TCASMES-增材制造 立體光固化成形陶瓷型芯制備技術(shù)規(guī)范

Q/LB.□XXXXX-XXXX目次TOC\o"1-1"\h\t"標(biāo)準(zhǔn)文件_一級(jí)條標(biāo)題,2,標(biāo)準(zhǔn)文件_附錄一級(jí)條標(biāo)題,2,"前言 II引言 III1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語(yǔ)和定義 14一般要求 14.1人員 14.2儀器設(shè)備 14.3原材料 24.4環(huán)保與安全 25制備流程 25.1漿料制備 25.2模型設(shè)計(jì) 25.3數(shù)據(jù)處理 35.4參數(shù)設(shè)定 35.5光固化成形 45.6后處理 46質(zhì)量檢驗(yàn) 67技術(shù)資料交付 6前言本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件由中國(guó)科學(xué)院金屬研究所提出。本文件由中國(guó)中小企業(yè)協(xié)會(huì)歸口。本文件起草單位：中國(guó)科學(xué)院金屬研究所、佛山市陶瓷研究所檢測(cè)有限公司、中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司、貴陽(yáng)航發(fā)精密鑄造有限公司、東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司、中國(guó)聯(lián)合重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)有限公司、中國(guó)航發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)有限公司、武漢三維陶瓷科技有限公司、西安交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、中國(guó)機(jī)械總院集團(tuán)沈陽(yáng)鑄造研究所有限公司、武漢因泰萊激光科技有限公司、通標(biāo)億澤標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)服務(wù)(北京)有限公司。本文件主要起草人：李金國(guó)、李喬磊、章鳴、何金達(dá)、吳漢昌、劉西河、趙代銀、梁靜靜、李有佳、蘇海軍、閆春澤、張朝威、馬濤、劉榮臻、蔡志祥、于瑞龍、唐海、李昂、李翔、彭威、張為亮、李志偉。引言本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)提請(qǐng)注意，聲明符合本文件時(shí)，可能涉及到第5章與下列相關(guān)的專(zhuān)利的使用。ZL202111364392.6，一種光固化3D打印改性陶瓷型芯及其制備方法ZL202111362650.7，一種光固化3D打印浸漬增強(qiáng)陶瓷型芯及其制備方法ZL202111397616.3，一種光固化3D打印鋁基陶瓷型芯及其制備方法ZL202111362469.6，一種光固化3D打印復(fù)合陶瓷型芯及其制備方法ZL02111325715.0，一種光固化3D打印硅基陶瓷型芯及其制備方法ZL202211445224.4，一種層狀界面強(qiáng)化的光固化3D打印陶瓷型芯及制備方法本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)對(duì)于該專(zhuān)利的真實(shí)性、有效性和范圍無(wú)任何立場(chǎng)。該專(zhuān)利持有人已向本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)承諾，他愿意同任何申請(qǐng)人在合理且無(wú)歧視的條款和條件下，就專(zhuān)利授權(quán)許可進(jìn)行談判。該專(zhuān)利持有人的聲明已在本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)備案。相關(guān)信息可以通過(guò)以下聯(lián)系方式獲得：專(zhuān)利持有人姓名：李金國(guó)、李喬磊、梁靜靜、周亦胄、孫曉峰。地址：遼寧省沈陽(yáng)市沈河區(qū)文化路72號(hào)。請(qǐng)注意除上述專(zhuān)利外，本文件的某些內(nèi)容仍可能涉及專(zhuān)利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專(zhuān)利的責(zé)任。增材制造立體光固化成形陶瓷型芯制備技術(shù)規(guī)范范圍本文件規(guī)定了增材制造立體光固化成形陶瓷型芯（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“陶瓷型芯”）制備的一般要求、制備流程、質(zhì)量檢驗(yàn)和技術(shù)資料交付。本文件適用于采用立體光固化技術(shù)制備陶瓷型芯的過(guò)程控制。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB14554惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB25493以激光為加工能量的快速成形機(jī)床安全防護(hù)技術(shù)要求GB/T35351增材制造術(shù)語(yǔ)GB/T35352增材制造文件格式GB/T37698增材制造設(shè)計(jì)要求、指南和建議GB∕T39331—2020增材制造數(shù)據(jù)處理通則GB/T43481增材制造三維工藝模型數(shù)據(jù)質(zhì)量要求JB/T14627—2023增材制造點(diǎn)光源立體光固化工藝規(guī)范HB5353熔模鑄造陶瓷型芯性能試驗(yàn)方法術(shù)語(yǔ)和定義GB/T35351、GB/T39331界定的術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。一般要求人員陶瓷型芯制備人員應(yīng)具有相關(guān)工藝基礎(chǔ)知識(shí)，熟悉相關(guān)設(shè)備操作，掌握完整制備工藝操作流程。設(shè)備操作人員應(yīng)經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)、考核，取得資格證后方可上崗。陶瓷型芯制備過(guò)程中，操作人員應(yīng)按規(guī)定正確佩戴勞保用品。儀器設(shè)備陶瓷型芯制備所用測(cè)量?jī)x器應(yīng)定期進(jìn)行校驗(yàn)。所用設(shè)備應(yīng)按照設(shè)備手冊(cè)及相關(guān)設(shè)備要求進(jìn)行安裝調(diào)試、使用及維護(hù)保養(yǎng)，確保設(shè)備使用時(shí)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。光固化增材制造設(shè)備應(yīng)能夠滿(mǎn)足工藝參數(shù)的調(diào)整需要，能在設(shè)定的參數(shù)下穩(wěn)定地工作，并在成形周期內(nèi)保持完好狀態(tài)。光固化增材制造設(shè)備打印幅面應(yīng)不小于80mm×80mm，打印高度應(yīng)不小于120mm；打印層厚應(yīng)在25um～200um內(nèi)可調(diào)。光固化增材制造設(shè)備激光器波長(zhǎng)為355nm～405nm。光固化增材制造設(shè)備應(yīng)配有加熱裝置對(duì)型芯漿料進(jìn)行加熱保溫，加熱溫度30℃～80℃。光固化增材制造設(shè)備軟件、系統(tǒng)開(kāi)放可調(diào)，包括但不限于激光輸出功率、掃描路徑、掃描速度、曝光時(shí)間、掃描方式、不同圖形補(bǔ)償方式、輪廓補(bǔ)償值、掃描補(bǔ)償值，以充分適配不同復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷型芯的材料性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確保打印成形精度。原材料原材料在首次使用、供方變更及生產(chǎn)過(guò)程中主要工藝方法和主要設(shè)備變更的情況下，均應(yīng)進(jìn)行工藝驗(yàn)證和首件檢查，應(yīng)按照HB5353的規(guī)定進(jìn)行型芯標(biāo)準(zhǔn)樣件檢測(cè)，性能達(dá)標(biāo)后方可使用。原材料應(yīng)按照貯存條件存放，并經(jīng)檢驗(yàn)合格且在有效期內(nèi)。環(huán)保與安全增材制造陶瓷型芯光固化成形過(guò)程中產(chǎn)生的污染物排放應(yīng)符合GB14554的規(guī)定。光固化增材制造設(shè)備的安全防護(hù)應(yīng)符合GB25493的相關(guān)規(guī)定。光固化增材制造設(shè)備區(qū)域及陶瓷型芯處理區(qū)域應(yīng)采用不含紫外光的照明設(shè)備。光固化增材制造設(shè)備所用激光器輸出的光束包含有可見(jiàn)的和不可見(jiàn)的輻射，對(duì)人眼有害，禁止直視激光光束。光固化增材制造設(shè)備區(qū)域嚴(yán)禁放置易燃易爆物品，也不允許放置揮發(fā)性溶劑如酒精、丙酮、汽油等。光固化增材制造設(shè)備區(qū)域及增材制造陶瓷型芯處理區(qū)域溫度應(yīng)保持在20℃～25℃，相對(duì)濕度應(yīng)不超過(guò)50％。制備流程漿料制備應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和工藝文件要求制備陶瓷型芯增材制造光固化成形所用漿料,漿料特性應(yīng)符合表1的規(guī)定。漿料特性要求項(xiàng)目條件要求剪切黏度溫度25℃，剪切速率25s-10.8Pa.s～8.2Pa.s固化寬度激光功率10mw/cm2≤±3％固化深度0.09mm～0.18mm固相含量—≥50vol.％穩(wěn)定性漿料放置24h應(yīng)無(wú)明顯沉降外觀(guān)—應(yīng)均一、無(wú)明顯色差，無(wú)肉眼可見(jiàn)氣泡、夾雜物模型設(shè)計(jì)一般要求模型設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB/T37698的規(guī)定。模型格式應(yīng)包括陶瓷型芯素坯表面完整的三角形網(wǎng)格信息，還可包括陶瓷型芯素坯的材料、結(jié)構(gòu)等信息，并按GB/T35352的規(guī)定，將信息存儲(chǔ)為STL格式文件或AMF格式文件或XT格式文件或IGS格式文件或STP格式文件。薄壁厚度尺寸及精度設(shè)計(jì)基于光固化增材制造成形精度要求，陶瓷型芯最小壁厚宜不小于0.2mm，尺寸精度宜不低于±0.04mm。最小圓柱尺寸及精度設(shè)計(jì)基于光固化增材制造成形精度要求，陶瓷型芯的最小圓柱直徑宜不小于0.4mm，尺寸精度宜不低于±0.04mm。最小孔尺寸及精度設(shè)計(jì)基于光固化增材制造成形精度及后處理要求，陶瓷型芯的最小孔直徑宜不小于0.3mm，尺寸精度宜不低于±0.04mm。支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了防止陶瓷型芯脫脂燒結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)變形等缺陷問(wèn)題，宜設(shè)計(jì)與型芯薄壁結(jié)構(gòu)過(guò)渡的支撐托，支撐托的壁厚如圖1所示，按公式（1）進(jìn)行計(jì)算。型芯截面壁厚示意圖 T=T1+T2式中：T—增材制造陶瓷型芯支撐托壁厚，單位為毫米（mm）；T1T2A—增材制造陶瓷型芯支撐托設(shè)計(jì)系數(shù)，宜根據(jù)型芯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)取值0.5～1.5。數(shù)據(jù)處理模型的數(shù)據(jù)處理流程應(yīng)符合GB/T39331—2020中第4章的規(guī)定。切片處理之前，應(yīng)該進(jìn)行模型數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查，數(shù)據(jù)質(zhì)量應(yīng)滿(mǎn)足GB/T43481的規(guī)定。切片分層處理時(shí)，根據(jù)光固化設(shè)備參數(shù)，選擇合適的切片厚度，預(yù)判成形時(shí)間，形成成形文件。參數(shù)設(shè)定工藝參數(shù)設(shè)定應(yīng)符合表2的規(guī)定。工藝參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)成形激光功率（mW/cm2）3～45打印層厚/μm25～200掃描速度（mm/s）/單層曝光時(shí)間（s）4000～10000/3～20光固化成形光固化成形流程應(yīng)符合JB/T14627—2023中6.5的規(guī)定。光固化成形結(jié)束后，應(yīng)對(duì)成形素坯進(jìn)行初檢。目視檢查素坯，外表不應(yīng)有變形、錯(cuò)層、缺失等缺陷。后處理素坯清洗應(yīng)選用與未固化的殘余漿料中樹(shù)脂兼容的無(wú)揮發(fā)性、無(wú)味的安全環(huán)保有機(jī)類(lèi)清洗劑對(duì)素坯進(jìn)行清洗，直至素坯表面與內(nèi)部無(wú)殘留漿料。在選擇清洗劑時(shí)，應(yīng)考慮產(chǎn)品的安全性、環(huán)保性、揮發(fā)性、清洗效果以及是否兼容有機(jī)樹(shù)脂體系等因素。素坯脫脂氧化物類(lèi)陶瓷型芯宜在空氣氣氛下脫脂，非氧化物類(lèi)陶瓷型芯宜在惰性氣體氣氛下脫脂，不同壁厚陶瓷型芯的脫脂參考?jí)毫χ狄?jiàn)表3。不同壁厚陶瓷型芯脫脂參考?jí)毫χ当诤駞⒖級(jí)毫χ怠?mm0.1KPa～0.5MPa1mm～3mm0≥3mm≤1MPa將素坯宜按表4的規(guī)定由室溫先升溫、后降溫進(jìn)行脫脂處理。脫脂處理步驟速率℃/h到達(dá)溫度℃保溫時(shí)間h升溫第一階段60～100300±201～2第二階段60～80400±201～2第三階段100～120550±202～3第四階段100～120580～7002～4降溫5～100常溫-陶瓷型芯燒結(jié)不同壁厚陶瓷型芯的燒結(jié)參考?jí)毫χ祽?yīng)符合表5的規(guī)定。不同壁厚陶瓷型芯燒結(jié)參考?jí)毫χ当诤駞⒖級(jí)毫χ怠?mm0.1KPa～0.5MPa1mm～3mm0≥3mm≤1MPa脫脂坯體宜按表5的規(guī)定由室溫先升溫、后降溫進(jìn)行燒結(jié)處理。燒結(jié)處理步驟速率℃/h到達(dá)溫度℃保溫時(shí)間h升溫第一階段60～120700±201～4第二階段120～2001000±201～6第三階段120～2001000～11002～6第四階段60～1201100～17006～10降溫5～120常溫-陶瓷型芯清理、修整經(jīng)燒結(jié)處理后的陶瓷型芯應(yīng)根據(jù)技術(shù)文件要求進(jìn)行表面清理和修整,常見(jiàn)的表面處理方法有打磨、拋光等。表面處理過(guò)程中，應(yīng)與三維模型對(duì)照，不應(yīng)破壞陶瓷型芯本身結(jié)構(gòu)。高溫強(qiáng)化高溫強(qiáng)化處理的主要目的是進(jìn)一步提高型芯的高溫強(qiáng)度和抗熱變形能力，提高型芯在澆注過(guò)程中抵抗金屬?zèng)_擊的抗變形能力。高溫強(qiáng)化的處理方法按如下步驟進(jìn)行：將型芯浸入特定的強(qiáng)化劑進(jìn)行浸漬處理；待氣泡消除后取出，加熱干燥或自然干燥0.5h～24h。常見(jiàn)的強(qiáng)化劑類(lèi)型見(jiàn)表7，包括硅溶膠、鋁溶膠、氧化物前驅(qū)體溶液及硅酸乙酯水解液等；浸漬工藝可選擇常壓浸漬也可選擇真空浸漬；干燥方式一般為加熱干燥、自然干燥，特殊工藝也可選擇氣氛干燥。高溫強(qiáng)化處理方式強(qiáng)化劑類(lèi)型浸漬方式干燥方式硅溶膠常壓浸漬真空浸漬加熱干燥自然干燥氣氛干燥鋁溶膠氧化物前驅(qū)體溶液硅酸乙酯水溶液釔溶膠鋯溶膠低溫強(qiáng)化低溫強(qiáng)化處理的主要目的是提高陶瓷型芯的室溫強(qiáng)度和韌性，防止型芯在修整、搬運(yùn)和制模時(shí)損壞。低溫強(qiáng)化的處理方法按如下步驟進(jìn)行：將已高溫強(qiáng)化后的陶瓷型芯浸入低溫強(qiáng)化劑（常壓浸漬或真空浸漬均可）；取出滴盡溶液或經(jīng)溶劑沖洗后表干；進(jìn)行加熱固化、室溫固化或真空失水固化。常見(jiàn)的低溫強(qiáng)化劑見(jiàn)表8，主要是熱固性樹(shù)脂、多元醇及水溶性聚合物。低溫強(qiáng)化處理方式強(qiáng)化劑類(lèi)型浸漬方式干燥方式熱固性樹(shù)脂酚醛樹(shù)脂常壓浸漬真空浸漬加熱干燥自然干燥氣氛干燥環(huán)氧樹(shù)脂多元醇甘露醇季戊四醇水溶性聚合物聚乙烯醇聚乙二醇包裝和運(yùn)輸陶瓷型芯應(yīng)先進(jìn)行內(nèi)包裝，然后再用填充料將內(nèi)包裝件緊固在外包裝箱內(nèi)，最后完成外包裝。外包裝應(yīng)能夠保護(hù)陶瓷型芯免受潮濕和污染，例如使用密封袋或防潮箱。此外，外包裝應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以承受運(yùn)輸過(guò)程中的堆疊和搬運(yùn)，例如使用堅(jiān)固的紙箱、木箱等。運(yùn)輸過(guò)程中避免劇烈震動(dòng)、碰撞、直接雨淋或