[發明專利]一種水玻璃砂擠出微錘三維打印微波固化方法及裝置

有效

• 申請號: 202110329140.3
• 申請日: 2021-03-27
• 公開（公告）號: CN113102691B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 汪華方;蘇桐;劉博涵;高祥;汪天歌;張武;汪泉潤
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學
• 主分類號: B22C9/10
• 分類號: B22C9/10;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y70/10;B33Y80/00;B22C1/02
• 代理公司: 武漢泰山北斗專利代理事務所(特殊普通合伙) 42250
• 代理人: 程千慧

本發明涉及一種水玻璃砂擠出微錘三維打印微波固化方法及裝置，所述裝置包括xy兩軸移動機構、噴嘴機構、微波發射機構和升降工作臺，噴嘴機構包括殼體、橡膠噴嘴、升降機構、凹凸導柱和梨形微錘頭，殼體下端設置有橡膠噴嘴，空腔內設置有凹凸導柱，凹凸導柱下方設置有微錘頭，微錘頭設置在橡膠噴嘴內，凹凸導柱固定在升降機構上，升降機構用于通過帶動凹凸導柱上下移動，使得空腔內的混合漿料由橡膠噴嘴流到升降工作臺上，并通過帶動凹凸導柱帶動微錘頭上下移動，對升降工作臺上的混合漿料進行錘擊，微波發射機構用于向升降工作臺上的混合漿料發射微波，對混合漿料進行靶向固化。可實現直接擠出混砂料(免清理)、微錘擊造型和微波靶向固化。

技術領域

本發明涉及一種水玻璃砂綠色鑄造領域，具體涉及一種水玻璃砂擠出微錘三維打印微波固化方法及裝置。

背景技術

砂型三維打印技術是目前國際上成型工藝中備受關注的焦點。傳統的砂型流程一般是：CAD設計→預處理→工裝夾具制造→砂型制造→鑄造，周期在4周甚至更長；而三維打印的流程是：CAD設計→預處理→砂型打印→鑄造，最快的話5天就可以完成，交貨期按“天”計算而不是按“周”，省去了大量昂貴、繁瑣的中間環節，還可加工傳統方法難以制造的零件材質，如梯度材質零件、多材質零件等，有利于新材料的設計。

傳統砂型鑄造零件的結構越復雜，砂型制作的難度也會越復雜，這時候只有通過精巧的設計才能在不互相干涉的情況下拼出來一個需要的型腔進行鑄造，極度依賴工人的水平。三維砂型打印技術制造模具不再需要制作模樣和芯盒，同時可以自動化、高精度地制造砂型，避免了組裝帶來的精度誤差，砂型質量穩定，工藝周期被大大地縮短，降低了制造成本。

常見的砂型或砂芯主要采用了激光立體光刻、選擇性激光燒結、微滴噴射等三維打印工藝，其中激光立體光刻主要用于陶瓷殼型和型芯的直接成形，選擇性激光燒結成形基于有機樹脂的覆膜砂殼型及型芯，微滴噴射可噴射樹脂制備樹脂砂型。微滴噴射的方案是一層一層堆疊砂子，再通過噴嘴按照零件截面的形狀噴射樹脂(例如冷成型呋喃樹脂、酚醛樹脂等)，就可以將砂子粘結在一起，通過反復的鋪砂和選擇性噴射粘結用樹脂的操作，實現了極為復雜的幾何結構的造型，是最有代表性的砂型三維打印方法。

微噴射粘結三維打印技術從成形陶瓷殼型開始，慢慢地擴展到了成形砂型。早在1990年，Sachs等人就首次采用微滴噴射技術噴射溶膠分層粘結氧化鋁粉末，成功的制備氧化鋁陶瓷殼型和型芯。Moon對微噴射粘結快速成形陶瓷的過程進行了研究，發現除了粘結劑溶液的粘度和表面張力外，粉末顆粒表面粗糙度和粉層孔隙尺寸對粘結劑在粉屋屮的滲透深度也有影響，當粘結劑滲透深度小于分層厚度時，則制件強度明顯降低。Vaezi通過實驗察了分層原度和粘結劑噴射量對制件的整性、力學性能、表面質量和尺寸精度的影響。美國Z Corp公司針對陶瓷殼型開發的工藝，該工藝使用的材料為公司自行研制的淀粉基粉末和石膏基粉末，工藝主要用于有色金屬鑄造；美國Soligen Technology公司開發的DSPC工藝，該工藝的粉末材料為陶瓷基粉末，粘結劑為硅溶膠，主要用于中小型陶瓷殼型的快速成形，成形的殼型不適用于饒注高溫合金；德國Generis公司開發的GS工藝主要用于砂型的快速制造，該工藝首先對粉層噴射粘結劑，然后經噴頭選擇性噴射催化劑固化型砂成形，這給后期清理帶來較大的困難，且材料的回收利用率低。

國內方面，清華大學與北京殷華激光快速成形及模具技術有限公司共同研發的工藝，該工藝主要用于大中型樹脂砂型的快速成形，其噴射系統采用兩個噴嘴，一個用于噴射呋喃樹脂，另一個用于噴射固化劑，該工藝成形的砂型精度偏低，發氣量大；佛山峰華卓立制造技術有限公司與清華大學合作研究的系列快速成形設備主要用于砂型的快速制造其基本工藝是采用氣動式噴頭按先后順序噴射樹脂粘結劑體系(普通商業呋喃樹脂粘結劑和配套的酸性固化劑)，從而使硅砂粘結成形；李曉燕等人利用自行開發的微噴射粘結快速成形系統進行了石膏基粉末材料的成形試驗，并分析了噴射參數和鋪粉參數對制件組織和性能的影響。