【摘 要】
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熔模石膏型铸造具有成型铸件精度高、粗糙度低等特点,在航空航天、军工等领域的应用越来越广。传统的熔模石膏型铸造是通过模具成型熔模,但随着零件内腔、曲面及薄壁等结构复杂程度的增加,导致模具结构更加复杂,出现了设计制造周期长、制造成本高等问题。本文将3D打印制备熔模与石膏型精密铸造相结合进行研究,主要的研究内容及结果如下:（1）对光固化成型技术（SLA）、熔融沉积成型技术（FDM）和选区激光烧结技术（S
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熔模石膏型铸造具有成型铸件精度高、粗糙度低等特点,在航空航天、军工等领域的应用越来越广。传统的熔模石膏型铸造是通过模具成型熔模,但随着零件内腔、曲面及薄壁等结构复杂程度的增加,导致模具结构更加复杂,出现了设计制造周期长、制造成本高等问题。本文将3D打印制备熔模与石膏型精密铸造相结合进行研究,主要的研究内容及结果如下:（1）对光固化成型技术（SLA）、熔融沉积成型技术（FDM）和选区激光烧结技术（SLS）制备熔模进行了对比研究,进行了打印材料、打印工艺和使用性能等的研究:a)研究了SLA的光敏树脂中各组分含量对体系粘度和固化深度等的影响:当组分为环氧丙烯酸酯（EA）/1,6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）=1:1、光引发剂2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷（TPO）含量1 wt.%时,具备良好流动性及较高固化深度。b)研究了SLS制备聚苯乙烯（PS）试样的打印工艺和浸蜡工艺:SLS制备的PS试样的受力面为打印层时,试样的抗弯强度和抗冲击强度最大;PS试样内部孔洞较多,表面质量和力学性能较差,可通过浸蜡工艺获得显著改善;浸蜡可使试样粗糙度降低近80%,力学性能明显提升。c)对比研究了三种3D打印技术制备的试样的性能,研究表明:SLS制备的PS试样经浸蜡后,表面质量高,线收缩率、热稳定性、残留灰分和成本等均优于SLA试样和FDM试样,其余性能均满足熔模要求;SLS适合用于熔模石膏型铸造制备模样。（2）针对某航空发动机用ZL105A叶轮铸件进行了应用研究,利用Pro CAST软件辅助进行了工艺设计,通过SLS制备熔模石膏型铸造模样,进行了零件试制:a)研究了叶轮石膏型铸造工艺,采用ProCAST软件进行了方案模拟和优化,利用优选的SLS制备叶轮的PS模样,得到的模样精度较高,内腔细小结构及复杂导叶片均完整成型;再通过石膏型进行真空加压浇注,成功制得完整铸件。b)对铸件性能进行了检测,通过OM、SEM等对微观组织进行了分析:铸件力学性能满足要求,经X光探伤未发现铸造缺陷;经T5热处理力学性能得到显著提升,主要原因在于固溶处理使片状的共晶硅熔断和钝化,减少了其在α相中的聚集。（3）SLS制备的PS模样经浸蜡处理后适合用于熔模石膏型铸造,可制备出复杂结构的薄壁铸件,应用前景广泛。
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