本發(fā)明涉及熔模鑄造領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)合面向渦輪葉片快速成型與熔模鑄造的熔失熔模方法。

背景技術(shù)：

渦輪葉片隨著計算機輔助設(shè)計技術(shù)的提高，彎、寬、掠、扭、薄葉片設(shè)計技術(shù)走向成熟。早期葉片為窄弦，在葉身上距葉尖1/3處有向兩側(cè)伸出的阻尼凸肩(減振凸臺)，凸肩在葉片之間相互抵緊構(gòu)成一個加強環(huán)。從性能和工藝等方面來看，帶凸肩的實心葉片不適應(yīng)更大推力發(fā)動機對葉片的性能要求。原因之一是由于氣流流過凸肩處會產(chǎn)生分離，使氣流效率降低，且實心葉片重量過大；其二是葉片的加工工藝性不好，制造成本過高。

如何更快、更好的制造出復(fù)雜外形的葉片零件已經(jīng)成為航空發(fā)動機制造中的關(guān)鍵技術(shù)之一。從葉片等典型零件到更多的空間曲面零件，以及復(fù)雜形狀零件的加工都是一個工業(yè)難點，當(dāng)然解決問題的工藝也不止一種，但是在諸多工藝中走得最快的一種解決方案是熔模精鑄，其作為一種近凈成型工藝產(chǎn)品成型后，少量二次加工或者不二次加工的優(yōu)點，在很多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，也成為解決航空航天等很多復(fù)雜零件的首選加工方案，在快速成型同熔模鑄造結(jié)合得關(guān)鍵領(lǐng)域內(nèi)，樹脂型芯的熔失熔模問題一直是兩種技術(shù)結(jié)合的難點，在實際的熔模鑄造過程中，快速成型的樹脂型殼在熔失熔模過程中，脹碎型殼的比率十分大，尤其針對復(fù)雜零件的3d打印件，更是如此，因而在一方面保證型殼的精度，一方面保證陶瓷型殼的脹破率問題，成為一個亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是提供一種結(jié)合面向渦輪葉片快速成型與熔模鑄造的熔失熔模方法，其可有效解決上述問題，有效降低采用增材制造材料作為“蠟?zāi)！痹谌凼勰Ｖ械奶沾尚蜌っ浧坡蔬^高的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種結(jié)合面向渦輪葉片快速成型與熔模鑄造的熔失熔模方法，其特征在于，包括如下步驟：

s1：根據(jù)渦輪葉片的外形設(shè)計型芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利用空氣的膨脹系數(shù)與快速成型材料膨脹系數(shù)不同的特點，在型芯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)建密閉小氣室，利用支撐肋板同外部大氣室連接，完成結(jié)構(gòu)設(shè)級，同時生成數(shù)字文件；

s2：將s1中的渦輪葉片型芯的三維模型利用激光快速成型機打印出樹脂材料的型芯實體，同時進行表面處理待用；

s3：將s2中快速成型后的型芯結(jié)構(gòu)進行沾漿、撒沙、干燥硬化處理得到型殼；

s4：將s3得到的型殼進行加熱溫度，在澆注口接通大氣室與外界，保證大氣室內(nèi)空氣與大氣的連接實現(xiàn)加熱過程中型芯內(nèi)部的塌陷，快速高質(zhì)量的得到符合要求的型殼。

進一步的方案為：

步驟s1的具體操作為：

s11：設(shè)計渦輪葉片的外形，渦輪葉片的建模，分為葉冠、下緣板、伸根、榫頭和葉身五部分；

s12：渦輪葉片型芯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，分為小氣室和大氣室，小氣室的結(jié)構(gòu)采用橢圓的形結(jié)構(gòu)，小氣室從上之下連貫且封閉，大氣室被肋板隔斷，但在每個肋板中留出氣道，留出澆道焊接位置；

s13：內(nèi)部結(jié)構(gòu)的建模，選取適當(dāng)橢圓結(jié)構(gòu)密度和大小，以及排列方式，已達到設(shè)計目的。

步驟s2的具體操作為：

s21：確定液態(tài)光敏樹脂在光固化快速成形過程中的收縮率、澆注蠟?zāi)＿^程中溫蠟的收縮率以及澆注熔液時鋼的收縮率，通過ug的“縮放體”命令對渦輪葉片型芯三維模型進行放大；

s22：渦輪葉片的三維模型在ug中另存為“stl”格式文件進行導(dǎo)出，并隨后導(dǎo)入到3d打印前處理軟件cura中；

s23：根據(jù)所使用的激光快速成形機的型號在cura軟件中添加相應(yīng)的機器并設(shè)置打印機成型平臺的大小，其次建立控制激光快速成形機的g代碼初始文件；

s24：在cura軟件中設(shè)置“基礎(chǔ)參數(shù)”項：綜合考慮渦輪葉片型芯樹脂模型的打印精度和加工效率選擇合適的層高及打印速度；根據(jù)層高和所使用的激光快速成型機的噴嘴直徑確定外殼厚度及頂層、底層厚度；根據(jù)所選的液態(tài)光敏樹脂型號設(shè)定相應(yīng)的打印溫度；設(shè)置相應(yīng)的“支撐類型”及“平臺附著類型”，并開啟“回抽”以防打印頭空移時產(chǎn)生拉絲現(xiàn)象；

在cura軟件中設(shè)置“高級參數(shù)”項：設(shè)置首層層高、內(nèi)/外層打印速度、噴嘴移動速度這些參數(shù)，并保持其他參數(shù)不變，完成光固化快速成形的參數(shù)設(shè)置；

s25：根據(jù)設(shè)置的參數(shù)利用cura軟件對導(dǎo)入的渦輪葉片型芯的三維模型進行自動切片處理，在切片完成后信息將自動保存在所建立的g代碼文件中，將該g代碼文件導(dǎo)入到sd卡上，并將sd卡插入到激光快速成型機上即可快速打印出渦輪葉片型芯的樹脂實體；

s26：將渦輪葉片型芯的樹脂實體先后進行酒精溶液擦洗、去支撐處理、水砂紙打磨表面、放入固化箱中進行紫外光照射的處理，得到符合要求型芯。

步驟s3的具體操作為：

s31：在渦輪葉片樹脂型芯上利用烙鐵得到連接通氣孔，通氣孔的位置位于型芯的大氣室同時也是焊接蠟料澆道的位置，這樣在后續(xù)的焙燒過程中，脫掉蠟料澆道后，型芯的大氣室同大氣連通；

s32：渦輪葉片的樹脂型芯同蠟料澆注道進行焊接，確保焊接后的澆道同型芯的連接，焊接后進行成組處理；

s33：把成組后的型芯，采用硅溶膠涂覆、撒沙、型殼干燥和硬化，并重復(fù)6-8次操作，得到符合要求的帶蠟料和型芯的型殼。

步驟s4的具體操作為：

s41：處理型殼的蠟料澆道，通過高溫高壓水蒸汽處理掉澆道的蠟料；

s42：將型殼放入焙燒爐，逐步升溫至160℃保溫30分鐘之后升溫至500℃以使型芯全部從融化到碳化；

s43：將焙燒爐內(nèi)溫度調(diào)至900℃～1100℃對型殼進行焙燒，形成堅固的陶瓷型殼，并保證在不低于700℃保溫備用。

本發(fā)明首先在ug軟件中設(shè)計出相應(yīng)的型芯模型，型芯模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；其次將設(shè)計出的型芯模型通過激光快速成型打印出來，并進行相應(yīng)的表面處理；再將表面處理后渦輪葉片型芯通過涂覆涂料得到未熔失熔模的型殼；最后通過相應(yīng)的加熱方式，熔失熔模得到標(biāo)準(zhǔn)渦輪葉片型殼，熔模精鑄以及相應(yīng)后處理得到符合要求的工件。該方法有效的解決快速成型與熔模鑄造結(jié)合的型芯熔失熔模使型殼脹破率高的問題，這樣不僅實現(xiàn)快速成型在鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用，而且拓展了鑄造領(lǐng)域的可能性，而且本方法與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢:

1、傳統(tǒng)的解決快速制造與熔模鑄造結(jié)合型芯熔失熔模問題，在加強型殼的強度，而熔模鑄造中的型殼厚度受到透氣率等條件的限制，不能無限增加，因而在有限的厚度下增強型殼強度，就比較困難了，一般的解決方案也在掛涂過程中，增加纖維等化合物增加強度，這樣成本比較高而且強度增加有限，而本方法從內(nèi)部出發(fā)，利用不同材質(zhì)(介質(zhì))膨脹系數(shù)的不同而構(gòu)造新的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在熔失熔模階段型芯內(nèi)部首先塌陷，這樣由快速成型工藝制作型芯，保證型芯的外形精度，結(jié)合型芯內(nèi)部塌陷結(jié)構(gòu)來保證型殼的成型精度，從而解決快速成型同熔模鑄造之間結(jié)合的難點。

2、本發(fā)明中渦輪葉片的型芯制作，采用液態(tài)光敏樹脂為基體材料，采用光固化快速成型技術(shù),打印渦輪葉片型芯并連同內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而保證了渦輪葉樹脂型芯的成型精度。

3、因為采用快速成型技術(shù)，不用生產(chǎn)蠟?zāi)Ｒ膊挥眉庸は鄳?yīng)的模具，從而縮短了熔模鑄造的周期，因為不用蠟?zāi)９氏灹先蹱t以及蠟料注射機的位置相比較3d打印機來說可以節(jié)省很大工廠用地。

4、本發(fā)明促進了熔模鑄造對渦輪葉片等型面比較復(fù)雜工件的凈近成型，突破了熔模鑄造對復(fù)雜型面零件無法高速批量生產(chǎn)的限制，極大的提高了生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程示意圖。

圖2為本發(fā)明提供的型芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)的橫向截面示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的型芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)的縱向135°剖面圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行具體說明。應(yīng)當(dāng)理解，以下文字僅僅用以描述本發(fā)明的一種或幾種具體的實施方式，并不對本發(fā)明具體請求的保護范圍進行嚴(yán)格限定。

本發(fā)明提供一種面向渦輪葉片快速成型與熔模鑄造結(jié)合時型芯快速熔失熔模的方法，所述面向渦輪葉片快速成型與熔模鑄造結(jié)合時型芯快速熔失熔模的方法包括：

首先，在ug軟件中設(shè)計出相應(yīng)的型芯模型，型芯模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示；

其次，將設(shè)計出的型芯模型通過激光快速成型打印出來，并進行相應(yīng)的表面處理；

再將表面處理后渦輪葉片型芯通過涂覆涂料得到未進行熔失熔模的型殼。

最后通過相應(yīng)的加熱方式，熔失熔模得到標(biāo)準(zhǔn)渦輪葉片型殼，熔模精鑄以及相應(yīng)后處理得到實體工件。

進一步，所述面向渦輪葉片快速成型與熔模鑄造結(jié)合時型芯快速熔失熔模的方法包括以下步驟：

步驟一、基于渦輪葉片的造型，設(shè)計型芯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利用空氣受熱比樹脂材料膨脹速度快的特性，分為兩個氣室，小氣室封閉，大氣室同大氣相連，從而實現(xiàn)加熱時，內(nèi)部結(jié)構(gòu)先塌陷，避免以往熔模鑄造過程中樹脂的膨脹率比陶瓷型殼大，而脹破型殼的現(xiàn)象，實現(xiàn)復(fù)雜零件型芯的熔失熔模。

步驟二、制備渦輪葉片的型芯模具：將渦輪葉片的三維模型導(dǎo)入到3d打印前處理軟件cura中設(shè)置打印的支撐及分層參數(shù)、支撐參數(shù)、涂層參數(shù)、掃描參數(shù)和激光功率幾個參數(shù)并自動進行分層切片處理，其次，通過激光快速成形機打印出樹脂材料的渦輪葉片的型芯實體；最后，進行相應(yīng)的表面處理得到符合要求的型芯。

步驟三、對型芯焊接澆道并涂覆涂料靜置干燥：將快速成型后合格型芯，多次重復(fù)進行沾漿，撒沙，干燥硬化等處理，得到符合要求的型殼。

步驟四、加熱處理型殼，將型殼加熱至設(shè)定溫度，從而使型芯內(nèi)部小氣室膨脹，連接肋板拉伸，使型芯實現(xiàn)向內(nèi)部塌陷，從而得到高精度的型殼。

進一步，所述建立型芯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括：

第一步、渦輪葉片的參數(shù)化建模，分為葉冠、下緣板、伸根、榫頭和葉身五部分。前面的四個部分葉冠，下緣板，伸根，榫頭部分的共同特點是由固定的幾何尺寸，形狀相對規(guī)則，可以通過二維輪廓草圖，在nx中沿引導(dǎo)線運動掃略可以得到。葉身部分在徑向、軸向都有扭曲，而且葉身的進氣邊和出氣邊變化十分劇烈。葉身實體是由復(fù)雜曲面構(gòu)成，同時葉身的表面質(zhì)量還有很高的要求。構(gòu)造的實體模型如果不理想，會對后續(xù)的有限元計算和壽命分析帶來致命的影響，葉身是葉片造型中最困難的部分。

a、線條的處理

建立復(fù)雜的三維模型都需要遵循這樣一個過程:點、線、面。因此對于線條的處理是非常重要的，線條的光順與否在很大程度上決定了后來曲面的質(zhì)量。本課題利用已有葉片的點云數(shù)據(jù)，構(gòu)建每個截面上的葉盆截面線、葉背截面線。由點云數(shù)據(jù)直接擬合得到葉盆截面線、葉背截面線，擬合方式采用nx建模平臺，提供的nurbs樣條。

b、構(gòu)建葉身實體

在調(diào)整完曲線以后，就可以構(gòu)造葉身的實體了。在實體的構(gòu)造中，一般選擇掃描成型法或者過曲線成型法。

掃描成型法是將截曲線沿引導(dǎo)線運動掃描生成實體模型，與前面榫頭等部分的拉伸成型方法相比，這種方法具有更大的靈活性，可以控制實體模型的比例、方位的變化，截面曲線最多可以達到150條，因而在葉身實體的中間部分的曲面可由各截面線控制。而過曲線成型法是通過一系列截面線，并且可以增加首尾的接觸約束形式來建立曲面或?qū)嶓w。所選擇的截面線可以是曲線曲面或?qū)嶓w的邊界線，也可以是一條曲線或者多條曲線組成的曲線串。當(dāng)使用的截面線上型值點的數(shù)據(jù)就是曲面上的點時，這種成型方法最為簡便，是工程中一種最常用的方法，本課題采用點云數(shù)據(jù)，故而選用過曲線成型法，

c、合并完成葉片實體模型

以葉冠底面、下緣板頂面為邊界將葉身多余部分裁減掉，然后利用布爾運算將裁減后的葉身與葉冠、下緣板、伸根、榫頭整合成一體，最后在葉冠與葉身連接處、下緣板與葉身連接處采用變半徑邊倒角功能，分別設(shè)置關(guān)鍵點處的圓角的半徑，構(gòu)造出倒角，完成模型制作，最終實體模型。

第二步、渦輪葉片型芯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，由圖x可知，分為小氣室和大氣室，小氣室的結(jié)構(gòu)采用橢圓的形結(jié)構(gòu)，小氣室從上之下連貫且封閉，大氣室被肋板隔斷，但在每個肋板中留出氣道，留出澆道焊接位置。受熱時橢圓長軸方向收縮短軸方向膨脹，而連在長軸的肋板同時拉伸型芯內(nèi)壁，在熔失熔模過程中，溫度上升，小氣室氣體膨脹，而橢圓型腔的長軸收縮，帶動肋板拉伸型芯內(nèi)壁，從而實現(xiàn)型芯熔失過程中內(nèi)部先塌陷

第三步、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的建模，內(nèi)部橢圓結(jié)構(gòu)的排布隨外部曲率的變化而變化，橢圓結(jié)構(gòu)的大小，長軸長度占內(nèi)部空間截面長度為固定比例，建模的曲線抽取外形設(shè)計的控制曲線，此控制曲線曲線曲面或?qū)嶓w的邊界線，也可以是一條曲線或者多條曲線組成的曲線串。按此控制曲線生成橢圓，并綜合生成數(shù)字化模型。

進一步，所述制備渦輪葉片的樹脂模型具體包括：

第一步、由于采用液態(tài)光敏樹脂為材料進行3d打印時，光敏樹脂在固化過程中模型會收縮且收縮率為4％；由于熔模精鑄工藝是先鑄造蠟?zāi)?，再由蠟?zāi)ｈT造鋼制件，因此該過程也涉及到2個收縮率，一個是采用中溫蠟為材料制作蠟?zāi)r的收縮率為0.9％～1.3％，另一個是采用不同型號鋁合金澆注鋼制件時的收縮率；結(jié)合實際情況確定各階段的收縮率，并得到模型的總收縮率。再通過ug的“縮放體”命令對渦輪葉片型芯的三維模型按照總收縮率進行整體放大；

第二步、渦輪葉片型芯的三維模型在ug中進行“文件”→“導(dǎo)出”→“stl”操作；在彈出的“快速成型”菜單中設(shè)置輸出類型為“二進制”，“三角公差”及“相鄰公差”設(shè)置為0.08，選擇“自動法向生成”；在彈出的“類選擇”菜單中選擇渦輪葉片型芯的模型作為“選擇對象”，其余的設(shè)置保持默認(rèn)，完成模型的“stl”格式導(dǎo)出；

第四步、打開3d打印的前處理軟件cura，將“stl”模型文件導(dǎo)入到cura中；在“配置向?qū)А苯缑嬷懈鶕?jù)所選擇的激光快速成形機的型號設(shè)置“打印機名稱”、“打印機的打印長度、打印高度、打印寬度”及“打印頭的直徑”參數(shù)；通過“機器”→“機器設(shè)置”操作，在“機器設(shè)置”菜單中“g代碼類型”項中選擇所選3d打印機能識別的g代碼格式；最后在“開始/結(jié)束g代碼”項中將“start.gcode”和“end.gcode”代碼分別替換為“dual_head_start”和“dual_head_send”，建立出控制激光快速成形機的g代碼初始文件；

第五步、在cura軟件的“基礎(chǔ)參數(shù)”菜單中設(shè)置3d打印的基本參數(shù)：為了保證模型擁有較高的精度，“層高”取0.1mm；為了保證模型具有高的牢固度，“葉緣厚度”的值取層厚和噴嘴直徑的最小公倍數(shù)，同時“型芯壁厚度”的取值與“葉緣厚度”的值要相等；“填充密度“一般取20％；為了保證模型的質(zhì)量，”打印速度“一般取30～40mm/s；”打印溫度“根據(jù)所選擇的光敏樹脂的型號進行設(shè)置；”支撐類型“和”平臺附著類型設(shè)置為“無”，完成“基礎(chǔ)參數(shù)”菜單的設(shè)置；

在cura軟件的“高級參數(shù)”菜單中設(shè)置3d打印的高級參數(shù)：根據(jù)打印機的噴嘴直徑對“噴嘴直徑“進行設(shè)置；”回抽長度“設(shè)置為3.5mm，防止發(fā)生卡絲現(xiàn)象；”首層層高“設(shè)置為0.3mm～0.4mm左右，使模型打印完第一層能很好地粘貼在工作臺上；”噴嘴移動速度“設(shè)置為100mm/s；根據(jù)設(shè)置的打印速度，將“內(nèi)/外層打印速度”設(shè)置為30mm/s，其他參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置，完成“高級參數(shù)”菜單的參數(shù)設(shè)置；

第六步、cura軟件會根據(jù)所設(shè)置的3d打印參數(shù)自動地對渦輪葉片型芯的三維模型進行分層切片，并在切片完成后生成相應(yīng)的g代碼程序，將該g代碼程序保存到sd卡上；

第七步、將sd卡插入到激光快速成型機上通過激光快速成形機自帶的objectstudio軟件讀取sd卡中的g代碼，此時該軟件會顯示模型的總分層數(shù)、打印時間、打印需要多少材料等信息，并隨后根據(jù)g代碼控制3d打印機快速打印出渦輪葉片型芯的樹脂實體；

第八步、用平鏟沿著模型與工作臺接觸的部位鏟入，將打印好的渦輪葉片型芯的樹脂實體從工作平臺中取出，再用少量工業(yè)酒精涂到布上擦拭殘留在樹脂模型上的液態(tài)樹脂；其次用水砂紙對模型的底部、側(cè)面進行表面打磨，打磨完后用清水沖洗模型；最后將模型放入固化箱中進行約15min的紫外光照射固化處理，得到符合要求的型芯樹脂模型。

進一步，所述對型芯焊接澆道并涂覆涂料具體包括：

第一步、在型芯的澆道預(yù)留位置先進行預(yù)處理，在澆道位置利用焊接器具，使型芯的大氣室同大氣連通，利用焊接工具的高溫在型芯的澆道焊接位置局部加熱出一個相對比例的排氣口，做到既不影響同蠟料澆道的焊接，又能排出氣體；

第二步、在型芯的預(yù)留位置進行蠟料澆道的焊接，焊接后進行成組處理，同時為了提高涂料潤濕模組表面的能力需將模組表面的油污等去除；

第三步、把成組后的型芯，采用硅溶膠涂覆，撒沙，涂料在涂掛前攪拌均勻，減少涂料桶中耐火材料的沉淀，調(diào)整好涂料的粘度與比例，以便涂料能很好充填和潤濕模組。涂料時，將模組浸泡在涂料中，并且左右上下晃動，使涂料均勻覆蓋在模組表面。在模組局部堆積和缺料的地方，用毛筆涂刷模組表面，以改善涂料的涂覆質(zhì)量。涂料涂好后，進行撒沙。采用流態(tài)化撒沙，第一層和第二層型殼用粒度較細(xì)砂，以后幾層加固層用粒度較粗的砂，這樣既能減少鑄件表面的粗糙度值，又能提高型殼的透氣性。每涂覆好一層型殼層后，就要對其進行干燥和硬化，使涂料中的粘結(jié)劑由溶膠向凍膠、凝膠轉(zhuǎn)變，把耐火材料顆粒連在一起。干燥過程嚴(yán)格控制溫度、相對濕度以及空氣流速等，確保型殼干燥，并重復(fù)多次操作，直至型殼的強度和散熱之間達到平衡為止，得到符合要求的型殼。

進一步，渦輪葉片型芯的快速熔失熔模的制造方法具體包括：

第一步、處理型殼的蠟料澆道，處理蠟料澆道的方法采用傳統(tǒng)的脫蠟工藝通過高壓蒸汽使蠟料澆道逐漸融化，在脫蠟口排除，同時內(nèi)部結(jié)構(gòu)也開始塌陷。

第二步、將型殼放入焙燒爐，升溫至到一定溫度(根據(jù)樹脂材料的不同而定)，并開始保溫，保證內(nèi)部結(jié)構(gòu)的塌陷速度大于其膨脹速度，再進行逐步升溫至材料熔化溫度之后，直至型芯從融化到碳化排出。

第三步、在焙燒爐內(nèi)對型殼進行焙燒，焙燒時逐步增加爐溫，將型殼加熱至800～1000℃，保溫一段時間備用。

實施例1：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例的面向渦輪葉片快速成型與熔模鑄造結(jié)合時型芯快速熔失熔模的方法包括以下步驟：

s1：基于氣動數(shù)據(jù)建立渦輪葉片的的三維模型，之后根據(jù)渦輪葉片的外形設(shè)計型芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利用空氣的膨脹系數(shù)同快速成型材料膨脹系數(shù)不同的特點，在型芯的的內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)建密閉小氣室，利用支撐肋板同外部大氣室連接，完成結(jié)構(gòu)設(shè)級，同時生成數(shù)字文件。

s2：快速成型制造型芯，將s1中的渦輪葉片型芯三維數(shù)字化模型利用激光快速成型機打印出樹脂材料的型芯實體，同時進行表面處理，放置待用。

s3：對型芯焊接澆道并涂覆涂料：將s2中快速成型后的型芯結(jié)構(gòu)，進行沾漿，撒沙，干燥硬化等處理，得到型殼。

s4：加熱處理型殼：將s3得到的型殼配合適當(dāng)?shù)募訜釡囟?，在澆注口接通大氣室與外界，保證大氣室內(nèi)空氣與大氣的連接，從而實現(xiàn)加熱過程中的型芯內(nèi)部的塌陷，快速高質(zhì)量的得到符合要求得型殼

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的工作原理作進一步的描述。

本實例采用渦輪轉(zhuǎn)子葉片，面向渦輪葉片快速成型與熔模鑄造結(jié)合時型芯快速熔失熔模的方法包括以下步驟：

1、建立渦輪葉片的內(nèi)部型芯結(jié)構(gòu)

渦輪葉片內(nèi)部型芯結(jié)構(gòu)的建模，是伴隨著渦輪葉片模型而存在的，故建立渦輪葉片的三維模型，之后伴隨著內(nèi)部型芯節(jié)構(gòu)的設(shè)計其過程如下。

第一步、處理氣動點數(shù)據(jù)，因為給定的原始數(shù)據(jù)，在二維截面內(nèi)不能簡單表示成單值函數(shù)，所以要對給定的點，進行去噪處理，把氣動數(shù)據(jù)點編輯成nx平臺所識別的dat文件或者pts格式文件。

第二步、通過nx中的“文件”→“導(dǎo)入”→“文件中的點”操作，導(dǎo)入nx中，根據(jù)氣動點采用nx平臺中的樣條曲線命令擬合成線，將渦輪葉片的離散數(shù)據(jù)點擬合為光滑精確的閉合曲線，此過程中創(chuàng)建進氣曲線和排氣曲線，并進行是適當(dāng)?shù)臉蚪雍托拚?，實現(xiàn)曲線達到g2光順度，以此來得到完整的封閉渦輪葉片截面曲線。

第三步、由于渦輪葉片的各截面的形狀以及相對位置都伴隨葉高的變化而變化，在利用nx平臺的自由曲面成型中通過曲線擬合曲面時，截面曲線的切線方向相同以保證擬合的曲面不發(fā)生空間扭曲，對于方向不一致的曲線用分割曲線的方法，在曲線上從新設(shè)立起始點，以改變起始點的方向，再進行擬合。先選擇葉片曲線進行初步的擬合，然后加密曲線觀察曲率的變化，如果曲率變化突然，那重新選擇樣條曲線，直到擬合出的曲面理想為止，對于曲面出現(xiàn)不光滑的凹凸現(xiàn)象，找出該區(qū)域的問題曲線，從新擬合曲線，曲面，反復(fù)檢測，生成理想曲面為止。

第四步、鑄造用型芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計伴隨著渦輪葉片的擬合曲線而設(shè)計，采用長半徑：短半徑為二比一的橢圓結(jié)構(gòu)伴隨著渦輪葉片的曲線而建立，長半徑一端與葉背曲線相切，一端通過直線與葉盆曲線相接，形成封閉曲線。橢圓結(jié)構(gòu)在每組曲線中排布相應(yīng)的范圍。

第五步、同時按著步驟三的方法擬合橢圓結(jié)構(gòu)在渦輪葉片型芯內(nèi)部形成橢圓形管道并且封閉兩端形成密閉空間，同時與葉盆曲線連接的直線也通過擬合成面，加厚成體，形成拉伸肋板。

第六步、在內(nèi)部的拉伸肋板上建立通氣孔，把由橢圓和直線的分隔的型腔打通，構(gòu)建成了渦輪葉片的型芯三維數(shù)字化模型。

2、制備渦輪葉片的型芯樹脂模型需要3d打印，具體步驟包括：

第一步、為保證渦輪葉片的精度，采用液態(tài)光敏樹脂進行3d打印，光敏樹脂的收縮率為4％；用鋁合金進行澆注收縮率為0.3％～0.7％；經(jīng)過實際的實驗，得到模型的總的收縮率。通過nx的“縮放體”命令對渦輪葉片型芯三維模型進行等收縮率的放大；

第二步、將渦輪葉片型芯的三維模型在ug中進行“文件”→“導(dǎo)出”→“stl”操作；在“快速成型”菜單中設(shè)置輸出類型為“二進制”，“三角公差”及“相鄰公差”設(shè)置為0.08，選擇“自動法向生成”；在彈出的“類選擇”菜單中選擇直齒面齒輪的母模模型作為“選擇對象”，其余的設(shè)置保持默認(rèn)，完成模型的“stl”格式導(dǎo)出；

第三步、打開3d打印的前處理軟件cura，將“stl”模型文件導(dǎo)入到cura中；在“配置向?qū)А苯缑嬷懈鶕?jù)所選擇的激光快速成形機的型號設(shè)置“打印機名稱”為“stratasys”,“打印機的打印長度、打印寬度、打印高度”分別為255mm、252mm、200mm,“打印頭的直徑”為0.4mm；通過“機器”→“機器設(shè)置”操作，在“機器設(shè)置”菜單中“g代碼類型”項中選擇該3d打印機能識別的g代碼格式為stratasys；最后在“開始/結(jié)束g代碼”項中將“start.gcode”和“end.gcode”代碼分別替換為“dual_head_start”和“dual_head_send”，建立出控制激光快速成形機的g代碼初始文件；

第四步、在cura軟件的“基礎(chǔ)參數(shù)”菜單中設(shè)置3d打印的基本參數(shù)：為了保證模型擁有較高的精度，“層高”取0.1mm；為了保證模型具有高的牢固度，“底部/頂部厚度”的值取1.2mm，同時“外殼厚度”的取值與“底部/頂部厚度”的值要相等為1.2mm；“填充密度“一般取20％；為了保證模型的質(zhì)量，”打印速度“一般取30～40mm/s；根據(jù)所選擇的光敏樹脂的型號為verowhiteplusrgd835設(shè)置”打印溫度“為20℃；”支撐類型“和”平臺附著類型設(shè)置為“無”，完成“基礎(chǔ)參數(shù)”菜單的設(shè)置；

在cura軟件的“高級參數(shù)”菜單中設(shè)置3d打印的高級參數(shù)：”回抽長度“設(shè)置為3.5mm，防止放生卡絲現(xiàn)象；”首層層高“設(shè)置為0.4mm，使模型打印完第一層能很好地粘貼在工作臺上；”噴嘴移動速度“設(shè)置為100mm/s；根據(jù)設(shè)置的打印速度，將“內(nèi)/外層打印速度”設(shè)置為30mm/s，其他參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置，完成“高級參數(shù)”菜單的參數(shù)設(shè)置；

第五步、cura軟件會根據(jù)所設(shè)置的3d打印參數(shù)渦輪葉片型芯的三維模型進行分層切片，并在切片完成后生成相應(yīng)的g代碼程序，將該g代碼程序保存到sd卡上；

第六步、將sd卡插入到激光快速成型機上通過激光快速成形機自帶的objectstudio軟件讀取sd卡中的g代碼，此時該軟件會顯示模型的總分層數(shù)、打印時間、打印需要多少材料等信息，并隨后根據(jù)g代碼控制3d打印機快速打印出渦輪葉片型芯模型的樹脂實體；

第七步、用平鏟沿著模型與工作臺接觸的部位鏟入，將打印好的渦輪葉片型芯模型的樹脂實體從工作平臺中取出，再用少量工業(yè)酒精涂到布上擦拭殘留在樹脂模型上的液態(tài)樹脂；其次用水砂紙對模型的底部、側(cè)面進行表面打磨，打磨完后用清水沖洗模型；最后將模型放入固化箱中進行約15min的紫外光照射固化處理，得到符合要求渦輪葉片型芯的樹脂模型。

3、對渦輪葉片型芯樹脂模型焊接蠟料澆道并涂覆涂料，具體步驟包括：

第一步、對符合要求的渦輪葉片樹脂型芯進行鑄造澆道的焊接，用烙鐵將備好的蠟料澆道同樹脂實體進行焊接，同時用總的直澆道把幾個澆道連接在一起，組成模組用來批量制作。

第二步、將模組傾斜緩慢的浸入到涂料漿中，過程中對模組進行旋轉(zhuǎn)；其次取出模組翻轉(zhuǎn)一下，使涂料分布均勻；將均勻涂層的模組放入淋砂機中翻轉(zhuǎn)，讓全部表面均勻覆上一層鋯英砂，并將模組放置8小時進行干燥使第一層型殼固化；把干燥后的型殼浸入硅溶膠預(yù)濕劑中不超過2秒，取出后靜置其不再滴硅溶膠液滴為止；

第三步、將型殼以30°左右的傾斜角度緩慢的浸入涂料漿中約3～4秒，再以稍快速度取出模組并進行翻轉(zhuǎn)；將均勻涂層的模組伸入浮砂桶內(nèi)進行敷砂，讓全部表面覆上一層莫來砂，并將模組放置12小時進行干燥使第二層型殼固化；重復(fù)步驟六5～6次，完成制殼過程；

4、對渦輪葉片樹脂型殼的熔失熔模處理以及型殼的成型，分為以下步驟：

第一步、由于各種樹脂材料的熔點不同或者說軟化點不同，采用的熔失熔模的溫度也有所變化，本實例采用的3d打印材料為verowhiteplusrgd835，實測軟化點約為80℃，因此將制作好的型殼放到脫蠟蒸汽中在120℃左右，進行保溫10分鐘，將澆注道的蠟料脫掉，在160℃進行保溫10分鐘，使內(nèi)部塌陷結(jié)構(gòu)開始作用，實現(xiàn)內(nèi)部的塌陷。

第二步、將塌陷后的型殼，放入高溫焙燒爐中先加熱到300℃，保溫10分鐘，將樹脂型芯先融掉，再將焙燒爐調(diào)溫到900℃～1100℃之間，焙燒40～50分鐘左右，燒好的型殼為白色或者薔薇色，保溫爐保溫在700℃左右待用。

第三步、將熔融的鋁合金液體通過型殼的澆注口澆入到各型殼中，并且用保溫劑灑在冒口防止冒口先冷卻，澆注完成后靜止冷卻；將冷卻后渦輪葉片進行震動脫殼，并用切割機切去冒口，得到鋁合金葉片。

本發(fā)明未能詳盡描述的設(shè)備、機構(gòu)、組件和操作方法，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員均可選用本領(lǐng)域常用的具有相同功能的設(shè)備、機構(gòu)、組件和操作方法進行使用和實施?；蛘咭罁?jù)生活常識選用的相同設(shè)備、機構(gòu)、組件和操作方法進行使用和實施。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在獲知本發(fā)明中記載內(nèi)容后，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對其作出若干同等變換和替代，這些同等變換和替代也應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。