復(fù)雜陶瓷型芯增材制造及澆注工藝驗(yàn)證

來源：機(jī)械工程學(xué)報

針對大尺寸多層內(nèi)腔空心渦輪葉片用復(fù)雜陶瓷型芯,，團(tuán)隊(duì)研究了基于光固化技術(shù)的陶瓷型芯增材制造方法,，揭示打印缺陷的形成機(jī)制和漿料涂層厚度的影響因素,，制備的型芯進(jìn)行單晶澆注以驗(yàn)證該技術(shù)路線的應(yīng)用可行性。

試驗(yàn)方法
采用光敏樹脂與以熔融石英粉為基礎(chǔ)骨料的陶瓷粉混制的陶瓷漿料,，通過DLP增材制造設(shè)備進(jìn)行陶瓷型芯坯體制備,，再經(jīng)過脫脂燒結(jié)工藝獲得可用于實(shí)際澆注的陶瓷型芯。熔融石英粉體采用400目和1000目的粉體進(jìn)行級配,。對打印過程的模型的受力分析建立下壓力模型,，揭示“錯層”和“壓潰”兩種打印缺陷的形成機(jī)制；研究刮刀參數(shù)（漿料高度,、刮刀間隙,、鋪料速度）對漿料涂層厚度的影響，得到鋪料工藝參數(shù)參考,。利用三維掃描儀對打印的復(fù)雜陶瓷型芯坯體進(jìn)行精度檢測,，燒結(jié)后在實(shí)際工藝條件下進(jìn)行澆注和脫芯實(shí)驗(yàn),。

重要結(jié)果
打印時坯件下降過程擠壓醬料瓶時受到阻力，阻力大小如公式（1）所示,，受到漿料黏度,、下降速度、鋪料厚度,、曝光截面直徑和切片厚度相關(guān),。

刮刀內(nèi)漿料高度低且刮刀速度為10 mm/s時，可獲得最小漿料涂層厚度25 μm,；隨著刮刀速度和刮刀高度的增加,，鋪料厚度鑄件增加，當(dāng)刮刀高度大于300 μm時,，刮刀速度不再對鋪料厚度產(chǎn)生影響,。選擇合適的打印參數(shù)，打印的尺寸為高120 mm,、寬80 mm的多層復(fù)雜陶瓷型芯坯體，其尺寸誤差＜0.2 mm,。陶瓷型芯燒結(jié)后性能如表1所示,。最終利用燒結(jié)后的陶瓷型芯進(jìn)行單晶澆注和脫芯驗(yàn)證，鑄造出內(nèi)腔完整且無殘留的單晶空心葉片,，型芯在強(qiáng)度,、脫除性、表面粗糙度方面均可滿足工藝要求,。

結(jié)論
(1) 采用陶瓷光固化增材制造技術(shù)制備出大尺寸多層復(fù)雜陶瓷型芯,，并通過了包括單晶葉片澆注和脫芯在內(nèi)的全流程工藝驗(yàn)證，證明了倒置式DLP光固化增材制造技術(shù)在制備大尺寸復(fù)雜多層陶瓷型芯具有現(xiàn)實(shí)可行性,。

(2) 坯件所受壓力過大造成錯層缺陷和壓潰缺陷,，或?qū)е屡骷�變形，精確控制漿料涂層厚度,，減少下壓壓力,，能夠保證坯件精度。

(3) 漿料涂層厚度與加料形式,、刮刀間隙高度,、刮刀速度有關(guān)，通過控制這些參數(shù)可精確控制漿料涂層厚度,，并實(shí)現(xiàn)25 μm薄漿料涂層,，為更高精度坯件的成形打下基礎(chǔ)。

前景與應(yīng)用
該技術(shù)所制備的陶瓷型芯可應(yīng)用于鑄造具有復(fù)雜多層內(nèi)腔的單晶空心渦輪葉片,，同時對其他復(fù)雜精密鑄造用型芯及鑄型有潛在應(yīng)用廣價值,。

引用論文
胡可輝, 呂志剛, 陸寬, 梁靜靜. 復(fù)雜陶瓷型芯增材制造及澆注工藝驗(yàn)證[J]. 機(jī)械工程學(xué)報, 2021, 57(3): 227-234.

HU Kehui, Lü Zhigang, LU Kuan, LIANG Jingjing. Additive Manufacturing of Complex Ceramic Cores and Verification of Casting Process[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2021, 57(3): 227-234.