[发明专利]涡轮叶片陶芯软芯撑3D打印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D打印方法，特别涉及一种涡轮叶片陶芯软芯撑3D打印方法。

背景技术

航空发动机空心涡轮叶片精铸成形周期长、壁厚精度偏低、废品率高，一直是制约我国新机研制的瓶颈之一。制备壁厚精度合格的精铸蜡型是保证空心涡轮叶片壁厚的首要条件。

精铸蜡型壁厚主要依靠陶芯与蜡型模具的精确匹配进行保证。为控制陶芯在蜡型模具中的位置，需采用芯撑对陶芯进行定位和支撑，通过芯撑的反作用力抵消蜡型充型过程中蜡料对陶芯的作用力，从而减小陶芯变形及漂移，控制精铸蜡型的壁厚偏差分布。目前，芯撑有金属材质芯撑和蜡质软芯撑。因金属芯撑在模具合模及蜡模压制过程中，可能因挤压导致陶芯断裂，因而实际生产中常采用由软蜡制成的蜡质软芯撑来实现陶芯在蜡型模具中的定位。

文献“《复杂空心涡轮叶片精铸蜡模陶芯软芯撑定位技术》[J]崔康，汪文虎特种铸造及有色合金2013.33(1)p53-56”指出，陶芯定位元件的空间布局和结构尺寸主要依靠经验设计完成，由于缺乏理论依据，常常导致陶芯定位不完整，并公开了陶芯蜡质软芯撑的定位技术，通过建立陶芯定位误差传递模型、定位布局优化算法，精确给出了陶芯定位布局点。而在蜡质软芯撑的制备方面，国内尚未有专门的研究见诸报道，而实际生产中通常为固定厚度的矩形蜡片，用时将蜡片粘接在陶瓷型芯上，压制精铸蜡型时，芯撑被蜡料包裹并与精铸蜡型融为一体。由于精铸蜡型壁厚并不是均匀分布，采取固定厚度的矩形蜡片，将导致芯撑不能完全与蜡型模具贴合，从而影响蜡型壁厚精度，且软芯撑与陶芯贴合过程需要工人手动操作，软芯撑与陶芯贴合点一致性较差，生产效率低。

发明内容

为了克服现有方法制备涡轮叶片陶芯软芯撑精度差的不足，本发明提供一种涡轮叶片陶芯软芯撑3D打印方法。该方法在陶芯叶身距叶尖部位1/3处叶型中心位置确定一个软芯撑点，在陶芯叶身距叶尖部位2/3处叶型曲线上均匀布置两个软芯撑点，以软芯撑位置点为中心，Y轴方向为轴线，做直径Φ4mm的圆柱，利用陶芯曲面及蜡型模具曲面为边界裁剪圆柱，两曲面间几何形体即为软芯撑几何模型；采用3D打印方法，实现蜡质软芯撑的制备，提高了涡轮叶片陶芯软芯撑的精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种涡轮叶片陶芯软芯撑3D打印方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、确定软芯撑打印点。

陶芯叶身段长度为75mm，打印点截面Ⅰ和截面Ⅱ高度分别在叶身的1/3处和2/3处，将截面线投影到XZ平面，得到截面Ⅰ及截面Ⅱ。截面Ⅰ沿Y轴方向与陶芯叶盆的交线三等分，得到点Q₁、Q₂，截面Ⅱ沿Y轴方向与陶芯叶盆的交线二等分，得到点Q₃，点Q₁、Q₂、Q₃即为陶芯叶盆部位软芯撑打印点。截面Ⅰ沿Y轴方向与陶芯叶背的交线三等分，得到点Q₄、Q₅，截面Ⅱ沿Y轴方向与陶芯叶背的交线二等分，得到点Q₆，点Q₄、Q₅、Q₆即为陶芯叶背部位软芯撑打印点。

步骤二、确定叶盆、叶背芯撑几何形状。

以点Q₁、Q₂、Q₃为中心，Y轴向为轴线分别作Φ4mm圆柱，利用陶芯叶盆型面与蜡型模具型面对圆柱进行裁剪，得到叶盆软芯撑几何结构。以Q₄、Q₅、Q₆为中心，Y轴向为轴线分别作Φ4mm圆柱，利用陶芯叶背型面与蜡型模具型面对圆柱进行裁剪，得到叶背软芯撑几何结构。

步骤三、选择3D打印机。

根据蜡料具有较小的热膨胀率和收缩率，较高的耐热性的性质，选用FDM打印工艺，3D打印机选用3D systems公司的ProJet MJP 3600W。

步骤四、确定叶盆叶背软芯撑打印顺序。

根据陶芯结构特点，确定软芯撑打印方式为先打印叶盆侧软芯撑，之后打印叶背侧软芯撑；

步骤五、软芯撑3D打印。

将软芯撑三维模型导入3D打印机软件，在3D打印机软件中生成打印程序，按照程序打印软芯撑。