[發(fā)明專利]一種激光3D打印專用型砂及其制備工藝和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410179449.9
• 申請(qǐng)日: 2014-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN104722757A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐臨超;牛麗媛;林繼興;李銳平;陳賢航;陳澤輝;祝思遠(yuǎn);謝作旺;周志珍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B22F3/115;B22C1/00
• 代理公司: 溫州甌越專利代理有限公司 33211
• 代理人: 陳加利

技術(shù)領(lǐng)域

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)

隨著生活中金屬制品更新?lián)Q代節(jié)奏的加快，對(duì)相關(guān)金屬制品的研發(fā)速度要求越來越高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，也急迫要求開發(fā)商和制造商成本和質(zhì)量進(jìn)行有效的管控，這就把許多問題都?xì)w結(jié)于制造技術(shù)和先進(jìn)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(dòng)機(jī)缸蓋及缸體鑄件，在發(fā)動(dòng)機(jī)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(fèi)最多的環(huán)節(jié)之一。一般都需要多次更改設(shè)計(jì)和工藝，而每次更改設(shè)計(jì)和工藝則必須進(jìn)行修模甚至重新制作模具，使得一款新發(fā)動(dòng)機(jī)的推出周期很長,?影響企業(yè)在最有利的時(shí)機(jī)爭(zhēng)奪市場(chǎng)份額。

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(jì)時(shí)，只需更改CAD數(shù)據(jù)，就又可以在很短的時(shí)間內(nèi)制作出修改后樣品。在極短時(shí)間內(nèi)，即可開展后期的試驗(yàn)研究。

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加，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(xiàng)技術(shù)近年來得到了飛速的發(fā)展。

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(shí)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(dá)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(jī)進(jìn)行各種測(cè)試和使用檢驗(yàn)。（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

本發(fā)明的第一個(gè)目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)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。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種上述型砂的制備工藝。

本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種上述型砂3D激光成型的應(yīng)用方法。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)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92~97%；成型固化劑為呋喃樹脂，占總砂重的1~3%；催化劑對(duì)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%。

進(jìn)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1~70目，含泥量≤1%。

進(jìn)一步設(shè)置是所述的對(duì)甲苯磺酸為FFD-G03型。

進(jìn)一步設(shè)置是所述的呋喃樹脂含氮量≤8％。

進(jìn)一步設(shè)置是所述的膨潤土及硼酸的顆粒組成均為1~70目。

????為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個(gè)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120~200℃環(huán)境下，烘烤10~30min；

（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(duì)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≤8%的呋喃樹脂，均勻混合后，靜置10~60s。

????為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第三個(gè)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是包括以下步驟：

（1）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(dòng)后，將所需打印的砂型模型編制完成后，啟動(dòng)打印程序；

（3）打印過程中，激光照射溫度范圍為800~2500℃，型砂鋪設(shè)量需嚴(yán)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(bào)廢；

（4）打印完成后，在300~400℃環(huán)境下，保溫2~8小時(shí)。

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(cè)系統(tǒng)對(duì)加工過程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)成型材料的形貌及尺寸進(jìn)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(diǎn)：

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(qiáng)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。