[发明专利]一种基于3D打印的铸造用陶瓷过滤器及其制备方法

说明书

本申请公开了一种基于3D打印的铸造用陶瓷过滤器及其高效、低成本制备方法，其基于连续面曝光3D打印，制备高端铸造用陶瓷过滤器，包括以下步骤：陶瓷过滤器结构设计、复合浆料制备、陶瓷过滤器打印、打印后处理。提高了滤网强度，消除了滤网本身的掉角、缺边、凹坑、裂纹等过缺陷，极大增强了过滤效果，进而提高了精密铸造的质量；降低了滤网内外表面粗糙度，提高了表面质量与成型精度，加快过滤流速，提高过滤效率。

技术领域

本申请属于铸造技术领域，特别涉及一种基于3D打印的铸造用陶瓷过滤器及其制备方法。

背景技术

陶瓷过滤网作为过滤器系统中核心器件，广泛应用于海洋船舶涡轮、航空航天、高铁动车、石油化工、建筑机械等众多领域中各种高精度要求部件的铸造。陶瓷过滤器过滤网能够有效地去除或降低熔铸金属液中的夹杂物，提高金属液体的纯净度，使熔铸出的金属铸件表面光滑，结构均匀，强度提高，废品率降低，同时进一步减少了机加工损耗，提高了劳动生产率。

现有的铸造用陶瓷过滤网主要包括直孔型、泡沫型等。其中，泡沫陶瓷过滤网是以开孔聚氨酯泡沫塑料为前驱体，采用浸挂耐火浆料成型工艺，经高温烧结过程，具有三维立体网状结构的用于金属熔融过滤的特种陶瓷制品。在实际应用中，借助其特有的三维立体网状结构，依靠滤饼、机械筛分、整流、化学吸附等机制，实现了大颗粒夹杂氧化物的拦截、金属液中气泡的滤出、细小氧化物夹杂的吸附，从而达到净化金属溶液，提高铸件质量的目的。

然而，现有的泡沫陶瓷过滤网仍然存在以下问题：(1)传统的过滤网为一种浇铸金属液体时对金属液体进行过滤的多孔泡沫陶瓷过滤网，包括以碳化硅耐火材料为主，配以刚玉粉、粘土制成的混合浆料，粘附在聚氨酯泡沫载体上，经烧结形成空间多层孔洞的三维网状结构，各相邻孔洞之间相互连通并曲折迂回。实际使用中，当过滤网强度较低，金属液体流速较快，冲击力较大，或者过滤网耐高温性能较差时，过滤网容易破裂，损坏的过滤网碎块掉入金属液体的内部，进而影响金属铸件的质量。(2)过滤网本身的掉角、缺边、凹坑、裂纹等过滤网缺陷的存在无疑会导致金属溶液因过滤不充分等问题，从而影响精密铸造的质量。

发明专利【202110675634.7】中涉及了一种孔隙渐变可控的多孔陶瓷过滤器及其制备方法，发明专利【202010957990.3】中涉及了一种光固化3D打印氧化锆泡沫陶瓷过滤器及其制备方法；但是这两个专利中仅仅提出了3D打印的概念，并未对空隙的具体尺寸进行限定。专利【202011131280.1】对壁厚和孔径进行了要求，但是由于其采用常规浆料的光固化成型，其打印速度受到陶瓷浆料黏度影响，打印速度一般只能达到20～30mm/h，并且进行高分辨率3D打印的设备非常昂贵。因此，亟需发展一种低成本、高效的新型陶瓷过滤器3D打印方法。

发明内容

本申请的目的在于提供一种低成本、高效的基于3D打印的铸造用陶瓷过滤器及其制备方法，其基于连续面曝光3D打印，制备高端铸造用陶瓷过滤器。

在本申请的一些实施例中，提供一种基于3D打印的铸造用陶瓷过滤器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：陶瓷过滤器结构设计

首先根据所选择的铸铁种类与浇铸金属液单位面积过滤能力，使用三维软件设计过滤器的上下表面为网格状或蜂窝状，外形尺寸长80～100mm、宽80～100mm、高20～30mm；打印梯度层数为10～15层，梯度层厚为1～2mm，打印线宽为60～120μm；孔隙率为5ppi～30ppi，以每层增加1～2ppi的趋势从第一层过渡到最后一层，使得孔隙率从过滤器上端到下端实现由小到大的梯度变化；

然后将三维图形以STL文件格式导入至切片软件，在考虑打印时长、材料固化厚度、精度要求后，对过滤器模型进行分层切片；然后将切片所得数据制作成视频文件并导入至数字光处理模块；

步骤2：复合浆料制备