水玻璃砂是最环保的型砂之一,在铸造型砂中,水玻璃砂最有可能实现无公害化,符合21世纪对环保绿色生产制造的需求。在传统的型砂铸造工艺中,复杂模具设计加工工艺流程比较复杂、产品的研发周期长,企业的生产成本高。随着微波装备和三维打印的快速发展,微波无模硬化水玻璃砂工艺实际应用已成为可能。三维打印-微波硬化打印原理是:铺平一层一层的原砂,使用液态水玻璃作为粘结剂并通过喷嘴一层一层的粘结原砂,然后微波硬化。通过反复的铺砂,选择性喷射液态水玻璃,反复的微波硬化,最终实现需要砂型的造型。其中,采用固态水玻璃和硅砂混合的粉料体系,粘结剂体系是稀释的水玻璃,流动性、致密性、微波靶向吸波等是关键技术。本文研究了不同试剂对砂粒流动性影响。结果表明:液态试剂的加入量增大会降低砂粒的流动性,细小的晶体或粉末试剂的加入量变化对砂粒的流动性影响很弱。固态水玻璃不影响砂粒的流动性。通过水玻璃砂型三维打印-微波硬化工艺流程,研究固态水玻璃不同加入量、不同微波时间、砂型微波硬化层质量、硬化砂粒层数、喷射用的稀释的水玻璃浓度等参数对水玻璃砂型强度的影响。结果表明:制备尺寸为Φ30mm×30mm的试样时,固态水玻璃加入量为2.5%,完成造型后微波60s,脱模后再次微波90s,硬化砂层质量为0.5g时,硬化砂粒层数为1层,不稀释的水玻璃综合微波效果较好。通过实验不同改性剂加入方法和不同加入量来提升水玻璃砂型的致密性。结果表明:聚季铵盐-7、聚季铵盐-10、硅烷偶联剂KH-602、硅烷偶联剂KH-570、钛酸酯偶联剂CS-201、钛酸酯偶联剂CS-101、蓖麻油酸钾、乙二胺四乙酸、石墨烯等对于改善水玻璃砂型的致密性均有效果。其中,对砂型微波固化完毕的即时强度和致密度这两项衡量指标改善效果均较为明显的是聚季铵盐-10,2%聚季铵盐-10改性水玻璃砂时,砂型的即时强度提高率为63.07%,致密度提高率为3.2%。通过实验不同吸波材料加入方法和不同加入量来提升水玻璃砂型的靶向吸波性能。结果表明:鳞片石墨、石墨烯、氧化钛、氧化钇、四氧化三铁磁性纳米微球、纳米氧化锆分散液、纳米氧化镁分散液、纳米氧化锌分散液等对于提高水玻璃砂型的靶向吸波性能均有显著的效果。其中,石墨烯的加入量最少,当石墨烯加入量为1%,砂型的即时强度提高了45.80%,表面温度由未改性的64.9℃提高到73.5℃,微波利用效率提高了12.86%。