[发明专利]一种3D打印石墨成型冷铁及其制备方法

说明书

本发明公开了一种3D打印石墨成型冷铁及其制备方法，涉及3D打印成型方法，本发明利用无机改性水玻璃为粘结剂，有机酯固化剂为硬化剂，以石墨粉为打印成型材料，将三维设计成型冷铁模型文件导入3D打印机中，采用基于粉末床的三维喷印(3DP)技术工艺，多层叠加打印三维实体，得到石墨成型冷铁初胚，再充分固化、烘烤得到3D打印石墨成型冷铁成品。该成型工艺简单，易于工业化生产，具有广阔的市场前景；解决了铸造用成型冷铁的繁琐制作工序及数控加工困难，生产周期短，且石墨冷铁激冷效果好，防止铸件产生冷铁粘接、气孔缺陷，降低了生产成本，提高了铸件成品率和生产效率；且应用无机粘结剂于3D打印技术中，性能稳定，节能环保，生产成本低。

技术领域

本发明涉及一种3D打印成型方法，具体涉及一种3D打印石墨成型冷铁及其制备方法。

背景技术

目前，3D打印技术已经广泛应用于工业设计、机械制造、医疗设备及航空航天等各个领域方面。3D打印技术又称增材制造技术，是一种以数字模型文件为基础的数字化快速成型技术，其运用粉末状金属、非金属等可粘合材料，并与之配套的粘结剂及硬化剂，通过3D打印设备，采用逐层叠加打印方式来构造物体。特别是目前使用3D打印技术打印砂型砂芯已在铸造行业生产中逐渐流行，并收到了很好的技术效果。

在球墨铸铁及铸钢件的浇注过程中，由于金属液的凝固收缩较大，晶粒间隙很难得到充分补缩，故此在铸件厚大热节及孤立搭子上容易产生缩孔缩松缺陷。在铸造工艺设计时，需要使用外冷铁控制铸件凝固顺序，减少热节处模数，增强冒口的补缩能力和效果，保证铸件质量达到缩松等级要求。根据我们生产汽车涡轮增压器涡轮壳产品的结构特点，铸件结构较为复杂，呈单、双流道三维曲面流线结构，质量几公斤到几十公斤，涡壳主要壁厚4-5mm，且壁厚厚薄不均，热节搭子多，铸件质量要求极高，不允许有任何铸造缺陷，材质多为中高硅钼球铁、高镍球铁及耐热钢，材质的凝固收缩较大，补缩通道狭窄，铸件工艺设计需要数块成型冷铁及多个保温冒口，才能保证铸件质量，达到客户内欠质量要求。因此，在目前大批量的产品生产中，需要大量多品种的铸铁成型冷铁，及配备专门制作班组来满足生产需要。制作大量多品种的成型冷铁，需要繁琐的铸造工序，首先需要制作成型冷铁模具及生产模板，浇注生产后，落砂清理，抛丸研磨后达到成型冷铁的使用质量要求。故此制作成型冷铁生产周期较长，需要配备大量的人力、物力，且浪费严重，生产成本高。目前也采用石墨冷铁作为激冷材料，其激冷效果好于铸铁冷铁，且铸件不易产生粘接、冷铁气孔铸造缺陷。但需要向专业生产厂家订做，特别是石墨成型曲面冷铁需要数控机床加工而成，生产成本高。因此根据生产需要及技术质量要求，选用石墨冷铁作为铸造工艺设计中的最佳选择。采用3D打印技术，应用石墨粉为打印材料，改性水玻璃粘结剂和有机酯固化剂，可实现3D打印任意形状的石墨成型冷铁，此不失为一种好的生产制作新思路新方法。

发明内容

本发明针对现有技术中成型冷铁的生产制作及冷铁使用存在的质量问题，提供一种3D打印石墨成型冷铁及其制备的新思路新方法。本发明利用无机改性水玻璃为粘结剂，有机酯固化剂为硬化剂，以石墨粉为打印成型材料，将三维设计成型冷铁模型文件导入3D打印机中，采用三维喷印(3DP)技术工艺，多层叠加打印三维实体，得到石墨成型冷铁初胚，再充分固化、烘烤得到3D打印石墨成型冷铁成品。

本发明一种3D打印石墨成型冷铁及其制备方法，其特征在于是一种含有石墨粉的无机粘结剂及有机酯固化剂的混合物，其重量份组成为100％石墨粉，无机改性水玻璃(磷酸盐)为3.0％-5.0％(占石墨粉的比重)，有机酯固化剂(乙二醇醋酸酯)为13％-15％(占粘结剂的比重)。

上述一种3D打印石墨成型冷铁及其制备方法，其中所述的石墨粉为高纯石墨粉，石墨粉的粒度为100-200目。

上述一种3D打印石墨成型冷铁及其制备方法，其中所述3D打印技术为基于粉末床的3D打印技术，即三维喷印(3DP)技术。

上述一种3D打印石墨成型冷铁及其制备方法，其中所述石墨成型冷铁初胚，需要充分固化、烘烤，烘烤温度180℃-250℃，烘烤时间1-2小时。