基于光固化快速成形的快速熔模铸造设备

机

械工业标准

化与质量

2014.11总第498期

光固化（SL ）快速成形作为工业级的3D 打印，是目前最成熟、应用最广、精度最高的一种快速成形技术。3D 打印技术或者快速成形与传统铸造技术相结合形成快速铸造技术（Quick

Casting ，简称“QC ”），快速成形与传统熔模铸

造（Investment Casting ）工艺结合形成快速熔模铸造（Rapid Investment Casting ，简称“RIC ”）。

光固化（SL ）3D 打印成形出的树脂原型可以取代熔模铸造中蜡型进行熔模铸造，使单件小批量和特复杂件的熔模铸造成为可能

，因为不用金属模具制作蜡型，所以大大提高了生产交货周期和降低了单件、小批量生产的成本。这种基于

光固化（SL ）的快速熔模铸造是一种新工艺，快速熔模铸造设备只需要增加

3D 打印相关设备，对原有的铸造设备稍加改造即可形成快速熔模铸造成套设备

。

基于光固化

（SL ）快速成形的快速熔模铸

造是利用光固化（SL ）打印出零件的树脂原型，

用以替代熔模铸造中所使用的蜡型，其特别之处

是制作树脂原型的工艺、组树和焙烧脱树脂工艺，

其余工艺过程与常规熔模铸造工艺过程基本相同。其基本工艺流程如图1所示

。

（1）光固化（SL ）3D 打印系列设备利用3D 打印设备打印出用于熔模铸造的合格树脂原型是快速熔模铸造的重要环节。光固化（SL ）3D 打印系列设备包括：光固化快速成型机、紫外固化箱等。

1）光固化（SL ）快速成型机的工作原理

激光束在计算机控制下根据分层数据连续扫描液态光敏树脂表面，利用液态光敏树脂经激光照射固化的原理，层层固化光敏树脂，一层固化

后，工作台下移一精确距离，扫描下一层，并且

基于光固化快速成形的快速熔模铸造设备

陕西恒通智能机器有限公司□谈耀文王永信

摘要介绍了基于光固化（SL ）快速成形的快速熔模铸造设备，包括3D 打印及树

脂原型后处理设备、制壳设备、蜡处理设备、焙烧设备、熔炼浇注设备和铸件后处理设备；

3D 打印设备用于制作熔模铸造树脂原型代替蜡型；蜡处理设备用于制作蜡浇道、脱蜡及蜡

回收；制壳设备用于制作型壳素坯；焙烧设备用于焙烧型壳并使树脂原型气化。

关键词

3D 打印光固化（SL ）快速成形熔模铸造铸造设备

图1

快速熔模铸造工艺流程

三维数模抽壳处理

树脂原型

组蜡树

制壳

铸件后处理熔炼浇注脱浇道蜡

聚焦Focus

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机械工业标准化与质量

2014.11总第498期

保证相邻层可靠粘结，如此反复，直到成形出一个完整的零件。

所使用的光敏树脂为液态，该液态光敏树脂在遇到波长355纳米的紫外光后发生聚合反应而固化。表1为西安交通大学研制的SPR8000光固化树脂的固化后的主要机械性能指标。

2）光固化（SL ）快速成型机的主要技术参数SPS600B 快速成型机是由西安交通大学研

制，陕西恒通智能机器有限公司生产的；

SPS600B 快速成型机是利用计算机控制激光扫

描器的运动实现激光束的二维扫描；伺服电机驱动丝杠传动实现工作台的升降运动。制作过程全自动化，控制程序为Windows 操作环境，功能强大，界面友好。

图2为SPS600B 光固化（SL ）快速成型机照片。其相关技术参数如下：

电源：220VAC ，

（50±2）Hz ，须配备

UPS 稳压电源；最大功率：3.0kW ；加工范围：600mm ×600mm ×400mm ；加工精度：±0.1mm

（≤100mm ），±0.1％（＞100mm ）；扫描速度：

2000mm/s~10000mm/s ；分层厚度：0.05mm~0.2mm 。

SPS600B 光固化（SL ）快速成型机的工作

环境要求如下：

室温：22℃~24℃，要求有空调及通风设

备；照明：要求采用白炽灯照明，禁止使用日光灯等近紫外灯具，工作间窗户有防紫外窗帘，防止日光直射设备；湿度：相对湿度40％以下，要求有除湿设备；污染：工作间无腐蚀性、有毒气体、液体及固体物质；振动：不允许存在振动。

3）光固化（SL ）快速成型机的制作零件流程

具体包括三部分：数据准备、快速成型制作及后处理。

①数据准备

第一，要获得铸造零件的三维数模，可通过正向设计在计算机上绘制所需铸造零件的三维图，使用UG 、solidwprks 、Pro/E 等，或者三维反求获得铸造零件的三维数据，按铸造要求对数模做工艺化处理，如对机加面增加加工余量，填堵不铸出的孔、槽，再根据铸件金属的综合收缩率，确定铸件毛坯的缩放量，并对三维模型进行缩放，最后输出为STL 格式。

第二，根据零件结构对铸造原型进行抽壳处理，使用西安交通大学自主开发的RP-Date 软件对铸造毛坯三维模型进行抽壳，形成有一定壁厚的内部蜂窝状支撑的中空结构。抽壳壁厚可根据零件结构不同，壁厚为0.6mm~1.2mm 。图3为叶轮零件的经抽壳后的三维数模。抽壳处理的优点是：可以减少树脂原型重量，降低树脂原型的制作成本，由于树脂量少，焙烧更容易，焙烧产生的灰分也少；同时抽壳处理的树脂原型在型壳焙烧过程中树脂原型的表面向中空的内腔塌陷，不会涨裂型壳。

最后对抽壳后的数据进行分层处理和底部加支撑，分层厚度0.05mm~0.1mm ，分层和加支撑输入参数后由RP-Date 软件自动完成。

②快速成型制作

把经处理过的数据输入快速成型机控制计算机中，在西安交通大学自主开发的具有自主知识

产权的工业控制软件RP-Built 环境下制作光固化（SL ）树脂原型。原型材料使用专用的铸造树脂，树脂要求焙烧时燃烧充分、燃烧后灰分少，原型件有一定的强度和柔韧性。

抗拉强度

MPa 弹性模量

MPa 弯曲强度

MPa 弯曲模量

MPa 43~48

2000~2300

66~72

1981~2312

表1光固化快速成形树脂件机械性能图2

SPS600B 型光固化快速成型机

聚焦

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