本发明属于铸造技术领域，具体来说是一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法。
背景技术：
水溶型芯因其优异的水溶溃散性能和环境友好特性在含有复杂内腔及弯曲孔道铸件的生产中具有广泛的应用。在铸造工业领域，以可溶盐为主体材料制得的水溶型芯称为水溶盐芯。
目前，水溶盐芯的生产主要有压制烧结法、熔融浇铸法等成形方法。压制烧结法主要是将制备盐芯的原料进行混合后，在盐芯模具中压制成形，然后在一定温度下进行烘烤、烧结。如：中国专利cn200810018179.8将金属盐、粘结剂、纤维和晶须按比例混合均匀后放入模具中压制成盐芯坯料，再将盐芯坯料放入炉中进行焙烧，冷却出炉后按盐芯具体尺寸进行机械加工得到所需盐芯；中国专利cn201010218306.6将金属卤化盐和补强剂先进行烘干，再将烘干的卤化盐、补强剂和粘结剂混匀至相互包容，然后将混合物料制成盐芯坯体，最后将坯体置于烧结炉中进行烧结，最后获得盐芯；中国专利cn200610125398.7首先将水溶性金属盐、辅料破碎到规定的粒度，然后按比例混合，称量出一定重量放入粉末压制模具中压制出盐芯压胚，然后将盐芯压胚放入炉中进行焙烧，随后加工出下芯用的定位孔。然而，这些仅经压制的盐芯初始强度较低，容易在搬运过程中发生断裂或刮伤。部分研究者通过添加适量水以提升其粘结强度，这又造成盐芯脱模困难等问题。熔融浇注法是将无机盐熔化后，浇铸到盐芯模具中，带熔融盐冷却凝固后脱模即可获得所需盐芯。如：中国专利cn201611186722.6以水溶性无机盐(低熔点硝酸钾和硝酸钠、高熔点氯化钾、氯化钠、溴化钾、溴化钠，70-100％)和增强体(氧化铝粉、高铝矾土、高岭土、石英粉、玻璃纤维粉、耐火泥粉、膨润土、大林砂，200-1250目，0-30％)为原料。制备时，将盐混合，熔化，浇注到金属模具中得到复合盐芯适用于低熔点合金铸造；中国专利cn200710052535.3将金属卤化物与陶瓷晶须混合、熔化、浇注、成形，得到一种适用于高压铸造的水溶性盐芯。然而，熔融无机盐粘度低，容易从金属模具的缝隙中流出，且存在熔盐腐蚀性大、高温熔融能耗较高等缺点。
事实上，不论是压制烧结法还是熔融浇注法，盐芯的成形都离不开成形模具。这使得传统方法在制备个性化水溶盐芯产品成本极高，也使得新型水溶盐芯产品的开发周期较长。近年来，快速成形技术在砂型/砂芯中有广泛应用。中国专利cn201010222794.8发明了一种陶瓷型芯快速成形制造方法，该方法将低温强化剂和陶瓷粉料混合均匀后进行sls快速成形，再对得到陶瓷型芯生坯预处理，然后脱除陶瓷芯生坯中的低温强化剂，浸渗高温粘接剂，进行预烧和脱脂；最后进行高温烧结，即获得最终的整体陶瓷芯产品。但sls成形设备昂贵，且不适宜与水溶盐芯的快速成形。中国专利cn201410267868.8发明了一种微滴喷射成形水溶型芯的系统及方法，可以用于水溶性砂芯的快速成形。该方法所喷射的液体为无机盐溶液，由于其具有一定的腐蚀性，容易造成微滴喷射喷头的腐蚀，所以需要采用具有防腐效应的微滴喷射喷头，这使得成形设备成本增大。
技术实现要素：
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于解决现有水溶盐芯的传统成形方法制备周期较长，个性化产品生产成本较高且现有微滴喷射成形水溶盐芯以无机盐溶液为喷射液，存在喷头容易腐蚀，使用寿命较短，且盐芯强度较低的问题。提供一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法，能够缩短水溶盐芯的制造周期，提升微滴喷射喷头的使用寿命
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
s100、无机盐的预处理，将水溶性无机盐一种或几种烘干，研磨混合、筛分，得到100-200目盐粉备用；
s200、配置喷射液，将水与添加剂混合均匀，配置成粘度为1-10cps的水溶液；
s300、微滴喷射成形，将研磨筛分好的无机盐粉末平铺在升降工作台上，微滴喷射喷头按盐芯实体模型生成的滴液路径喷射s200所配置的水溶液，待该层面微液滴喷射完成，升降工作台下行0.01～1mm，依次完成后续离散层面的滴液工序，直至所有离散层面的滴液工序完成；
s400、间歇式微波固化，将完成喷射成形的盐芯连同粉床取出，置于微波炉中进行间歇式微波加热，待盐芯完全固化后取出；
s500、浸润或喷淋无机盐溶液，将微波固化后的盐芯取出，浸润或喷淋无机盐溶液，时间不超过5min；
s600、二次间歇式微波固化，将浸润后的盐芯置于微波炉中进行二次间歇式微波加热固化，待盐芯中的水分充分散失后取出；
s700、烧结，将二次微波固化所得盐芯置于烧结炉中进行烧结，烧结温度在400-1000℃，烧结时间为1-4h。
优选地，步骤s100中的水溶性无机盐包括氯化物、溴化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、偏铝酸盐、氢氧化物等。
优选地，步骤s200的添加剂包括水溶性高分子材料和表面活性剂，所述水溶性高分子材料为淀粉、纤维素、聚乙二醇、环氧树脂、聚丙烯酰胺等中的一种或几种；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇酯、单硬脂酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯等中的一种或几种。
优选地，步骤s500中无机盐溶液为常温状态下饱和无机盐溶液。
优选地，所述步骤s700中的烧结温度为t，t＝590～690℃。
优选地，所述表面活性剂份量为水溶性高分子材料份量的0.10～0.15％。
优选地，所述添加剂中的多种水溶性无机盐的阳离子一样。
优选地，所述步骤s500中的无机盐溶液与步骤s100中无机盐溶液相同。
优选地，所述方法采用如下装置进行，装置包括盐芯喷涂单元、盐芯固化单元、盐芯浸泡单元和盐芯烧结单元，所述盐芯喷涂单元包括配液仓、喷液装置和铺料装置，配液仓用于储存已配置的喷射液，铺料装置用于铺设无机盐粉末，喷液装置用于向铺设好的盐芯喷射喷射液使得盐芯聚集凝结成待固化盐芯；盐芯固化单元用于对待固化盐芯进行微波加热固化成为固化盐芯；盐芯浸泡单元用于对成为固化盐芯进行浸泡；盐芯烧结单元用于将待烧结盐芯进行烧结。
优选地，所述盐芯喷涂单元还包括混料装置、受料台、升降工作台和控制器，所述受料台水平设置于升降工作台的上方，且受料台随着升降工作台的升降而上下移动，所述控制器用于控制喷液装置的喷射参数，所述喷液装置通过输液管连接配液仓，所述喷液装置滑动设置于移动导轨上，该移动导轨水平设置于受料台的上方，喷液装置在移动导轨上水平滑动向下方受料台喷射喷射液，所述受料台与移动导轨之间设置有铺料装置，该铺料装置用于向受料台铺设无机盐粉末。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法，步骤如下：s100、无机盐的预处理；s200、配置喷射液；s300、微滴喷射成形；s400、间歇式微波固化；s500、浸润或喷淋无机盐溶液；s600、二次间歇式微波固化；s700、烧结，对盐芯微波硬化预成型后，再对盐芯进行无机盐溶液浸润、二次微波固化以及烧结，由于无机盐溶液的润湿性能极强，可以充分润湿填充预成型盐芯的孔隙，并在二次微波固化过程中结晶析出无机盐，显著提高了盐芯的强度；
(2)本发明的一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法，将极细可溶盐颗粒进行粉床平铺，将中性的水溶性高分子材料的水溶液从微滴喷射喷头中喷出，一方面避免了在微滴喷射喷头中采用酸性或碱性溶液，解决了微滴喷射喷头使用寿命短的问题；另一方面盐芯在使用后只需采用水浸泡冲洗即可得到完全的水溶液，而水溶液易于从复杂内腔及弯曲孔道中流出，特别易于从近于封闭的内腔中流出；
(3)本发明的一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法，将完成打印任务的粉床进行整体的微波加热，其中喷有微液滴的部分在受热后固化，未喷射微液滴的部分可对喷有微液滴的部分进行保护，避免盐芯在搬运过程中的刮伤，且在微波加热后仍保持松散状态。在传统加热固化的制芯过程中，其传热特点是热量由外向内传递，这使得盐芯外层固化速度快，内层水分散失较为困难，盐芯强度较低。而本发明采用的微波固化可实现内外同时加热，且间歇式的微波加热方式有利于内层水分的充分逸散，从而保证了盐芯的强度；
(4)本发明的一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法，采用的装置包括盐芯喷涂单元、盐芯固化单元、盐芯浸泡单元和盐芯烧结单元，通过喷液装置和铺料装置实现了盐芯的无模快速制造，盐芯固化单元采用微波加热实现内外同时加热，且间歇式的微波加热方式有利于内层水分的充分逸散，从而保证了盐芯的强度。
附图说明
图1为本发明的一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法的装置结构示意图；
图2为本发明的一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法的流程图。
示意图中的标号说明：
100、盐芯喷涂单元；110、混料装置；111、出料口；120、配液仓；121、输液管；122、喷液装置；131、移动导轨；132、固定导轨；141、受料台；142、铺料装置；151、已成型离散层；161、工作腔；162、活塞；163、升降工作台；164、粉床；170、控制器；171、数据接口；
200、盐芯固化单元；210、微波炉；220、支架；230、待固化盐芯；
300、盐芯浸泡单元；310、无机盐溶液槽；320、固化盐芯；
400、盐芯烧结单元；410、烧结炉；420、待烧结盐芯。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
本实施例的一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法，包括如下步骤：
s100、无机盐的预处理，将水溶性无机盐一种或几种烘干，研磨混合、筛分，得到100-200目盐粉备用；
s200、配置喷射液，将水与添加剂混合均匀，配置成粘度为1-10cps的水溶液；
s300、微滴喷射成形，将研磨筛分好的无机盐粉末平铺在升降工作台163上，微滴喷射喷头按盐芯实体模型生成的滴液路径喷射s200所配置的水溶液，待该层面微液滴喷射完成，升降工作台下行0.01～1mm，依次完成后续离散层面的滴液工序，直至所有离散层面的滴液工序完成；
s400、间歇式微波固化，将完成喷射成形的盐芯164连同粉床取出，置于微波炉中进行间歇式微波加热，待盐芯完全固化后取出；
s500、浸润或喷淋无机盐溶液，将微波固化后的盐芯取出，浸润或喷淋无机盐溶液，时间不超过5min；
s600、二次间歇式微波固化，将浸润后的盐芯置于微波炉210中进行二次间歇式微波加热固化，待盐芯中的水分充分散失后取出；
s700、烧结，将二次微波固化所得盐芯置于烧结炉410中进行烧结，烧结温度在400-1000℃，烧结时间为1-4h。
步骤s200的添加剂包括水溶性高分子材料和表面活性剂，所述水溶性高分子材料为淀粉、纤维素、聚乙二醇、环氧树脂、聚丙烯酰胺等中的一种或几种；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇酯、单硬脂酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯等中的一种或几种，所述表面活性剂份量为水溶性高分子材料份量的0.10～0.15％。
步骤s500中无机盐溶液为常温状态下饱和无机盐溶液；步骤s500中无机盐饱和溶液中所用无机盐与步骤s100所述无机盐相同；所述步骤s600中的烧结温度为t，t＝590～690℃。
所述喷射液由水与添加剂混合而成，所述水溶性高分子材料为淀粉、纤维素、聚乙二醇、环氧树脂、聚丙烯酰胺等中的一种或几种。所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇酯、单硬脂酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯等中的一种或几种。其中表面活性剂为水溶性高分子材料的0.10～0.15％。水溶性高分子材料为水溶盐芯提供初始粘结强度，高温烧结下，水溶性高分子材料因高温分解，这可降低盐芯的发气量，使得盐芯强度提高。表面活性剂的加入有利于提高喷射液在盐粒表面的润湿效果。由于添加剂与水混合成溶液，在后续的加热过程中，水分逐渐蒸发，无机盐及水溶性高分子等组分因溶解度的下降而逐渐依附颗粒表面结晶析出形成粘结桥，从而获得一定初始强度。水溶性高分子材料起到提升初始强度的作用，太低的话，初始强度的提升不够明显，太高的话，溶液粘度较大，难以从喷头喷出，且在后续的高温加热过程中分解不完全，使得盐芯发气量过高。
本实施的方法采用如下装置进行，装置包括盐芯喷涂单元100、盐芯固化单元200、盐芯浸泡单元300和盐芯烧结单元400，盐芯喷涂单元100包括配液仓120、喷液装置122和铺料装置142，配液仓120用于储存已配置的喷射液，铺料装置142用于铺设盐芯，喷液装置122用于向铺设好的盐芯喷射喷射液使得盐芯聚集凝结成待固化盐芯230；盐芯固化单元200用于对待固化盐芯230进行微波加热固化成为固化盐芯320，待固化盐芯230放置于支架220上；盐芯浸泡单元300用于对成为固化盐芯320进行浸泡；盐芯烧结单元400用于将待烧结盐芯420进行烧结。
本实施例的盐芯喷涂单元100还包括混料装置110、受料台141、升降工作台163和控制器170，所述混料装置110用于混合盐芯，所述受料台141水平设置于升降工作台163的上方，且受料台141随着升降工作台163的升降而上下移动，所述升降工作台163的表面设有粉床164，升降工作台163的下端设有工作腔161和活塞162，所述活塞162推动升降工作台163在工作腔161内上下移动。
控制器170用于控制喷液装置122的喷射参数，控制器170设有数据接口171用于传送数据。所述喷液装置122通过输液管121连接配液仓120，所述喷液装置122滑动设置于移动导轨131上，该移动导轨131水平设置于受料台141的上方，喷液装置122在移动导轨131上水平滑动向下方受料台141喷射喷射液，移动导轨131连接有固定导轨132，固定导轨132与移动导轨131垂直设置于于同一水平面。所述混料装置110的出料口111连接有铺料装置142，铺料装置142设置有与受料台141与移动导轨131之间，该铺料装置142用于向受料台141铺设无机盐粉末。
盐芯喷涂单元100工作流程如下：先将配置好的喷射液放入配液仓120内，向混料装置110内加入无机盐粉末，无机盐粉末通过出料口111落到受料台141上，无机盐粉末由铺料装置142平铺于放置在升降工作台163上的粉床164上，铺料装置142每运动一个来回即在已成型离散层151上铺料一层。所述的配液仓120通过输液管121与喷液装置122相连，该喷液装置122挂载在移动导轨131上，喷液装置122受控制器170控制沿移动导轨131滑动，该移动导轨131也受控制器170控制沿固定导轨132滑动，控制器170的数据接口171与上位机相连，该控制器170下载上位机生成的砂芯的cad几何实体模型分层离散得到的离散层面滴液装置的运行轨迹文件以控制喷液装置122在水平方向移动。所述工作腔161设置在喷液装置122的下方，该工作腔161内设置有升降工作台163，所述的升降工作台163与由电机驱动的活塞162相连，活塞162带动升降工作台163在竖直方向上下运动。
本实施例的盐芯固化单元200包括微波炉210，该微波炉210用于对待固化盐芯230进行间歇式微波加热，待固化盐芯230完全固化后成为固化盐芯320。
本实施例的盐芯浸泡单元300包括无机盐溶液槽310，该无机盐溶液槽310内盛放有与喷射液中无机盐成分相同的无机盐溶液，无机盐溶液槽310用于对固化盐芯320进行浸泡，浸泡时间t1，t1＜5min。
本实施例的盐芯烧结单元400包括烧结炉410，该烧结炉410用于对待烧结盐芯420进行烧结，烧结温度为t，t＝400-1000℃，烧结时间为t2，t2＝1-4h。
实施例2
本发明的一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法，其成型过程如下：
s100、无机盐的预处理，将碳酸钾在160-180℃下烘干，然后在球磨机上球磨、筛分，得到140-200目盐粉备用；
s200、配置喷射液，将聚乙二醇、淀粉溶入水，配置成粘度为3-5cps的溶液；
s300、水溶盐芯的微滴喷射成形。将研磨筛分好的碳酸钾粉末平铺在升降工作台163上，微滴喷射喷头按盐芯实体模型生成的滴液路径喷射s200所配置的水溶液，待该层面微液滴喷射完成，升降工作台163下行0.02mm，依次完成后续离散层面的滴液工序，直至所有离散层面的滴液工序完成；
s400、间歇式微波固化。将完成喷射成形的盐芯连同粉床164取出，置于微波炉210中进行整体间歇式微波加热，待盐芯完全固化后取出；
s500、浸润无机盐溶液，将微波固化后的盐芯，浸润碳酸钾饱和溶液，浸润时间为10-15s。
s600、二次间歇式微波固化，将浸润后的盐芯置于微波炉210中进行二次间歇式微波加热，待盐芯中溶液水分完全散失后取出。
实施例3
本发明的一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法，其成型过程如下：
s100、无机盐的预处理。将碳酸钾与氯化钾分别在160-180℃及100-105℃下烘干，然后分别在球磨机上球磨、筛分，得到140-200目两种盐粉备用；
s200、配置喷射液，将聚丙烯酰胺、聚乙二醇、脂肪酸山梨坦和聚山梨酯溶入水，配置成粘度为3-5cps的溶液；
s300、水溶盐芯的微滴喷射成形，将研磨筛分好的碳酸钾粉末及氯化钾粉末按照质量比为6∶4的比例混合均匀，然后平铺在升降工作台163上，微滴喷射喷头按盐芯实体模型生成的滴液路径喷射s200所配置的水溶液，待该层面微液滴喷射完成，升降工作台163下行0.03mm，依次完成后续离散层面的滴液工序，直至所有离散层面的滴液工序完成；
s400、间歇式微波固化，将完成喷射成形的盐芯连同粉床164取出，置于微波炉210中进行整体间歇式微波加热，待盐芯完全固化后取出；
s500、浸润无机盐溶液，将微波固化后的盐芯取出，浸润k+//cl-、co32--h2o体系在常温下的溶液，浸润时间为10-20s；
s600、二次间歇式微波固化，将浸润后的盐芯置于微波炉210中进行二次间歇式微波加热，待盐芯中溶液水分完全散失后取出；
s700、将二次微波固化所得盐芯置于烧结炉410中进行烧结，烧结温度在750-800℃，烧结时间为1-2h。
实施例4
本发明的一种微波固化水溶盐芯的快速成形方法，其成型过程如下：
s100、无机盐的预处理，将碳酸钠与氯化钠分别在200-220℃及100-105℃下烘干，然后分别在球磨机上球磨、筛分，得到140-200目两种盐粉备用；
s200、配置喷射液，将聚丙烯酰胺、聚乙二醇换和脂肪醇酯溶入水，配置成粘度为3-5cps的溶液；
s300、水溶盐芯的微滴喷射成形，将研磨筛分好的碳酸钾粉末及氯化钾粉末按照质量比为7∶3的比例混合均匀，然后平铺在升降工作台163上，微滴喷射喷头按盐芯实体模型生成的滴液路径喷射s200所配置的水溶液，待该层面微液滴喷射完成，升降工作台163下行0.03mm，依次完成后续离散层面的滴液工序，直至所有离散层面的滴液工序完成；
s400、间歇式微波固化，将完成喷射成形的盐芯连同粉床164取出，置于微波炉210中进行整体间歇式微波加热，待盐芯完全固化后取出；
s500、浸润无机盐溶液，将微波固化后的盐芯取出，浸润na+//cl-、co32--h2o体系在常温下的溶液，浸润时间为10-20s；
s600、二次间歇式微波固化，将浸润后的盐芯置于微波炉210中进行二次间歇式微波加热，待盐芯中溶液水分完全散失后取出；
s700、将二次微波固化所得盐芯置于烧结炉410中进行烧结，烧结温度在750-800℃，烧结时间为1-2h。
以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。