[發(fā)明專利]一種復(fù)雜雙層壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010051157.2
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111098387B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁靜靜;安曉龍;李金國;周亦胄;孫曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B28B17/02;B28B17/00;B28B11/22;B28B11/24
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明涉及精密鑄造領(lǐng)域，具體為一種熔模鑄造用復(fù)雜雙層壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制備方法。第一步配制高固相含量、高打印性能、同時流動沉降性能更穩(wěn)定優(yōu)異的硅基陶瓷型芯漿料；第二步根據(jù)需要獲得的單晶空心雙層壁發(fā)動機(jī)葉片得到復(fù)雜雙層壁硅基陶瓷型芯的三維模型，將型芯三維模型進(jìn)行切片處理并進(jìn)行光固化3D打印路徑編程；第三步將型芯的STL文件導(dǎo)入光固化3D打印機(jī)中，并結(jié)合第一步配制好的硅基陶瓷型芯漿料進(jìn)行逐層打印，獲得光固化雙層壁型芯素坯；第四步將型芯素坯進(jìn)行干燥、燒結(jié)工藝，獲得光固化3D打印的復(fù)雜雙層壁硅基陶瓷型芯，用于精密鑄造空心發(fā)動機(jī)葉片，替代傳統(tǒng)熔模鑄造中工序繁雜的需要多套模具制作的雙層壁型芯。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精密鑄造領(lǐng)域，具體為一種熔模鑄造用復(fù)雜雙層壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制備方法，適應(yīng)于精密鑄造空心發(fā)動機(jī)葉片，替代傳統(tǒng)熔模鑄造中工序繁雜的需要多套模具制作的雙層壁型芯的加工方法。

背景技術(shù)

在“中國制造2025”、美國《國家先進(jìn)制造戰(zhàn)略計劃》、歐洲航天局《驚奇計劃》、日本《增材制造科研計劃》、新加坡《工業(yè)增材制造項目》以及歐盟《3D打印標(biāo)準(zhǔn)化路線圖》等全球新型制造技術(shù)迅猛發(fā)展的機(jī)遇下，增材制造技術(shù)融合了計算機(jī)輔助設(shè)計、材料加工與成形技術(shù)，以數(shù)字化模型文件為基礎(chǔ)，通過軟件與數(shù)控系統(tǒng)將特制材料逐層堆積固化，制造出實體產(chǎn)品的制造技術(shù)，日益成為國內(nèi)外專家學(xué)者的研究熱點，增材制造將可能會給傳統(tǒng)的制造業(yè)帶來一系列深刻的變革。其中，光固化3D打印技術(shù)以其成形尺寸大、可利用材料范圍廣、成形件的材料性能優(yōu)異等特點，在航空、航天等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

陶瓷型芯和陶瓷型腔是制備航空發(fā)動機(jī)空心葉片必要附屬品，其性能優(yōu)劣直接影響空心葉片性能。隨著對航空發(fā)動機(jī)推重比要求的提高，基于流動力學(xué)和傳熱力學(xué)基本原理，發(fā)動機(jī)葉片內(nèi)腔設(shè)計越來越復(fù)雜，從而對型芯的性能提出更加嚴(yán)格的要求，傳統(tǒng)工藝制備高復(fù)雜度雙層壁硅基型芯以及精密硅基型腔需要多套模具，工序復(fù)雜，成本極高，故如何制備復(fù)雜雙層壁光固化硅基陶瓷型芯成為該技術(shù)急需解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種熔模鑄造用復(fù)雜雙層壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制備方法，該方法工藝簡單、一體化成形、周期短、成本低、效率高。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種復(fù)雜雙層壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制備方法，該方法主要包括制備硅基陶瓷型芯漿料；制作復(fù)雜雙層壁硅基陶瓷型芯三維模型；對型芯三維模型進(jìn)行切片處理并進(jìn)行3D打印路徑編程、導(dǎo)入STL格式文件和加入硅基陶瓷型芯漿料進(jìn)行光固化3D打印型芯；將型芯素坯進(jìn)行干燥、燒結(jié)工藝。

所述的復(fù)雜雙層壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制備方法，第一步配制高固相含量、高打印性能、同時流動沉降性能更穩(wěn)定優(yōu)異的硅基陶瓷型芯漿料；第二步根據(jù)需要獲得的單晶空心雙層壁發(fā)動機(jī)葉片得到復(fù)雜雙層壁硅基陶瓷型芯的三維模型，將型芯三維模型進(jìn)行切片處理并進(jìn)行光固化3D打印路徑編程；第三步將型芯的STL格式文件導(dǎo)入光固化3D打印機(jī)中，并結(jié)合第一步配制好的硅基陶瓷型芯漿料進(jìn)行逐層打印，獲得光固化雙層壁型芯素坯；第四步將型芯素坯進(jìn)行干燥、燒結(jié)工藝，最終獲得光固化3D打印的復(fù)雜雙層壁硅基陶瓷型芯。

所述的復(fù)雜雙層壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制備方法，該方法具體步驟如下：

(1)取微米級和納米級混合的球形硅基陶瓷粉末：粒度20～40nm、99.9wt％純度的熔融石英二氧化硅，以及粒度100～300μm、純度99wt％的二氧化硅，以及氣相人工合成疏水性二氧化硅，其中：納米粉為硅基陶瓷粉末總質(zhì)量的60％～75％，微米粉為硅基陶瓷粉末總質(zhì)量的10％～25％，氣相人工合成疏水二氧化硅為硅基陶瓷粉末總質(zhì)量的5％～20％；

(2)取微米級和納米級混合的硅基陶瓷粉末、單體、交聯(lián)劑、分散劑、光引發(fā)劑、光吸收劑及礦化劑；

(3)將硅基陶瓷粉末和礦化劑混合，將混合物進(jìn)行球磨處理；