一种提高3D打印砂型/砂芯的高温强度的方法技术

一种提高3D打印砂型/砂芯的高温强度的方法，属于3D打印领域，具体内容包括：1)3D打印砂型和砂芯；2)将粘结剂和耐火材料按1:(0～1)的质量比混合搅拌均匀后，加入水配置波美度为1～60的粘结剂稀释液；3)真空浸渗，将3D打印砂型和砂芯完全浸入粘结剂稀释液中，置于真空箱内进行负压排气处理，在10～80℃下，保持真空状态，待砂型/砂芯和粘结剂稀释液中气体完全排出并上浮后，打开气阀增压；4)对砂型/砂芯表面进行清洗后，再进行脱水、固化处理，最后进行常规涂料涂挂、烘烤浇铸、超声波脱模。本发明专利技术方法工艺简单、成本低、操控性好，能保持良好的溃散性，提高砂型/砂芯结构的精巧度和复杂度，充分发挥3D打印的造型优势。

Method for improving high temperature strength of 3D printing sand mold / sand core

A method for improving 3D printing / high temperature strength sand sand core, which belongs to the field of 3D printing, the specific contents include: 1) 3D printing of sand mold and sand core; 2) the binder and refractory material according to 1: (0 ~ 1) mass ratio of mixing with water for 1 ~ 60 Baume configuration binder dilution; 3) vacuum infiltration, 3D printing of sand mold and sand core is completely immersed in the binder dilution, in a vacuum oven for negative pressure exhaust treatment, at 10 to 80 DEG C, to maintain a vacuum, gas / sand core and sand binder dilution completely discharged and go up, open the valve pressure; 4) of sand or sand core surface cleaning, then dehydration, solidification, finally conventional coating materials, baking casting, ultrasonic stripping. The present invention has simple process, low cost, good maneuverability, good collapsibility, raising sand / sand core structure sophistication and complexity, give full play to the advantages of other 3D printing.

【技术实现步骤摘要】
一种提高3D打印砂型/砂芯的高温强度的方法
本专利技术属于3D打印领域，涉及一种提高3D打印砂型或砂芯的高温强度的方法，尤其涉及铸造行业中强化砂型或砂芯高温强度的方法，适用于复杂形状、结构细小的3D打印砂型/芯。
技术介绍
3D打印无模制造技术完全突破了传统铸型成型方法，实现功能与形状的复合体。任意形状和结构的铸型都可以由3D打印成型机完成，但是极端高温的环境下3D打印砂芯面临强度下降结构溃断的危险，直接决定铸件结构完整性，3D打印的复杂形状、结构细小的潜力难以发挥。传统铸造造型过程中，一些特殊功能和性能的铸件往往形状复杂、结构细小，单一常规造型砂造型，即便能成型，也很难有足够的性能保证充型的完整性，常规做法是用金属或陶瓷做芯骨，能获得很好效果，砂芯的直径能够很细，但是结构复杂时芯骨添加比较困难，限制了芯骨的应用。3D打印技术实现了任意形状和结构的无模成型，成型材料材质单一，目前在砂型打印过程中很难做到砂型不同部位材质和性能定制化，后续也不能在砂型需要部位添加提高性能的芯骨，相对厚实简单部位可以手工打眼加芯骨，但是细小结构就不能实现芯骨的添加。
技术实现思路
为了解决3D打印砂型或砂芯细、薄以及复杂形状结构的高温失效、溃断的问题，本专利技术提出一种提高3D打印砂型/砂芯的高温强度的方法，该方法工艺简单、成本低、操控性好，可有效提高3D打印复杂砂型或砂芯的中、高温抗冲击强度，减少砂型砂芯中水汽含量，降低铸造难度；提高砂型和砂芯结构的精巧度和复杂度，充分发挥3D打印的造型优势。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种提高3D打印砂型/砂芯的高温强度的方法，包括以下步骤：(1)3D打印砂型和砂芯打印结构分析，设计打印工艺，用3D打印机打印粉体材料，得到3D打印砂型和砂芯清理固化并脱模。(2)配兑粘结剂将粘结剂和耐火材料按1:(0～1)的质量比混合搅拌均匀后，加入水配置波美度为1～60的粘结剂稀释液，根据实际工艺需求配置相应波美度的稀释液，不同波美度粘结剂将制得不同高温强度以及溃散性能的砂型和砂芯。所述的粘结剂为模数为1.5-3.5的水玻璃，所述的耐火材料为气相二氧化硅粉，耐火材料粒径为7nm～1mm。(3)真空浸渗将步骤(1)3D打印砂型和砂芯完全浸入步骤(2)配兑好的粘结剂稀释液中1～5分钟，置于真空箱内进行负压排气处理，在10～80℃温度条件下，到达并保持真空状态10分钟，待砂型、砂芯和液体中气体完全排出并上浮后，打开气阀增压，增压的过程中粘结剂在外部压力和粘结剂稀释液密封的环境下完全渗入或部分渗入3D打印砂型和砂芯，达到同时提高常温和高温强度的目的。所述的粘结剂温度为10～50℃。真空环境下排尽砂型/芯和粘结剂中的气体，增压的过程中，难润湿、粘度大等难以浸入铸型内部的粘结剂在外部压力和液体密封的环境下完全渗入或有一定渗层厚度，达到同时提高常温和高温强度的目的；控制渗层的厚度能兼顾较好的溃散性和高温强度；温度10～80摄氏度下能更好的改善粘度和排气性，降低真空和增压作业时间。(4)清洗固化经过步骤(3)真空浸渗后的砂型和砂芯的表面覆盖有一层涂层，为不影响砂型和砂芯原有尺寸精度，砂型和砂芯的表面进行清洗，还原砂型和砂芯原有的尺寸精度，不改变常规涂料涂敷工艺的同时强化常温和高温强度；再进行脱水、固化处理，最后进行常规涂料涂挂、烘烤浇铸、超声波脱模。所述的清洗为常规清洗或采用超声波清洗仪清洗；所述的固化方式为自然固化、加热炉固化或微波烘箱固化，微波采用家用微波炉或工业微波烘箱。本专利技术的有益效果是：3D打印砂型/芯的常温强度和高温强度得到有效提升，壁厚4mm的砂芯完成了1400摄氏度高温的铁水浇铸，超声波清洗有效的使砂型溃散，同时微波处理能有效排出铸型的水汽，大大降低了铸造工艺难度，使薄壁、复杂砂型浇铸变得简单。任何造型的砂型和砂芯，包括形状复杂、细小单薄结构，悬臂易断结构均可以采用此方法进行强化。本专利技术能够解决3D打印砂型或砂芯细、薄以及复杂形状结构的高温失效、溃断的问题，提高3D打印复杂砂型或砂芯的中、高温抗冲击强度，保证铸件充型的完整性和3D打印在铸造应用中优势的充分发挥。本专利技术方法工艺简单、成本低、操控性好，通过调配粘结剂可以适应各种温度浇铸的砂型和砂芯，加以适当的技术方法能保持良好的溃散性；减少砂型砂芯中水汽含量；提高砂型和砂芯结构的精巧度和复杂度，充分发挥3D打印的造型优势。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图；图2为本专利技术的渗层示意图：图中：1包覆层清理前，2清理后，3粘结剂完全渗透，4粘结剂部分渗透，5芯部未渗透。具体实施方式以下结合实例和工艺流程框图对本专利技术做进一步的说明。实施例1：(1)3D打印砂型和砂芯：砂芯打印结构分析，设计打印工艺，3D打印60目的覆膜砂粉体；(2)固化脱模：将打印完成的砂芯清理，埋玻璃珠下180摄氏度固化2.5小时，取出并去清理多余的残壳；(3)配兑粘结剂：粘结剂在此选用模数为2的水玻璃，耐火材料为气相二氧化硅粉，水玻璃与二氧化硅质量配比1:0.15，室温温度下搅拌均匀，加入去离子水稀释到35波美度；(4)真空浸渗：将3D打印砂芯完全浸入粘结剂中，达到液封的效果，粘结剂温度21摄氏度，并将它们整体置于真空箱内，进行负压排气过程，到达并保持真空状态10分钟，待砂型、砂芯和液体中气体排出并上浮完全，打开气阀恢复到常压使粘结剂浸入砂型和砂芯，浸入过程持续5分钟，浸渗后的砂芯如图2所示，3代表粘结剂完全渗透砂芯，4代表粘结剂部分渗透时的渗层的厚度，5代表未被渗透的芯部；(5)砂型表面清洗：如图2所示，经过真空的浸渗的砂芯表面覆盖有一定厚度的涂层1，为还原3D打印砂型/芯原有的尺寸精度，需对表面清洗，清洗后的砂芯表面2恢复到原有的尺寸精度，此处采用超声波清洗仪清洗砂型和砂芯；(6)微波硬化除水：在2kw微波炉内对砂芯脱水、硬化，加热时间300秒；(7)涂挂涂料：锆英粉(95％的锆英粉为320目，其余锆英粉为260目)和乙醇配成40波美度的涂料，充分搅拌均匀，并对砂型进行流涂工艺；(8)烘烤浇铸：将挂有涂料的铸型在50摄氏度的循环烘箱里去湿12小时，组型进行浇铸，材质为灰铁250，浇铸温度1400摄氏度；(9)超声波脱模：打箱获取铸件，将铸件放入超声波清洗池中，20kHz频率，2kw功率进行砂芯粉碎脱模10分钟，最后获得光洁铸件。实施例2：(1)PIRP打印造型：砂芯打印结构分析，设计打印工艺，用PIRP1500打印机打印60目的覆膜砂粉体；(2)固化脱模：将打印完成的砂芯清理，埋玻璃珠下200摄氏度固化2小时，取出并去清理多余的残壳；(3)粘结剂配兑：粘结剂在此选用模数为2的水玻璃，耐火材料为气相二氧化硅粉，水玻璃与二氧化硅质量配比1:0.25，室温温度下搅拌均匀，加入去离子水稀释到35波美度；(4)真空浸渗：将3D打印砂芯完全浸入粘结剂中，达到液封的效果，粘结剂温度21摄氏度，并将它们整体置于真空箱内，进行负压排气过程，到达并保持真空状态10分钟，待砂型、砂芯和液体中气体排出并上浮完全，打开气阀，通过外部压力泵增压至0.3Mpa使粘结剂浸入砂型和砂芯，浸入过程持续2分钟；(5)砂型表面清洗：经过真空的浸渗的砂芯表面覆盖有一定厚度的涂层，为还原3D打印砂型/芯原有的尺寸精度，需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高3D打印砂型/砂芯的高温强度的方法，其特征在于以下步骤：(1)3D打印砂型和砂芯打印结构分析，设计打印工艺，用3D打印机打印粉体材料，得到3D打印砂型和砂芯清理固化并脱模；(2)配兑粘结剂将粘结剂和耐火材料按1:(0～1)的质量比混合搅拌均匀后，加入水配置波美度为1～60的粘结剂稀释液；(3)真空浸渗将步骤(1)3D打印砂型和砂芯完全浸入步骤(2)配兑好的粘结剂稀释液中1～5分钟，置于真空箱内进行负压排气处理，在10～80℃温度条件下，保持真空状态，待砂型、砂芯和液体中气体完全排出并上浮后，打开气阀增压，增压的过程中粘结剂在外部压力和粘结剂稀释液密封的环境下完全渗入或部分渗入3D打印砂型和砂芯，达到同时提高常温和高温强度的目的；所述的粘结剂温度为10～50℃；(4)清洗固化经过步骤(3)真空浸渗后的砂型和砂芯的表面覆盖有一层涂层，对砂型和砂芯的表面进行清洗后，再进行脱水、固化处理，最后进行常规涂料涂挂、烘烤浇铸、超声波脱模。

【技术特征摘要】
1.一种提高3D打印砂型/砂芯的高温强度的方法，其特征在于以下步骤：(1)3D打印砂型和砂芯打印结构分析，设计打印工艺，用3D打印机打印粉体材料，得到3D打印砂型和砂芯清理固化并脱模；(2)配兑粘结剂将粘结剂和耐火材料按1:(0～1)的质量比混合搅拌均匀后，加入水配置波美度为1～60的粘结剂稀释液；(3)真空浸渗将步骤(1)3D打印砂型和砂芯完全浸入步骤(2)配兑好的粘结剂稀释液中1～5分钟，置于真空箱内进行负压排气处理，在10～80℃温度条件下，保持真空状态，待砂型、砂芯和液体中气体完全排出并上浮后，打开气阀增压，增压的过程中粘结剂在外部压力和粘结剂稀释液密封的环境下完全渗入或部分渗入3D打印砂型和砂芯，达到同时提高常温和高温强度的目的；所述的粘结剂温度为10～50℃；(4)清洗固化经过步骤(3)真空浸渗后的砂型和砂芯的表面覆盖有一层涂层，对砂型和砂芯的表面进行清洗后，再进行脱水、固化处理，最后进行常规涂料涂挂、烘烤浇铸、超声波脱模。2.根据权利要求1所述的的一种提高3D打印砂型/砂芯的高温强度的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚山，王祥宇，张雪，赵枢明，姚平坤，童强，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21