3D打印技术在熔模精密铸造样件上的应用研究

摘要

熔模精密铸造来具有能成型复杂的精铸件且铸件尺寸精度高、表面光洁度高的优势，同时也存在制造工序多、工艺过程长的局限性。尤其在新品开发的过程中，样品的设计图纸需要反复的修改才能用于生产制造，导致制造周期过长。为了缩短其制造周期，考虑到制壳过程时间很难缩短，本研究团队认为采用3D打印技术来代替传统蜡模制造工艺是一种有效的手段。在国外，对这个领域的研究已经积累了多年的经验并逐渐向商业应用中推广。国内在该领域的研究相对较晚，但也在积极的向企业生产中推广。不过理论基础的匮乏限制了企业中对该技术的应用，需要从基础研究的层次上做更多的工作和创新，进而推进其在企业生产中的应用。 本文以熔模精密铸造工艺为基础，结合3D打印技术的快速制造能力，通过比较分析最终选用了熔融沉积成型（FDM）技术、光固化成型（SLA）技术，对传统的熔模精密铸造中制造蜡模的方式进行研究改进，提出新的蜡模的制造方法，并完成EGR接头、拉环模具等的制造验证。 文中首先分析了传统的熔模铸造工艺，介绍了3D打印快速成型技术，主要研究通过现有3D打印技术精密制造蜡模来缩短熔模铸件生产周期的方法。探讨了3D打印技术在蜡模、模具制造中应用的实验方案：用FDM成型技术直接打印蜡模，用 SLA 技术打印模具的型芯型腔部分用来制作蜡模。分析了如何选用打印材料、打印设备、打印方式，来保证打印模型的表面质量和尺寸精度。实验部分分别以直接打印EGR接头蜡模和打印拉环模具为例，在生产实践中进行了制造实验，并对最终生产出来的铸件进行了精度检测。结果表明铸件精度能达到水玻璃铸造的精度。在设计和制造过程中探究了一系列的问题，其中包括打印蜡模的涂挂性能、粘结性能；打印蜡模如何从模壳中成功的脱出且不把模壳涨破；打印模具的镶嵌结构如何设计保证其配合精度；如何解决打印模具的传热系数低带来的影响等。 本文研究的快速制造熔模铸造蜡模对缩短熔模铸造周期有很大的实践意义。基于FDM、SLA成型技术的研究为模具制造提供了很好的方法，具有把3D打印的技术运用到熔模铸造工艺当中这一创新性的设计，提高了生产效率。本文成功设计并制造了EGR接头零件和能够用于生产的拉环模具，为今后的熔模铸造模具生产蜡模新工艺开发提供了借鉴和参考。

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