用FDM的ABS快速原型件进行熔模铸造
基于FDM快速成型技术的快速制造
其工艺流程如图
基于快速成形的涂料转移法精密铸造模样的工艺流程
1、基于快速成形的涂料转移法精密铸造的特点
①涂层不占据零件或模具的尺寸空间，所以也称为基于快速成形的非占位涂料转移法精密铸造。
②涂层能牢固地附着在砂型（芯）上，有较大的附着强度，并且涂层具有较高的强度、硬度、耐高温和耐侵蚀性能，表面无裂纹。
③与熔模铸造相比，没有蜡模的变形，可以明显提高铸件的尺寸精度；与石膏型精铸比较，没有石膏膨胀和收缩引起的尺寸偏差及耐火度低的不足；与陶瓷型精铸相比，没有陶瓷型难以清理、尺寸精度低的缺点。
④成形产品尺寸精度高，可以获得较低的表面粗糙度值。
⑤适应范围广，可以铸造铜、铸铁和铸钢件。
⑥生产周期短、成本低，与表面处理相结合可用于快速制造铸造模样。
2、基于快速成形的涂料转移法精密铸造的工艺过程
①制作快速成型原型，或用原型翻制无收缩硅橡胶软模。
②将RP原型或硅橡胶软模固定在造型平板上。
③放置砂箱。
④涂抹分型剂。
⑤在模样上刷涂、淋涂涂料（涂层1～3mm）。
⑥加树脂砂或水玻璃砂造型，固化后，涂层自发地转移至型芯表面，脱去模样后便得到上好涂料的型芯。
⑦喷烧型芯表面，烧去残留的有机溶剂和水分。
⑧合型、浇注、清理，制造出产品。
FDM(熔融沉积制造)
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精车品灯课件-1
车灯-2
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缺点
成型件的表面有较明显的条纹 。
沿成型轴垂直方向的强度比较弱。
需要设计与制作支撑结构。
需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间较长。
原材料价格昂贵。
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三、熔融沉积工艺成形过程影响因素分析 材料性能的影响 喷头温度和成形室温度的影响 挤出速度的影响 填充速度与挤出速度交互的影响 分层厚度的影响 成形时间的影响 扫描方式的影响
该模具在模具后部设计成中空区，以减少用钢量，中空区填入化学粘结 瓷。仅花5周时间和一半的原来成本，而且制作的模具至少可生产30000套衬板。
采用FDM工艺后，福特汽车公司大大缩短了运输部件衬板的制作周期， 并显著降低了制作成本。
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（5）FDM在韩国现代公司的应用
韩国现代汽车公司采用了美国Stratasys公司的FDM快速原型系统，用于 检验设计、空气动力评估和功能测试。FDM系统在启亚的Spectra车型设计上得到 了成功的应用，现代汽车公司自动技术部的首席工程师Tae Sun Byun说：空间的 精确和稳定对设计检验来说是至关重要的，采用ABS工程塑料的FDM Maxum系统满 足了两者的要求，在1382mm的长度上，其最大误差只有0.75mm。
熔融沉积快速原型工艺之所以被广泛应用
熔融沉积快速原型工艺之所以被广泛应用
我国的清华大学与北京殷华公司也较早地进行了FDM工艺商品化系统的研制工作，并推出熔融挤压制造设备MEM250等。
融挤压成形工艺比较适合家用电器、办公用品和模具行业新产品开发以及用于假肢、医学、医疗、大地测量、考古等基于数字成像技术的三维实体模型制造。
该技术不需激光系统，因而价格低廉，运行费用很低且可靠性高。
此外，从目前出现的快速原型工艺方法来看，FDM 工艺在医学领域的应用具独特的优势。
Stratasys公司在1 9 9 8年与MedModeler公司合作开发了专用于医学领域的MedModeler机型，使用ABS材料，并于 1 9 9 9年推出了可使用聚酯热塑性塑料的Genisys改进机型Genisys Xso
熔融沉积快速原型工艺之所以被广泛应用，微信公众号：hcsteel是因为它具有其他成形方法所不具有的许多优点，具体如下。
a．由于采用了热融挤压头技术，使整个系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全，可以使用无毒的原材料，设备系统可在办公环境中安装使用。
b.成型速度快。
用熔融沉积方法生产出来的产品，不需要SLA中的刮板再加工这一道工序。
系统校准为自动控制。
c．用蜡成形的零件原型，可以直接用于消失模铸造。
d．可以成形任意复杂程度的零件，常用于成形具有很复杂的内腔、孔的零件；
e．原材料在成形过程中无化学变化、制件的翘曲变形；f．原材料利用率高，且材料寿命长；
g．支撑去除简单，不需化学清洗，分离容易。
FDM快速成型工艺(可编辑修改word版)
FDM 快速成型技术摘要：随着RP 行业的迅速发展，FDM 快速成型技术在快速成型制造领域中的作用日趋重要，本文重点阐述了FDM 快速成型技术的工作原理，工艺特点，应用领域及未来的发展趋势。
关键词：FDM 快速成型工作原理工艺应用1.引言目前，快速成型(Rapid Prototyping, RP)技术作为研究和开发新产品的有力手段已发展成为一项高新制造技术中的新兴产业。
RP 由CAD 模型直接驱动，快速地生产出复杂的三维实体样件或零件[1~2]。
RP 技术从产生到现在已有10 多年历史，并正以35%的年增长率发展着[3]。
熔融沉积快速成型（FDM）是继光固化快速成型和叠层实体快速成型工艺后的另一种应用比较广泛的快速成型工艺。
FDM 技术将ABS，PC，PPSF 以及其它热塑性材料挤压成为半熔融状态的细丝，由沉积在层层堆叠基础上的方式，从3D CAD 资料直接建构原型。
该技术通常应用于塑型，装配，功能性测试以及概念设计。
此外，FDM 技术可以应用于打样与快速制造。
该工艺方法以美国STRATASYS 公司开发的FDM 制造系统应用最为广泛。
在2004 年，STRATASYS 公司的FDM 快速成型机系列占全球市场48.5%。
北京航空工艺研究所现拥有一台多功能快速成型机，能完成LOM（叠层实体制造），FDM （熔融沉积制造）和SLS（选择性激光烧结）3 种工艺，FDM 制件精度可达 0.15mm。
2.FDM 工作原理2.1FDM 快速成型的原理熔融沉积制造法(FDM)快速成型技术的软件系统由几何建模和信息处理组成。
（1）几何建模单元是设计人员借助三维软件，如Pro/E，UG 等，来完成实体模型的构造，并以STL 格式输出模型的几何信息。
（2）信息处理单元主要完成STL 文件处理、截面层文件生成、填充计算，数控代码生成和对成形系统的控制。
如果根据STL 文件判断出成形过程需要支撑的话，先由计算机设计出支撑结构并生成支撑，然后对STL 格式文件分层切片，最后根据每一层的填充路径，将信息输给成形系统完成模型的成形。
ABS熔模铸造
用FDM的ABS快速原型件熔模铸造1、介绍熔模铸造是一种经济的制造金属件方法，在某些情况下甚至是唯一的方法，比如：内凹，薄壁或其他难以制造的复杂结构。
小批量生产时熔模铸造不利的一点是很长的准备时间和高昂的蜡模制造费用。
做为蜡件的代替品，快速成型件可以为您节省大量的时间和费用。
一共6个铸造厂家参与了这项旨在评定由Stratasys 公司制作的ABS快速成型样件进行熔模铸造的测试。
ABS样件是用来替代通过模具生产出来的蜡模。
这些工厂都有使用不同工艺快速成型件的经验。
此项实验的可行性报告是9个月前完成的，我们将测试3种样件。
2、目的我们希望通过这个报告为FDM用户和铸造厂提供用不同材料熔模铸造的基本资料。
对于希望使用FDM样件熔模铸造的用户，这份报告提供了一些基本原理说明。
对于有经验的铸造厂来说，这个报告可以让他们了解到ABS与其他的快速成型件如环氧树脂，纸或其他材料相比的优越性。
最后，对于有一点或者完全没有经验的铸造厂，这个报告将揭示熔模铸造的过程以及使用ABS熔模铸造需要注意的方面。
3、ABS同蜡件的比较传统的熔模铸造使用的蜡件是通过蜡模制作的，这个过程与注塑相似，而通常使用的模具为铝模。
今天，这种工艺已经被广泛的理解和接受。
Stratsys提供了另一种模式，这种模式不需要使用铝模。
我们提供两种适合这项工艺的材料，蜡和ABS。
蜡材可以用于FDM1600，FDM1650，FDM2000；ABS 可用于FDM1600，1650，2000，8000和FDM QUANTUM。
4、先进性和不足点：使用这几种材料的优缺点请参考表1。
几种材料分别是FDM ABS，FDM 蜡，铝模制作的蜡。
表1. 原型用FDM 的ABS，FDM 的蜡和传统蜡模优缺点对比5一、普通熔模铸造过程在熔模铸造件的传统生产过程中，每个蜡模都有用蜡焊接的浇口和出气口附着在其上，一个或更多的这些子装配件被称为树并且用几个陶瓷层成壳，开始用硅胶固定二、快速成型件用于熔模铸造如果使用快速原形样件，首先安上蜡制的浇冒口和排气管，然后涂覆陶瓷浆，这些过程与普通熔模铸造是相同的。
FDM快速成型工艺
FDM快速成型技术摘要：随着RP行业的迅速发展，FDM快速成型技术在快速成型制造领域中的作用日趋重要，本文重点阐述了FDM快速成型技术的工作原理，工艺特点，应用领域及未来的发展趋势。
关键词：FDM快速成型工作原理工艺应用1. 引言目前，快速成型(Rapid Prototyping, RP)技术作为研究和开发新产品的有力手段已发展成为一项高新制造技术中的新兴产业。
RP由CAD模型直接驱动，快速地生产出复杂的三维实体样件或零件[1~2]。
RP技术从产生到现在已有10多年历史，并正以35%的年增长率发展着[3]。
熔融沉积快速成型（FDM）是继光固化快速成型和叠层实体快速成型工艺后的另一种应用比较广泛的快速成型工艺。
FDM技术将ABS，PC，PPSF以及其它热塑性材料挤压成为半熔融状态的细丝，由沉积在层层堆叠基础上的方式，从3D CAD资料直接建构原型。
该技术通常应用于塑型，装配，功能性测试以及概念设计。
此外，FDM技术可以应用于打样与快速制造。
该工艺方法以美国STRA TASYS公司开发的FDM制造系统应用最为广泛。
在2004年，STRATASYS 公司的FDM 快速成型机系列占全球市场48.5%。
北京航空工艺研究所现拥有一台多功能快速成型机，能完成LOM（叠层实体制造），FDM （熔融沉积制造）和SLS（选择性激光烧结）3种工艺，FDM制件精度可达 0.15mm。
2. FDM工作原理2.1 FDM快速成型的原理熔融沉积制造法(FDM)快速成型技术的软件系统由几何建模和信息处理组成。
（1）几何建模单元是设计人员借助三维软件，如Pro/E，UG等，来完成实体模型的构造，并以STL格式输出模型的几何信息。
（2）信息处理单元主要完成STL文件处理、截面层文件生成、填充计算，数控代码生成和对成形系统的控制。
如果根据STL文件判断出成形过程需要支撑的话，先由计算机设计出支撑结构并生成支撑，然后对STL格式文件分层切片，最后根据每一层的填充路径，将信息输给成形系统完成模型的成形。
3D打印和ProCAST技术在快速样件上的应用
3D打印和ProCAST技术在快速样件上的应用熔模精密铸造使用可熔性材料做成表面光洁和尺寸精准的模样，在蜡模表面均匀的涂覆耐火材料，在干燥、硬化后，将其放入脱蜡釜中加热融化模壳内部的蜡，蜡流出后形成空的模壳，模壳经过高温焙烧后，再把熔炼后的钢液浇注到模壳里得到铸件。
用这种工艺可以制作复杂、精密的零部件，制作出来的零件接近最终的零件形态，是一种近净成型的工艺[1]。
新品开发中，客户往往希望尽快将新的设计方案按照图纸生产出实际的零件，因此给出的交期比较短。
他们常常需要用新品开发得到的样品反复做实验，设计方案进行多次修改才能最终确定下来。
而在传统的精密制造工艺中，制作蜡模的压型模具的制造周期较长，一般制作一套模具需要半个月甚至更长的时间。
制造模具的费用也比较高且不易改动，如果产品结构改动较大模具需要重新制作。
这会无法满足开发样件短周期、低成本的需求。
3D打印技术的出现及其快速的发展让人们看到了解决这些技术问题的可能性。
1 产品结构介绍样件试制为某商用车前接梁，材质为高强度高韧性铸钢ZGD650-830，基本尺寸为750 mm×390 mm×410 mm，成品单件质量为34.7 kg，铸件内部缺陷标准按ASTM E446 三级执行。
产品结构如图1所示。
2 熔模铸造工艺设计为保证样件试制的一次成功率，确保客户的交付周期，铸造工艺设计要偏于保守，首先采用ProCAST软件多次模拟分析确保设计浇注系统的可靠性。
快速原型样件浇口位置选择基于以下几个原则：（1）保证危险截面无缩孔；（2）优先考虑置于厚大热节部位；（3）保证铸件处理最佳浇注位置；（4）保证制壳、焙烧浇注时模组可以摆放平稳。
如图2 左侧绿色标记部位为浇口位置。
浇口棒设计考虑到厚大部位在浇注时型壳易开裂导致“跑火”问题，因此在大平面和曲面上设计成沉槽、凸凹结构、加强筋、双螺旋等结构来提高型壳粘砂附着力和型壳自身强度，消除厚大部位“跑火”风险，如图2黄色标记部位所示。
3D打印技术之FDM(熔融挤出成型)
3D打印技术之FDM（熔融挤出成型）熔融挤出成型(FDM)工艺的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、PC、尼龙等，以丝状供料。
材料在喷头内被加热熔化。
喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。
每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。
随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大的变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构－“支撑”，对后续层提供定位和支撑，以保证成形过程的顺利实现。
这种工艺不用激光，使用、维护简单，成本较低。
用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。
用ABS制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。
近年来又开发出PC，PC/ABS，PPSF等更高强度的成形材料，使得该工艺有可能直接制造功能性零件。
由于这种工艺具有一些显著优点，该工艺发展极为迅速，目前FDM系统在全球已安装快速成形系统中的份额大约为30％。
适于三维打印机的特点不使用激光，维护简单，成本低：价格是成型工艺是否适于三维打印的一个重要因素。
多用于概念设计的三维打印机对原型精度和物理化学特性要求不高，便宜的价格是其能否推广开来的决定性因素。
塑料丝材，清洁，更换容易：与其他使用粉末和液态材料的工艺相比，丝材更加清洁，易于更换、保存，不会在设备中或附近形成粉末或液体污染。
后处理简单：仅需要几分钟到一刻钟的时间剥离支撑后，原型即可使用。
而现在应用较多的SL，SLS，3DP等工艺均存在清理残余液体和粉末的步骤，并且需要进行后固化处理，需要额外的辅助设备。
这些额外的后处理工序一是容易造成粉末或液体污染，二是增加了几个小时的时间，不能在成型完成后立刻使用。
成型速度较快：一般来讲，FDM工艺相对于SL，SLS，3DP工艺来说，速度是比较慢的。
但针对三维打印应用，其也有一定的优势。
关于利用快速原型精密铸造的工艺介绍
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典型案例
―用户：德国保时捷公司 ―采用系统 ：Sinterstation 2500plus system ―使用材料：CastForm PS material ―产品: 保时捷V6引擎汽缸盖 ―尺寸: 380 x 200 x 80 mm ―制作时间：6天
18
Байду номын сангаас4
方案对比
方案对比
SLA型模熔模铸造 SLS蜡模熔模制造 型模熔模铸造 蜡模熔模制造 传统蜡模 说明 在产品尺寸上，SLA和SLS系统都有尺 寸的限制。而目前SLA系统较SLS系统 能够生产出更大的产品，基本达到传统 制造的水平。 SLA和SLS都较原有传统开模所需的时 间有较大提升，而利用这两种系统制作 出母模的时间基本差不多。 SLA和SLS两种系统所使用材料费用基 本差不多。对于小批量生产而言，都较 原有传统开模工艺所需成本大大减少。 由于材料的原因，SLA系统所生产的母 模较SLS更为精细。这两种技术较原有 传统手工蜡模雕刻都更为精细。 SLA和SLS系统都不受任何产品复杂程 度限制，大大超越了传统工艺。
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生产过程展示 – 挂浆
和传统的熔模铸造方法一样，在挂浆前需要对模型树做预处理。传统的蜡型在挂浆前 需要浸泡溶剂来清除表面油等物质，目的是保证浆液和蜡型表面的粘合力。而对于 SLA型模，则根据浆液的不同而采用不同的方法。根据一些铸造厂的经验，如果浆液 的黏附性能不好，有可能需要将SLA型模表面磨粗糙；也有铸造厂并没有遇到此类问 题，因此需要具体情况具体处理。 SLA型模挂浆时需要小心。主要是因为SLA型模是空心的，浮力可能会破坏型模。所 以挂浆的时候一定要小心。前面提到的加强了的浇口浇道有克服浮力的作用。
6
生产过程展示 – 型模检测
FDM快速成型工艺
FDM快速成型技术摘要：随着RP行业的迅速发展，FDM快速成型技术在快速成型制造领域中的作用日趋重要,本文重点阐述了FDM快速成型技术的工作原理，工艺特点，应用领域及未来的发展趋势。
关键词：FDM快速成型工作原理工艺应用1。
引言目前，快速成型（Rapid Prototyping, RP)技术作为研究和开发新产品的有力手段已发展成为一项高新制造技术中的新兴产业.RP由CAD模型直接驱动，快速地生产出复杂的三维实体样件或零件[1～2]。
RP技术从产生到现在已有10多年历史，并正以35％的年增长率发展着[3］。
熔融沉积快速成型（FDM)是继光固化快速成型和叠层实体快速成型工艺后的另一种应用比较广泛的快速成型工艺。
FDM技术将ABS，PC，PPSF以及其它热塑性材料挤压成为半熔融状态的细丝，由沉积在层层堆叠基础上的方式，从 3D CAD资料直接建构原型.该技术通常应用于塑型，装配，功能性测试以及概念设计.此外,FDM技术可以应用于打样与快速制造.该工艺方法以美国STRATASYS公司开发的FDM制造系统应用最为广泛。
在2004年，STRATASYS 公司的 FDM 快速成型机系列占全球市场 48。
5％。
北京航空工艺研究所现拥有一台多功能快速成型机,能完成LOM（叠层实体制造），FDM（熔融沉积制造）和SLS（选择性激光烧结）3种工艺，FDM制件精度可达 0。
15mm。
2。
FDM工作原理2。
1 FDM快速成型的原理熔融沉积制造法（FDM)快速成型技术的软件系统由几何建模和信息处理组成。
（1）几何建模单元是设计人员借助三维软件，如Pro/E，UG等,来完成实体模型的构造，并以STL格式输出模型的几何信息。
（2）信息处理单元主要完成STL文件处理、截面层文件生成、填充计算，数控代码生成和对成形系统的控制。
如果根据STL文件判断出成形过程需要支撑的话，先由计算机设计出支撑结构并生成支撑，然后对STL 格式文件分层切片，最后根据每一层的填充路径，将信息输给成形系统完成模型的成形。
FDM快速成型资料
FDM快速成型资料FDM熔融堆积成型设备和样件展示，供应上海快速成型，供应苏州快速成型，供应无锡快速成型，FDM熔融堆积成型加工设备:美国进口MC400 MC900进口FDM快速成型机最大加工尺寸:914×609×914mm加工材料：ABS，PC（聚碳酸酯），PC-ABS ,PPSF使用范围：可以直接制作结构复杂的装配原型件，适合电动工具，汽车零部件的设计开发，和性能验证。
工艺介绍：美国的Stratasys是FDM工艺的主要设备生产商。
这种工艺于1988年被开发出来。
工艺的基础就是将热塑性塑料聚合体材料加热熔融成丝，像挤牙膏一样从喷头挤出，堆积在成型面上成型。
设备涵盖从构建快速概念模型到慢速高精密模型的不同应用区间。
材料包括聚酯、ABS、弹性体材料、以及熔模铸造用蜡。
代表现代手板行业最新技术。
性能特点:*选用标准工程热塑性塑料，如ABS，PC等可以用来生产结构功能原型；*成型时可以使用两种材料，而且内部可以使用栅格结构来节省材料，加快成型速度；*热塑性塑料聚合物细丝从喷头挤出就像挤牙膏，俗称喷丝；*处在较低温度的平台时热塑性材料就迅速冷却；FDM快速成型360MCFDM快速成型360MC产品简介基本系统：-14 x 10 x 10 inches（355 x 254 x 254 mm）-两个自动载入材料槽（92 cubic inches each）-1 个成型材料-1 个支撑材料选购成型空间升级：-16 x 14 x 16 inches（406 x 356 x 406 mm）-四个自动载入材料槽（92 cubic inches each）-2 个成型材料-2 个支撑材料真实的材料：ABS-M30.最新式的材料，ABS-M30材料，是专为FDM 制造加工中心系统所发展的，有着显着超越标准ABS的增进，包含了张力强度、撞击强度以及弯曲强度。
ABS-M30材料的机械属性比起标准的ABS材料提高了67％的强度，扩大了模型功能性测试的应用范围。
熔融沉积制造快速原型覆模技术与工艺[发明专利]
![熔融沉积制造快速原型覆模技术与工艺[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a68e8f81a45177232e60a28b.png)
专利名称：熔融沉积制造快速原型覆模技术与工艺专利类型：发明专利
发明人：严隽琪,习俊通,张鸿梁
申请号：CN03142179.2
申请日：20030812
公开号：CN1486828A
公开日：
20040407
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：熔融沉积制造快速原型覆模技术与工艺是针对熔融沉积制造(FDM)快速原型件的特点和工程实际需求，提出一种一次快速制模方法及工艺，直接基于FDM快速原型件，利用化学及物理的处理方法，在用FDM快速成型工艺制作好原型件后，对其进行表面增强处理，在此基础上涂覆F23树脂，并进行抛光、喷涂等表面处理，使FDM原型保持原有强度，同时达到较高的表面光洁度，满足硅胶模具制作高质量产品样件的需求。
能加快产品开发中的样件制造，具有重要的工程实用价值和显著的经济效益。
申请人：上海交通大学
地址：200030 上海市华山路1954号
国籍：CN
代理机构：上海交达专利事务所
代理人：周文娟
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基于FDM技术的3D打印首饰模型铸造工艺设计
现代电子技术Modern Electronics Technique2021年9月15日第44卷第18期Sep.2021Vol.44No.180引言3D 打印技术作为一种快速成型技术，可以利用三维设计数据，制造出固化的树脂材料，得到任意结构的首饰模型，进而得到金属铸造成品[1]。
国外DTM 公司最先开发出酚醛树脂铸造材料，通过激光烧结成覆膜砂，烧结温度为100℃，然后进行2h 的保温固化，运用SLS 技术，快速浇注模型，焙烧后得到模型。
国内对3D 打印技术的研究也取得较大进展，文献[2]使用选择性激光烧结成型技术，按照设计好的三维首饰图，选择需要的金属粉末，利用激光源提供能量，对首饰模型材质进行逐层打印，使选择的金属粉末烧结成型，再将打印好的模型放入烘箱中加热一段时间，选用合适的砂质粉末和粘结剂，提高模型强度，通过覆膜砂铸造工艺生产出首饰铸件。
文献[3]提出按照首饰设计图形，逐层打印出高分子材质的零件，应用光固化成型技术，对铸造件表面进行打印蜡模，提高铸件内部组织的强度，铸造材料选取涡轮叶片树脂模，浇铸得出高精度涡轮叶片模具，烧结DOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2021.18.009引用格式：李园，文海.基于FDM 技术的3D 打印首饰模型铸造工艺设计[J].现代电子技术，2021，44（18）：43⁃47.基于FDM 技术的3D 打印首饰模型铸造工艺设计李园，文海（华南理工大学广州学院，广东广州510000）摘要：传统铸造工艺铸浆成型的固化程度不够充分，导致模型抗拉强度较差。
为此，文中设计一种基于FDM 技术的3D 打印首饰模型铸造工艺。
该铸造工艺首先需配比硅砂、粘合剂、固化剂和润滑剂，制备3D 打印专用覆膜砂；其次，充分混合纯净水和覆膜砂，使其在铸筒底部堆积铸浆，再利用FDM 技术构建首饰三维几何模型，由计算机控制喷头运动轨迹，使铸浆覆盖在模具截面上得到固化成型的首饰模具，之后，控制焙烧炉的时间和温度，焙烧成型模具；最后，用水洗去灰得到首饰模型。
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用FDM的ABS快速原型件进行熔模铸造1、介绍熔模铸造是一种经济的制造金属件方法，在某些情况下甚至是唯一的方法，比如：内凹，薄壁或其他难以制造的复杂结构。
小批量生产时熔模铸造不利的一点是很长的准备时间和高昂的蜡模制造费用。
做为蜡件的代替品，快速成型件可以为您节省大量的时间和费用。
一共6个铸造厂家参与了这项旨在评定由Stratasys 公司制作的ABS快速成型样件进行熔模铸造的测试。
ABS样件是用来替代通过模具生产出来的蜡模。
这些工厂都有使用不同工艺快速成型件的经验。
此项实验的可行性报告是9个月前完成的，我们将测试3种样件。
2、目的我们希望通过这个报告为FDM用户和铸造厂提供用不同材料熔模铸造的基本资料。
对于希望使用FDM样件熔模铸造的用户，这份报告提供了一些基本原理说明。
对于有经验的铸造厂来说，这个报告可以让他们了解到ABS与其他的快速成型件如环氧树脂，纸或其他材料相比的优越性。
最后，对于有一点或者完全没有经验的铸造厂，这个报告将揭示熔模铸造的过程以及使用ABS熔模铸造需要注意的方面。
3、ABS同蜡件的比较传统的熔模铸造使用的蜡件是通过蜡模制作的，这个过程与注塑相似，而通常使用的模具为铝模。
今天，这种工艺已经被广泛的理解和接受。
Stratsys提供了另一种模式，这种模式不需要使用铝模。
我们提供两种适合这项工艺的材料，蜡和ABS。
蜡材可以用于FDM1600，FDM1650，FDM2000；ABS可用于FDM1600，1650，2000，8000和FDM QUANTUM。
4、先进性和不足点：使用这几种材料的优缺点请参考表1。
几种材料分别是FDM ABS，FDM 蜡，铝模制作的蜡。
表1. 原型用FDM 的ABS，FDM 的蜡和传统蜡模优缺点对比5、快速成型件的熔模铸造一、普通熔模铸造过程在熔模铸造件的传统生产过程中，每个蜡模都有用蜡焊接的浇口和出气口附着在其上，一个或更多的这些子装配件被称为树并且用几个陶瓷层成壳，开始用硅胶固定。
二、快速成型件用于熔模铸造如果使用快速原形样件，首先安上蜡制的浇冒口和排气管，然后涂覆陶瓷浆，这些过程与普通熔模铸造是相同的。
之后我们要把ABS件放到能够升温到1093度以上的热炉中脱蜡。
脱蜡完成后清理残余灰烬并且检查模壳是否有裂缝。
之后的过程与普通熔模铸造完全相同。
材料特性以下报告描述了ABS的材料特性，图表2是普通ABS得到的结果，图表3是Stratasys ABS的结果。
7、实验室测试这些测试的主要目的是得到并确定ABS件关于熔模铸造方面的典型参数，实验在3个不同实验室进行，这些测试包括：热膨胀测试，热分解测试，灰烬分析。
8、热膨胀测试热膨胀测试报告是Ransom and Randolph实验室提供的。
这些数据让我们了解ABS膨胀同温度的关系。
测试时我们使用了Orton温度计，测试温度达到了2912华氏度（1600摄氏度）。
这些装备为我们提供了线性热膨胀率。
ABS件是由FDM2000制造的，样件的几何形状为0.7和0.5英寸直径，长度2英寸的圆柱体。
不同成型方向各制造一件（水平/垂直）。
第1部分：0.75英寸直径，2英寸长度，垂直加工方向。
第2部分：0.5英寸直径，2英寸长度，垂直加工方向。
第3部分：0.5英寸直径，2英寸长度，水平加工方向。
测试结果如表4所示：附件A详细介绍了这些测试得到的数据,根据这些资料,我们得到以下结论:1、平均线形热膨胀率是0.24%或者0.0024英寸/英寸2、第2种样件热膨胀率是0.24%3、第3种样件在类似温度下热膨胀率为0.19%4、我们比较第2种和第3种样件时（尺寸完全一样，成型方向不同），结果略有不同资料同时显示，在105到178度之间，ABS零件开始软化，并且开始稳定，不再膨胀。
这也证明了ABS材料有着很低的热膨胀率。
9、同环氧基树脂（SLS所用材料）的比较固体ABS材料的热膨胀率远小于环氧基树脂，这些测试显示平均热膨胀率为0.24%，在最高温度时为0.35%。
而环氧基树脂的热膨胀率是直线上升的，在250度左右达到3.5%。
这就是为什么用环氧基树脂熔模铸造时必须挖空并且一定要完全脱蜡后才能焙烧。
10、热分解实验以下报告是由Schenectady Materials and Processes实验室提供的，目的是测试并确定合适ABS的焙烧温度。
同时测试吹氧和吹惰性气体时的区别。
我们使用TGA方式来测量温度升高时质量的减少，TGA测试质量减少的重要性在于可以准确确认完全分解所需要的温度。
测试温度范围为0-1000摄氏度。
TGA 测量的结果参见附件B，向我们揭示以下几点：1、空气环境相比惰性气体环境能够或获得更好的效果。
2、空气环境相比惰性气体环境能够在较低的温度下被热分解。
3、在1000度时，两种不同环境产生的灰烬质量基本相同。
图表5总结了TGA测试的结果，研究表明，在有氧环境，95%的部分在300度到400度之间就烧掉了，剩余的材料在575度的时候被熔失。
在惰性气体环境下，87%的部分在450度时被熔失，2%在575度被熔失，在1000度时，全部被熔失，没有任何可见残余物，仪器显示还有1%剩余物质。
样件的体积是4盎司，所以剩余物质的读数接近于0。
11、残留灰烬我们还做了一个灰烬残余量的测试，以下数据是由Howmet Research Company 提供的：一个标准尺寸重量4盎司的ABS样件在800度焙烧1个小时后，残余物为0.021%，这个数据低于熔模铸造所要求的0.05%标准。
12、灰烬形态我们同时请Schenectady Materials and Processes Laboratory Incorporated对灰烬形态做了测试，实验使用40克重的ABS样件，在陶瓷坩埚里加热一晚（550度）。
所得到的灰烬有部分粘在了坩埚壁上，不过很容易去除。
显微镜显示灰烬为褐红色及黑色，并且结构稳定，颗粒微细，测试结果请参考附件C。
13、铸造项目此部分涉及到的少数铸造厂家都是实际使用ABS做熔模铸造的成功应用者14、参与者以下是这次参与实验的铸造厂家，很感谢他们提供了大量宝贵资料和建议，从而确保了这个项目的成功。
他们之中的任何一家都具有用ABS件进行熔模铸造的设备和实力。
各铸造厂的详细资料请参考附件D。
Aurora Casting and Engineering，加里福尼亚州，美国BarroncCast，Inc 密歇根州，美国High Tech Castings，Inc 俄亥俄州，美国Nu-Cast，Inc汉普郡，英国Shellcast Foudries，Inc魁北克，加拿大Solidform，Inc 德克萨斯，美国15、铸造计划此部分包括两个阶段。
阶段一阶段一最主要的任务是寻求并挑选合适的铸造厂参与这次的测试计划。
主要根据以下几个要求进行选择：一、此次实验之前对快速成型件的经验二、是否有兴趣在研究开发方面投资三、地理位置根据这些条件，我们选择了两组厂家，分别使用含铁材料和非铁金属材料。
为了方便同其他快速成型技术相比较，我们采用一个工业标准模型作为铸造对象。
第一阶段的测试我们主要解答以下问题：一、这种工艺是否可行？二、是否能够得到可用零件？三、有什么需要改进？由于大多数参与实验的厂家都有过使用快速成型件熔模铸造的经验，而且都做过名为波音飞机用门托架的样件。
所以我们决定从制造门托架开始。
每个工厂计划做五件铸造件，实际生产了总共27件。
参见附图1。
样件测试结果下排从左至右：Sloidform-铝，High Tech Castings-铝，High Tech Castings-铜，Aurora Cast-不锈钢上排从左至右Nu-Cast-铝，ABS件，Barroncast-碳钢阶段二阶段二最主要的任务是设计并制造2个铸造件，这2个样件要最大限度体现客户的真实需求。
通过制作样件，统一并协调铸造厂的工艺以使得他们对ABS熔模铸造有更深理解。
薄壁测试件：第一个测试件同样也是工业标准测试件，名为“薄壁件（THINWALL PART）”。
这个样件可以测试FDM制作薄壁件的壁厚一致性，同时也测试铸造厂是否有铸造薄壁件的能力。
我们分别设计了壁厚为0.025, 0.035, 0.045, 0.05, 0.07 和0.1 英寸的不同尺寸样件。
由于ABS样件不需要挖空，所以，壁厚方面没有任何限制。
每一个零件上都浮雕了厂家的名字，这样我们得到的样件就可以做为展示件。
5个工厂一共做了19件产品。
在这个阶段，有一家工厂不想再制作任何测试件而希望能够直接进行最终零件的铸造，所以6家工厂中只5家参与此项实验。
图片2展示了工厂做出的金属件，这些样件证明了制作薄壁件是完全可行的。
值得一提的是，标准工业用测试的薄壁件厚度为0.06英寸。
楔形测试件第二个测试件是参与这次测试的其中一家铸造厂提出的，（注：此铸造厂是上市公司）特征包括：键槽，测试收缩率的孔，锥形角。
这个样件也可以同时测试各个厂家的收缩率。
参见图片3。
在测试中我们发现锥形角在最后去壳时只有几个有经验的厂家制作成功，而其他特征每个工厂都可以成功铸造。
我们认为锥形角在熔模铸造中是一个很有挑战的题目，但并不是一个很好的测试设计，在今后的实际使用过程中，我们应该尽量避免锥形角设计。
参见图片4。
这次测试我们还得到了收缩率的结果，相似材料的平均收缩率各个厂家均有不同，从1.10%, 0.63%, 0.76%到0.71%。
这一点在铸造前我们就已经预见到，主要是以下因素造成：脱蜡系统，焙烧周期，浇冒口设计。
铸造厂家们统计了详细的收缩率信息，请参考附件E。
铸造厂反馈以下章节引用了Solidform公司填写的问卷调查表中的内容。
“ABS在熔模铸造应用方面是一种最清洁的材料，没有在型壳上留下一点灰烬或残渣。
燃烧后的灰烬可以很轻易的吹出。
”“ABS相比其他快速成型工艺得到的样件来讲，从铸造厂的角度，有很多优点，包括：1、在不同湿度的环境下空间尺寸很稳定2、在不同湿度环境下薄壁不会变形3、在铸造前不需要特别的表面增强处理4、可以缩短铸造周期，主要是指在脱蜡过程中不会在型壳表面留下灰烬，残渣。
这一点优于大多数快速成型的样件”尽管如此，用ABS件熔模铸造还是有一个缺点，得到的制件表面有很多成型时留下的纹路。
但这种纹路可用砂纸在ABS原形件上去除。
客户结果以下是两个成功应用ABS铸造的案例：Biomet IncBiomet inc 是一家位于印地安那州的医药公司，设计及制造人体膝关节，髋关节等等。
他们从1997年2季度起开始用ABS件做熔模铸造制作金属件，到今天平均每月制作50件铸造件，包括钴铬合金，17-4不锈钢。
这些都是在其公司下属的一家铸造厂完成的。
应用这项工艺，使得试制铸造件的生产周期缩短了两周，年平均节省资金120000美圆。