[发明专利]一种单晶叶片的快速制备方法

说明书

本发明涉及高温合金熔模精密铸造技术领域，具体为一种单晶叶片的快速制备方法。将叶片模型输入至3D打印设备中，采用3D打印叶片蜡模，去除支撑蜡后，将叶片蜡模组合成模组，再进行制壳、熔铸和热处理，即可得到单晶叶片铸件。本发明方法具有快速高效和成本低的特点，尤其适用于小量多品种的单晶叶片，可大幅缩短铸件的制造周期。本发明可以避免单晶叶片的模具制作环节，使叶片的制造周期缩短一半以上，且该方法所制造叶片的表面质量与常规熔模铸造的表面质量相当。

技术领域

本发明涉及高温合金熔模精密铸造技术领域，具体为一种单晶叶片的快速制备方法。

背景技术

为了满足航空发动机不断提高的推力和工作温度的需求，其关键承温部件以单晶叶片为主。单晶叶片采用熔模精密铸造的方法制备，依据叶片结构，进行模具设计，制备相应的叶片蜡型模具，再进行蜡型组合，在其外表包裹多层粘土、粘结剂等耐火材料制备型壳，再去除蜡型，经过浇注合金液后定向凝固成型铸件，再去除型壳后经热处理即可得到最终的单晶叶片铸件。

在单晶高温合金叶片的生产和使用过程中，模具设计和制造占用的周期约为整个制造周期的1/2到1/3，且存在返修或返工重做等问题，导致制造周期和成本都大幅增加。因此，对数量不多且生产周期要求短的单晶叶片，急需一种快速高效制备的方法。

经过专利文献检索，已有3D打印蜡模的报道。中国实用新型专利申请(公开号CN211727386U)提出了一种3D打印蜡模的方法，主要关注了蜡型结构的设计，该方法不能用于单晶叶片蜡型的打印。中国发明专利申请(公开号CN110695358B)提出了一种钛合金单晶叶片的丝材增材制造方法，接在金属基材上3D打印钛合金单晶叶片，但金属直接打印的粗糙度难以满足使用需求。因此，目前尚缺乏能快速制备表面质量满足要求的单晶叶片制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶叶片的快速制备方法，主要适用于外型结构复杂的单晶工作叶片和导向叶片的快速制备，同时也适用于等轴晶工作叶片和导向叶片的快速制备。

本发明的技术方案是：

一种单晶叶片的快速制备方法，将叶片模型输入至3D打印设备中，采用3D打印叶片蜡模，去除支撑蜡后，将叶片蜡模组合成模组，再进行制壳、熔铸和热处理，即可得到单晶叶片铸件。

所述的单晶叶片的快速制备方法，叶片为实心结构，叶片为转子叶片或导向叶片，叶片的高度从3mm～500mm。

所述的单晶叶片的快速制备方法，在叶片模型上连接单晶引晶结构模型，再将整体模型输入至3D打印设备中，设定打印收缩率后，将单晶引晶结构与单晶叶片蜡模一体打印。

所述的单晶叶片的快速制备方法，打印收缩率设定为1～3％。

所述的单晶叶片的快速制备方法，3D打印叶片蜡模由叶片蜡模主体和支撑蜡组成，打印完成后去除支撑蜡，得到叶片蜡模。

所述的单晶叶片的快速制备方法，去除支撑蜡的溶液温度为20～50℃。

所述的单晶叶片的快速制备方法，3D打印叶片蜡模采用蓝光扫描仪或三坐标仪检测蜡模尺寸，如蜡模尺寸不符合要求，根据结果调整3D打印蜡模反向尺寸，反复迭代快速得到尺寸符合要求的叶片蜡模。

本发明的设计思想是：

基于3D打印蜡模技术，制备表面质量和尺寸稳定的蜡模，同时在蜡模上直接打印出引晶结构，提高单晶叶片的单晶完整性，再进行制壳、定向凝固成型单晶叶片铸件，经过热处理得到最终状态的单晶叶片铸件。叶片尺寸的控制通过检测后反复迭代，实现快速得到尺寸符合要求的叶片蜡模，进而得到尺寸满足要求的单晶叶片。由于本过程中省去了模具设计、制造和返修周期，可大幅缩短单晶叶片制备周期。

本发明具有如下优点及有益效果：

1、本发明易操控、叶片生产周期短、成本低。