[发明专利]基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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、轧、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”

发明内容

本发明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。

本发明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浇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。