[发明专利]一种用于激光烧结3D打印低发气覆膜砂制备方法在审

专利信息
申请号: 201510602254.5 申请日: 2015-09-21
公开(公告)号: CN105215260A 公开(公告)日: 2016-01-06
发明(设计)人: 李慧芝;张培志;曹冲;许崇娟 申请(专利权)人: 济南大学
主分类号: B22C1/00 分类号: B22C1/00
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 250022 山*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 激光 烧结 打印 发气 覆膜砂 制备 方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种覆膜砂的制备方法,属于快速成型的材料领域,特别涉及种用于激光烧结3D打印低发气覆膜砂制备方法及应用。

背景技术

覆膜砂(coatedsand),砂粒表面在造型前即覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂。有冷法和热法两种覆膜工艺:冷法用乙醇将树脂溶解,并在混砂过程中加入乌洛托品,使二者包覆在砂粒表面,乙醇挥发,得覆膜砂;热法把砂预热到一定温度,加树脂使其熔融,搅拌使树脂包覆在砂粒表面,加乌洛托品水溶液及润滑剂,冷却、破碎、筛分得覆膜砂。用于铸钢件、铸铁件。

覆膜砂是由德国克洛宁博士于二次大战期间发明的,其工艺过程是将粉状的热固性酚醛树脂与石英砂机械混合,加热时固化。后发展成用热塑性酚醛树脂加潜伏性固化剂(乌洛托品)和润滑剂通过一定的覆膜工艺配制成覆膜砂,当覆膜砂受热时包覆在砂粒表面的树脂熔融,在乌洛托品分解出的亚甲基的作用下,熔融的树脂由线性结构迅速转变成不熔融的体型结构,从而使覆膜砂固化成型。

中国的覆膜砂技术始于20世纪50年代中期,60年代曾经一度停用。进入80年代,由于汽车工业的迅速发展和机械产品出口的需要,对铸件的质量提出了更高的要求,从而促进了覆膜砂生产和应用技术的快速发展。90年代初期全国各地的覆膜砂厂迅速发展起来,新产品、新技术不断涌现,到21世纪,我国覆膜砂行业的年产销量已经达到90万吨以上,广泛用于汽车缸体、缸盖、进气歧管,各类管件、泵体等各种复杂铸件的生产。

3D打印(3Dprinting),是一种以数字模型文件为基础,运用流体状、粉末状、丝(棒)状等可固化、粘合、熔合材料,通过逐层固化、粘合、熔合的方式来构造物体的技术。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品的直接制造,已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车,航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。3D打印技术出现在20世纪90年代中期,实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等“打印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为3D立体打印技术。传统制造业一般需要对原材料进行切割或钻孔,即减材制造,可大规模生产;3D打印是将材料一层层堆叠粘合、熔合,即增材制造;可实现快速个性化制造,可制造出传统制造业无法完成的形状。

在现有的成型材料领域中,由于SLS(选择性激光烧结)快速成型技术具有原料来源多样和零件的构建时间较短等优点,故在快速成型领域有着较广泛的应用。中国发明专利CN1379061A中公开了一种用于激光烧结成型制品的尼龙粉末材料,通过化学合成和工艺的改进,对尼龙粉末材料的表面进行处理,得到了烧结性能优良,成型制品强度高,韧性好的产品,简化了激光烧结尼龙材料的制备工艺,降低了成本;中国发明专利CN103567352A中公开了一种选择性激光烧结快速成型覆膜砂的生产工艺,通过热塑性酚醛树脂、乌洛托品、硬脂酸钙和偶联剂KH-550采用热涂膜的方法制备的。

激光烧结属于增材制造的一种方法。这种工艺也是以激光器为能量源,通过激光束使塑料、蜡、陶瓷、金属或其复合物的粉末均匀地烧结在加工平面上。在工作台上均匀铺上一层很薄(亚毫米级)的粉末作为原料,激光束在计算机的控制下,通过扫描器以一定的速度和能量密度按分层面的二维数据扫描。经过激光束扫描后,相应位置的粉末就烧结成一定厚度的实体片层,未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。这一层扫描完毕后,随后需要对下一层进行扫描。先根据物体截层厚度即分层层厚而降低工作台,铺粉滚筒再一次将粉末铺平,可以开始新一层的扫描。如此反复,直至扫描完所有层面。去掉多余粉末,并经过后处理,即可获得产品。

目前国内对于新型激光烧结快速成型材料的研究虽然很多,但大多局限在对已有材料的成型工艺、制件性能进行研究,且所制坯件的精度、强度和耐久性等还远远不能满足功能件的要求,也没有生产专门的快速成型材料制造商。这种情况不仅影响激光烧结快速成型材料或成型制件的质量,而且还不利于激光烧结快速成型技术的产业化推广。开发容易成型、强度高、无污染、成本低的新型材料已成为激光烧结快速成型技术首要解决的问题。

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