[发明专利]一种铸型的增材制造方法

说明书

本发明提供了一种铸型的增材制造方法，属于铸造技术领域。本发明以水基砂浆和水胶体/水溶液为原料，在冷冻环境下进行增材制造，利用水的冰冻过程，逐层叠加形成铸型和冰型复合体，再利用冰‑水转换，将冰型通过升温融化或冷冻升华，得到铸型生坯，再进行后续烧结操作，在不用大量有机物的情况下实现了铸型的增材制造。实验结果表明，本申请提供的铸型增材制造方法在实现铸型增材制造过程中有机物的使用量低于铸型材料总质量的10wt％。

技术领域

本发明属于铸造技术领域，尤其涉及一种铸型的增材制造方法。

背景技术

增材制造技术是一种基于离散/堆积原理将零件CAD模型分解为若干层片数据，而后将各种方法制作的实体层片叠加成三维实体的技术。将增材制造技术和铸造技术相结合，可以缩短研发周期，加快生产效率，实现单件小批量铸造产品的快速制造。

目前增材制造技术用于铸型的制造方法主要有两类，第一类是利用选择性激光烧结(SLS)和基于三维打印(3DP)原理的喷射层叠等工艺直接增材制造铸造砂型，第二类是利用熔融沉积制造(FDM)和光固化成型(SLA)等工艺制造的树脂原型结合熔模铸造间接制造铸造型壳。第一类的直接增材制造铸造砂型的工艺一般要用有机粘结剂固结铸造原砂，第二类的间接增材制造铸造型壳的工艺一般要将高分子树脂原型烧蚀去除获得空腔型壳，上述这两类的铸型制造方法都需要用到大量的有机物，易造成污染环境的问题。

因此，有必要对铸型增材制造的方法进行改进来降低有机物的使用量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铸型的增材制造方法，本发明提供的增材制造方法不用大量有机物也能实现铸型的增材制造。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铸型的增材制造方法，包括如下步骤：

(1)采用计算机软件对铸型CAD模型进行分层计算，得到多层截面数据；每层截面数据由单层铸型部分和单层冰型部分组成；

(2)根据所述步骤(1)得到的多层截面数据的单层铸型部分，将水基砂浆挤出体在冷冻环境下沉积固化在基板上，得到铸型层片；

(3)根据所述步骤(1)得到的多层截面数据的单层冰型部分，将水胶体或水溶液在冷冻环境下填充在所述步骤(2)得到的铸型层片的轮廓外，得到冰型层片；

(4)重复步骤(2)和步骤(3)，进行逐层堆积，得到铸型生坯和冰型的复合体；

(5)将所述步骤(4)得到的铸型生坯和冰型的复合体进行升温融化或冷冻升华，得到铸型生坯；

(6)将所述步骤(5)得到的铸型生坯进行烧结，得到铸型；

所述步骤(2)和步骤(3)中的冷冻环境的温度独立地≤0℃；

所述步骤(2)的水基砂浆挤出体中有机物的质量分数不多于10％。

优选地，所述步骤(2)水基砂浆挤出体中水的体积分数不少于40％。

优选地，所述步骤(2)水基砂浆挤出体中包括耐火材料，所述耐火材料为石英砂、铝矾土砂、刚玉砂、莫来石砂、锆英砂和高岭石砂中的至少一种。

优选地，所述步骤(3)中的水胶体和水溶液中水的质量分数独立地不少于90％。

优选地，所述步骤(3)中的水胶体为卡拉胶、明胶、阿拉伯树胶、结冷胶、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种与水和丙三醇形成的凝胶；所述步骤(3)中的水溶液为氯化钠、蔗糖、乙醇和丙三醇中的至少一种与水形成的溶液。

优选地，所述步骤(3)中水溶液采用喷射形成微滴的方式填充在所述步骤(2)得到的铸型层片的轮廓外。