專利名稱：鑄造方法以及用于進行該方法的制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用鑄型鑄造金屬和復合物制品的方法，該鑄型包括多孔粉末制品作為犧牲模樣。本發(fā)明進一步涉及制造這些鑄型和模樣的方法，以及這些鑄型和模樣本身。優(yōu)選的，這種多孔粉末制品是用快速原型法(rapid prototyping process)制造的。
背景技術(shù)：
澆鑄或者鑄造制品單指由熔融金屬在鑄型中固化制得的制品。鑄件具有澆鑄時所用的鑄型的形狀。鑄件被用作許多工業(yè)和生活品中的部件。
所用鑄型的類型很大程度上依賴于所選用的澆鑄方法。從金屬鑄造產(chǎn)生起直到最近，砂子一直就是澆鑄熔融金屬最常用的模制介質(zhì)。鑄型可以用其它材料制造，例如，有金屬鑄型，石墨鑄型和石膏鑄型。在很多情況下，在制造形成鑄件的鑄型的過程中要使用模樣。一些模樣可以重復使用上百乃至上千遍，而其它模樣則是一次性使用的，其在鑄型制造過程中被破壞。
已知的鑄造法有很多，每種有各自的優(yōu)點和缺點。這些方法包括砂型鑄造，熔模鑄造，重力或者低壓永久型鑄造，高壓壓力鑄造，攪溶鑄造，離心鑄造，石膏或者殼型鑄造以及壓實鑄造。
制造鑄型經(jīng)常是費時費錢的工作。需要有專業(yè)技工，有時要用到復雜昂貴的自動機加工方法，來對鑄型或者鑄型的模樣進行精確的細節(jié)加工。鑄造方法的制造鑄型或者模樣的要求常常導致要有很長的時間才能交付第一批鑄件。例如，為了準備第一批鑄件，熔模鑄造需要三個月。壓力鑄造和永久型鑄造需要更長的交付時間，可達6個月。然而，新產(chǎn)品設(shè)計者越來越需要短的周轉(zhuǎn)時間，以能夠從初始構(gòu)想到最終部件可對設(shè)計進行多次修改。
設(shè)計者可用快速原型法來快速得到一種新設(shè)計的三維模型?！翱焖僭汀币辉~指的是這樣一類技術(shù)，其用計算機輔助設(shè)計(CAD)數(shù)據(jù)在相對短的時間內(nèi)構(gòu)建出實體模型?？焖僭驮凇肮滔嘧杂沙尚椭圃旃に嚒鳖I(lǐng)域中也是熟知的?？焖僭头ㄓ袝r稱為“三維打印機”，因為它們允許設(shè)計者快速的將其設(shè)計從計算機文件生成切實的三維模型，而不僅僅是二維圖片。由快速原型法生成的模型有很多應用。例如，使得在和同事或者客戶交流想法時有很好的視覺輔助。另外，由快速原型法制得的蠟模型已經(jīng)在失蠟鑄造工藝中用作模樣。盡管快速原型法非常適合于制造原型，但本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，快速原型法的產(chǎn)品并不僅僅局限在原型上。
商業(yè)可獲的快速原型系統(tǒng)的兩個例子是三維打印(3DP)和選擇性激光燒結(jié)(SLS)。這兩種方法都是逐層建造實體模型，用聚合物粘結(jié)劑將粉末粘結(jié)起來制出三維制品。這些方法能夠制造出具有復雜內(nèi)部特征的物品，例如通道，這是用其它方法不能制造的。3DP法在概念上與噴墨打印相似。然而，3DP法沉積的是聚合物膠，而不是墨。根據(jù)想要的物品的三維計算機重現(xiàn)的二維切片，將這種聚合物膠打印到粉末層上。SLS法通過將用聚合物包覆的粉末顆粒熔融在一起來建造物件。計算機驅(qū)動的激光束掃描每層粉末，將相鄰顆粒的聚合物包覆層熔融在一起，從而將顆粒粘結(jié)到一起形成粘結(jié)體。
3DP和SLS法制造的多孔粉末制品一般這樣構(gòu)成，大約30％到超過60％體積比的粉末，這依賴于粉末的堆積密度，以及大約10％體積比的粘結(jié)劑，余下的為空隙。用這兩種方法之一制造的多孔粉末制品是有些易碎的，一般需要熱處理，以得到機械性能提高了的完全致密的物件。典型的熱處理方法由去粘結(jié)(debinding)，粉末燒結(jié)和用第二種熔融金屬對燒結(jié)體進行滲透構(gòu)成。
發(fā)明簡述本發(fā)明涉及使用相對密度小于大約80％的多孔粉末制品作犧牲鑄造模樣。相對密度用百分比表示，是多孔粉末制品的實際密度和其如果沒有孔隙或者聚合物粘結(jié)劑所能具有的密度之比。完全致密的制品的相對密度是100％。在詞組“多孔粉末制品”中用的“多孔”一詞表明粉末制品不是完全致密的。優(yōu)選的，該多孔粉末制品具有低的相對密度，例如30-40％。以使相對多部分的熔融金屬澆鑄到鑄型中。
本發(fā)明的一些實施方案通過結(jié)合采用快速原型技術(shù)和傳統(tǒng)鑄造法，可在短的交付時間內(nèi)制得鑄件。在這些實施方案中，用快速原型技術(shù)制造由用聚合物粘結(jié)劑粘結(jié)到一起的粉末構(gòu)成的多孔粉末制品。用這種多孔粉末制品作為犧牲模樣來制作鑄型，其中，在鑄造砂箱中，用鑄砂將該多孔粉末制品圍起來。將整個砂箱組件加熱，以去除或者分解多孔粉末制品中的聚合物粘結(jié)劑。將熔融金屬澆鑄到包含這種多孔粉末制品的鑄型中，其中的多孔粉末制品會熔融或者部分熔融，這取決于熔融金屬的溫度，然后和熔融金屬一起固化形成鑄件。在一些優(yōu)選的實施方案中，在用鑄砂圍起來之前，為多孔粉末制品提供陶瓷涂層。
多孔粉末制品還可以用其它方法制造。這些方法的例子包括，但不限于，模壓，冷等靜壓，以及將疏松的粉末以一定形式燒結(jié)。盡管在一些情況下，采用由快速原型法之外的方法制造的多孔粉末制品作犧牲模樣或許不會縮短從初始設(shè)計到澆鑄之間的時間，然而，多孔粉末制品的這種用途提供了制造鑄型的至今末知的方法。
用作犧牲鑄造模樣的多孔粉末制品決定了在其周圍制備的砂型或者陶瓷殼的形狀。像傳統(tǒng)的犧牲鑄造模樣一樣，多孔粉末制品在一次性使用過程就會基本被破壞。然而，不像傳統(tǒng)的犧牲鑄造模樣，該粉末的組成材料會成為整個鑄件的一部分。在一些情況下，隨著將熔融金屬澆鑄到含有這種多孔粉末制品的鑄型里，這種多孔粉末制品的粉末會完全或者部分熔融，并與澆鑄的熔融金屬混和或者合金化。在其它情況下，這種粉末與澆鑄的熔融金屬形成復合材料。
還涉及制造包括多孔粉末制品作犧牲模樣的鑄型的方法。這些方法包括步驟例如采用快速原型法制造多孔粉末制品，用這種多孔粉末制品作犧牲模樣制造鑄型。一些實施方案包括步驟為多孔粉末制品提供陶瓷涂層。
本發(fā)明還涉及包括多孔粉末制品的犧牲模樣和鑄型。
本發(fā)明的實施方案采用快速原型法制造多孔的粉末制品作犧牲模樣，具有的優(yōu)點是在某些情況下，可以鑄造具有復雜形狀和內(nèi)部特征比如通道的鑄件，而不必在鑄型中插入型芯。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，在一些實施方案中所制造的鑄件可以具有均勻的顯微組織，并且是可以通過熱處理冶金硬化的。相反，傳統(tǒng)的浸滲快速原型件通常既不均勻，也不是可硬化的。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，通過下面對優(yōu)選實施方案的詳細描述和附圖，本說明書和權(quán)利要求主旨中固有的其它特征和優(yōu)點將變明顯。
附圖簡述參照附圖將能更好的理解本發(fā)明的詳細特征和優(yōu)點。然而，應該明白，設(shè)計附圖的目的僅是為了說明，而不能被看成是對本發(fā)明的限制。


圖1A-D說明的是用傳統(tǒng)的快速原型法制造多孔粉末制品的連續(xù)步驟。
圖1A說明的是制造多孔粉末制品的單層的三個步驟。
圖1B說明的是部分完成階段的多孔粉末制品。
圖1C說明的是在最后一層打印完成后的多孔粉末制品。
圖1D說明的是最終的多孔粉末制品。
圖2A-E說明的是利用了圖1中所示的多孔粉末制品的方法的連續(xù)步驟。
圖2A說明的是在其外表面和內(nèi)表面形成了陶瓷耐火涂層后的多孔粉末制品。
圖2B說明的是在鑄造砂箱中用鑄砂將圖2A中的多孔粉末制品圍起來，進行預熱，以制造鑄型。
圖2C說明的是將熔融金屬澆鑄到圖2B所示的鑄型中。
圖2D說明的是在圖2C中澆鑄的鑄件的固化和冷卻。
圖2E說明的是從鑄砂中取出之后的圖2D中的鑄件。
圖2F說明的是去除了直澆道之后的圖2E中的鑄件。
本發(fā)明的最佳實施方案在本部分中，對本發(fā)明的一些現(xiàn)有優(yōu)選實施方案進行詳細描述，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實踐本發(fā)明。
本發(fā)明的優(yōu)選實施方案可以用來制造復雜的緊公差鑄件。在一些優(yōu)選的實施方案中，用快速原型法制造多孔粉末制品，然后用其作犧牲模樣制造鑄型。這些實施方案使用的快速原型法可采用如下步驟1.創(chuàng)建該設(shè)計的CAD模型。用計算機輔助設(shè)計(CAD)軟件對待建造制品建立模型。設(shè)計者可以采用已存在的CAD文件，或者也可以為原型目的專門創(chuàng)建一個。
2.將CAD模型轉(zhuǎn)成稱為STL格式的立體印刷文件格式。STL格式已經(jīng)在快速原型工業(yè)中作為標準采用。
3.用切片運算程序?qū)TL計算機模型切片成大量的薄截面層。這樣的可用程序有多種，多數(shù)允許用戶調(diào)節(jié)模型的尺寸，位置和取向。
4.在快速原型機上制造該制品。用快速原型機逐層構(gòu)建真正的制品，以進行制品的實際構(gòu)建。
5.對制品進行清理和修整。這包括將該制品從快速原型機上取下，去掉所有的松散粉末。對制品進行一些小的清理和表面處理也是必要的。
本發(fā)明的這些實施方案可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何形式的能夠制造多孔粉末制品的快速原型法。兩種尤其優(yōu)選的方法是3DP和SLS。應該明白，通過它們獨特的結(jié)構(gòu)特征，本領(lǐng)域技術(shù)人員能將用快速原型法制得的多孔粉末制品與用其它方法制得的多孔粉末制品區(qū)分開來。這是因為，不像其它的造型方法，快速原型法不會使粉末顆粒變形，或者在相鄰的粉末顆粒之間產(chǎn)生界面結(jié)合。另外，快速原型法能夠制造出具有內(nèi)部特征比如通道的多孔粉末制品，這是用其它方法不能制造的。
圖1A-D示意說明了用傳統(tǒng)快速原型法制造多孔粉末制品的連續(xù)步驟。所示的多孔粉末制品是一個小部件的模樣2。參照這些附圖，圖1A所示的是制備這種小部件模樣的單層，在這個階段的小部件模樣2只是部分完成。部分完成的小部件模樣2被快速原型機6中的粉末床4包圍。在最左端的一幅中，用輥8將粉末床4的上表面滾平，在部分完成的小部件2上分布粉末層10。在中間的一幅中，打印頭裝置12從粉末層10上掃過，形成部分完成的小部件模樣2的新頂層14。在3DP方法中，打印頭裝置12向粉末層10上提供聚合物粘結(jié)劑將相鄰的粉末顆粒粘結(jié)到一起。在SLS方法中，打印頭裝置12把激光束引導到粉末層10上，將相鄰粉末顆粒的聚合物涂層熔融到一起。最右端的一幅所示的是新層14已完成。將支撐著粉末床4的活塞16向下定位移動，以容納往粉末床4中加入的粉末，以制造小部件模樣2的下一粉末層。
圖1B所示的小部件模樣2處在已沉積了更多層的中間階段。圖1C所示的是已經(jīng)打印了最后一層的小部件模樣2。圖1D所示的是已經(jīng)從快速原型機6中的粉末床4上取下來的最終的小部件2。注意小部件模樣2中含有內(nèi)部通道18，20。
用快速原型或者其它方法制造的多孔粉末制品可在鑄型中用作一次性的模樣。例如，在類似于傳統(tǒng)的失泡沫(lost foam)或者失蠟工藝的鑄造方法中，可以用多孔粉末制品代替泡沫或者蠟模樣。失泡沫或者失蠟法也是熟知的熔模鑄造法，其中“熔模”一詞指的是在可消耗的泡沫或者失蠟模樣上包覆陶瓷外層。在傳統(tǒng)的熔模鑄造法中，所用的陶瓷層在泡沫或者蠟模樣的外面形成固體殼。將涂層了的模樣加熱去除或者失去泡沫或蠟。得到的中空陶瓷殼靠砂箱里的鑄砂支撐來制造鑄造鑄型。陶瓷殼還防止熔融金屬與周圍的鑄砂相接觸。
本發(fā)明的一些實施方案改進了傳統(tǒng)的熔模鑄造法，其中，在澆鑄熔融金屬之前，作為犧牲模樣的多孔粉末制品沒有去除或者失去，而是與澆鑄的熔融金屬結(jié)合到一起形成鑄件。這樣的實施方案可包括圖2A-F中所示的如下步驟。
參照圖2A，所示的多孔粉末制品是圖1A-D中的小部件模樣2。在小部件模樣2的外表面和其具有的所有內(nèi)表面，例如內(nèi)通道18，20的表面上，涂覆陶瓷形成陶瓷殼22。形成陶瓷殼22的陶瓷涂層可以用傳統(tǒng)的熔模鑄造例如浸漬，噴涂或者用陶瓷漿料灌注得到。為了避免漿料浸漬到多孔粉末制品中去，漿料與多孔粉末制品，例如小部件模樣2的表面之間的浸潤角要大約大于90度。涂層可以在環(huán)境條件或者特定的干燥條件下干燥，例如在加熱爐所得到的條件下。陶瓷可以是任何的陶瓷，包括那些傳統(tǒng)的用在熔模鑄造中的，物理和化學上與要澆鑄的熔融金屬相容，并且與多孔粉末制品的組分材料相容的陶瓷。
參照圖2B，在敞開的鑄造砂箱26中，具有陶瓷涂層的小部件模樣2被鑄砂24包圍。由于特定的多孔粉末制品所具有的復雜幾何形狀，鑄砂難以流到某些區(qū)域中，例如小部件模樣2的通道18，20中。通過采用震動臺，可以促進鑄砂24在小部件模樣2周圍以及向其內(nèi)部通道18，20中的流動和適當壓實。必須小心，壓實鑄砂2 4不能使小部件模樣2或者陶瓷涂層22變形。在用鑄砂24將陶瓷涂層的小部件模樣2圍起來之前，要將一部分陶瓷涂層去掉，并在該處裝上直澆道28，以將熔融金屬注入到小部件模樣2的粉末金屬骨架29中。為了有助于把熔融金屬澆鑄到多孔粉末制品中，還可以采用內(nèi)澆道和/或者橫澆道。在一些實施方案中，在多孔粉末制品中設(shè)計構(gòu)建有整體內(nèi)澆道和/或橫澆道。
在將鑄砂24壓實到合適的程度之后，用預熱裝置32，例如爐子或者氣炬，將整個砂箱組件30加熱到一定的溫度，使小部件模樣2中的粘結(jié)劑通過蒸發(fā)或者分解而部分或者完全去除。在這個去粘結(jié)過程中放出的氣體和蒸汽可從直澆道28以及所用的任何內(nèi)澆道和橫澆道中排出。預熱還可以在鑄造過程中降低熔融鑄造金屬的熱損耗。預熱過程可在空氣中進行，但更優(yōu)選的，要在受控的氣氛中進行，這樣可以為鑄造工藝對多孔粉末制品的金屬粉末表面的條件進行優(yōu)化。例如，在預熱過程中，為了防止金屬粉末的氧化，要采用保護性氣氛。這樣的保護性氣氛的例子包括氫氣，氮氣，氬氣以及它們的結(jié)合。
參照圖2C，在將砂箱組件30預熱后，將熔融金屬34通過直澆道28澆鑄到小部件模樣2中。熔融金屬34將粉末骨架29熔融，并具有小部件模樣2的幾何形狀。在一些實施方案中，熔融金屬34將粉末骨架29完全熔融，而在其它的實施方案中，粉末整體或者部分與熔融金屬34形成復合物。如預熱步驟一樣，鑄造步驟也可在空氣或者保護性氣氛中進行。
參照圖2D，將砂箱組件30冷卻，使鑄造的熔融金屬34固化。
參照圖2E，將固化了的鑄造小部件36從鑄砂24中取出來，并將陶瓷涂層22和直澆道28從鑄造小部件36上去掉。
參照圖2F，將直澆道鑄件38從鑄造小部件36上去除，然后還可對鑄造小部件36進行清理和檢查。
盡管在圖2A-F的討論中，澆鑄熔融金屬的步驟是在將粘結(jié)劑從多孔粉末制品去除的預熱步驟后立即進行的，這些步驟并不必要緊接著進行。第一，要明白，只有在必須去除多孔粉末制品中的粘結(jié)劑以防止粘結(jié)劑與熔融金屬發(fā)生有害反應的情況下才需要去除粘結(jié)劑的步驟。在一些實施方案中，因為多孔粉末制品中含有很少的或者不含粘結(jié)劑，比如在有些情況下，多孔粉末制品是靠使用壓力來將粉末通過機械互鎖或者觸點焊接結(jié)合到一起的方法而制成的，所以不需要去除粘結(jié)劑的步驟。第二，要明白，當用到粘結(jié)劑去除步驟時，其可以在鑄造步驟之前的任何時候進行。例如，在一些采用陶瓷涂層的實施方案中，甚至在將涂層的多孔粉末制品放入鑄造砂箱中之前，就已經(jīng)去除了粘結(jié)劑。在這些實施方案中，涂層的多孔粉末制品在去除了粘結(jié)劑之后，在放入鑄造砂箱中之前可以存放一段時間。在一些實施方案中，可以在去除了粘結(jié)劑之后將整個鑄造砂箱存放起來，此后在鑄造之前再進行預熱。第三，應該明白，除了為了去除或者分解粘結(jié)劑或者為了調(diào)節(jié)鑄砂或者陶瓷涂層必須要進行預熱之外，只在必須要防止過早固化或者為了促進充模的情況下才需要預熱。
在本發(fā)明的一些實施方案中，多孔粉末制品的粉末是可以被鑄造的熔融金屬完全熔融并可與之混和或者合金化的金屬粉末。在這些實施方案中，重要的是熔融金屬要足夠過熱，以將多孔粉末制品的金屬粉末熔融。假設(shè)熔融金屬和砂子之間沒有熱傳遞，這種情況下，熔融金屬的溫度和砂箱組件的預熱溫度之間的關(guān)系可以簡單的表示為 其中Tph是砂箱組件的預熱溫度，其中包括多孔的粉末制品；Tmp是粉末材料的熔點；Cpp是粉末材料的比熱；Hmp是粉末材料的熔化熱；Tmm是熔融金屬的熔點；Toh是熔融金屬的過熱溫度；Cpm是熔融金屬的比熱。
在本發(fā)明的一些實施方案中，用來作為鑄造鑄型中的模樣的多孔粉末制品上沒有形成陶瓷殼。盡管這些實施方案不能像采用陶瓷殼的那些那樣制得光滑的表面，并且或許需要在制造鑄型的過程的使用脫模劑，或者其它的清潔和處理，以避免多孔粉末制品的變形，但它們?nèi)コ酥圃旌腿コ沾蓺さ某杀?。然而，由于涂層有助于在鑄造之前保護多孔粉末制品的結(jié)構(gòu)完整性，采用陶瓷涂層是優(yōu)選的。
制造多孔粉末制品可以采用任何的與所選用的制品制造方法相容的粉末。粉末類型的選用依賴于將使用的鑄造金屬以及鑄件所希望得到的性能。在許多情況下，所選用的粉末是元素金屬或者金屬合金，但也可以用陶瓷粉末和金屬陶瓷。例如，粉末可以是鐵或者鐵合金，包括鋼，例如，低碳鋼，中碳鋼，高碳鋼，工具鋼或者不銹鋼。粉末還可以是鎳，鎳合金，鋁，鋁合金，鈦，鈦合金，銅，銅合金，鎂，鎂合金，鋅，鋅合金，金屬間化合物，難熔金屬或者難熔金屬合金。在其中的粉末包括難熔金屬，陶瓷或者金屬陶瓷的大多數(shù)實施方案中，粉末和鑄造金屬形成具有復合結(jié)構(gòu)的鑄件。
粉末可以具有任何的顆粒形狀。然而，由于優(yōu)選的多孔粉末制品的相對密度低，例如，在30-40％的范圍，所以，相對于球形，不規(guī)則的粉末形狀是更加優(yōu)選的，此時，伴隨著不規(guī)則形狀粉末的較低的堆積密度會使多孔粉末制品具有低的相對密度。
鑄造金屬可以是任何適合于鑄造的金屬。鑄造金屬的熔點可以比多孔粉末制品的粉末的熔點低，也可以高。在一些實施方案中，鑄造金屬和多孔粉末制品的粉末具有相同的或者相似的組成。例如，鑄造金屬可以是未合金化的鋁，粉末可以是一種鋁合金。
實施例近年來，商業(yè)上的壓力使冶金廠需要以更快的步伐引入新的鑄件設(shè)計。這使得一種新設(shè)計從概念到原型階段再到工業(yè)生產(chǎn)所能利用的時間變短。下面的預言性的例子描述的是本發(fā)明的實施方案的應用。
用銅-錫青銅制造與圖2F所示的鑄造小部件36具有相同設(shè)計的小部件，其最終組成為90％的銅和10％的錫。該小部件3cm寬，1.5cm高，1cm深。創(chuàng)建該小部件三維模型的CAD文件。將該CAD文件轉(zhuǎn)換成STP格式的文件。對該STP文件應用切片算法得到用來在3DP法快速原型機上制造該部件的多孔粉末制品的小部件文件。采用的是高錫的青銅粉末，其組成為80％的銅和20％的錫，將其通過140目篩(開口尺寸106微米)，并用325目篩(開口尺寸45微米)接住。用Extrude HoneCorporation of Irwin，Pennsylvania，US制造的PROMETAL RTS 300快速原型機，利用小部件文件和高錫青銅粉末，采用3DP法制造多孔粉末制品，其相對密度為50％。
將此多孔粉末制品從快速原型機上取下，將多孔粉末制品上多余的粉末去除。在多孔粉末制品上接上內(nèi)澆道和橫澆道。通過反復將該組件浸漬到氮化硼漿料中，在多孔顆粒制品以及接上的內(nèi)澆道和橫澆道整個組件上涂上陶瓷殼，并使涂上的涂層干燥。在形成了陶瓷涂層之后，將整個組件放入到鑄造砂箱中，在其上再接上直澆道。向鑄造砂箱中加入鑄砂，用震動臺幫助鑄砂分布在組件的周圍，填充所有內(nèi)部的和外部的空隙，那些要澆鑄熔融金屬的空隙除外。用標準壓實技術(shù)將組件周圍的鑄砂壓實。
將砂箱組件在氮保護氣氛下加熱到大約790℃，以去除多孔粉末制品中的在3DP過程中使用的粘結(jié)劑。同時，將純銅在粘土坩堝中通過感應加熱在大約1200℃熔融。仍然在氮氣保護下，將熔融的純銅澆鑄到預熱過的砂箱組件的直澆道中。熔融的純銅流入多孔粉末制品中，將粉末熔融并與之合金化，而且具有它的形狀。在鑄件固化冷卻后，將其從鑄砂中取出。將陶瓷涂層清理掉，再從小部件上將直澆道，內(nèi)澆道和橫澆道去掉。該制品的組成為90％的銅和10％的錫，然后準備檢測，加工，測試或者使用。
盡管僅僅給出和描述了本發(fā)明的幾個實施方案，顯然，只要不脫離如下權(quán)利要求中所描述的本發(fā)明的主旨和范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做很多更改和完善。
權(quán)利要求
1.一種制造鑄件的方法，該方法包括步驟a)制造多孔粉末制品；b)用該多孔粉末制品作犧牲模樣制造鑄型；c)將熔融金屬澆鑄到鑄型中。
2.權(quán)利要求1中的方法，進一步包括步驟用固相自由成型制造技術(shù)制造該多孔粉末制品。
3.權(quán)利要求2中的方法，其中固相自由成型制造技術(shù)選自三維打印和選擇性激光燒結(jié)。
4.權(quán)利要求1中的方法，進一步包括步驟為多孔粉末制品提供陶瓷涂層。
5.權(quán)利要求4中的方法，其中多孔粉末制品包括聚合物粘結(jié)劑，該方法進一步包括去粘結(jié)步驟在為多孔粉末制品提供了陶瓷涂層之后，將多孔粉末制品中的聚合物粘結(jié)劑去除。
6.權(quán)利要求5中的方法，進一步包括步驟在對多孔粉末制品去粘結(jié)之后，將多孔粉末制品存放。
7.權(quán)利要求1中的方法，進一步包括步驟將鑄型加熱。
8.權(quán)利要求7中的方法，進一步包括步驟在將鑄型加熱之后，將鑄型存放。
9.權(quán)利要求1中的方法，進一步包括步驟在即將澆鑄步驟之前對鑄型進行加熱。
10.權(quán)利要求7中的方法，其中，加熱鑄型和進行澆鑄步驟中至少之一是在保護性氣氛下進行的。
11.權(quán)利要求10中的方法，其中保護性氣氛包括氫氣、氮氣和氬氣中的至少一種。
12.權(quán)利要求1中的方法，其中多孔粉末制品中包括聚合物粘結(jié)劑，該方法進一步包括去粘結(jié)步驟在澆鑄步驟之前，將多孔粉末制品中的聚合物粘結(jié)劑去除。
13.權(quán)利要求1中的方法，進一步包括步驟對多孔粉末制品的粉末和熔融金屬進行選擇，以使粉末和熔融金屬在從鑄造步驟冷卻后結(jié)合形成復合材料。
14.權(quán)利要求1中的方法，進一步包括步驟對多孔粉末制品的粉末和熔融金屬進行選擇，以使在將熔融金屬澆鑄到鑄型中的步驟之后，使得熔融金屬至少部分熔融該粉末。
15.權(quán)利要求1中的方法，其中制造多孔粉末制品的步驟中得到的多孔粉末制品具有的相對密度在30-40％的范圍。
16.權(quán)利要求1中的方法，其中制造多孔粉末制品的步驟包括，制造包括金屬粉末、陶瓷粉末和金屬陶瓷粉末中的至少一種的多孔粉末制品。
17.一種制造鑄型的方法，該方法包括步驟a)制造多孔粉末制品；和b)用該多孔粉末制品作犧牲模樣制造鑄型。
18.權(quán)利要求17中的方法，其中，用固相自由成型制造技術(shù)制造多孔粉末制品。
19.權(quán)利要求18中的方法，其中固相自由成型制造技術(shù)選自三維打印和選擇性激光燒結(jié)。
20.權(quán)利要求17中的方法，進一步包括步驟，為多孔粉末制品提供陶瓷涂層。
21.權(quán)利要求20中的方法，其中多孔粉末制品中包括聚合物粘結(jié)劑，該方法進一步包括去粘結(jié)步驟在為多孔粉末制品提供了陶瓷涂層之后，將多孔粉末制品中的聚合物粘結(jié)劑去除。
22.權(quán)利要求21中的方法，其中去粘結(jié)步驟在保護性氣氛下完成。
23.權(quán)利要求22中的方法，其中保護性氣氛包括氫氣、氮氣和氬氣中的至少一種。
24.權(quán)利要求21中的方法，進一步包括步驟在對多孔粉末制品的去粘結(jié)步驟之后，將多孔粉末制品存放。
25.權(quán)利要求17中的方法，其中制造多孔粉末制品的步驟得到的多孔粉末制品具有的相對密度在30-40％的范圍。
26.權(quán)利要求17中的方法，其中制造多孔粉末制品的步驟包括，制造包括金屬粉末、陶瓷粉末和金屬陶瓷粉末中的至少一種的多孔粉末制品。
27.一種包括多孔粉末制品的犧牲鑄型模樣。
28.權(quán)利要求27中的犧牲鑄型模樣，其中多孔粉末制品由固相自由成型制造技術(shù)制成。
29.權(quán)利要求27中的犧牲鑄型模樣，進一步包括在多孔粉末制品上的陶瓷涂層。
30.權(quán)利要求27中的犧牲鑄型模樣，其中多孔粉末制品具有的相對密度在30-40％的范圍。
31.權(quán)利要求27中的犧牲鑄型模樣，其中多孔粉末制品中包括金屬粉末、陶瓷粉末和金屬陶瓷粉末中的至少一種。
32.權(quán)利要求27中的犧牲鑄型模樣，其中，多孔粉末制品包括聚合物粘結(jié)劑。
33.一種包括多孔粉末制品作犧牲模樣的鑄型。
34.權(quán)利要求33中的鑄型，其中多孔粉末制品由固相自由成型制造技術(shù)制成。
35.權(quán)利要求33中的鑄型，進一步包括在多孔粉末制品上的陶瓷涂層。
36.權(quán)利要求33中的鑄型，其中多孔粉末制品具有的相對密度在30-40％的范圍。
37.權(quán)利要求33中的鑄型，其中多孔粉末制品中包括金屬粉末、陶瓷粉末和金屬陶瓷粉末中的至少一種。
38.權(quán)利要求33中的鑄型，其中，多孔粉末制品包括聚合物粘結(jié)劑。
全文摘要
一種制造鑄件的方法，其包括用多孔粉末制品作犧牲模樣。這種多孔粉末制品優(yōu)選的用快速原型方法制造。這種多孔粉末制品在澆鑄熔融金屬的鑄型中用作犧牲模樣。在一些實施方案中包括步驟為這種多孔的粉末制品提供陶瓷涂層。還公開了用多孔粉末制品制造鑄型和模樣的方法。粉末可以是金屬，陶瓷或者金屬陶瓷。在一些實施方案中，該粉末和鑄造金屬形成復合物。還公開了包括多孔粉末制品的犧牲鑄型模樣以及包括這種犧牲模樣的鑄造鑄型。
文檔編號B22C9/04GK1684786SQ03823479
公開日2005年10月19日 申請日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月20日
發(fā)明者劉建新, M·L·里尼爾森 申請人:美國擠壓研磨公司