一种铸型的增材制造方法技术

本发明专利技术提供了一种铸型的增材制造方法，属于铸造技术领域。本发明专利技术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％。

【技术实现步骤摘要】
一种铸型的增材制造方法
本专利技术属于铸造
，尤其涉及一种铸型的增材制造方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铸型的增材制造方法，本专利技术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。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术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。优选地，所述喷射的方向为垂直于铸型层片方向。优选地，所述步骤(3)中水胶体采用挤出形成细丝的方式填充在所述步骤(2)得到的铸型层片的轮廓外。优选地，所述步骤(2)和步骤(3)中冷冻环境的温度独立地≥-60℃。优选地，所述步骤(5)中升温融化的温度为0℃以上。本专利技术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％。本专利技术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的复合体，再利用冰-水转换，将冰型通过进行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％。附图说明图1为实施例1制备的铸型生坯和冰型的复合体示意图的主视图；图中，1为挤出料筒，2为水基砂浆挤出体，3为水溶液喷射料筒，4为水溶液微滴，5为铸型层片，6和7为冰型层片；图2为实施例1制备的铸型生坯和冰型的复合体示意图的俯视图；图中，5为铸型层片，6和7为冰型层片。具体实施方式本专利技术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％。本专利技术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。本专利技术对所述铸型的形状没有特殊的限定，适用于本领域任何形状的铸型。本专利技术对所述采用计算机软件对铸型CAD模型进行分层计算的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的3D打印中对零部件CAD模型进行分层计算的操作即可。在本专利技术中，所述单层冰型部分即为单层型腔部分。本专利技术对所述每层铸型部分和每层冰型部分的厚度没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的厚度即可。得到多层截面数据后，本专利技术根据所述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。在本专利技术中，所述水基砂浆挤出体的制备方法优选为柱塞挤出或螺旋挤出；当所述铸型为小型铸型时，所述水基砂浆挤出体优选采用柱塞挤出；当所述铸型为较大型铸型时，所述水基砂浆挤出体优选采用螺旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铸型的增材制造方法，包括如下步骤：/n(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；/n(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；/n(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；/n(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；/n(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；/n(6)将所述步骤(5)得到的铸型生坯进行烧结，得到铸型；/n所述步骤(2)和步骤(3)中的冷冻环境的温度独立地≤0℃；/n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％。/n

【技术特征摘要】
1.一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％。


2.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤(2)水基砂浆挤出体中水的体积分数不少于40％。


3.根据权利要求1或2所述的增材制造方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪军，李亚敏，苏国梁，王军宏，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62