一种3D打印成型大型复杂形状玻璃的方法技术

本发明专利技术提供了一种3D打印成型大型复杂形状玻璃的方法，该方法包括：玻璃数据获取方法，成型工艺设计及数据处理，3D打印SLS蜡模，浇注系统消失模泡沫成型，工艺组树和制壳，焙烧脱模，玻璃配料和熔化，真空浇注、增压凝固，玻璃清理、打磨、抛光全工艺步骤。本发明专利技术的3D打印方法为大型复杂玻璃的快速和精准化生产提供了可靠的技术方案，解决了玻璃制造过程中大型复杂形状玻璃数据获取和精准化制作的难题，实现了玻璃快速浇铸工艺，3D打印蜡型和消失模泡沫成型真空增压浇注系统的融合，大型复杂形状玻璃的快速和精准化生产等问题；将复杂形状玻璃生产周期从1‑12个月缩短为10‑15个工作日。

A method of printing large complex shape glass by 3D printing

The invention provides a method for forming 3D printing large complex shape of glass, the method includes: data acquisition method of glass forming process, design and data processing, 3D printing SLS wax casting system lost foam molding, process group tree and shell, baking ingredients and demoulding, glass melting, casting, vacuum booster solidification, glass cleaning, polishing, the whole process steps. To provide a reliable technical solution of 3D printing method of the invention is large and complex glass fast and accurate production, solve the glass manufacturing process of large and complex shape glass data acquisition and precision production problems, realize the glass rapid casting process, 3D fusion type and print wax lost foam molding vacuum pressurized casting system a large, complex shape glass fast and accurate production; the complex shape of glass production cycle shortened from 1 months to 12 15 working days 10.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印成型大型复杂形状玻璃的方法
本专利技术属于玻璃成型方法领域，具体涉及一种3D打印成型大型复杂形状玻璃的方法。
技术介绍
现阶段，各种复杂形状的玻璃大都按金属样板或木样板用机械切裁，这样切裁的效率虽然较高，但是易造成玻璃的浪费，且必须具有较高的切裁技术水平，否则会造成玻璃大面积的损坏或者切割部位的二次再处理。同时，复杂形状的玻璃制备周期很长、费用较高、成品率存在一定的风险。因而大型复杂玻璃产品的快速化和精准化生产受到一定的影响。本专利技术通过将多种技术复合，实现大型复杂玻璃产品的快速化和精准化生产。利用3D打印蜡模将复杂玻璃一体化制造；利用三维反求技术，将雕刻等唯一性很强的物品转化为易长期保存和易修改的数字文件；采用消失模泡沫制作浇冒系统改善焙烧胀壳和焙烧时间；采用砂型技术保证铸型的强度和保温，延长凝固充缩时间；采用真空浇注工艺减少气体阻力改善充型环境；采用增压凝固工艺增加补缩距离改善内部质量；采用复合工艺减少了工艺过程，降低了劳动强度，清理较简单容易。
技术实现思路
鉴于以上所述，本专利技术的目的在于提供一种3D打印成型大型复杂形状玻璃的方法，使得制备得到的复杂形状的玻璃形状精准且周期短，且效果佳。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种3D打印成型大型复杂形状玻璃的方法，包括以下步骤：(1)玻璃数据获取：通过正向设计或逆向工程设计获取玻璃三维数据；(2)成型工艺设计及数据处理：通过云数据处理、支撑、镂空、切片技术优化步骤(1)所得的玻璃三维数据，获得预设计的玻璃三维实体数据模型STL文件，在3D打印设备的工控机上对所述STL文件的三维实体数据模型进行切片分层处理，层厚为0.07-0.1mm；(3)3D打印SLS蜡模：在工作台上用铺粉辊铺一层粒径为5-20微米的工程塑料粉末，由激光器发出的激光束在3D立体打印机的控制下，根据步骤(2)所得的分层处理过的预设计玻璃三维实体数据模型一体打印成型，得到粗制的玻璃实体，再对粗制的玻璃实体进行浸蜡、打磨、抛光、烘干处理，得到所需玻璃SLS蜡模；(4)浇注系统消失模泡沫成型：在步骤(3)所得的玻璃SLS蜡模基础上，采用消失模铸造工艺得到浇注系统模壳模型；(5)工艺组树和制壳：将步骤(4)所得的浇注系统模壳模型进行浇注和补缩系统组合，得到完整、光滑的模壳模型，再对完整、光滑的模壳模型制2-3层壳体；其中，第1-2层壳的浆料为锆英粉和硅溶胶复配物，第2-3层壳的浆料为莫来石粉末和硅溶胶复配物，待2-3层壳体自然干燥后，放入含有质量分数为1％的棕刚玉砂的圆形或方形铁制箱中进行填充、紧实和固化干燥；(6)焙烧脱模：将步骤(5)所得的制有壳体的模壳模型以每小时升温30-40℃的速率加热升温至240-260℃，在此温度上保温3-5h，然后再以每小时升温50℃的速率加热升温至800-900℃，在此温度上保温6-10h，焙烧脱去EPS蜡模，得到铸型；(7)玻璃配料和熔化：按所需要求选择合成玻璃的各种原料，将选择好的玻璃原料置于底部设有出口的可加热容器中，加热升温至1350-1600℃至熔化；(8)真空浇注、增压凝固：将步骤(6)所得的铸型置于800-900℃保温条件下进行抽真空，当真空度抽至0.45-0.55Kpa时，向铸型中缓慢浇注步骤(7)所得的熔化的玻璃液，浇注完成后对铸型进行增压处理使之凝固补缩，凝固补缩后在保温状态下继续保温30-60min；然后再以每小时降温15-20℃的速率降至室温，在室温环境中进行降压处理得到铸件；(9)玻璃清理、打磨、抛光：对步骤(8)所得的铸件进行清理，清理完成后，再对铸件进行打磨和抛光，得到所需玻璃。在步骤(3)中，所述蜡模精度为100mm±0.1mm，表面粗糙度Ra低于3.2；激光器采用CO2激光器或者光纤激光器，该激光器的具体参数为：激光光束在工作平面的运动速度V＝2100-2300mm/s，铺粉直线单元的运动速度V＝350-450mm/s，激光器的实际输出功率P＝42-48W，供料裕量为0.08-0.1mm，转换因子为1.08。在步骤(4)中，所述消失模材料为可发泡聚苯乙烯EPS。在步骤(5)中，所述第1-2层壳的浆料为锆英粉和硅溶胶复配物，其中，锆英粉和硅溶胶的质量比为1:(3.4-3.5)，锆英粉的粒径为320-330目；所述第2-3层壳的浆料为莫来石粉末和硅溶胶复配物，其中，莫来石粉末和硅溶胶的质量比为1:(3.3-3.4)，莫来石粉末的粒径为315-325目。在步骤(8)中，所述增压处理时压力为300-400Kpa，降压处理时压力为180-220Kpa。在步骤(9)中，所述清理的步骤为：a.用高压水力清洗铸件表面的砂型至表面干净；b.将步骤a清洗后的铸件浸泡在强酸体系中2-3h；c.浸泡结束后，取出铸件用高压水力冲洗3-5遍，然后再对铸件进行酸洗3-5min即可。在步骤b中，所述强酸体系的成分为：质量浓度为60％的氢氟酸4份、高纯硫酸3份的复配溶液。在步骤c中，所述酸洗的成分为：质量浓度为60％的氢氟酸5份、氟化氢铵1份和质量浓度为85％的浓硫酸1份的复配溶液。本专利技术的有益效果：本专利技术的3D打印方法为大型复杂玻璃的快速和精准化生产提供了可靠的技术方案，解决了玻璃制造过程中大型复杂形状玻璃数据获取和精准化制作的难题，实现了玻璃快速浇铸工艺，采用真空增压浇注方法解决了透气性不好和补缩距离不足的问题；浇注系统采用消失模泡沫改善了3D打印不规则蜡模中浇注系统胀型和脱模时间过长的问题；实现了3D打印蜡型和真空增压浇注系统的融合，大型复杂形状玻璃的快速和精准化生产等问题；将复杂形状玻璃生产周期从1-12个月缩短为10-15个工作日，且大大节省了在切裁技术中被切割的玻璃料。附图说明附图1为一种3D打印成型大型复杂形状玻璃的方法的流程示意图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不局限于这些实施例。一种3D打印成型大型复杂形状玻璃的方法，包括以下步骤：(1)玻璃数据获取：通过正向设计获取大型复杂形状玻璃三维数据；(2)成型工艺设计及数据处理：通过云数据处理、支撑、镂空、切片技术优化步骤(1)所得的复杂形状玻璃三维数据，获得预设计的复杂形状玻璃三维实体数据模型STL文件，在3D打印设备的工控机上对所述STL文件的三维实体数据模型进行切片分层处理，层厚为0.09mm；(3)3D打印SLS蜡模：在工作台上用铺粉辊铺一层粒径为10微米的工程塑料粉末，由激光器发出的激光束在3D立体打印机的控制下，根据步骤(2)所得的分层处理过的预设计复杂形状玻璃三维实体数据模型一体打印成型，得到粗制的复杂形状玻璃实体，再对粗制的复杂形状玻璃实体进行浸蜡、打磨、抛光、烘干处理，得到所需玻璃SLS蜡模；其中，蜡模精度为100.1mm，表面粗糙度Ra低于3.2；激光器采用CO2激光器，该激光器的具体参数为：激光光束在工作平面的运动速度V＝2200mm/s，铺粉直线单元的运动速度V＝420mm/s，激光器的实际输出功率P＝46W，供料裕量为0.09mm，转换因子为1.08；(4)浇注系统消失模泡沫成型：在步骤(3)所得的复杂形状玻璃SLS蜡模基础上，采用消失模铸造工艺得到浇注系统模壳模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印成型大型复杂形状玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)玻璃数据获取：通过正向设计或逆向工程设计获取玻璃三维数据；(2)成型工艺设计及数据处理：通过云数据处理、支撑、镂空、切片技术优化步骤(1)所得的玻璃三维数据，获得预设计的玻璃三维实体数据模型STL文件，在3D打印设备的工控机上对所述STL文件的三维实体数据模型进行切片分层处理，层厚为0.07‑0.1mm；(3)3D打印SLS蜡模：在工作台上用铺粉辊铺一层粒径为5‑20微米的工程塑料粉末，由激光器发出的激光束在3D立体打印机的控制下，根据步骤(2)所得的分层处理过的预设计玻璃三维实体数据模型一体打印成型，得到粗制的玻璃实体，再对粗制的玻璃实体进行浸蜡、打磨、抛光、烘干处理，得到所需玻璃SLS蜡模；(4)浇注系统消失模泡沫成型：在步骤(3)所得的玻璃SLS蜡模基础上，采用消失模铸造工艺得到浇注系统模壳模型；(5)工艺组树和制壳：将步骤(4)所得的浇注系统模壳模型进行浇注和补缩系统组合，得到完整、光滑的模壳模型，再对完整、光滑的模壳模型制2‑3层壳体；其中，第1‑2层壳的浆料为锆英粉和硅溶胶复配物，第2‑3层壳的浆料为莫来石粉末和硅溶胶复配物，待2‑3层壳体自然干燥后，放入含有质量分数为1％的棕刚玉砂的圆形或方形铁制箱中进行填充、紧实和固化干燥；(6)焙烧脱模：将步骤(5)所得的制有壳体的模壳模型以每小时升温30‑40℃的速率加热升温至240‑260℃，在此温度上保温3‑5h，然后再以每小时升温50℃的速率加热升温至800‑900℃，在此温度上保温6‑10h，焙烧脱去EPS蜡模，得到铸型；(7)玻璃配料和熔化：按所需要求选择合成玻璃的各种原料，将选择好的玻璃原料置于底部设有出口的可加热容器中，加热升温至1350‑1600℃至熔化；(8)真空浇注、增压凝固：将步骤(6)所得的铸型置于800‑900℃保温条件下进行抽真空，当真空度抽至0.45‑0.55Kpa时，向铸型中缓慢浇注步骤(7)所得的熔化的玻璃液，浇注完成后对铸型进行增压处理使之凝固补缩，凝固补缩后在保温状态下继续保温30‑60min；然后再以每小时降温15‑20℃的速率降至室温，在室温环境中进行降压处理得到铸件；(9)玻璃清理、打磨、抛光：对步骤(8)所得的铸件进行清理，清理完成后，再对铸件进行打磨和抛光，得到所需玻璃。...

【技术特征摘要】
1.一种3D打印成型大型复杂形状玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)玻璃数据获取：通过正向设计或逆向工程设计获取玻璃三维数据；(2)成型工艺设计及数据处理：通过云数据处理、支撑、镂空、切片技术优化步骤(1)所得的玻璃三维数据，获得预设计的玻璃三维实体数据模型STL文件，在3D打印设备的工控机上对所述STL文件的三维实体数据模型进行切片分层处理，层厚为0.07-0.1mm；(3)3D打印SLS蜡模：在工作台上用铺粉辊铺一层粒径为5-20微米的工程塑料粉末，由激光器发出的激光束在3D立体打印机的控制下，根据步骤(2)所得的分层处理过的预设计玻璃三维实体数据模型一体打印成型，得到粗制的玻璃实体，再对粗制的玻璃实体进行浸蜡、打磨、抛光、烘干处理，得到所需玻璃SLS蜡模；(4)浇注系统消失模泡沫成型：在步骤(3)所得的玻璃SLS蜡模基础上，采用消失模铸造工艺得到浇注系统模壳模型；(5)工艺组树和制壳：将步骤(4)所得的浇注系统模壳模型进行浇注和补缩系统组合，得到完整、光滑的模壳模型，再对完整、光滑的模壳模型制2-3层壳体；其中，第1-2层壳的浆料为锆英粉和硅溶胶复配物，第2-3层壳的浆料为莫来石粉末和硅溶胶复配物，待2-3层壳体自然干燥后，放入含有质量分数为1％的棕刚玉砂的圆形或方形铁制箱中进行填充、紧实和固化干燥；(6)焙烧脱模：将步骤(5)所得的制有壳体的模壳模型以每小时升温30-40℃的速率加热升温至240-260℃，在此温度上保温3-5h，然后再以每小时升温50℃的速率加热升温至800-900℃，在此温度上保温6-10h，焙烧脱去EPS蜡模，得到铸型；(7)玻璃配料和熔化：按所需要求选择合成玻璃的各种原料，将选择好的玻璃原料置于底部设有出口的可加热容器中，加热升温至1350-1600℃至熔化；(8)真空浇注、增压凝固：将步骤(6)所得的铸型置于800-900℃保温条件下进行抽真空，当真空度抽至0.45-0.55Kpa时，向铸型中缓慢浇注步骤(7)所得的熔化的玻璃液，浇注完成后对铸型进行增压处理使之凝固补缩，凝固补缩后在保温状态下继续保温30-60min；然后再以每小时降温15-20℃的速率降至室温，在室温环境中进行降...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋彬，夏建强，徐宏，常峰，
申请(专利权)人：安徽恒利增材制造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34