揭秘3D打印技術之鑄造砂型3D打印(2)
時間：2016-08-22 18:27 來源：南極熊 作者：中國3D打印網 閱讀：次
砂型3d打印機成型工藝
1.PCM
PCM 工藝稱為無模鑄型制造,它是將 快速制造理論引進到樹脂砂造型工藝中,采用輪廓掃描噴射固化工藝,實現了無模型鑄型的快速制造。 該工藝由清華大學研制成功,并推出商品化機型。
首先從零件 CAD 模型得到鑄型 CAD 模型, 分別噴射樹脂和固化劑的兩個噴頭在每一層鋪好壓實的型砂上分別精確地噴射粘接劑和催化劑。粘結劑與催化劑發生膠聯反應, 粘接劑和催化劑共同作用的地方型砂被固化在一起,其他地方型砂仍為顆粒態干砂。
固化完一層后再粘接下一層,所有的層粘接完之后就可以得到一個三維實體,原砂在粘接劑沒有噴射的地方仍是干砂,比較容易清除。清理出中間未固化的干砂就可以得到一個有一定壁厚的鑄型,在砂型的內表面涂敷或浸漬涂料之后就可用于澆鑄金屬。
無模砂型制造工藝示意圖
該工藝采用傳統樹脂砂工藝中的水洗砂、 樹脂和固化劑, 原材料的準備過程與傳統工藝相同,與以上工藝相比無需單獨制備原材料,且成本低廉, 鑄型強度高,無需特殊的
后處理, 尤其適合制造大中型鑄件。
選擇性激光燒結工藝示意
2.SLS
SLS 工 藝稱為 選擇性激光燒結, SLS 工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面, 并刮平; 用高強度的 CO2 激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面; 材料粉末在高強度的激光照射下被燒結在一起,得到零件的截面,并與下面已成形的部分粘接; 在非燒結區的粉末仍呈松散狀,作為工件和下一層粉末的支撐。當一層截面燒結完后, 鋪上新的一層材料粉末,選擇地燒結下層截面, 如此循環,最終形成三維實體,
粉末材料可以是金屬、 陶瓷、 石蠟、 聚碳酸酯等聚合物粉末, 也可以是鑄造用覆膜砂, 用包覆粘接劑的陶瓷粉末或覆膜砂作為成形材料,按照鑄型CAD 模型(包括澆注系統等工藝信息) 的輪廓信息精確控制激光束在造型材料粉末層進行掃描, 使包覆在陶瓷粉末或覆膜砂表面的粘結劑熔化粘結, 逐步堆積可得到鑄型的型殼, 清理出型腔內未燒結的松散粉末, 就可用于澆注金屬零件。鑄型和砂芯可分別制造再裝配成完整鑄型,也可一體化制造, 減少下芯裝配帶來的誤差。SLS 工藝用于制造鑄型型殼, 若選用粒度較細的陶瓷粉和覆膜砂,選擇較小的分層厚度,可以得到表面質量較好的鑄型。 但受成形設備成形空間和成形速度的限制,只適合于制造中小件。
3DP 工藝稱為三維印刷,它采用逐點噴灑粘接劑來粘接粉末材料的方法制造原型。3DP 工藝與 SLS 工藝類似, 采用粉末材料成形, 如陶瓷粉末,金屬粉末。 所不同的是材料粉末不是通過燒結連接起來的,而是通過多通道噴頭用粘接劑( 如硅膠) 將零件的截面“ 印刷” 在材料粉末上面,粘結時只進行一次掃描,由于用粘接劑粘接的強度較低, 還必須將其置于加熱爐中,作進一步的固化或燒結,以提高粘結強度。
直接殼型鑄造工藝示意圖
美國 Solig en 公司根據 3DP 原理開發的直接殼型鑄造工藝( DSPC )如圖 3 所示。該技術使用陶瓷粉末為造型材料,粘接材料選用硅溶膠。 由于陶瓷粉末顆粒尺寸在 75 m～150 m 之間, 所以 DSPC 工藝造型的表面質量較高,但這種硅酸鹽水溶液分層粘接起來的陶瓷鑄型強度較低,必須經過焙燒之后才能用于澆注金屬, 如果是大型鑄件的鑄型就需要價格高昂、 體積龐大的加熱設備,所以 DSPC 工藝不適合大中型鑄件的生產。
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