基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法，包括以下步骤：S1、通过金属3D打印技术成型复杂形状的薄壁零件；S2、通过铸造方法向薄壁零件填充浇铸材料，所述浇铸材料的熔点低于薄壁零件的熔点；S3、冷却后成型复杂实体零件。本发明专利技术可操作性强，生产效率高，一方面利用金属3D打印成型具有任意复杂几何形状的薄壁零件，另一方面利用铸造快速填充大面积区域，通过溶液的流动填充相对复杂内部区域，充分结合金属3D打印和铸造各自的优势，实现复杂零件的快速制造，而且金属3D打印成型薄壁零件，可减少成型残余应力，提高了零件的机械性能，适用范围广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复杂实体零件成型制造技术，特别涉及基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法。
技术介绍
铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇注进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。它是比较经济的毛坯成形方法，对于外部形状复杂的零件更能显示出它的经济性，如汽车发动机的缸体和缸盖，船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。有些难以切削的零件，如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。另外，铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽，金属种类几乎不受限制；零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他金属成形方法如锻、车U焊、冲等所做不到的。铸造毛坯因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的，降低了成本，并在一定程度上减少了制作时间。铸造是现代装置制造工业的基础工艺之一。然而，对于具有复杂内部结构的零件，传统制造无法实现成型。传统的铸造方法必须取出内腔形模，而内腔形模往往需要通过分层等方式安放以及取出，这就对内部结构形成极大的限制。相对于车铣刨磨等传统机加工，金属3D打印作为一种材料堆积制造方式，可以制造各种复杂结构，充分发挥材料的效能比，是未来绿色制造的主要方式之一。其优势在于拓展产品创意创新空间，设计人员不在受传统工艺和制造资源约束，并降低产品研发创新成本，缩短研发周期，增强工艺制造能力，因而在航空航天、生物医疗、工业模具、汽车制造等工业领域都有独具特色的应用前景，尤其是在小批量多品种的航空航天应用中，优势更为明显。金属3D打印技术是集CAD/CAM、数字控制技术、快速成型于一体的先进制造技术，成为了传统加工成形方法的重要补充，目前主要有激光/电子束选区熔化、激光选区烧结以及激光近净成形技术。金属3D打印可以根据三维模型来直接生产出各种复杂的金属零件，能使加工成本和时间得到有效的降低，从而大大地缩短了新产品的研发周期，非常适应现代制造业快速化，个性化，柔性化发展的需求，在生物医疗，航空航天，模具量具和国防工业等制造领域具有十分广阔的应用前景。虽然金属3D打印技术可以成型任意复杂的金属零件，但是如果成型大面积实心区域，成型时间会很长，30-50小时都有可能。过低成型效率的将大大地约束选区激光熔化优势的发挥。结合铸造现有的技术以及金属3D打印技术优缺点，本专利提出了“基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法”
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法，该方法能克服传统制造无法成型具有复杂内部结构零件的缺点，一方面利用金属3D打印成型具有任意复杂几何形状的薄壁零件，另一方面利用铸造快速填充大面积区域，通过溶液的流动填充相对复杂内部区域，充分结合金属3D打印和铸造各自的优势，协同完成任意复杂结构(外表面不规则或者内部结构复杂或两者兼具)加工，实现复杂零件的快速制造。本专利技术的目的通过下述技术方案实现:基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法，其特征在于，包括以下步骤:S1、通过金属3D打印技术成型复杂形状的薄壁零件；S2 、通过铸造方法向薄壁零件填充浇铸材料，所述浇铸材料的熔点低于薄壁零件的熔点；S3、冷却后成型复杂实体零件。进一步地，所述薄壁零件为表面是复杂不规则形状的、且内部有可容纳浇铸材料的空腔的薄壁外壳。进一步地，所述薄壁零件为复杂形状的薄壁通道结构。进一步地,所述通过铸造方法向薄壁零件填充烧铸材料的步骤为直接向薄壁外壳的空腔内填充浇铸材料。进一步地，所述通过铸造方法向薄壁零件填充浇铸材料的步骤具体包括:S20、翻砂制作砂模，所述砂模的内部具有容纳浇铸材料的空腔；S21、将成型的薄壁通道结构置于所述砂模内部空腔的预定位置；S22、向砂模内部空腔填充浇铸材料；S23、去除砂模。进一步地，所述通过金属3D打印技术成型复杂形状的薄壁零件的材料为镍基合金、不锈钢，钛合金，所述浇铸材料为铝合金、铜合金等低熔点金属材料。进一步的，所述浇铸材料不限于低熔点金属材料，低熔点非金属材料也应包含在此方法内，如ABS树脂或聚酰胺纤维。进一步地，所述薄壁零件的材料与浇铸材料不发生反应，或者两者物理或化学反应后，性能不削弱整体预期性能。当零件内部复杂，表面复杂不规则时，通过金属3D打印技术(如:激光/电子束选区熔化)成型金属外形薄壁零件，内部形状薄壁以及局部微小特征区域，然后在真空环境下浇铸异种材料，浇铸的材料的熔点一定要低于金属3D打印成型的金属材料的熔点，且不发生反应，或者两者物理或化学反应后的性能不削弱或影响到整体的性能。当零件内部复杂，表面规则简单时，只成型内部复杂结构的薄壁，外腔体则通过翻砂完成，通过外部砂模具和金属3D打印成型内部复杂金属零部件组成的腔体，通过浇铸完成。浇铸后浇铸材料与薄壁零件结合，薄壁零件不需要取回，获取最终的零件。所述金属3D打印成型的薄壁零件的材料以高温合金材料为主，如镍基合金、不锈钢，或者钛合金等具有高熔点的材料。所述铸造材料以低熔点金属材料为主，如铝合金、铜合金，但这不限于低熔点金属材料，低熔点非金属材料也应包含在此方法内。另外，铸造材料熔点一定要低于金属3D打印成型的金属材料的熔点，且不发生反应，或者两者物理或化学反应后的性能不削弱或影响到整体的性能。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:(I)、本专利技术采用基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法成型，可以制造具有任意复杂内部结构的零件。(2)、可操作性强，生产效率高，一方面利用金属3D打印成型具有任意复杂几何形状的薄壁零件，另一方面利用铸造快速填充大面积区域，通过溶液的流动填充相对复杂内部区域，充分结合金属3D打印和铸造各自的优势，实现复杂零件的快速制造，而且金属3D打印成型薄壁零件，可减少成型残余应力，提高了零件的机械性能。(3)、本专利技术中金属3D打印成型的薄壁零件材料以高温合金材料为主，如镍基合金、不锈钢，或者钛合金等具有高熔点的材料。而所述铸造材料以低熔点金属材料为主，如铝合金、铜合金，但这不限于低熔点金属材料，低熔点非金属材料也应包含在此方法内。另夕卜，铸造材料熔点低于金属3D打印成型的金属材料的熔点，且不发生反应，或者两者物理或化学反应后的性能不削弱或影响到整体的性能即可，因而适用范围广。附图说明图1是本专利技术实施例1的复合铸造方法的流程示意图。图2是采用本专利技术实施例1的复合铸造方法的产品的主视示意图。图3是采用本专利技术实施例1的复合铸造方法的产品的立体示意图。图4是本专利技术实施例2的复合铸造方法的流程示意图。图5是本专利技术实施例2的薄壁锥形螺旋通道结构示意图。图6是本专利技术实施例2的翻砂铸造砂模结构示意图。图7是本专利技术实施例2的薄壁零件与砂模组合，形成铸造型腔的结构示意图。图8是本专利技术实施例2的成型产品结构示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明。需要说明的是，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。实施例一如图1所示，本专利技术基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法的工艺流程图，包括以下步骤:S101、通过金属3D打印技术成型复杂不规则形状的、且内部有可容纳浇铸材料的空腔的薄壁外壳；S102、通本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过金属3D打印技术成型复杂形状的薄壁零件；S2、通过铸造方法向薄壁零件填充浇铸材料，所述浇铸材料的熔点低于薄壁零件的熔点；S3、冷却后成型复杂实体零件。

【技术特征摘要】
1.基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、通过金属3D打印技术成型复杂形状的薄壁零件； 52、通过铸造方法向薄壁零件填充浇铸材料，所述浇铸材料的熔点低于薄壁零件的熔占.53、冷却后成型复杂实体零件。2.根据权利要求1所述的基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法，其特征在于，所述薄壁零件为表面是复杂不规则形状的、且内部有可容纳浇铸材料的空腔的薄壁外壳。3.根据权利要求1所述的基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法，其特征在于，所述薄壁零件为复杂形状的薄壁通道结构。4.根据权利要求2所述的基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永强，宋长辉，叶梓恒，王迪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：