[发明专利]基于光固化面曝光成形的一体化陶瓷铸型制备方法

说明书

本发明公开了一种基于光固化面曝光成形的一体化陶瓷铸型制备方法，基于光固化快速成型技术成型型芯和工件的树脂模型，采用光固化成型技术使得型芯可以不受金属模具的限制而任意成型型芯，无需设计制作型芯压制模具和蜡模模具，提高成型效率，然后将树脂模型和工件进行装配形成复合模型，然后在复合模具的表面挂陶瓷浆料形成型壳，最后通过高温烧结使陶瓷硬化，同时去除内部的树脂模型，提高抗变形能力，更加有利于单晶叶片的铸造成功。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体为一种基于光固化面曝光成形的一体化陶瓷铸型制备方法。

背景技术

涡轮叶片是航空发动机和重型燃气轮机的关键部件，随着现代能源动力发展的需求，涡轮发动机被提出更高推重比、更高效率的要求，从而对空心涡轮叶片的冷却流道结构提出更高考验，涡轮叶片的性能水平(特别是承温能力)成为热动力设备先进程度的重要标志，从某种意义上讲，也是制造技术水平的显著标志之一。为了提高涡轮叶片的承温能力，国内外主要是通过设计特殊形状和结构的气流道来提高叶片的冷却效率，因此对其制造的要求越来越高。

目前，涡轮叶片采用气孔和空心通风结构来提高散热能力。空心涡轮叶片的特点是叶身长，而且从叶根旁边进气，这样给空心叶片的制造带来很大困难。当前国内外复杂空心涡轮叶片的主要制造工艺是熔模铸造。其工艺流程主要包括型芯模具的设计与制造、压制型芯、蜡模模具的设计与制造、装配注蜡、涂浆制壳、干燥型壳、脱蜡、烧结、浇注金属、脱芯、激光打孔等环节。该工艺在大批量生产涡轮叶片方面有成形精度高、尺寸稳定等优点，但仍有以下几方面的不足：产品开发周期长、成本高；工艺过程复杂，控制难度大，不利于产品的更新换代；难以实现空间交错的空心叶片的制造；型芯型壳分开成形，装配时易产生定位误差，叶片易穿孔，成品率低。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于光固化面曝光成形的一体化陶瓷铸型制备方法，该制备方法使空心叶片铸造工艺过程简化，生产周期缩短并且能够提高铸型的质量。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于光固化面曝光成形的一体化陶瓷铸型制备方法，包括以下步骤：

步骤1、构建待成型工件的数字化模型，以及根据待成型工件的内部空腔和气流通道构建对应型芯的数字化模型；

步骤2、根据步骤1构建的数字化模型，结合增材制备方法分别制备型芯和待成型工件的树脂模型；

步骤3、将树脂模型和型芯进行装配形成复合模具；

步骤4、在复合模具的表面形成随型的型壳，得到铸型素坯；

步骤5、去除铸型素坯中的树脂模型，得到该成型工件的铸造模型。

优选的，步骤2中所述增材制造方法为DLP光固化方法。

优选的，步骤3中将树脂模型分解为若干部件，然后将各个部件逐一包覆在型芯的对应位置形成复合模具。

优选的，步骤1中所述待成型工件的数字化模型由多个部件拼接形成，步骤2中对每个部件的数字化模型分别成型。

优选的，所述待成型工件为涡轮叶片，将涡轮叶片沿叶片和叶缘板连接处分割，然后沿叶片的长度方法并经过空腔将叶片分割为多个部分。

优选的，在叶身和叶缘板的拼接处设置有固定结构。

优选的，步骤4中在复合模具的表面挂多层陶瓷浆料凝固形成型壳。

优选的，所述型壳的厚度为3-5mm。

优选的，步骤5中对铸型素坯进行冷冻干燥，然后对干燥后的铸型素坯进行高温烧结使陶瓷型壳硬化并去除树脂模型，得到该成型工件的铸造模型。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：