三維噴印快速成形鑄造型芯材料與工藝研究.pdf

1、三維噴?。═hree Dimensional Printing,3DP）技術作為一種主要的增材制造技術，具有成形效率高、成形材料類型豐富以及系統(tǒng)成本低等突出優(yōu)點，在大尺寸砂型（芯）無?？焖僦圃旆矫婢哂歇毺氐膬?yōu)勢。但是目前的3DP成形鑄造砂型（芯）工藝，存在打印噴頭維護困難、工藝穩(wěn)定性差、發(fā)氣量大等問題，限制了3DP技術在快速鑄型領域的快速發(fā)展。本文提出一種基于溶劑法的3DP成形鑄造砂型（芯）新工藝，研究了材料、工藝參數(shù)對3DP成形鑄造砂

2、型（芯）性能的影響規(guī)律。主要研究內(nèi)容如下：
　　提出了一種基于溶劑法的3DP成形鑄造砂型（芯）新工藝。該工藝變傳統(tǒng)噴射“粘性樹脂型粘結(jié)劑”為“溶劑型粘結(jié)劑”，利用溶質(zhì)溶解析出的原理進行3DP成形。采用傳統(tǒng)熱法覆膜工藝制備了3DP用寶珠覆膜砂材料，對其粉末特性進行表征，并配制了相應的醇基粘結(jié)劑。根據(jù)熱塑性酚醛樹脂的特性，制定了初坯的低溫焙燒后處理工藝方案?；诨萜諊娔蛴C，設計了3DP工藝原型機。
　　研究了材料成分含量（樹

3、脂/無水乙醇）及工藝參數(shù)（噴液量/分層厚度）對3DP成形砂型（芯）性能的影響規(guī)律。在材料成分含量方面，隨著樹脂含量的增大，3DP成形寶珠覆膜砂試樣的常溫抗拉強度和發(fā)氣量均增大；隨著無水乙醇含量的增大，抗拉強度逐漸增大，而無水乙醇含量的變化對發(fā)氣量沒有明顯影響。在工藝參數(shù)方面，在一定范圍內(nèi)，隨著噴液量的增大，分層厚度的減小，砂型抗拉強度均逐漸增大；而兩者對砂型的發(fā)氣量影響較小。當樹脂含量為2.5％，無水乙醇含量為90%，層厚為0.25mm

4、，噴液量為每層掃描兩遍時，3DP成形砂型（芯）的初坯抗拉強度為0.48MPa，后處理強度為3.787MPa，發(fā)氣量為18.54ml/g。此外，精度測試結(jié)果顯示制件尺寸在X、Y、Z方向呈增大趨勢，尺寸偏差小于0.35mm或小于0.3%。最后澆注出12CrMo合金葉輪零件，經(jīng)噴丸處理后鑄件無明顯表面缺陷。
　　由于該工藝成形初坯強度相對較低，本文對覆膜砂進行改性，研究了α半水石膏對3DP成形覆膜砂砂型（芯）性能的影響。隨著復合粉末中α

5、半水石膏含量的增大，初坯的強度及后燒結(jié)強度均先增大再較?。坏瑫r發(fā)氣量明顯增大，透氣性也會降低。樹脂含量為1.5%的寶珠覆膜砂，在添加3%α半水石膏后，初坯的最大抗拉強度達0.931MPa，是沒有添加α半水石膏的3倍，初坯強度明顯提高，后處理后850℃下發(fā)氣量為13.3ml/g，透氣率為50.07。
　　本文通過對基于溶劑法的3DP成形鑄造砂型（芯）新工藝的研究表明，采用覆膜砂為成形材料，以醇基溶液作為粘結(jié)劑，利用3DP工藝成形鑄