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原文传递一种复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法

专利名称：	一种复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法
摘要：	本发明涉及精密铸造领域，具体为一种熔模铸造用复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法。第一步配制高固相含量、高打印性能、同时流动沉降性能更稳定优异的硅基陶瓷型芯浆料；第二步根据需要获得的单晶空心双层壁发动机叶片得到复杂双层壁硅基陶瓷型芯的三维模型，将型芯三维模型进行切片处理并进行光固化3D打印路径编程；第三步将型芯的STL文件导入光固化3D打印机中，并结合第一步配制好的硅基陶瓷型芯浆料进行逐层打印，获得光固化双层壁型芯素坯；第四步将型芯素坯进行干燥、烧结工艺，获得光固化3D打印的复杂双层壁硅基陶瓷型芯，用于精密铸造空心发动机叶片，替代传统熔模铸造中工序繁杂的需要多套模具制作的双层壁型芯。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国科学院金属研究所
发明人：	梁静静;安晓龙;李金国;周亦胄;孙晓峰
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T17:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T05:00:00+0805
申请号：	CN202010051157.2
公开号：	CN111098387A
代理机构：	沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	张志伟
分类号：	B28B1/00;B28B17/02;B28B17/00;B28B11/22;B28B11/24;B;B28;B28B;B28B1;B28B17;B28B11;B28B1/00;B28B17/02;B28B17/00;B28B11/22;B28B11/24
申请人地址：	110016 辽宁省沈阳市沈河区文化路72号
主权项：	1.一种复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法，其特征在于，该方法主要包括制备硅基陶瓷型芯浆料；制作复杂双层壁硅基陶瓷型芯三维模型；对型芯三维模型进行切片处理并进行3D打印路径编程、导入STL格式文件和加入硅基陶瓷型芯浆料进行光固化3D打印型芯；将型芯素坯进行干燥、烧结工艺。 2.按照权利要求1所述的复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法，其特征在于，第一步配制高固相含量、高打印性能、同时流动沉降性能更稳定优异的硅基陶瓷型芯浆料；第二步根据需要获得的单晶空心双层壁发动机叶片得到复杂双层壁硅基陶瓷型芯的三维模型，将型芯三维模型进行切片处理并进行光固化3D打印路径编程；第三步将型芯的STL格式文件导入光固化3D打印机中，并结合第一步配制好的硅基陶瓷型芯浆料进行逐层打印，获得光固化双层壁型芯素坯；第四步将型芯素坯进行干燥、烧结工艺，最终获得光固化3D打印的复杂双层壁硅基陶瓷型芯。 3.按照权利要求1所述的复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法，其特征在于，该方法具体步骤如下： (1)取微米级和纳米级混合的球形硅基陶瓷粉末：粒度20～40nm、99.9wt％纯度的熔融石英二氧化硅，以及粒度100～300μm、纯度99wt％的二氧化硅，以及气相人工合成疏水性二氧化硅，其中：纳米粉为硅基陶瓷粉末总质量的60％～75％，微米粉为硅基陶瓷粉末总质量的10％～25％，气相人工合成疏水二氧化硅为硅基陶瓷粉末总质量的5％～20％； (2)取微米级和纳米级混合的硅基陶瓷粉末、单体、交联剂、分散剂、光引发剂、光吸收剂及矿化剂； (3)将硅基陶瓷粉末和矿化剂混合，将混合物进行球磨处理； (4)将球磨后的混合物过筛后，干燥处理，得到干燥后混合均匀的混合粉末； (5)将光引发剂、光吸收剂和分散剂置于配制好的单体中混合，形成混合物； (6)将步骤(5)混合的混合物与步骤(4)的混合粉末进行混合，利用不同功率的搅拌机进行搅拌为粘稠状混合物，搅拌过程中逐渐调整搅拌机转速直至获得光固化用硅基陶瓷型芯浆料； (7)利用Autodesk inventor建立复杂双层壁硅基陶瓷型芯三维模型，运用Simplify3D对型芯三维模型进行切片处理并采用C++进行3D打印路径G代码编程为STL格式，然后将步骤(6)配制好的高固相含量、高打印性能、高反应效率、流动沉降性能更稳定优异的光固化用硅基陶瓷型芯浆料放入光固化设备的收料口中，运行程序导入STL格式文件利用光固化3D设备打印硅基陶瓷型芯素坯； (8)将步骤(7)打印的硅基陶瓷型芯素坯进行清洗、干燥、烧结得到最终的复杂双层壁硅基陶瓷型芯。 4.按照权利要求1所述的复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法，其特征在于，硅基陶瓷粉末体积占硅基陶瓷粉末和单体体积之和的55％～60％；单体主要为1,6-己二醇二丙烯酸酯，并混有一部分六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯(HADE)，单体中1,6-己二醇二丙烯酸酯与六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、分散剂的体积比为(6～6.5)：(2.5～3.0)：(0.5～1.5)；交联剂选择乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯(PPTTA)，按质量比计，m(HDDA):m(PPTTA)＝5～10:1；分散剂为光固化用硅基陶瓷型芯浆料总质量的1.0％～2.0％，分散剂主要为双季戊四醇六丙烯酸酯，并混合聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、硬脂酸或油酸，双季戊四醇六丙烯酸酯、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、硬脂酸或油酸的质量比例为(10～20):(2～4):1:1；光引发剂为光固化用硅基陶瓷型芯浆料总质量的3％～6％，光引发剂为安息香双甲醚、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐的混合物；光吸收剂为光固化用硅基陶瓷型芯浆料总质量的3％～7％，光吸收剂主要为邻羟基苯甲酸苯酯，以及2,4-二羟基二苯甲酮、2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑之一种或两种的混合物；矿化剂为硅基陶瓷粉末总质量5％～12％的氧化铝、氧化锆混合物，调控浆料的粘度和性能；氧化铝的粒度为20nm～40nm或者100～300μm，氧化锆的粒度为20～40nm。 5.按照权利要求1所述的复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法，其特征在于，步骤(6)中，搅拌过程中逐渐调整搅拌机转速直至获得光固化用硅基陶瓷型芯浆料；其中，固相含量范围为50～60vol％，反应效率为单层固化时间保证在5s～15s，在打印过程中硅基陶瓷型芯浆料不会出现分层现象，同时在放料口处呈现良好的流动性，且剪切速率100s-1状态下浆料黏度<5.5Pa·s。 6.按照权利要求1所述的复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法，其特征在于，步骤(8)中，将清洗干净后的硅基陶瓷素坯放在干燥剂聚乙二醇中7～10小时，进行充分化学干燥处理，取出硅基陶瓷型芯素坯在水中冲洗干净再放入烘干箱中，使其彻底干燥。 7.按照权利要求1所述的复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法，其特征在于，步骤(8)中，烧结工艺的具体步骤为：首先，将干燥的硅基陶瓷型芯放入高温烧结炉中，从室温升到600℃时间为8～12小时，并保温1～2小时；然后，从600℃升到1200℃为6～10小时，保温3～5小时；最后，随炉冷却到室温。
所属类别：	发明专利