三維噴印快速成形鑄造型芯材料與工藝研究.pdf

1、三維噴?。═hree Dimensional Printing,3DP）技術(shù)作為一種主要的增材制造技術(shù)，具有成形效率高、成形材料類型豐富以及系統(tǒng)成本低等突出優(yōu)點(diǎn)，在大尺寸砂型（芯）無(wú)?？焖僦圃旆矫婢哂歇?dú)特的優(yōu)勢(shì)。但是目前的3DP成形鑄造砂型（芯）工藝，存在打印噴頭維護(hù)困難、工藝穩(wěn)定性差、發(fā)氣量大等問(wèn)題，限制了3DP技術(shù)在快速鑄型領(lǐng)域的快速發(fā)展。本文提出一種基于溶劑法的3DP成形鑄造砂型（芯）新工藝，研究了材料、工藝參數(shù)對(duì)3DP成形鑄造砂

2、型（芯）性能的影響規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　提出了一種基于溶劑法的3DP成形鑄造砂型（芯）新工藝。該工藝變傳統(tǒng)噴射“粘性樹(shù)脂型粘結(jié)劑”為“溶劑型粘結(jié)劑”，利用溶質(zhì)溶解析出的原理進(jìn)行3DP成形。采用傳統(tǒng)熱法覆膜工藝制備了3DP用寶珠覆膜砂材料，對(duì)其粉末特性進(jìn)行表征，并配制了相應(yīng)的醇基粘結(jié)劑。根據(jù)熱塑性酚醛樹(shù)脂的特性，制定了初坯的低溫焙燒后處理工藝方案?；诨萜諊娔蛴C(jī)，設(shè)計(jì)了3DP工藝原型機(jī)。
　　研究了材料成分含量（樹(shù)

3、脂/無(wú)水乙醇）及工藝參數(shù)（噴液量/分層厚度）對(duì)3DP成形砂型（芯）性能的影響規(guī)律。在材料成分含量方面，隨著樹(shù)脂含量的增大，3DP成形寶珠覆膜砂試樣的常溫抗拉強(qiáng)度和發(fā)氣量均增大；隨著無(wú)水乙醇含量的增大，抗拉強(qiáng)度逐漸增大，而無(wú)水乙醇含量的變化對(duì)發(fā)氣量沒(méi)有明顯影響。在工藝參數(shù)方面，在一定范圍內(nèi)，隨著噴液量的增大，分層厚度的減小，砂型抗拉強(qiáng)度均逐漸增大；而兩者對(duì)砂型的發(fā)氣量影響較小。當(dāng)樹(shù)脂含量為2.5％，無(wú)水乙醇含量為90%，層厚為0.25mm

4、，噴液量為每層掃描兩遍時(shí)，3DP成形砂型（芯）的初坯抗拉強(qiáng)度為0.48MPa，后處理強(qiáng)度為3.787MPa，發(fā)氣量為18.54ml/g。此外，精度測(cè)試結(jié)果顯示制件尺寸在X、Y、Z方向呈增大趨勢(shì)，尺寸偏差小于0.35mm或小于0.3%。最后澆注出12CrMo合金葉輪零件，經(jīng)噴丸處理后鑄件無(wú)明顯表面缺陷。
　　由于該工藝成形初坯強(qiáng)度相對(duì)較低，本文對(duì)覆膜砂進(jìn)行改性，研究了α半水石膏對(duì)3DP成形覆膜砂砂型（芯）性能的影響。隨著復(fù)合粉末中α

5、半水石膏含量的增大，初坯的強(qiáng)度及后燒結(jié)強(qiáng)度均先增大再較?。坏瑫r(shí)發(fā)氣量明顯增大，透氣性也會(huì)降低。樹(shù)脂含量為1.5%的寶珠覆膜砂，在添加3%α半水石膏后，初坯的最大抗拉強(qiáng)度達(dá)0.931MPa，是沒(méi)有添加α半水石膏的3倍，初坯強(qiáng)度明顯提高，后處理后850℃下發(fā)氣量為13.3ml/g，透氣率為50.07。
　　本文通過(guò)對(duì)基于溶劑法的3DP成形鑄造砂型（芯）新工藝的研究表明，采用覆膜砂為成形材料，以醇基溶液作為粘結(jié)劑，利用3DP工藝成形鑄