[发明专利]一种提高3D打印砂型/砂芯的高温强度的方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印领域，涉及一种提高3D打印砂型或砂芯的高温强度的方法，尤其涉及铸造行业中强化砂型或砂芯高温强度的方法，适用于复杂形状、结构细小的3D打印砂型/芯。

背景技术

3D打印无模制造技术完全突破了传统铸型成型方法，实现功能与形状的复合体。任意形状和结构的铸型都可以由3D打印成型机完成，但是极端高温的环境下3D打印砂芯面临强度下降结构溃断的危险，直接决定铸件结构完整性，3D打印的复杂形状、结构细小的潜力难以发挥。

传统铸造造型过程中，一些特殊功能和性能的铸件往往形状复杂、结构细小，单一常规造型砂造型，即便能成型，也很难有足够的性能保证充型的完整性，常规做法是用金属或陶瓷做芯骨，能获得很好效果，砂芯的直径能够很细，但是结构复杂时芯骨添加比较困难，限制了芯骨的应用。

3D打印技术实现了任意形状和结构的无模成型，成型材料材质单一，目前在砂型打印过程中很难做到砂型不同部位材质和性能定制化，后续也不能在砂型需要部位添加提高性能的芯骨，相对厚实简单部位可以手工打眼加芯骨，但是细小结构就不能实现芯骨的添加。

发明内容

为了解决3D打印砂型或砂芯细、薄以及复杂形状结构的高温失效、溃断的问题，本发明提出一种提高3D打印砂型/砂芯的高温强度的方法，该方法工艺简单、成本低、操控性好，可有效提高3D打印复杂砂型或砂芯的中、高温抗冲击强度，减少砂型砂芯中水汽含量，降低铸造难度；提高砂型和砂芯结构的精巧度和复杂度，充分发挥3D打印的造型优势。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种提高3D打印砂型/砂芯的高温强度的方法，包括以下步骤：

(1)3D打印砂型和砂芯

打印结构分析，设计打印工艺，用3D打印机打印粉体材料，得到3D打印砂型和砂芯清理固化并脱模。

(2)配兑粘结剂

将粘结剂和耐火材料按1:(0～1)的质量比混合搅拌均匀后，加入水配置波美度为1～60的粘结剂稀释液，根据实际工艺需求配置相应波美度的稀释液，不同波美度粘结剂将制得不同高温强度以及溃散性能的砂型和砂芯。

所述的粘结剂为模数为1.5-3.5的水玻璃，所述的耐火材料为气相二氧化硅粉，耐火材料粒径为7nm～1mm。

(3)真空浸渗

将步骤(1)3D打印砂型和砂芯完全浸入步骤(2)配兑好的粘结剂稀释液中1～5分钟，置于真空箱内进行负压排气处理，在10～80℃温度条件下，到达并保持真空状态10分钟，待砂型、砂芯和液体中气体完全排出并上浮后，打开气阀增压，增压的过程中粘结剂在外部压力和粘结剂稀释液密封的环境下完全渗入或部分渗入3D打印砂型和砂芯，达到同时提高常温和高温强度的目的。所述的粘结剂温度为10～50℃。

真空环境下排尽砂型/芯和粘结剂中的气体，增压的过程中，难润湿、粘度大等难以浸入铸型内部的粘结剂在外部压力和液体密封的环境下完全渗入或有一定渗层厚度，达到同时提高常温和高温强度的目的；控制渗层的厚度能兼顾较好的溃散性和高温强度；温度10～80摄氏度下能更好的改善粘度和排气性，降低真空和增压作业时间。

(4)清洗固化

经过步骤(3)真空浸渗后的砂型和砂芯的表面覆盖有一层涂层，为不影响砂型和砂芯原有尺寸精度，砂型和砂芯的表面进行清洗，还原砂型和砂芯原有的尺寸精度，不改变常规涂料涂敷工艺的同时强化常温和高温强度；再进行脱水、固化处理，最后进行常规涂料涂挂、烘烤浇铸、超声波脱模。所述的清洗为常规清洗或采用超声波清洗仪清洗；所述的固化方式为自然固化、加热炉固化或微波烘箱固化，微波采用家用微波炉或工业微波烘箱。

本发明的有益效果是：

3D打印砂型/芯的常温强度和高温强度得到有效提升，壁厚4mm的砂芯完成了1400摄氏度高温的铁水浇铸，超声波清洗有效的使砂型溃散，同时微波处理能有效排出铸型的水汽，大大降低了铸造工艺难度，使薄壁、复杂砂型浇铸变得简单。任何造型的砂型和砂芯，包括形状复杂、细小单薄结构，悬臂易断结构均可以采用此方法进行强化。

本发明能够解决3D打印砂型或砂芯细、薄以及复杂形状结构的高温失效、溃断的问题，提高3D打印复杂砂型或砂芯的中、高温抗冲击强度，保证铸件充型的完整性和3D打印在铸造应用中优势的充分发挥。本发明方法工艺简单、成本低、操控性好，通过调配粘结剂可以适应各种温度浇铸的砂型和砂芯，加以适当的技术方法能保持良好的溃散性；减少砂型砂芯中水汽含量；提高砂型和砂芯结构的精巧度和复杂度，充分发挥3D打印的造型优势。

附图说明