[发明专利]一种空心涡轮叶片的多材料一体化铸型的快速成型方法

说明书

本发明公开了一种空心涡轮叶片的多材料一体化铸型的快速成型方法，包括：步骤(1)、根据叶片结构，定制叶片铸型形状并建立三维模型；步骤(2)、分别配置型芯陶瓷浆料与型壳陶瓷浆料；步骤(3)、将不同材料的型芯陶瓷浆料和型壳陶瓷浆料分别注入打印机的树脂池和直写装置中；步骤(4)、通过直写光固化同步成型，得到多材料一体化叶片坯体；步骤(5)、对坯体进行冷冻干燥，脱脂烧结后，得到一体化铸型模具。本发明该铸型型壳采用结构稳定性好的陶瓷浆料直写成型，型芯采用易溶失化学稳定性强的陶瓷浆料光固化成型，再保证铸型精度的同时，大大减小了脱芯难度。解决了传统单材料陶瓷铸型无法兼顾性能，多材料陶瓷铸型制造难的问题。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体为一种空心涡轮叶片的多材料一体化铸型的快速成型方法。

背景技术

航空发动机以及工业燃气轮机中的空心涡轮叶片属于现代工业中的关键部件之一，其通常处在整个机械部位的热端，承受启动停车时的高温燃气冲刷、温度交变，工作在高压高温的恶劣极端环境中。铸造空心涡轮叶片中过程中，陶瓷型壳需要承受一定的热冲击及机械冲击，陶瓷型芯需要在高温金属液中浸泡较长时间，且凝固中在型芯高度方向存在较大温度梯度，这要求其需要具有足够的强度，优良的抗蠕变能力和化学稳定性，以及适当的化学活性以便后续脱芯。这些问题成为了涡轮叶片制造乃至精铸行业的技术瓶颈。

现有的铸造方案型芯型壳多为单一材料，工艺时间长，成本较高，无法针对型芯型壳的不同需求调整材料。且随着先进冷却技术的发展，空心叶片内部的结构日益复杂，传统铸造中型芯的制备和脱除也严重制约着空心涡轮叶片的发展。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种空心涡轮叶片的多材料一体化铸型的快速成型方法，采用复合快速成型方式直接制造一体化铸型，保证型壳强度的同时不影响型芯的脱除，易于设计加工。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种空心涡轮叶片的多材料一体化铸型的快速成型方法，包括以下步骤：

步骤(1)、根据叶片结构，定制叶片铸型形状并建立三维模型；

步骤(2)、分别配置型芯陶瓷浆料与型壳陶瓷浆料；

步骤(3)、将不同材料的型芯陶瓷浆料和型壳陶瓷浆料分别注入打印机的树脂池和直写装置中；

步骤(4)、通过直写光固化同步成型，得到多材料一体化叶片坯体；

步骤(5)、对坯体进行冷冻干燥，脱脂烧结后，得到一体化铸型模具。

本发明进一步的改进在于，步骤(1)中定制叶片铸型的三维模型，其包括型芯及型壳两部分，型壳采用直写成型，型芯采用光固化成型。

本发明进一步的改进在于，步骤(2)中型芯陶瓷浆料为具有光固化特性树脂的氧化硅浆料。

本发明进一步的改进在于，步骤(2)中型壳陶瓷浆料为具有剪切变稀性质，适于直写的氧化铝或碳化硅浆料。

本发明进一步的改进在于，步骤(4)中的直写光固化同步成型，在进行同一平面打印时，先执行光固化模式打印，再进行直写模式打印。

本发明进一步的改进在于，步骤(4)中，根据叶片形状，建立模具的三维模型并转换为STL文件，采用Simplify3D软件对三维模型进行分层并规划打印路径。

本发明进一步的改进在于，步骤(4)中，在光固化模式，下沉工作平台直至树脂池内液面浸没至指定层厚，启动激光器，利用激光束成型陶瓷型芯。

本发明进一步的改进在于，步骤(4)中，在直写模式，利用螺杆挤压从直写成型打印头挤出陶瓷浆料，成型陶瓷型壳部分。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：