三维打印的金属铸造模具和其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过三维打印制造的金属铸造模具和制造这种模具的方法。
【背景技术】
[0002]用于在其中铸造熔融金属的模具所需的特征是本领域中熟知的。例如，参看美国专利N0.6,080,813和下面的美国公开的专利申请:Asano等人的2010/0140823 AUStotzel等人的2011/0073270 Al、Stancliffe等人的2011/0129387 Al、Fuqua等人的2011/0220316Al、Jattke的 2012/0126092、Ide等人的2012/0217373 Al 以及Haanepen等人的2013/0032689 Al。
[0003]三维打印在1990年代在美国麻省理工学院研发并且描述于若干美国专利中，包括以下美国专利:授予Sachs等人的5 ,490,882、授予Cima等人的5 ,490,962、授予Cima等人的5,518,680、授予 Bredt 等人的 5,660,621、授予 Sachs 等人的 5,775,402、授予 Sachs 等人的 5，807，437、授予Sachs等人的5，814，161、授予Bredt等人的5，851，465、授予Cima等人的5，869，170、授予Sachs等人的5，940，674、授予Sachs等人的6，036，777、授予Sachs等人的6，070，973、授予 Sachs 等人的 6，109，332、授予 Sachs 等人的 6,112,804、授予 Vacanti 等人的 6，139，574、授予 Sachs 等人的 6，146，567、授予 Vacanti 等人的 6，176,874、授予 Griff ith 等人的6,197,575、授予 Monkhouse 等人的6，280,771、授予 Sachs 等人的6，354,361、授予 Sachs 等人的6，397，722、授予51^作00(1等人的6，454，811、授予￥00等人的6，471，992、授予33吐8等人的6，508,980、授予Monkhouse等人的6，514，518、授予Cima等人的6，530 ,958、授予Sachs等人的6,596,224、授予Sachs等人的6,629,559、授予Teung等人的6,945,638、授予Sachs等人的7，077，334、授予Sachs等人的7，250，134、授予Payumo等人的7，276，252、授予Pryce等人的7，300，668、授予Serdy等人的7，815，826、授予Pryce等人的7，820，201、授予Payumo等人的7，875，290、授予Pryce等人的7，931，914、授予Wang等人的8，088，415、授予Bredt等人的8，211，226、以及授予Wang等人的8，465，777。
[0004]在本质上，三维打印涉及摊开微粒材料层并且将流体选择性地喷射打印到该层上以造成微粒层的选定部分粘结在一起。对于额外层重复这个顺序直到构建了所希望的部分。构成微粒层的材料常常被称作“构建材料”并且喷射的流体常常被称作“粘结剂”，或者在某些情况下，“活化剂”。常常需要对三维打印部件进行后处理以便使部件加强和/或致密该。
[0005]在过去三维打印用来制造用于铸造金属的模具。例如，参看以下美国专利:授予Bredt等人的7 ,087109 B2、授予Bredt等人的7，332，537 B2、授予Ederer等人的7,531，117B2、授予Ederer等人的7,955,537 B2以及授予Ederer等人的8,211,226 B2。
[0006]利用三维打印来生产铸造模具的现有技术方法的一个困难在于其复杂性。在上文所引用的技术中，需要使用多组分构建材料。例如，在美国专利7，955，537中所公开的构建材料需要构建材料包括微粒材料和反应性材料并且喷射的流体与反应性材料起反应。现有技术的另一困难在于用来制造层床但并不在打印的部分中的构建材料可能无法再用作构建材料。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种用来通过三维打印制造金属铸造模具的方法来克服现有技术的困难，三维打印并不需要复杂的构建材料。而是，在根据本发明的铸造模具或模具构件三维打印中使用的构建材料可以是未经处理或者与另一材料结合的任何常规铸砂。在下文中，这种铸砂将被称作“未经处理的”。令人吃惊地发现未经处理的铸砂能结合聚合物基粘结剂用于三维打印过程中以制造适用于铸造金属部件的铸造模具和其构件。
[0008]根据本发明的一方面，所提供的方法包括:摊开未经处理的铸砂层并且然后将粘结剂选择性地施加到该层上，摊开另一未经处理的铸砂层并且将粘结剂选择性地施加到该层上，并且以此类推，直到构建了所希望的金属铸造模具或铸造模具构成部件。术语“构建部件”在下文中用来指所打印的金属铸造模具或金属铸造模具构成部件。构建的部件随后可以被加热以使粘结剂固化并且用于铸造过程中以进行金属铸造。根据本发明制造的构建部件令人吃惊地较强。
[0009]根据本发明的另一方面，提供铸造模具和铸造模具构件，其包括利用粘结剂粘结在一起的铸砂微粒。
【附图说明】
[0010]通过参考附图，本发明的特点和优点的关键性将更好地理解。但应了解附图仅出于说明目的而设计并且不应认为限定对本发明的限制。
[0011]图1是示出了经选择如示例I中所描述制造的模具内部的示意图。
[0012]图2是示出如示例I中所描述的根据本发明制造的模具的照片。
[0013]图3是如在示例2和3中所描述的根据本发明制造的圆盘和测试杆的照片。
[0014]图4是利用常规模具制造的铸件A和利用根据本发明做出的示例I中所描述的模具制成的铸件B和C的照片。
【具体实施方式】
[0015]通过参考附图，本发明的特点和优点的关键性将更好地理解。但应了解附图仅出于说明目的而设计并且不应认为限定对本发明的限制。应了解每当在本文中或者在所附权利要求中描述值的范围时，该范围包括端点和在端点之间的每个点，如同每一个这样的点明确地描述。除非另外陈述，如在本文和权利要求中所用的词语“大约”将被理解为表示与词语“约”所修饰的值有关的一般测量和/或制造限制。
[0016]本发明的方法实施例采用三维打印过程来制造金属铸造模具(包括离心铸造)和用于金属铸造模具的构件例如型芯、冷冻机和熔模铸造图案。在未经处理条件下的任何常规铸砂可以用作构建材料。这些铸砂的示例包括硅砂、熔融硅砂、湖砂、岸砂、坑砂、铬铁矿砂、锆砂、橄榄石砂、刚玉砂、莫莱石砂和合成砂以及其组合。构建材料可以具有能进行三维打印的任何粒度;然而，优选地，平均粒度在约10微米至约I毫米的范围，并且更优选地约20微米至约700微米的范围。
[0017]本