[发明专利]一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法

说明书

技术领域

本发明属于琉璃成型方法领域，具体涉及一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法。

背景技术

复杂琉璃的在研发过程中，小批量多批次合格琉璃的提供一直存在很大的问题。因为琉璃具有线收缩大，强度大、延伸率小、易产生开裂等问题，另外大型复杂琉璃产品的形状往往具有很高的艺术性和唯一性，很多都是手工雕刻作为母模，再通过复杂的过程形成蜡模，无法可视琉璃成型过程，研制困难、风险大、周期很长、费用高、成品率很低。因而大型复杂琉璃产品的研发进度受到很大影响。

本发明通过将多种技术复合，实现大型复杂琉璃产品的规模化和快速化生产。利用3D打印蜡模将复杂琉璃一体化制造；利用三维反求技术，将雕刻等唯一性很强的物品转化为易长期保存和易修改的数字文件；利用石膏型铸造工艺布局灵活、高复模性的优点，琉璃尺寸精度达到CT5-6级，表面达到R3.2；利用石膏型保温效果好的优点延长凝固补缩时间，利用真空浇注减少气体阻力改善充型，利用增压凝固增加补缩距离改善表面质量和裂纹。

发明内容

鉴于以上所述，本发明的目的在于提供一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法，使得制备得到的复杂形状的琉璃成品率高且周期短，且效果佳。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种3D打印成型大型复杂形状琉璃的方法，包括以下步骤：

(1)琉璃数据获取：通过正向设计或逆向工程设计获取琉璃三维数据；

(2)成型工艺设计及数据处理：通过云数据处理、支撑、镂空、切片技术优化步骤(1)所得的琉璃三维数据，获得预设计的琉璃三维实体数据模型STL文件，在3D打印设备的工控机上对所述STL文件的三维实体数据模型进行切片分层处理，层厚为0.08-0.2mm；

(3)3D打印SLS蜡模：在工作台上用铺粉辊铺一层粒径为5-20微米的工程塑料粉末，由激光器发出的激光束在3D立体打印机的控制下，根据步骤(2)所得的分层处理过的预设计琉璃三维实体数据模型一体打印成型，得到粗制的琉璃实体，再对粗制的琉璃实体进行浸蜡、打磨、抛光、烘干处理，得到所需琉璃SLS蜡模；

(4)浇注系统消失模泡沫成型：在步骤(3)所得的琉璃SLS蜡模基础上，采用消失模铸造工艺得到浇注系统模壳模型；

(5)工艺组树、灌浆、自然固化：将步骤(4)所得的浇注系统模壳模型进行浇注和补缩系统组合，得到完整、光滑的模壳模型，再将完整、光滑的模壳模型放置在圆形或方形的铁箱中，抽真空至真空度达到负压0.08-0.1Mpa时灌入石膏浆体，灌浆完成后，将铁箱放置在20℃环境中干燥不低于12小时；

(6)焙烧脱模：将步骤(5)所得的石膏浆体的模壳模型以每小时升温30-40℃的速率加热升温至240-260℃，在此温度上保温3-5h，然后再以每小时升温50℃的速率加热升温至800-900℃，在此温度上保温6-10h，焙烧脱去EPS蜡模，得到石膏型铸型；

(7)琉璃配料和熔化：按所需要求选择合成琉璃的各种原料，将选择好的琉璃原料置于底部设有出口的可加热容器中，加热升温至800-850℃至熔化；

(8)真空浇注、增压凝固：将步骤(6)所得的石膏铸型置于800-900℃保温条件下进行抽真空，当真空度抽至0.34-0.36Kpa时，向石膏铸型中缓慢浇注步骤(7)所得的熔化的琉璃液，浇注完成后对铸型进行增压处理使之凝固补缩，凝固补缩后在保温状态下继续保温30-60min；然后再以每小时降温15-20℃的速率降至室温，在室温环境中进行降压处理得到铸件；

(9)琉璃清理、酸洗、打磨、抛光：对步骤(8)所得的铸件进行高压水力清洗，清洗完成后，再对铸件进行酸洗、打磨和抛光，得到所需琉璃。

在步骤(3)中，所述蜡模精度为100mm±0.1mm，表面粗糙度Ra低于3.2；激光器采用CO₂激光器或者光纤激光器，该激光器的具体参数为：激光光束在工作平面的运动速度V＝2100-2300mm/s，铺粉直线单元的运动速度V＝350-450mm/s，激光器的实际输出功率P＝42-48W，供料裕量为0.08-0.1mm，转换因子为1.08。

在步骤(4)中，所述消失模材料为可发泡聚苯乙烯EPS。

在步骤(8)中，所述增压处理时压力为300-400Kpa，降压处理时压力为180-220Kpa。

在步骤(9)中，所述酸洗的成分为：质量浓度为60％的氢氟酸3份、蒸馏水5份和质量浓度为90％的硫酸溶液1份的复配溶液。