[發明專利]同步打印砂型支撐輔助增材制造金屬零件的方法

有效

• 申請號: 201910564302.4
• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110202146B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 孫中剛;嵇書偉;陳小龍;常輝
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松

本發明屬于增材制造技術領域，提出一種同步打印砂型支撐輔助增材制造金屬零件的方法，其步驟為：在基板上，以基板的垂直方向為打印方向，逐層同步打印等高的金屬零件和金屬支撐，并逐層成型與金屬零件等高的砂型，直至打印出完整的金屬零件與金屬支撐，并成型出完整砂型件，成型后的砂型件和間隔設置在砂型件之間的金屬支撐構成支撐結構，所述支撐結構與所述的金屬零件內壁貼合。本發明防止了送粉/送絲打印階段因無結構支撐導致熔池倒塌，從而導致打印失敗的缺陷，同時，本發明避免了多余的機械加工，減少復雜結構金屬零件的成型成本，滿足了市場需求。

技術領域

本發明涉及增材制造領域，具體而言提出增材制造中送材打印復雜金屬零件的方法。

背景技術

3D打印現已用于鑄造領域中，常用的技術有：熔融沉積快速成型技術 (FDM)、光固化成型技術(SLA)、選擇性激光燒結技術(SLS)、無模鑄型制造技術(PCM)、基于3D打印的直接殼型鑄造技術(DSPC)、3D噴墨打印技術(3DP)。并且，3D打印技術在金屬鑄造領域中的應用目前主要集中在熔模鑄造、砂型鑄造、修補缺陷等方面。

砂型鑄造對設計精度和表面質量要求較高，3D打印結合砂型鑄造，所得到的產品精度遠高于傳統鑄模方式。在此，3D打印相對于機械加工相比，成型復雜，成型周期減少，節約鑄模成本。砂型鑄造的增材制造現一般使用SLS，3DP 技術。對此國內外有相關專家學者對增材制造與砂型打印的結合進行了一系列的研究。

Snelling等人(Snelling D,Li Q,Meisel N,et al.Lightweight metalcellular structures fabricated via 3D printing of sand cast molds[J],Adv.Eng.Mater., 2015(17):923-932.)研究了3D打印結合砂模鑄造制造輕質蜂窩結構金屬材料，成型出具有高比強度，沖擊吸收能力，隔熱隔音性能的材料；

張磊等人(張磊，武永亮，劉濤，等.3D打印砂芯(型)在鐵路鑄鋼件中的應用研究[J].特種鑄造及有色合金，2017，37(10):1071-1074.)采用3D噴墨打印技術和選擇性激光燒結技術打印出鐵路鑄鋼件砂樣，并使用砂模鑄造，得出3DP 工藝鑄件表面較SLS工藝鑄件表面粗糙，但打印速度快且成本較低；

趙開發等人(趙開發，基于SLS覆膜鋯砂砂型的鈦合金快速鑄造工藝研究 [J].鈦工業進展，2016，33(3)：43-44)利用SLS技術直接成形砂型砂芯，此方法制造出的砂型和型芯制造周期短、成型靈活性強、成型穩定性強，并可以提升大型鑄件的形狀復雜性。

耿佩等人(耿佩.淺析3D打印技術在鑄造成形中的應用[J].中國鑄造裝備與技術，2016(1)：8-9.)利用3D打印技術制作撥叉原型，進行砂型鑄造造型并進行澆鑄，脫模后得到撥叉零件實體。相比傳統的砂型鑄造的方法，鑄件表面質量良好，成本也得到降低。

但同時，激光熔化沉積技術(送粉打印)因激光器光斑直徑較大，存在打印精度不夠，成型熱應力較大，導致成型復雜件能力較差的問題。且電弧增材制造技術(送絲打印)在電弧大熱量的作用下熔池同樣因沒有支撐作用而發生塌陷。

以上研究均只針對了先3D打印砂型成形再進行砂模鑄造等方面，但是沒有真正在增材制造方面提高激光熔化沉積(送粉打印)和電弧增材制造技術(送絲打印)的復雜零件的成型能力，因此這個問題亟待解決。

發明內容

本發明目的在于提供一種同步打印砂型支撐輔助增材制造金屬零件的方法，旨在通過手動成型砂型，送粉/送絲打印金屬零件和支撐結構，打印結束后使用溶解劑溶解砂型，并機械加工去除支撐，最終達到送粉/送絲打印復雜結構金屬零件的目的。

本發明的上述目的通過獨立權利要求的技術特征實現，從屬權利要求以另選或有利的方式發展獨立權利要求的技術特征。