[發(fā)明專利]一種厚壁構件的3D打印-鑄造聯(lián)合制造方法

在審

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• 申請日: 2022-08-11
• 公開（公告）號: CN115319112A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設計）人: 寧國山;夏爽;李文利
• 申請（專利權）人: 沈陽度維科技開發(fā)有限公司
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/66;B22C9/08;B22D19/04;B33Y10/00
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產(chǎn)權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種厚壁構件的3D打印?鑄造聯(lián)合制造方法，它涉及材料加工領域，本發(fā)明要解決使用3D打印的方式制備厚壁構件時效率低下的問題，本發(fā)明將所制造的構件分割成內(nèi)部實體和外側殼體部分，然后對外側殼體進行3D打印，殼體壁厚為2?15mm，預留澆鑄冒口位置；殼體零件清理內(nèi)部粉塵、碎屑，將冶煉好的澆鑄材料填充入殼體零件中；待零件冷卻后，由機械加工設備對其外形尺寸精度進行修整，達到使用要求。本發(fā)明方法針對厚壁構件，可以極大的提高其生產(chǎn)效率，將原本上百小時的打印工程改為幾十小時的殼體打印和幾分鐘的內(nèi)部澆鑄過程，以滿足更高效的生產(chǎn)需求。

技術領域

本發(fā)明屬于材料加工工程領域，具體涉及一種厚壁構件的3D打印-鑄造聯(lián)合制造方法。

背景技術

增材制造技術，也叫3D打印技術，自2012年美國大力支持3D打印技術發(fā)展開始，成為世界科技行業(yè)的熱點。該技術是指在計算機程序控制下連續(xù)形成材料層以創(chuàng)建物理對象而生成3D物體的過程。3D文件源通常被分成幾層，每一層生成一組計算機控制的指令。3D打印的要素就是在整個3D產(chǎn)品中按順序逐層進行材料添加或連接。與減材加工相比，3D打印相關的金屬應用中的廢料減少了40％。此外，95％～98％的廢料可以在3D打印中回收。其技術形式包括7大類制造工藝：材料擠出(Material Extrusion)、光聚合(Photopolymerization)、粉末床熔合(PowderBed Fusion)、材料噴射(MaterialJetting)、黏結劑噴射(Binder Jetting)、片材層壓(SheetLamination)和定向能量沉積(Directed EnergyDeposition)。而制造的材料包括常見金屬材料(鋁合金、鋼、鈦合金、鎳基高溫合金等)以及大量可重復融化的非金屬材料(PLA塑料，光敏樹脂，彩色石膏粉粘結，尼龍，蠟等)。

3D打印技術具有的獨有優(yōu)勢是顯而易見的，克服各種限制，使產(chǎn)品制造向快速化、智能化、多種材料集成化、便捷化、大型化的方向發(fā)展，并制造出高精度、高質量、低成本的產(chǎn)品。尤其在航空、航天、船舶、新能源汽車等領域，當零件具有復雜的幾何形狀、難于加工、需定制生產(chǎn)、輕量化、強度高等特性時，可采用3D打印技術取代傳統(tǒng)的多個零件加工組合生產(chǎn)的方式，直接制造如內(nèi)部空腔、復雜流道等形式的構件。但3D打印技術在生產(chǎn)過程中同樣面臨著不可避免的問題：生產(chǎn)效率極低，尤其是在打印厚壁結構時，由于單次打印填充量較小，對大型厚壁結構的打印往往需要上百個小時，因此在生產(chǎn)應用中很少對厚壁構件進行打印。目前已有的方法通常對3D打印設備進行改進以加快打印進程，專利202210137609.8提出了一種金屬高效率增材制造的裝置及方法，采用多個熱源對粉末快速加熱實現(xiàn)高效率的熔化及打印，但其實施成本較高，需要多臺激光器進行耦合。專利201710598398.7設計了一種顯著提高打印效率的3D打印臺，通過提高鋪粉效率和交替打印來提高打印速度，但并不能改變3D打印過程本身的速度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決使用3D打印的方式制備厚壁構件時效率低下的問題，提出一種厚壁構件的3D打印-鑄造聯(lián)合制造方法。

本發(fā)明的一種厚壁構件的3D打印-鑄造聯(lián)合制備方法，它是按照以下步驟進行的：

步驟一:將所要制造的厚壁構件分為內(nèi)部實體和外側殼體部分，殼體壁厚為2～15mm，殼體的澆鑄冒口的直徑為0.8～3倍的殼體壁厚，應用3D打印技術對外側殼體進行打印；

步驟二:將打印的殼體零件取出并清理內(nèi)部粉塵、碎屑，將冶煉好的澆鑄材料以低溫澆注的方式從澆鑄冒口填充入殼體中，在外側殼體外部使用0～25℃的低溫氣體進行保護，最終將外殼熔化10～50％并形成冶金結合，制成內(nèi)部實體；

步驟三:待殼體冷卻至室溫后，由機械加工設備對其外形尺寸精度進行修整，即得到厚壁構件。

進一步地，所述的厚壁構件的材料合金材料或非金屬材料。

進一步地，步驟一中所述的殼體壁厚為5-15mm。

進一步地，殼體的澆鑄冒口為1～2倍的殼體壁厚。