[发明专利]一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法

说明书

本发明公开一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法，包括：采用三维制图软件构建三维中空砂型模壳并3D打印输出；将打印输出的三维中空砂型模壳进行涂覆耐火涂料处理或加热固化处理；向砂箱中填入原砂将三维中空砂型模壳包覆起来，同时进行振实；然后在砂箱的顶部铺上一层塑料薄膜密封，在塑料薄膜上均匀的铺上薄砂，预留浇口杯安装位置，并在该位置上放置浇口杯后继续填入原砂、振实；利用抽气管道对砂箱内部进行抽真空；将金属合金液浇入砂箱内三维中空砂型模壳的空腔；待浇注的合金溶液凝固后，关闭抽真空系统，继续冷却后，开砂箱取出模壳并进行表面清理，获得铸件。本发明结合3D打印技术以及铸造工艺，提高了生产效率，实现了规模化生产。

技术领域

本发明涉及金属铸件成型和增材制造技术领域，特别是涉及一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法。

背景技术

铸造是获得机械零件毛坯的最主要方法，在工业生产中占有重要地位。砂型铸造是最常见、应用最广的铸造生产方式，传统的砂型铸造方法需要使用手工或造型机制备砂型，因此砂型的使用存在三个明显的弊端，一是砂型的制造需要使用大量的粘结剂，大部分粘结剂具有浓烈的气味且对身体有害；二是砂的前、后处理和铸件清理阶段产生大量的粉尘污染，对环境不利；三是砂型制作工艺相对繁琐、工期长。

V法铸造技术和消失模铸造技术是20世纪60~80年代发展起来的金属铸件的新型铸造方法，具有铸件尺寸精度高、表面光洁度高、后续加工余量少、经济性好等优点，并且这两项技术的共同特点是采用真空密封定型砂型和保持强度，避免了粘结剂的使用，具有清洁环保的特点，被称为是21世纪的绿色铸造技术。近几十年来，V法铸造技术和消失模铸造技术在全世界范围内获得了快速发展和应用。

但是，消失模铸造技术的局限是白模生产工序复杂，且需要配套的蒸汽系统，能耗较大；另一方面，白模遇高温金属液裂解产生的气体量大，易使铸件形成气孔缺陷，同时容易使铸件发生增碳，铸件的成分与组织不易控制。另外，在浇注过程中还可能存在金属液返喷的风险，具有一定危险性。V法铸造技术的不足是需要先制作木模具或金属模具，模具制作成本高、周期长、造型工序较复杂、产量低，并且中空铸件仍离不开砂芯的使用。

3D打印技术是20世纪末出现的一种新型材料成型技术，并很快应用在铸造领域中。现阶段，3D打印方法制备砂型，由于无需开模，在单件、小批量、高复杂系数铸件生产以及产品试制方面具有明显的优势，但因为还没有与传统的V法、消失模或砂型铸造工艺深度结合起来，与砂型自动造型机、射芯机等比较，由于生产效率相对较低，目前还难以实现规模化的应用。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法，以实现规模化打印和应用。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法，所述铸造方法包括：

步骤S1：采用三维制图软件，根据铸件的几何形状和铸造性能构建三维中空砂型模壳；

步骤S2：利用3D打印机和砂型原料将所述三维中空砂型模壳打印输出；

步骤S3：将打印输出的所述三维中空砂型模壳的内表面涂覆耐火涂料后，在设定温度范围的烘烤炉或微波炉中干燥；

或将打印输出的所述三维中空砂型模壳加热到120～200℃进行固化处理；

步骤S4：将步骤S3得到的所述三维中空砂型模壳放入砂箱中，向砂箱中填入原砂将所述三维中空砂型模壳包覆起来，同时进行振实；然后在所述砂箱的顶部铺上一层塑料薄膜密封，在塑料薄膜上均匀的铺上10~50mm的薄砂，预留浇口杯安装位置，并在该位置上放置浇口杯后继续填入原砂、振实；

步骤S5：接入抽气管道，利用所述抽气管道对砂箱内部进行抽真空，使砂箱的负压控制在设定压力范围内；