目標零件精密金屬鑄件。
[0048]下面以具體實例，對本發(fā)明作進一步說明。如圖2-圖5所示，本實施例中基于選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印的精密蠟模鑄造工藝包括如下步驟:
[0049]采用CATIA、Pro/E、UG、CREO和Solid Works等任一三維建模軟件對目標零件模型精密鑄造工藝進行CAD優(yōu)化設計。
[0050]建立目標零件的三維模型，圖2為本發(fā)明實施例提供的目標零件整體模型示意圖，圖2中201為目標零件的三維模型，圖3為本發(fā)明實施例提供的目標零件整體全剖視圖。在該目標零件的三維模型上直接設計相應的澆注系統(tǒng)。根據(jù)不同零件的結(jié)構(gòu)特點，對不同壁厚的部位一定的尺寸比例進行相應的預收縮處理以確保零件在快速鑄造過程中的精度。目標零件的三維模型及澆注系統(tǒng)構(gòu)成一個完整的目標零件模型，圖4為本發(fā)明實施例提供的目標零件整體模型+澆注系統(tǒng)示意圖，圖4中401為澆注系統(tǒng)，圖5為本發(fā)明實施例提供的目標零件整體模型+澆注系統(tǒng)全剖視圖。
[0051 ]將上述完成的完整目標零件模型轉(zhuǎn)成STL數(shù)據(jù)格式，并用采用自主研發(fā)的HUST-3DP三維模型切片軟件進行前處理。根據(jù)目標零件的結(jié)構(gòu)特點，選擇最佳零件打印方向進行逐層打印。
[0052]將本實施例中完成打印的原型件依次進行未燒結(jié)粉末清除，在蠟溫為65?70°C的自制滲蠟機構(gòu)進行滲蠟處理，將滲后的蠟模原型件放在65°C的烘箱中干燥10分鐘左右再空氣冷卻，最后進行表面凈化處理確保表面精度。
[0053]對目標零件整體原型蠟模件進行逐層硅溶膠/水玻璃掛漿撒砂制殼，每掛一次漿對應地撒一層砂，等前一層型殼干燥硬化后再次掛漿撒砂制下一層型殼，且除首次掛漿后撒鋯英砂作為面層砂外后面每次撒砂都用莫來砂，如此反復進行4-6次硅溶膠/水玻璃掛漿并撒砂過程，然后再進行硅溶膠/水玻璃封漿處理，待其干燥硬化后型殼制作完成。
[0054]將制作完成的模殼采用水浴-焙燒脫蠟工藝，在水溫為100°C浴槽浸泡10分鐘，然后在溫度250?280°C爐子焙燒30?50分鐘，確保原型件PS材料充分燃燒，將模殼在950?1000°C的高溫焙燒爐保溫2小時至模殼完全燒結(jié)固化后澆注。
[0055]本發(fā)明的技術(shù)方案是將選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)的硅溶膠/水玻璃熔模精密鑄造工藝相結(jié)合，一次成形制作完整的蠟模件，省去了復雜鑄件的蠟模拼裝所需的人工費用及所需的工時;整個制造過程中無需模具，既節(jié)約了模具制造成本，又縮短了零件制造周期，提高了產(chǎn)品開發(fā)效率;有效提高了零件的精度尺寸和表面質(zhì)量，蠟模精度可達±0.1，制造出產(chǎn)品具有表面光澤度高，強度好;不需要任何的支撐結(jié)構(gòu)即可實現(xiàn)任意復雜結(jié)構(gòu)的零件的快速精密鑄造。本發(fā)明不需用模具就可以快速制造出零件的“蠟?！辈⒖焖僦圃斐鼋饘倭慵?，不僅可實現(xiàn)復雜零件快速制造，而且能實現(xiàn)精密鑄造工藝過程的集成化、自動化、快速化，大大縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，節(jié)約研發(fā)成本，特別適合于單件小批量復雜鑄件的生產(chǎn)和新產(chǎn)品的試制。
[0056]注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實施例及所運用技術(shù)原理。本領域技術(shù)人員會理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術(shù)人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本發(fā)明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發(fā)明進行了較為詳細的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【主權(quán)項】
1.一種基于選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印的精密蠟模鑄造工藝，其特征在于，包括如下步驟: 5101、對目標零件進行CAD鑄造工藝的優(yōu)化設計； 5102、選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印成型； 5103、硅溶膠/水玻璃熔模精密鑄造。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印的精密蠟模鑄造工藝，其特征在于，所述步驟S101具體包括: 建立目標零件的三維模型，對目標零件整體模型的各個部位按一定的尺寸比例進行預縮放處理并在該目標零件的三維模型上直接設計相應的澆注系統(tǒng)，使目標零件的三維模型及其澆注系統(tǒng)形成一個目標零件整體模型。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印的精密蠟模鑄造工藝，其特征在于，所述步驟S102具體包括: 將目標零件整體模型轉(zhuǎn)換成STL數(shù)據(jù)格式，進行相關前處理，該前處理依次包括但不限于如下加工參數(shù)優(yōu)化工藝:零件打印方向定位、數(shù)據(jù)模擬及加工預估、加溫層識別及切片處理； 將完成切片處理的模型數(shù)據(jù)進行選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印快速成型系統(tǒng)進行激光燒結(jié)3D打印成型； 打印完成后得到帶未燒結(jié)粉末的目標零件整體PS材料原型工件，進行清粉處理； 將清粉處理完成后的目標零件整體PS材料原型工件在自制滲蠟機構(gòu)用一定蠟溫進行滲蠟處理，再用可控溫的烘箱進行干燥的后處理。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印的精密蠟模鑄造工藝，其特征在于，所述步驟S103具體包括: 對目標零件的整體PS材料原型工件進行逐層硅溶膠/水玻璃掛漿撒砂制殼； 完成制殼后將目標零件的整體PS材料原型工件進行模殼脫蠟工序，待完成脫蠟處理之后將目標零件的整體PS材料原型工件及其型殼整體放入高溫焙燒爐里進行高溫焙燒； 將完成焙燒后的目標零件型殼從高溫焙燒爐中取出并澆注熔融金屬液，待其冷卻后進行震動脫殼，去除包覆在鑄件外表面的堅硬型殼； 將澆注系統(tǒng)切除，再進行鑄件后處理，最終制得目標零件精密金屬鑄件。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印的精密蠟模鑄造工藝，其特征在于，所述步驟S102中后處理包括依次進行未燒結(jié)粉末清除、滲蠟處理、干燥和表面凈化。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印的精密蠟模鑄造工藝，其特征在于，所述步驟S102中蠟溫應按不同厚度進行設置，當厚度均勻或厚度小于10mm的原型工件，蠟溫應設定在65?70°C;當厚度在10?30mm之間或者厚度不均勻的原型工件，蠟溫應設定在58?63°C;當厚度大于30mm或者厚度不均勻的原型工件，蠟溫應設定在58?60°C。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印的精密蠟模鑄造工藝，其特征在于，所述步驟S102中滲蠟處理具體包括:先將加熱溫度設定到預定值，然后把蠟打碎后放入蠟池，滲蠟處理過程應勻速下降至全部浸入蠟池，保證原型件不受熱軟化而出現(xiàn)工件變形、坍塌，直到原型件無氣泡冒出，勻速將原型件提出蠟池。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印的精密蠟模鑄造工藝，其特征在于，所述步驟S102中用可控溫的烘箱進行干燥包括:將滲蠟處理的蠟模原型件放在65°c的烘箱中干燥10分鐘后，再空氣冷卻。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印的精密蠟模鑄造工藝，其特征在于，所述步驟S103中硅溶膠/水玻璃掛漿撒砂制殼包括:每掛一次掛漿對應地撒一層砂，等前一層型殼干燥硬化后再次掛漿撒砂制下一層型殼，且除首次掛漿后撒鋯英砂作為面層砂外后續(xù)的每次撒砂都用莫來砂，反復進行4-6次硅溶膠/水玻璃掛漿并撒砂過程，然后再進行硅溶膠/水玻璃封漿處理，待其干燥硬化后型殼制作完成。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印的精密蠟模鑄造工藝，其特征在于，所述步驟S03中模殼脫蠟的工藝采用水浴-焙燒脫蠟，水溫在90?100°C左右，時間25?30分鐘，焙燒去除模殼中的PS材料，溫度250?280°C，時間為30?50分鐘使模殼內(nèi)原型件完全消失;模殼高溫焙燒爐的溫度為950?1000°C，保溫2小時至模殼完全燒結(jié)固化后澆注。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印的精密蠟模鑄造工藝，包括如下步驟：S101、對目標零件進行CAD鑄造工藝的優(yōu)化設計。S102、選擇性激光粉末燒結(jié)3D打印成型。S103、硅溶膠/水玻璃熔模精密鑄造。本發(fā)明不需用模具就可以快速制造出零件的“蠟模”并快速制造出金屬零件，不僅可實現(xiàn)復雜零件快速制造，而且能實現(xiàn)精密鑄造工藝過程的集成化、自動化、快速化，大大縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，節(jié)約研發(fā)成本，特別適合于單件小批量復雜鑄件的生產(chǎn)和新產(chǎn)品的試制。
【IPC分類】B22C7/02, B33Y10/00, B22C9/04
【公開號】CN105436406
【申請?zhí)枴緾N201510864470
【發(fā)明人】丁勁鋒, 周浪, 李漢兵, 安升輝, 褚饒, 王瑞彪, 馬貴東, 黃博
【申請人】華中科技大學無錫研究院, 華中科技大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月1日