[发明专利]一种复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法

说明书

本发明涉及精密铸造领域，具体为一种熔模铸造用复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法。第一步配制高固相含量、高打印性能、同时流动沉降性能更稳定优异的硅基陶瓷型芯浆料；第二步根据需要获得的单晶空心双层壁发动机叶片得到复杂双层壁硅基陶瓷型芯的三维模型，将型芯三维模型进行切片处理并进行光固化3D打印路径编程；第三步将型芯的STL文件导入光固化3D打印机中，并结合第一步配制好的硅基陶瓷型芯浆料进行逐层打印，获得光固化双层壁型芯素坯；第四步将型芯素坯进行干燥、烧结工艺，获得光固化3D打印的复杂双层壁硅基陶瓷型芯，用于精密铸造空心发动机叶片，替代传统熔模铸造中工序繁杂的需要多套模具制作的双层壁型芯。

技术领域

本发明涉及精密铸造领域，具体为一种熔模铸造用复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法，适应于精密铸造空心发动机叶片，替代传统熔模铸造中工序繁杂的需要多套模具制作的双层壁型芯的加工方法。

背景技术

在“中国制造2025”、美国《国家先进制造战略计划》、欧洲航天局《惊奇计划》、日本《增材制造科研计划》、新加坡《工业增材制造项目》以及欧盟《3D打印标准化路线图》等全球新型制造技术迅猛发展的机遇下，增材制造技术融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术，以数字化模型文件为基础，通过软件与数控系统将特制材料逐层堆积固化，制造出实体产品的制造技术，日益成为国内外专家学者的研究热点，增材制造将可能会给传统的制造业带来一系列深刻的变革。其中，光固化3D打印技术以其成形尺寸大、可利用材料范围广、成形件的材料性能优异等特点，在航空、航天等领域有着广阔的应用前景。

陶瓷型芯和陶瓷型腔是制备航空发动机空心叶片必要附属品，其性能优劣直接影响空心叶片性能。随着对航空发动机推重比要求的提高，基于流动力学和传热力学基本原理，发动机叶片内腔设计越来越复杂，从而对型芯的性能提出更加严格的要求，传统工艺制备高复杂度双层壁硅基型芯以及精密硅基型腔需要多套模具，工序复杂，成本极高，故如何制备复杂双层壁光固化硅基陶瓷型芯成为该技术急需解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔模铸造用复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法，该方法工艺简单、一体化成形、周期短、成本低、效率高。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法，该方法主要包括制备硅基陶瓷型芯浆料；制作复杂双层壁硅基陶瓷型芯三维模型；对型芯三维模型进行切片处理并进行3D打印路径编程、导入STL格式文件和加入硅基陶瓷型芯浆料进行光固化3D打印型芯；将型芯素坯进行干燥、烧结工艺。

所述的复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法，第一步配制高固相含量、高打印性能、同时流动沉降性能更稳定优异的硅基陶瓷型芯浆料；第二步根据需要获得的单晶空心双层壁发动机叶片得到复杂双层壁硅基陶瓷型芯的三维模型，将型芯三维模型进行切片处理并进行光固化3D打印路径编程；第三步将型芯的STL格式文件导入光固化3D打印机中，并结合第一步配制好的硅基陶瓷型芯浆料进行逐层打印，获得光固化双层壁型芯素坯；第四步将型芯素坯进行干燥、烧结工艺，最终获得光固化3D打印的复杂双层壁硅基陶瓷型芯。

所述的复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法，该方法具体步骤如下：

(1)取微米级和纳米级混合的球形硅基陶瓷粉末：粒度20～40nm、99.9wt％纯度的熔融石英二氧化硅，以及粒度100～300μm、纯度99wt％的二氧化硅，以及气相人工合成疏水性二氧化硅，其中：纳米粉为硅基陶瓷粉末总质量的60％～75％，微米粉为硅基陶瓷粉末总质量的10％～25％，气相人工合成疏水二氧化硅为硅基陶瓷粉末总质量的5％～20％；

(2)取微米级和纳米级混合的硅基陶瓷粉末、单体、交联剂、分散剂、光引发剂、光吸收剂及矿化剂；

(3)将硅基陶瓷粉末和矿化剂混合，将混合物进行球磨处理；