快速成型技術(shù)（Ripid Prototyping-RP）是20世紀(jì)80年代末制造技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)的一項先進制造技術(shù)。近年來快速成型技術(shù)正在快速發(fā)展，新的成型方法層出不窮。但目前仍以立體光刻技術(shù)，又稱激光選擇性固化技術(shù)（SLA）、分層實體制造技術(shù)（LOM）、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS）、熔融沉積技術(shù)（FDM）、三維印刷技術(shù)（3DP）、熱塑性材料選擇性噴灑（Ink-jet）。SLA工藝是其中最成熟、精度高的一種方法。本研究快速精密鑄造的光敏樹脂原型即是采用SLA工藝制作。目前快速成型技術(shù)主要用于制造樹脂零件或原型，難以直接用于制造金屬功能件。本文研究以快速原型為基礎(chǔ)制造金屬零件的快速精密鑄造技術(shù)。實質(zhì)是將快速成型技術(shù)與實型鑄造、精密鑄造工藝有機結(jié)合在一起，其工藝過程是用快速成型技術(shù)制得的原型代替熔模鑄造中的蠟?zāi)＃谄渖贤繏炷突饾{料，固化后高溫焙燒使樹脂原形燃燒去除而得到型殼，最后造型澆注，從而達到縮短金屬件生產(chǎn)周期和降低成本的目的。基于RP 技術(shù)的快速精密鑄造的工藝流程見圖1。

圖1 快速精密鑄造的工藝流程

快速成型技術(shù)與鑄造工藝的結(jié)合使得快速成型技術(shù)與鑄造技術(shù)兩者的優(yōu)點均得到充分的發(fā)揮。

基于SLA原型快速精密鑄造技術(shù)適用于制造形狀復(fù)雜的鑄件，在單件、小批量生產(chǎn)中具有快速、低成本的優(yōu)點，可鑄造出結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、難于用其他方法加工的精度較高的鑄件，如葉輪、空心葉片、人體骨骼、人工關(guān)節(jié)等。

1 主要試驗材料及試驗方法

1.1 耐火材料

常用的耐火材料有石英粉、莫來石粉、鋯英粉、鋁礬土粉等。

1.2 粘結(jié)劑

聚乙烯醇縮丁醛（PVB）是聚乙烯醇和丁醛在酸性介質(zhì)中縮聚而成，為白色或淡黃色粉末，能溶于酒精和甲醇，可作為醇基涂料的增稠劑和粘結(jié)劑，屬憎水型有機粘結(jié)劑，用作低溫粘結(jié)劑。

磷酸鹽：可以提高涂料的表面強度和高溫性能，也可以有效的提高涂料的曝?zé)峥沽研裕?dāng)加入0.2%-0.5%時開裂時間就成倍增長，當(dāng)加入量超過1.0%時在曝?zé)岬臈l件下，長期停留都不開裂。根據(jù)實驗條件選用三聚磷酸鈉，用作高溫粘結(jié)劑。

實驗配制自干型醇基涂料。在我國采用的最多的快干涂料載體是乙醇基載體，由于甲醇的沸點低，揮發(fā)更快，故選用甲醇作載體。

1.3 懸浮劑

常用的懸浮劑有：膨潤土、有機膨潤土、鋰基膨潤土、凹凸棒土、SN懸浮劑。實驗選用鋰基膨潤土作懸浮劑。

1.4 光固化樹脂

試驗采用由西安交通大學(xué)先進制造技術(shù)研究所研制的LRP300-1型光固化樹脂制作原型，光固化樹脂的技術(shù)指標(biāo)見表1。

1.5 其他材料

包括載液甲醇、消泡劑正丁醇和表面活性劑JFC等。實驗材料見表2。

1.6 試驗方法

焙燒采用SX2-8-13高溫箱式電阻爐，最高工作溫度1300攝氏度，在不同溫度下將涂掛好漿料并干燥過的試樣放入爐內(nèi)，以300攝氏度/h的速度升溫到950攝氏度，保溫30min，隨爐冷卻到室溫出爐。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 樹脂原型的制作

先用PRO/E設(shè)計中空的三維CAD模型，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)輸入格式STL文件，進行分層加支撐，再由西安交通大學(xué)先進制造技術(shù)研究所研制開發(fā)的激光快速成型機（Laser Prototyping System）LPS600A制作光敏樹脂原型，構(gòu)成大部分為中空的模型，除去支撐結(jié)構(gòu)，清洗內(nèi)部和外部殘留的樹脂，構(gòu)成精密鑄造所需的熔模。中空原型的厚度小于2mm，見圖2。

2.2 原型表面處理

用工業(yè)酒精和丙酮對樹脂原型表面和型腔內(nèi)部進行清洗；還可對原型表面光整處理，提高原型表面光潔度。

2.3 制造型殼

2.3.1 漿料的配制

配制20%聚乙烯醇縮丁醛（PVB）的甲醛溶液。分別稱取100份的石英粉、3份的三聚磷酸鈉粉末、2份的鋰基膨潤土倒入容器，攪拌均勻，隨后加入7份的PVB溶液并攪拌，最后加入適量的甲醇溶液調(diào)整漿料粘度，充分?jǐn)嚢璨㈧o置回性30min，使氣泡溢出。涂掛前加入微量正辛醇消除漿料中的氣泡。為提高漿料的浸潤及滲透能力加入微量的JFC。

2.3.2 型殼的涂掛撒砂過程

采用浸涂法，首先在樹脂原型表面浸涂耐火涂料，并撒上一層石英砂，將已撒砂的原型，在電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)以35攝氏度的溫度吹風(fēng)干燥1h后，再涂掛下一層，重復(fù)數(shù)次，直至在原型表面結(jié)成5-10mm厚的型殼。型殼涂掛完成后，在烘箱內(nèi)以35攝氏度的溫度再吹風(fēng)烘干8-10h，然后進行型殼的焙燒去除樹脂原型，見圖3。

2.3.3 型殼焙燒

光固化樹脂原型所用樹脂的強度比一般模料強度高、剛性好，容易燃燒且殘余物少，因此是很好的模料。這種光敏樹脂的熱膨脹系數(shù)與蠟料為同一量級，比精鑄型殼材料高1-2個量級，光固化樹脂屬于熱固性塑料，與一般模料不同之處是光固化樹脂只能軟化而不能熔化流失。經(jīng)測定，光固化所用樹脂原型大約50-60攝氏度時開始軟化，超過300攝氏度后樹脂的分子結(jié)構(gòu)開始崩潰，達到600攝氏度時，樹脂材料燃燒分解成二氧化碳、水汽和少量殘留物。光固化樹脂的熱重分析曲線見圖4。

型殼焙燒是在SX28 13高溫箱式爐中完成的。焙燒工藝為將烘干的帶樹脂原型的耐火型殼在300攝氏度裝爐，升溫速率為300攝氏度/h，到950攝氏度保溫30min后出爐空冷。焙燒時為了使樹脂燃燒充分，應(yīng)將爐門打開一點，為樹脂的燃燒提供充足的氧氣。焙燒后的型殼見圖5。

制成的型殼表面光潔、對樹脂原型復(fù)制良好，強度較高。在高溫焙燒過程中，型殼未見開裂、脫落等現(xiàn)象，可以滿足各種鑄造合金的澆注要求。

2.4 澆注

用電阻坩堝爐熔化鋁硅合金（ZL102），澆注溫度為680-700攝氏度。澆注出的鋁合金試樣件見圖6。

3 結(jié)論

基于SLA原型快速精密鑄造技術(shù)適用于制造形狀復(fù)雜的鑄件，在單件、小批量生產(chǎn)中成本低，能快速響應(yīng)市場，并可鑄造出復(fù)雜、難于用其他方法加工的精密件，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

(1)用石英粉100、三聚磷酸鈉3、鋰基膨潤土2、PVB溶液7、微量的JFC和適量的甲醇充分?jǐn)嚢璨㈧o置回性30min，即可得到適于快速精密鑄造用的漿料。
(2)樹脂原型表面浸涂耐火漿料并撒石英砂，干燥硬化后，重復(fù)涂掛數(shù)次，直至結(jié)成5-10mm厚的型殼。在35攝氏度烘箱內(nèi)吹風(fēng)烘干8-10h，300攝氏度裝爐，以每小時300攝氏度升溫到950攝氏度保溫30min后出爐，即得澆注所需型殼。
(3)將石英粉換為其它耐火粉料并對配比略加調(diào)整，即可制得其它耐火粉料的漿料，用于其它合金的鑄造。