本发明涉及3d打印领域、陶瓷型铸造领域,具体涉及一种3d打印陶瓷型铸造的材料和陶瓷型。
背景技术:
陶瓷型铸造是精密铸造的一种重要方法,已广泛应用于工业生产。目前,陶瓷型的制作主要有两种方式:一种是利用硅酸乙酯的水解液作为粘结剂,与耐火材料配成浆料后,利用模具通过灌浆、结胶、起模、焙烧等工艺烧制而成;另一种是使用模具制作出蜡模后,利用硅溶胶和耐火粉料配制浆料,通过粘浆、撒砂、干燥、焙烧等工艺获得陶瓷壳型。这两种方法中都包含了模具的设计和制作,一种模具只能生产一种零件,不适用于小批量零件的生产,并且模具的制作需要大量的人工成本和材料成本,而且产品的形状也受到模具制作能力的限制;再者,当零件出现改动后,现有的模具基本不再具有利用的价值,也造成了大量的浪费。
技术实现要素:
本发明的技术方案如下:
一种3d打印陶瓷型铸造的材料,其特征在于:包括打印成型用粉末材料、喷射用粘结剂;
所述打印成型用粉末材料按质量分数包括如下组分:煅烧铝矾土87-98%,硅微粉1%-5%,其它助剂1%-5%;
所述粉末材料的颗粒尺寸范围为140目-400目;
所述粉末材料的粒度分布为140目-200目范围占比为5%-15%,200目-270目范围占比为45%-60%,270目-325目范围占比25%-35%,325目-400目范围占比5%-10%;
所述煅烧铝矾土中al2o3的含量为40-80%,fe2o3的含量≤8%,灼烧减量≤0.5%;
所述煅烧铝矾土的煅烧温度≤1000℃;
所述硅微粉的sio2含量≥99%,粒径325目-400目;
所述其它助剂为白云石、锰粉、磷铁矿的一种或多种组合,粒径140目-400目;
所述喷射用粘结剂为硅溶胶,其特征为sio2浓度10-35%,粘度为8-14cp,ph值为7.5-8.5。
利用以上材料,使用3d打印机打印铸造陶瓷型的方法包括如下步骤:
第一步,打印成型用粉末材料混合均匀;
第二步,接上一步,将粉末放入供粉缸中,用铺粉辊均匀的铺敷一层粉料在3d打印机的升降台上;
第三步,接上一步,打印过程中,利用打印头将硅溶胶均匀的喷涂在粉床上;
第四步,接上一步,重复第二步和第三步至完成所有图形的按序打印;
第五步,接上一步,将打印机工作箱移至微波烘干炉中进行烘干;
第六步,接上一步,清除工作箱中除零件外的其他粉末材料,获得陶瓷型坯体;
第七步,接上一步,将陶瓷型坯体放入高温炉中进行烧结硬化,获得陶瓷型。
优选其中,混料使用三维混料机,也可使用其他类型混合方式;
优选其中,打印头可为压电式喷墨打印头;
优选其中,粉末铺敷的层厚范围为0.05-0.2mm;
优选其中,微波烘干工艺选用两种频率,频率分别为2450mhz和915mhz,用2450mhz加热2min后,停顿1min,再用915mhz加热5min,停顿3min后重复10-20次,加热过程中需保持通风排出挥发的气体;
优选其中,陶瓷型坯体抗压强度应大于3mpa,避免清理过程中损伤坯体;
优选其中,陶瓷型坯体烧结温度为1100-1300℃,烧结时间为2-5h。
本发明利用微波烘干使硅溶胶300-600℃的范围内失水将粉末材料粘结,并在1100-1200℃的范围内,硅溶胶中和粉末材料中的sio2与al2o3发生固溶产生膨胀率低、强度高的莫来石相,过程中不引入杂质。本发明获得的陶瓷型抗压强度≥20mpa,利用硅微粉的烧结获得光滑的陶瓷型表面,陶瓷型质量优异,尤其适用于结构复杂的陶瓷型的制作。
具体实施方式
通过实例对本发明的技术方案作进一步具体说明,但本发明并不限于实施例。
选用经1000℃煅烧的优质铝矾土,其al2o3含量71.2%,fe2o3含量为4.45%,灼减量0.1%;硅微粉选用sio2含量为99.93%的细粉,选325目过筛、400目未过筛的部分;其它助剂使用300目电解锰粉;按照质量分数煅烧铝矾土96%,硅微粉3%,助剂1%的组分用三维混料仪混合均匀,混合后粒度分布为140目-200目范围12.4%,200目-270目范围53.3%,270目-325目范围占比28.4%,325目-400目范围占比5.9%;选用硅溶胶的参数为sio2含量为27.3%,粘度为11.3cp,ph值为8.2;用3d打印机进行打印,铺粉层厚为0.12mm,打印头喷墨墨滴大小为20pl,喷墨分辨率为0.04mm;打印结束后,将工作缸取出放入微波炉中进行烘干,用2450mhz加热2min后,停顿1min,再用915mhz加热5min,停顿3min后重复20次,加热过程中需保持通风排出挥发的气体,烘干后用负压吸送的方式清除坯体表面粉末后,其中坯体的抗压强度为4.2mpa,将坯体放入焙烧炉中在1250℃下焙烧3h后,获得铸造陶瓷型,抗压强度34.6mpa。