快速成型技術及其在鑄造中的應用解析

第2章 快速成型技術及其在鑄造中的應用引言快速成型〔RapidPrototyping-RP〕技術是國際上開發(fā)的一項高科技成果，簡稱快速成型技術。它的核心技術是計算機技術和材料技術。快速成型技術摒棄了傳統(tǒng)的機械加工方法，依據(jù)CAD生成的零件幾何信息，把握三維數(shù)控成型系統(tǒng)，通過激光束或其它方法將材料積存而形成零件的。用這種方法成型，無需進展費時、耗資的模具或?qū)Ｓ霉ぞ叩脑O計和機械加工，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性。從制造原理上講，快速成型〔RP〕技術一改“去除”為“積存”的加工原理，給制造技術帶來了革命性的飛躍式進展?；赗P原理的快速制造技術經(jīng)十幾年的進展，在創(chuàng)RP技術的應用可大大加快產(chǎn)品開發(fā)速求企業(yè)對市場能快速響應并不斷推出產(chǎn)品占據(jù)市場，如型機的市場壽命僅6個月，又如臺灣和日本摩托車行業(yè)，每三個月就推出一種型摩托車投入市場，摩托車幾萬輛就需改型。二十世紀九十年月以來，在信息互聯(lián)網(wǎng)支持下，由快速設計、反求工程、快速成形、快速制模等構(gòu)成的快速制造技術取得很大進展。70803MAlanJ.Hebert(1978)、日本的小玉秀男(1980UVPCharlesW.Hull(1982)和日本的丸谷洋二(1983RP體的思想。CharlesW.HullUVPStereolithographyApparatus(SLA)的完整系統(tǒng)SLA-1，1986年該系統(tǒng)獲得專利，這是RPCharlesW.Hull和UVP3DSystem1984年MichaelFeygin提出了薄材疊層〔LaminatedObjectManufacturingLOM〕的方法，并于1985Helisys1992LOM-1015。1986Texas大學的爭論生C.Deckard(SelectiveLaserSintering，簡稱SLS)DTM1992年開發(fā)了基于SLS的商業(yè)成形系統(tǒng)Sinterstation。ScottCrump1988(FusedDepositionModelingFDM)的思想，19923D-Modeler80年月中期SLA90年月后期，消滅了幾十種不同的RP3DPSLA、LOM、SLSFDMRP目前世界上已投入應用的快速成型裝置所承受的主要方法有以下6種：SLA〔StereoLithography〕法--立體平版印刷法；SLS〔SelectiveLaserSintering〕--激光分層燒結(jié)法；LOM〔LaminatedObjectManufactu-ring〕--激光薄片疊層制造；SGC〔SoldGroundCuring〕--光掩膜法；FDM〔FusedDeopositeManufacturing〕--熔絲沉積成型法；DSPC(DirectShellProductionCasting)—直接陶瓷殼法。在計算機上繪制所需生產(chǎn)零件的三維模樣，用切片軟件將立體模樣切成一系列不同高度處截面的二維平面輪廓曲線，然后用快速成型機自動形成每一截面的輪廓，并將各截面逐一疊加，組合成所設計產(chǎn)品的模樣實物。上述整個過程均在一臺機器上完成，能在幾小時或幾十小時內(nèi)制造出高精度的模樣實物。此外，還有一些方法尚處于爭論之中。在這6種方法中，SLA法最成熟，也是市場的最大占有者。在鑄造生產(chǎn)中，模板、芯盒、壓蠟型、壓鑄模等的制造往往是靠機械加工的方法，有例如飛機發(fā)動機的葉片、船用螺旋漿，汽車、拖拉機的缸體、缸蓋等，模具的制造更是一但除了設備價格昂貴之外，模具加工的周期也很長，而且由于沒有很好的軟件系統(tǒng)支持，機床的編程也很困難。面對今日世界上經(jīng)濟市場的競爭，產(chǎn)品的更換代日益加快，鑄造模具加工的現(xiàn)狀很難適應當前的形勢。而快速成型制造技術的消滅為解決這個問題供給了一條頗具前景的路。目前，國際上快速成型技術在鑄造中的應用主要有以下3個方面。直接澆注鑄件模樣這種方法適用于外形簡潔的單件生產(chǎn)，例如航空航天工業(yè)中的特鑄件，或者是在產(chǎn)品試制時先做一兩個鑄件供進一步試驗用。具體操作是先用快速成型制作易熔模，然后將模樣或者用熔模鑄造方法制殼澆注鑄件，或者用消逝模鑄造方法直接澆注鑄件。在用SLS法成型時，當以石蠟粉末為原料，直接制出石蠟原型來，可以便利在澆出鑄件。用原型翻制母模后再澆注鑄件硬砂型方法等翻制母模，然后制蠟?；蛑苯訚沧⒊设T件。SLS法所使用的原料為石蠟、尼龍或聚碳酸酯等。用聚碳酸酯材料燒結(jié)制成的模樣，在很多性能上優(yōu)于石蠟，可以做很多簡潔的高精度件。美國克萊斯勒公司和通用機器公司應用SLS法削減型汽車發(fā)動機零件的開發(fā)費用?？巳R斯勒公司用SLS法制成蠟模，生產(chǎn)外形很簡潔的汽車進排氣管，通用機器公司也用這種方法來制造航天器上的簡潔零件Rorketdyhe公司甚至用蠟和尼龍來做簡潔的六缸氣缸體模樣，然后用熔模鑄造的方法生產(chǎn)鑄件。利用原型模樣制造模具這個方面的應用最廣泛，可用于鑄件的大量生產(chǎn)。型模樣，再進展外表噴鍍，或者是用LOM法燒結(jié)陶瓷原型，然后將模樣直接安裝在模板、芯盒上使用。這樣可以削減模具的制造周期，本錢比用數(shù)控機床加工還有所降低。美國福特汽車公司用LOM法制造長685mm3成砂型鑄造用的模板，尺寸精度到達±0.13mm。型模樣做成芯盒或壓蠟模具。CAD原型，再用上述各種方法直接鑄造出金屬模具。立體平板印刷(SLA)技術工藝原理SLA技術又稱光固化快速成形技術，其原理是將所設計零件的三維計算機圖象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一系列很薄的模樣截面數(shù)據(jù).然后在快速成型機上用計算機把握激光束對光敏樹脂為原料的外表進展逐點掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層〔約格外之幾毫米〕產(chǎn)生光聚合反響而化好的樹脂外表再敷上一層的液態(tài)樹脂，進展下一層的掃描加工，如此反復，直到整個原型制造完畢。該工藝從零件的最低薄層截面開頭,連續(xù)進展,一般每層厚度為0.076-0.381mm。最終將模樣從樹脂液中取出，進展最終的硬化處理，再打光、電鍍、噴涂2-1SLA2-2SLA技術特點和應用2-1SLA工藝原理圖由于光聚合反響是基于光的作用而不是基于熱的作用，故在工作時只需功率較低的激光源。此外，由于沒有熱集中，加上鏈式反響能夠很好地把握，能保證聚合反響不發(fā)生在激光點之外，因而加工精度高2-1SLA工藝原理圖SLA7mm/h0.1747SLA用于汽車發(fā)動機進氣管試驗，進氣管內(nèi)腔外形是由格外簡潔的自由曲面構(gòu)成的，它對提高進氣效率、燃燒過程有格外重要的影響。設計過程中，需要對不同的進氣管方案做氣道試驗，傳統(tǒng)的方法是用手工方法加工出由幾十個截面來描述的氣管木?；蚴嗄＃儆蒙澳ｈT造進氣管，加工中，木模工對圖紙的理解和本身的技術水尋常導致零件與設計但其預備時間長，特別是幾何外形簡潔時更是如此。英國Rover公司使用快速成型技術生產(chǎn)進氣管的外模及內(nèi)腔模，取得了令人滿足的效果。SLA工藝的缺點是在液態(tài)樹脂固化過程中，模樣收縮后引起變形量較大，在型殼焙燒中，因樹脂模易使型殼開裂，需要用型樹脂制造尺寸準確的半空模樣來抑制次缺點。另外，該法必需用臘替代每層薄截面輪廓外未固化的樹脂，以便支撐下一層。這樣一層層制作，直到模樣完成，然后加熱去掉支撐臘，操作上很麻煩。該工藝不適合制造尺寸較厚、較大的鑄件，并且光敏樹脂價格昂貴〔高于黃金價格，一般民用產(chǎn)品難以承受。2-2SLA5000美國、日本、德國、比利時等都投入了大量的人力、物力爭論該技術，并不斷有產(chǎn)品問世。我國西安交通大學也研制成功了立體光造型機LPS600A。目前，全世界有10多家工廠生產(chǎn)該產(chǎn)品。選擇性激光燒結(jié)〔SLS〕技術工藝原理SLS技術與SLA技術很相像，只是用粉末原料取代了液態(tài)光聚合物，并以確定的掃描速度和能量作用于粉末材料。以國產(chǎn)AFS2-3圖2-3 SLS成型原理AFS激光快速自動成型機承受選區(qū)激光燒結(jié)〔SLS〕原理。主要由兩個過程組成。信息過程〔離散。在計算機上建模的CAD三維立體造型零件，或通過逆向工程得到的三維實體圖形文件，將其轉(zhuǎn)換成STL文件格式。再用一離散〔切片〕軟件從STL文件離散出一系列給定厚度的有序片層?；蛘咧苯訌腃AD文件進展切片。這些離散的片層按次序累積起來仍是所設計的零件實體外形。然后，將上述的離散〔切片〕數(shù)據(jù)傳遞到成型機中去，成型機中的掃描器在計算機信息的把握下逐層進展掃描燒結(jié)。物理過程〔疊加。成型系統(tǒng)的主體構(gòu)造是在一個封閉的成型室中安裝兩個缸體鋪粉滾筒將粉料均勻地鋪在成型缸加工外表上，激光束在計算機的把握下以給定的速度和能量對第一層信息進展掃描。激光束掃過之處粉末被燒結(jié)固化為給定厚度的片層，未燒結(jié)供料缸活塞上移，鋪粉滾筒再次鋪粉，激光束再按其次層信息進展掃描，所形成的其次片層同時也被燒結(jié)固化在第一層上，如此逐層疊加，一個三維實體零件就制作出來了。工藝應用理性、可裝備性、美觀性，找出設計缺陷、完善產(chǎn)品設計。量和特別簡潔零件的直接生產(chǎn)，無需開模具。其工藝過程如流程圖2-5。快速模具制造。直接制造模具：如低熔點合金模、鑄造芯盒；翻模成型：如用快速成型先制作塑料樣件，作為模具母模用于翻制硅膠模。樣品制作。產(chǎn)品替代品，用于呈現(xiàn)產(chǎn)品，進展市場調(diào)研。a蘇州科雷特公司產(chǎn)AFS系列 b美國3dsystems公司的vanguard系列2-4SLS2-5AFS快速鑄造生產(chǎn)過程示意圖常用造型材料介紹精鑄蠟粉〔PCP1〕由化學合成法制得。具有燒結(jié)性好，變形小，預熱溫度低〔40℃以下〕的優(yōu)點。制得的燒結(jié)成型件經(jīng)簡潔后處理，即可作為精鑄蠟模使用；承受蒸氣法脫模，避開了環(huán)境污染。原型燒結(jié)粉該粉末燒結(jié)性能優(yōu)良，熔點較低，燒結(jié)變形小，利于加工成型，可重復使用。其燒結(jié)成型件經(jīng)不同的后處理方法具有以下功能：結(jié)合浸樹脂工藝，進一步提高其強度，可作為原型件及功能零件。經(jīng)浸蠟后處理，做為精鑄模使用，可用燃燒法便利脫除。CCP，后處理工藝包括，脫脂及高溫燒結(jié)二步，最終得到鑄造用陶瓷型殼或陶瓷零件。覆膜金屬粉〔CMP：對不銹鋼粉末經(jīng)過樹脂包覆制得，燒結(jié)件變形很小，尺寸穩(wěn)定。后處理工藝包括，脫脂及高溫燒結(jié)處理，最終得到金屬零件或注塑、壓蠟用金屬模具。2-6STP12-7精鑄蠟粉燒結(jié)件該技術具有原材料選擇廣泛、多余材料易于清理、應用范圍廣等優(yōu)點，適用于原型及功能零件的制造。在成形過程中，激光工作參數(shù)以及粉末的特性和燒結(jié)氣氛是影響燒結(jié)成形質(zhì)量的重要參數(shù)。應用實例SLSDTMSLS2023尼龍、金屬等各種材料。用該系統(tǒng)制造的鋼銅合金注塑模具，可注塑5萬件工件。近年來基RPM開發(fā)的重點?；赗PM直接制模法是直接承受RPM技術制作模具，在RPM技術諸方法中能夠直接制作金屬模具的是SLS法。用這種方法制造的鋼制銅合金注射模，壽命可達5萬件以上。但此法在燒結(jié)過程中材料發(fā)生較大收縮，精度難以把握。間接制模法可分為：軟質(zhì)簡易模具的制作承受硅橡膠、金屬粉環(huán)氧樹脂粉和低熔點合金等將原型準確復制成模具，或?qū)υ瓦M展外表處理，用金屬噴涂法或物理蒸發(fā)沉積法鍍上一層熔點較低50～5000適合于產(chǎn)品試制階段的小批量生產(chǎn)。鋼質(zhì)模具的制作將RPM或者直接制造出復形精度較高的EDM電極，用于注塑模、鍛模、壓鑄等鋼制模具型腔的加工。一個中等大小、較為簡潔的電極一般4～8h即可完成，復形精度完全滿足工程要求。福特汽車公司用此技術制造汽車模具取得了滿足的效果RP與周密鑄造結(jié)合的方法為汽車及汽車輪胎等行業(yè)生產(chǎn)進口替代模具計80速模具制造的制作本錢及周期大大降低。我國每年需進口模具達8億多美元，主要是簡潔模SLS技術在將來的汽車模具制造業(yè)中的應用前景格外寬闊。在汽車燈具制造上的應用汽車燈具大多數(shù)的外形是不規(guī)章的,曲面簡潔,模具制CADCAM了有利的參考。同時,也可以通過快速成型技術,用熔模鑄造的方法快速、高精度地制造出燈具模具。激光薄片疊層制造〔LOM〕技術工藝原理2-8LOM法工藝原理示意圖LOM技術是一種常用來制作模具的型快速成形技術。其原理是先用大功率激光束切割材料薄片，然后將多層薄片疊加，并使其外形漸漸發(fā)生變化，最終獲得所需原型的立體幾何外形。如圖2-8LOM法工藝原理示意圖CO2激光器放射的激光束經(jīng)反射鏡和聚焦鏡等組成的光路系統(tǒng)到達光學切割頭，激光束跟蹤零件的二維橫截面輪廓數(shù)據(jù)，進展切割，并將輪廓外的廢紙余料切割出方形小格，以便成型過程完成后易于剝離余料。每切割完一個截面，工作臺連同被切割的輪廓自動下降至確定高度，然后步進電機再次驅(qū)動收紙輥移到其次個需要切割的截面，重復下一次工作循環(huán)，直至形成由一層層橫截面粘疊的立體紙模樣。然后剝離廢紙小方塊，即可得到性能似硬木或塑料的“紙LOM1/2模、薄料模、級進模等，經(jīng)濟效益也甚為顯著。該技術在國外已經(jīng)得到了廣泛的使用。薄片疊層制造工藝的材料LOM工藝中的成型材料包括薄層材料、粘結(jié)劑和涂布工藝。薄層材料有紙、塑料薄膜、金屬箔等。目前LOM成型所用薄層材料多為紙材，而粘結(jié)劑一般為熱熔膠。紙材的選取，熱熔膠的配制及涂布工藝均要從保證最終成型零件的質(zhì)量動身，同時考慮本錢。成型用紙LOM良好的抗?jié)裥?，保證原材料不會因時間長而吸水。良好的浸潤性。以保證良好的涂膠性能?？估瓘姸龋ＷC在加熱過程中不被拉斷。收縮小，保證加熱過程中不會因局部水分損失而導致變形。剝離性能好，防止剝離時發(fā)生破壞。易打磨，外表光滑。穩(wěn)定性好，成型零件可長時間保存。熱熔膠EVA型熱熔膠的應用最廣泛，占熱熔膠總量的80%。熱熔膠中還要添加其它特別的組分以滿足以下要求：良好的熱熔冷固性〔室溫下固化，70～100℃開頭熔化。在反復的熔融-固化條件下呈現(xiàn)良好的物理和化學穩(wěn)定性。在熔融狀態(tài)下與紙具有良好的涂掛性和涂勻性。與紙具有足夠的粘結(jié)強度。良好的廢料分別性能。涂布工藝涂布工藝包括涂布形式和涂布厚度。涂布形式指的是均勻式涂布還是非均勻涂布。均勻涂布承受狹縫式刮板進展涂布，非均勻涂布有條紋式或顆粒式。涂布厚度指的是在紙上涂多厚的膠，選擇涂布厚度的原則是在保證牢靠粘結(jié)的狀況下，盡可能涂得薄，以削減變形、溢膠和措移。LOM2-92-9涂覆兩遍環(huán)氧樹脂后原形外表形態(tài)示意圖2-10拋光后原型外表的效果示意圖和耐熱性，改進抗?jié)裥?，延長原型壽命。外表涂覆的工藝過程如下：將剝離后的原型用砂紙輕輕打磨，按規(guī)定比例配制環(huán)氧樹脂〔TCC630/TCC115N=100：2，并混合均勻。在原型上涂刷一層混合后的材料，因材料粘度低，材料會很簡潔浸入紙基原型1.2～1.5mm。再次涂覆以填充溝2-9。對已經(jīng)涂覆了堅硬環(huán)氧樹脂的原型再次用砂紙打磨，打磨中留意確保原型的尺寸精度在要求的范圍內(nèi)。對原型外表進展拋光，到達無劃痕的質(zhì)量后進展透亮涂層的噴涂，以增加外表2-10。薄片疊層制造工藝在鑄造中的應用實例某鑄鐵機床操作手柄，人工方式制作砂型鑄造用的木模格外費時困難，而且不能保證精度。隨著CAD/CAM技術的進展和普及，具有簡潔曲面外形的手柄的設計直接在CAD/CAM軟件平臺上完成，借助LOM制造技術，可以直接由CAD模型高精度地快速制作砂型鑄造用木模，抑制了人工制作的局限和困難，極大地縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)的周期并提高了產(chǎn)品的精度2-11CADLOMb)2-11CADLOM手炳CAD造型 b〕手炳的LOM原型FDM--熔絲沉積成型法工藝原理2-12FDMFDM〔Fused DepositionManufacturin使用一個外觀格外像二維平面繪圖儀的裝置，只是筆頭被一個擠壓頭〔噴頭〕代替，它可擠壓出一束格外細的蠟狀塑料〔熱塑性〕X而工作臺則沿Y熔性材料的溫度始終高于固化溫度，而成型局部的溫度稍低于固化溫度，就能保證熱熔性材料擠噴出噴嘴后，2-12FDMFDM制造工藝的根本原理如圖2-12將實芯絲材原材料纏繞在供料輥上，由電動機驅(qū)動棍子旋轉(zhuǎn)，輥子和絲材之間的摩擦力使絲材向噴頭的方向送出。在供料輥和噴頭之間有一導向套，導向套承受低摩擦材料制成以便絲材能順當、準確地由供料輥送到噴頭的內(nèi)腔〔最大送料速度為1～25mm/，推舉速度為～8mm/。噴頭的前端有電阻絲式加熱器，在其作用下，絲材被加熱熔融〔熔模鑄造臘絲的熔融溫度為74℃，機加工臘絲的熔融溫度為9ABS塑料絲為27℃2-132-13雙噴頭FDM〔最高速度為380mm/s〕而變化，通常0.15～0.25mm。FDM工藝在原型制作時需要同時制作支撐，為了節(jié)約材料本錢和提高沉積效率，型的FDM設備承受了雙噴頭，2-13材料，一個噴頭用于沉積支撐材料。一般來說，模型材料絲精細而且本錢高，沉積效率也較低。而支撐材料絲較粗且本錢低，沉積效率也較高。雙噴頭的優(yōu)點除了沉積過程中具有較高的沉積效率和降低制作本錢以外，還可以靈敏地選擇具有特別性能的支撐材料，以便于后處理過程中支撐材料的去除，如水溶材料，低于模型材料熔點的熱熔材料。FDM與其它成型方法相比，F(xiàn)DM有如下優(yōu)點：系統(tǒng)構(gòu)造簡潔，運行安全，維護本錢低，可以使用無毒原材料。用臘成型的零件原型可以直接用于熔模鑄造?？梢猿尚腿我夂啙嵆潭鹊牧慵?，常用于成型具有簡潔內(nèi)腔、孔的零件。原材料在成型過程中無化學變化，制件的變形小。原材料利用率高，壽命長。支撐去除簡潔，無需化學清洗，分別簡潔。固然，F(xiàn)DM成型件的外表有較明顯的條紋。沿成型軸垂直方向的強度比較弱。需要設計和制作支撐構(gòu)造。需要對整個截面進展掃描涂覆，成型時間較長。原材料價格昂貴。FDMFDM技術的關鍵在于熱融噴頭，噴頭溫度的把握要求使材料擠出時既保持確定的外形又有良好的粘結(jié)性能。除了熱融噴頭外，成型材料的以下相關特性也是關鍵：材料的粘度。粘度低，流淌性好，阻力小，有助于材料的順當擠出。整個系統(tǒng)的壽命。還可以削減材料擠出前后的溫差，從而削減熱應力，提高原型精度。粘結(jié)性。粘結(jié)性打算了零件成型以后的強度。收縮率。成型材料的收縮率對壓力和溫度都不能太敏感，否則會產(chǎn)生制件變形、翹曲和開裂，影響制件精度?？傊?，F(xiàn)DM工藝對成型材料的要求是熔融溫度低、粘度低、粘結(jié)性好、收縮率小。成型材料主要有ABS及醫(yī)學專用ABSi、MABS絲等。另外，F(xiàn)DM工藝對支撐材料的要求是能夠承受確定的高溫〔100℃以下即可、與成型材料不浸潤、具有水溶性或者酸溶性、具有較低的熔融溫度、流淌性要特別好。FDMFDM快速成型技術已被廣泛應用于汽車、機械、航空航天、家電、通訊、電子、建筑、醫(yī)學、玩具等產(chǎn)品的開發(fā)、設計和制造中。目前，美國的Stratasys公司批量生產(chǎn)FDM工3DModeler。美國的Biomer2-14美國StratasysTITANDSPCDSPC〔DirectShellProductionCasting〕是美國麻省理工學院開發(fā)的一項基于立體噴墨印刷技術的直接模殼鑄造技術SoligenIncDSPC工藝與迄今所描述的制殼工藝有本質(zhì)的不同，它允許在計算機屏幕上進展零件設計直到澆注鑄件模擬。它直接利用CAD數(shù)據(jù)自動制造陶瓷型殼，而無需模具和壓型，使熔模鑄造省DSCP將鑄造和計算機數(shù)控〔CNC〕的優(yōu)點綜合于金屬零件的制造工藝中。工藝原理DSCP主要由兩大局部組成，即型殼設計局部〔SDUShellDesignUnit〕和型殼制造局部SPUShellProductionUni。如圖2-15所示。SPU將所制零件的CAD模樣轉(zhuǎn)換為型殼的數(shù)字化模樣，顯示在屏幕上。當確定好每個型殼上零件的數(shù)量、型殼壁厚以及收縮率、澆注系統(tǒng)等鑄造參數(shù)后，計算機就能很快顯示出所制鑄件型殼的幾何外形，并進展鑄造工藝的模擬，然后將有關數(shù)據(jù)傳輸給SPU，并把握其工作。SPUSPU活塞上。料箱上方有一個裝細陶瓷粉的料斗和一個可噴粉末的噴頭，還有一個墨水式噴射〔硅溶膠薄層，計算機依據(jù)SDU的數(shù)據(jù)，準確把握料箱的上下移動和印刷頭的運動軌跡。印刷頭以光柵形式運動。當印刷頭在料箱中的耐火材料粉末外表拂過時，按計算機指令會噴出粘結(jié)劑。有粘結(jié)劑區(qū)域的耐火材料粉末粘結(jié)在一起，形成型殼的一個截面，然后工作臺下降一個層的高度，噴頭再噴出一層粉末，這樣從底部開頭，一層一層進展，最終就制成了具有整體芯的型殼。未被粘結(jié)的耐火材料粉末可以對以后的粘結(jié)層起支撐作用。然后型殼經(jīng)焙燒，回收未粘結(jié)的粉末，就可以澆注金屬液了。1零件的造型.〔飛機發(fā)動機葉片〕 2設計澆冒口 3創(chuàng)立陶瓷形殼的數(shù)字模型4從陶瓷粉末中創(chuàng)立型殼薄層 5液態(tài)粘結(jié)劑噴鋪到粉末層 6噴鋪過程反復進展至完成型殼7去除未粘結(jié)的粉末 8澆注金屬液2-15DSCP〔1-3SDU4-8SPU〕圖2-16 DSCP工藝生產(chǎn)的型殼及內(nèi)芯〔內(nèi)芯與型殼呈整體〕工藝應用實例DSCP產(chǎn)品種單一的零件以及用于塑料模具和壓鑄模具。Soligen公司制造的DSCP30420mm×420mm×420mm，每層層厚0.05mm，層分割距離為0.05mm。制模速度為5735cm3/h。制模9～20h250～2500Soligen公司制造的DSCP設備一開頭主要用來制作噴氣式發(fā)動機的零件原型和矯形植入件，以后又成功地生產(chǎn)出了鋁合金鑄件。以下為該公司生產(chǎn)的鋁合金鑄件實例。12-17356-T6鋁合金，內(nèi)腔具有簡潔型芯。生產(chǎn)工藝為砂型鑄造。利用DSCP工藝，三個星期完成兩臺樣機的生產(chǎn)，六個星期實現(xiàn)600臺/月的批量生產(chǎn)規(guī)模。22-18〔GM〕的Restrictorplate賽車進氣管。該件材質(zhì)為356-T6鋁合金，承受干砂型鑄造方法。用DSCP工藝兩個星期完成了樣機的鑄件生產(chǎn)、加工和裝100件/率。2-17水冷排氣總管2-18RestrictorplateFCP〔FreezeCastingProcess〕冷凍鑄造進展背景冷凍鑄造技術在國內(nèi)外都尚處于起步階段，有資料報道的只有美國的DURAMAX1991〔FreezeCastingProcess〕的爭論，并申請了美國專利。另外，近些年有些爭論者將快速成型技術〔RP〕和冷凍鑄造技術結(jié)合起來，形成了快速冷凍工藝〔RapidFreezePrototyping〕并取得了確定的進展，具有代表性的是美國的密蘇里大學和中國的清華大學，他們都分別設計了自己的RFP系統(tǒng)并利用該系統(tǒng)對相關的工藝參數(shù)進展了爭論。RFP冰模的制作無論是熔模鑄造還是陶瓷型鑄造，必需首先制作與鑄件外形和尺寸相對應的冰模。制〔類似臘模熔模鑄造中的壓型RFP。用模具制作冰模冰模對模具的要求和臘模對壓型的要求不同，水具有良好的流淌力氣，粘度低。所以〔水不能從構(gòu)造連接處滲漏脹，假設模具不具備確定的容讓性，冰?？赡茉谂蛎洃Φ淖饔孟掳l(fā)生裂開。因此，冰模用模具的型腔局部要用具有確定彈性的軟模材料。在制作軟模前，必需先要制造與鑄件形狀、尺寸完全對應的原型，其材料可以是金屬、木材、塑料等。母模可以機械加工或快速將具有確定流淌性的材料澆入帶有原型的成形框中，經(jīng)過一段時間的固化后就形成陰模。然后將陰模夾持緊，再把水注入模中冷凍就可形成冰模。這種制作模具的方法比制作臘模用壓型要簡潔〔盡管需要先做原型。RFP〔快速冷凍原型〕制模用RFPFDM〔熔絲沉積〕類似，只是成形材料為水，并且要在冷凍環(huán)境下成形。首先在計算機中用RFP成形機可承受的軟件系統(tǒng)對冰模進展三維造型RFP系統(tǒng)包括運動系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)、把握系統(tǒng)和低溫成形室。由于水是一種粘度低、流淌性好的液體，為得到尺寸精度高、外表光滑的冰模，噴頭必需能夠噴射出足夠微小的水滴。所以噴頭的設計是冰成形的一個關鍵技術，噴嘴的直徑及壓力打算液滴的大小，噴頭運動速度打算冰層厚度。影響成形質(zhì)量的工藝參數(shù)包括：噴射流量/掃描速度，成形材料，噴頭與成形面間的距離，成形環(huán)境溫度，設備及把握系統(tǒng)精度。造型或制殼材料冷凍冰?？梢杂糜谔沾尚秃腿勰ｈT造。相對于傳統(tǒng)的陶瓷型和熔模鑄造工藝，用冷凍冰模翻制鑄型的主要區(qū)分表達在一些工序必需在低溫環(huán)境中進展。造型材料必需為適應低溫環(huán)境作出相應調(diào)整或重選擇。目前，較多的爭論集中在熔模鑄造中。以下以冷凍鑄造工藝用于熔模鑄造為例。粘結(jié)劑粘結(jié)劑與陶瓷粉末混合形成陶瓷漿料，使陶瓷漿料固化后具有足夠強度。用于低溫條件下熔模鑄造的粘結(jié)劑在零度以下必需不被凍結(jié)而且有良好的流淌性。另外，粘結(jié)劑不能在與冰模接觸時，與冰和水相互作用，相互滲透，制作的型殼必需具有好的外表光滑度和尺寸精度并且強度足夠高。有三種可供選擇的粘結(jié)劑：水玻璃、硅溶膠、硅酸乙酯。明顯，水玻璃和硅溶膠都不能滿足低溫環(huán)境的要求。只有硅酸乙酯能夠滿足作為熔模型殼粘結(jié)劑的要求。硅酸乙酯一般由四氯甲硅烷和乙醇直接反響制取，反響中鹽酸作為副產(chǎn)品。反響式如下：2 5 2 SiCl44CHOH(CHO)Si42 5 2 硅酸乙酯自身沒有粘結(jié)力氣,必需與水經(jīng)過水解反響膠。參與水解的水量必需足夠才能生成硅酸和乙醇，即硅酸在乙醇中的溶液。否則，會生成一種不完全水解產(chǎn)物—有機硅聚合物CHO〕SiO，這種水解液制造的型殼簡潔產(chǎn)生25 3缺