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3d打印技术在铝铸件工艺中的应用 3d打印是一种快速成像技术，也被称为增强材料制造。根据三维模型文件，使用金属或塑料等可结合材料，分层打印构建物体的技术。 目前精密铸造已经在铸造行业中蓬勃发展，但精密铸造生产加工过程中仍然存在模具加工周期长，复杂零件成形困难等一系列的技术难题。而3D打印技术在复杂零部件快速成形方面的技术优势可以很好的解决这一技术难题，特别是对于新产品研发阶段，能够快速响应产品的设计变更，缩短产品研制周期，大幅度提高新产品开发效率 1 试验设计 1.13 工艺打印的前处理及打印参数设置 本次打印测试共打印3组蜡模长、宽都为100 mm，厚度分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mm，测试蜡模打印成型过程中的变形情况及其铸造过程的成形情况，选取两组蜡模进行铸造，材料分别为铸铝和铸铁。蜡模的处理过程可以分为模型的前处理和后处理，前处理一般包括三维模型的处理以及设置合理的打印工艺参数，模型处理即根据图纸的机加工需要，使用三维软件为模型添加适当的加工余量，以及根据铸造中材料的性能，为模型增加适当的收缩比，用于消除铸件在铸造过程中的收缩。常用的打印参数包括打印温度、激光功率等，合理的打印温度既可以保证蜡模打印不变形，又可以降低蜡模打印后处理的难度，合适的激光功率可以保证零件打印的强度，打印层厚可以设置0.1～0.2 mm，基于打印效率和精度两方面的考量，目前多数采用0.2mm。蜡模打印之前应当进行适当的预铺粉，预铺粉不仅可以充当打印件保温层，而且也可以适当增加底层粉的厚度，增大与底板的距离，保证打印过程中成形部分的温度梯度的相对稳定。打印参数设置如表1所示。蜡模打印结束之后，待成型仓温度冷却到室温后取出模型，开始进行模型的后处理。 1.2 蜡模的制作分析 打印完成后的后处理包括清粉和浸蜡两个过程，清粉是蜡模打印最主要的环节之一，直接影响到我们铸件的外观质量以及精度。取件清粉过程中，每组试验样件都保存较好，未发现明显损坏，3D打印蜡模成形情况如表2所示，清理完成后的样件如图1(a)所示，清理完成后需把零件放到蜡池中浸蜡。蜡池中的蜡一般是用中温蜡和硬脂酸按照2∶1的比例配合而成，硬脂酸可以增加蜡的流动性和光洁度，使蜡模表面更加光洁，对铸件的质量有明显的提高。浸完蜡之后需要用热烘枪去除多余的蜡即得到成型的蜡模。浸蜡完成之后0.5 mm的蜡模发生明显变形，1.0 mm的蜡模有轻微变形，其余蜡模未发现明显变形，3D打印蜡模后处理情况如表3，浸蜡完成后的样件如图1(b)。 2 熔模固体制造技术的演示 2.1 铸造工艺设计 熔模铸造包括制壳和浇铸两个过程。3D打印蜡模的制壳和传统的熔模铸造工艺基本相同，首先需要根据蜡模的类型设计好浇冒口，在挂浆之前将浇口粘好，与蜡模一起挂浆，目前浇口采用的材料为泡沫，采用泡沫可以省去脱蜡的过程，后续直接烧壳即可。由于硅溶胶模壳透气性较好，目前未设置冒口，铸件的补缩主要通过设置大的浇口保证。制壳过程通过在蜡模表面挂砂浆完成，由于本实验中试件蜡膜较小，挂6层砂浆即可。首层砂浆需要在恒温恒湿的环境中风干6 h左右，后续每一层一般控制在18 h以上。面层的材料采用锆英粉与硅溶配合，过渡层一般采用莫来砂、莫来粉配合硅溶胶按一定配比使用，最外层一般采用莫来粉与硅溶胶按一定配比用来封层。熔模铸造制壳配比如表4。制壳完成后需要焙烧去除蜡膜及浇注系统，焙烧温度控制在800～1 050℃，持续保温0.5 h时，在熔模铸造工艺制壳过程中，不同壁厚的零件均无明显损坏，熔模铸造制壳过程如图2。 2.2 铸件成形分析 为了验证不同材质在铸件成形过程中的最小铸出壁厚，本次试验选用了铸铝和铸铁两种材料进行验证。铸铁件一般不需要烧壳处理，而铸铝零件需要提前对做好的模壳进行烧壳保温处理，温度控制在300℃左右，保证浇铸时可以较好的充型。铸铁件在浇铸时铁液温度控制在1 500℃左右，铸铝件浇铸时温度控制在720℃左右。 浇铸完成后待铸件自然冷却，清理模壳即可得到铸件，铸件成形情况如图3。由图3可知，铸铝件在壁厚2.0 mm及以下时均存在不同程度的浇不足等缺陷，2.5 mm零件充型较好，外观完整，无明显铸造缺陷;铸铁件壁厚在0.5 mm及以上都能较好的完成充型，无明显的铸造缺陷。 3 熔模和铸铝零件的浇一体化 (1)在蜡模打印过程中0.5 mm及以上零件未发现明显问题，但在浸蜡过程中0.5 mm及1.0 mm的蜡模均发生明显变形。在熔模铸造工艺制壳过程中壁厚0.5 mm及以上蜡模均无损坏。 (2)在铸造过程中，铸铝零件壁厚在0.5～2.0 mm均出现不同程度的浇不足的问题，壁厚2.5 mm零件充型良好;铸铁零件壁厚0.5～2.5 mm均充型良好，无明显铸造缺陷。