快速成型技術（Ripid Prototyping-RP）是20世紀80年代末制造技術領域出現的一項先進制造技術。近年來快速成型技術正在快速發展，新的成型方法層出不窮。但目前仍以立體光刻技術，又稱激光選擇性固化技術（SLA）、分層實體制造技術（LOM）、選擇性激光燒結技術（SLS）、熔融沉積技術（FDM）、三維印刷技術（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制造金屬零件的快速精密鑄造技術。實質是將快速成型技術與實型鑄造、精密鑄造工藝有機結合在一起，其工藝過程是用快速成型技術制得的原型代替熔模鑄造中的蠟模，在其上涂掛耐火漿料，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周期和降低成本的目的。基于RP 技術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

快速成型技術與鑄造工藝的結合使得快速成型技術與鑄造技術兩者的優點均得到充分的發揮。

基于SLA原型快速精密鑄造技術適用于制造形狀復雜的鑄件，在單件、小批量生產中具有快速、低成本的優點，可鑄造出結構形狀復雜、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、人工關節等。

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 粘結劑

聚乙烯醇縮丁醛（PVB）是聚乙烯醇和丁醛在酸性介質中縮聚而成，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劑，屬憎水型有機粘結劑，用作低溫粘結劑。

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熱抗裂性，當加入0.2%-0.5%時開裂時間就成倍增長，當加入量超過1.0%時在曝熱的條件下，長期停留都不開裂。根據實驗條件選用三聚磷酸鈉，用作高溫粘結劑。

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先進制造技術研究所研制的LRP300-1型光固化樹脂制作原型，光固化樹脂的技術指標見表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，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 試驗結果及分析

2.1 樹脂原型的制作

先用PRO/E設計中空的三維CAD模型，轉換為標準輸入格式STL文件，進行分層加支撐，再由西安交通大學先進制造技術研究所研制開發的激光快速成型機（Laser Prototyping System）LPS600A制作光敏樹脂原型，構成大部分為中空的模型，除去支撐結構，清洗內部和外部殘留的樹脂，構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

用工業酒精和丙酮對樹脂原型表面和型腔內部進行清洗；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整漿料粘度，充分攪拌并靜置回性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，在電熱鼓風干燥箱內以35攝氏度的溫度吹風干燥1h后，再涂掛下一層，重復數次，直至在原型表面結成5-10mm厚的型殼。型殼涂掛完成后，在烘箱內以35攝氏度的溫度再吹風烘干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構開始崩潰，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 結論

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

(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和適量的甲醇充分攪拌并靜置回性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，重復涂掛數次，直至結成5-10mm厚的型殼。在35攝氏度烘箱內吹風烘干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整，即可制得其它耐火粉料的漿料，用于其它合金的鑄造。