[發明專利]一種砂型制造的3D打印工藝

有效

• 申請號: 201910380244.X
• 申請日: 2019-05-08
• 公開（公告）號: CN110076289B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 嚴彪;尹春月;嚴鵬飛
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B22C9/02
• 分類號: B22C9/02;B33Y10/00;B33Y80/00
• 代理公司: 31225 上海科盛知識產權代理有限公司
• 代理人: 褚明偉

本發明涉及一種砂型制造的3D打印工藝，在具有所需形狀的砂型中進行激光3D打印，原料被激光熔化，然后經過層層鋪砂打印，層與層之間相互結合，經過層層打印，最后制造出類桁架結構或晶格結構的非晶制品。與現有技術相比，采用本發明工藝，利用砂型制造的方法，能夠在較低的條件要求下，制備出具有較為精細結構的規則非晶結構，提高了石英砂的利用率，拓展了其應用，降低了成本，是一種方便有效的制備工藝。

技術領域

本發明屬于激光3D打印領域，尤其是涉及一種砂型制造的3D打印工藝。

背景技術

3D打印技術以其制備過程簡單，節省原料和能源，能夠制備想要的精細結構等優勢而為人們廣泛用于制備多種材料。石英砂來源廣泛，價格低廉，很多無機制品以此為原料，但是它們的制備工藝比較復雜，難度較高。

激光3D打印一般用于金屬粉末的3D打印，是一種被廣泛應用的金屬3D打印方法。桁架結構(或周期結構)是一種既節省原材料，同時又有較高的比強度，力學性能較好的一種材料，被廣泛應用于輕量化結構材料領域。

中國專利CN106475518B公布了一種用于鑄造回轉體結構鑄件的砂型，包括：相互配合以形成用于鑄造的型腔的第一鑄型單元和第二鑄型單元，其中，第一鑄型單元內表面通過3D打印一體成型有現有的砂芯，砂芯包括用于成型鑄件的成型部和將成型部與第一鑄型單元連接的連接部，第二鑄型單元內表面設置有與連接部配合的芯座。其主要是利用3D打印成型砂芯。

中國專利CN208593078U公開了一種制作鑄造砂型的激光3D打印平臺，包括真空上料裝置、同軸送粉裝置、運動導軌、砂型制作平臺、砂型移位車、升降裝置；所述真空上料裝置，通過真空泵使砂料通過真空上料管和砂料輸送管運送到同軸送粉裝置；所述真空上料裝置與同軸送粉裝置相連，位于整個結構的上方；所述同軸送粉裝置直接在砂型制作平臺上打印砂型；所述升降裝置通過砂型位移車與砂型制作平臺相連，控制砂型制作平臺的升降，實現逐層打印；所述砂型位移車將打印完的砂型運輸到下一個工序中繼續工作。其通過控制同軸送粉裝置和升降平臺，確保3D打印機逐層打印，實現砂型的制作，再將鑄造砂型移出打印機，確保可以進行下一步工作。

上述專利都是利用3D打印來制作砂型或砂芯，而沒有將3D打印與砂型制造相結合。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種砂型制造的3D打印工藝。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種砂型制造的3D打印工藝，在具有所需形狀的砂型中進行激光3D打印，原料被激光熔化，然后經過層層鋪砂打印，層與層之間相互結合，形成具有特定形狀的三維結構。

進一步地，進行激光3D打印所采用的工藝參數為：激光器功率：500-1000w，激光器頻率：50kHz，掃描速度：250-300mm/s，掃描軌跡以結構中的短邊，激光所走路徑為弓字形路徑，路徑間距：0.02-0.1mm，聚焦光斑直徑：30-80um，鋪粉層厚：2-5mm。采用該工藝參數能夠更加快速將石英砂熔化，并使層與層之間有效結合，同時減少熱應力，使制品不易破裂，同時強度更高。

進一步地，第一層鋪粉厚度為3-4mm，每層打印完重新鋪粉，從第二層起每層的鋪粉厚度都為首層鋪粉厚度的70％-90％，打印層厚為：1.5-2.5mm。

進一步地，所用原料為石英砂。

進一步地，所用石英砂粒徑在100-300目之間。

進一步地，所述具有特定形狀的三維結構為類桁架結構或晶格結構的非晶制品。

進一步地，所述類桁架結構或晶格結構的非晶制品為已知結構尺寸的標準結構或根據需求自行設計的結構與尺寸。

所述砂型用于控制所打印產品的形狀，同時起到支撐的作用。