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陶瓷3D打印的关键应用——陶瓷型芯

来源:admin 时间:2019-01-28 阅读量:


随着航空燃气涡轮发动机涡轮前燃气温度的不断提高,通过复杂气冷内腔结构改善涡轮叶片散热能力已成为先进发动机制造的关键,因而对成形叶片内腔结构的陶瓷型芯提出了更高的要求。陶瓷型芯是制造高性能涡轮叶片的关键部件,其性能和质量直接影响涡轮叶片的性能。


传统成型陶瓷型芯的方法主要为热压注成型、凝胶注模成型,其中热压注成型工艺为将基体材料和矿化剂均匀混合的同时加入增塑剂,然后经过热压注成型后得到陶瓷素坯,将素坯烧结获得陶瓷型芯。热压注成型有利于铸造结构较为复杂、尺寸精细的陶瓷型芯,但浆料在浇注时需要加热并提供压力且排蜡时间长,工艺较复杂。凝胶注模成型工艺简单,便于操作, 但成型过程中坯体表面存在起皮现象且引入对人体有危害的有机物。传统方法中模具依然是必不可少的,并且在针对多层空腔式结构依然需要分块-组装,工艺流程较为复杂。

 

3D打印区别于传统的减材(如切削加工)和等材(如锻造)制造方法,制作工艺中无需模具,可以实现传统方法无法或很难达到的复杂结构,并大幅减少加工工序,缩短加工周期,其技术特点很好的契合了陶瓷型芯的制作需求。根据SmarTech Publishing对市场前景的预估,过去十年是陶瓷3D打印技术在实验室或者小批量试验的阶段,而从20172028的十多年间,陶瓷3D打印产业单单针对陶瓷型芯产品的产值有望从800万美元增长到11亿美元。

                           图1陶瓷3D打印市场预测(数据来源SmarTech Publishing)


法国3DCERAM公司所开发的基于光固化陶瓷3D打印技术,其特点在于大尺寸成型平台、精度高、以及非接触式支撑工艺非常适合规模化制备陶瓷型芯。

                                                                        图2 非接触式支撑示意图


3D打印陶瓷型芯材料

针对不同的浇铸方法、合金种类以及脱芯方法,针对性开发了相适应的陶瓷型芯打印材料,包括化学稳定性较好的铝基材料,脱芯方便的硅基材料,氧化铝/氧化硅复合打印材料以及氧化锆/氧化硅复合打印材料,并且可根据客户目前所使用陶瓷粉进行定制化研发,最大限度地满足浇铸工艺要求。

                                                                                                                        图3 铝基陶瓷型芯

                                                             

3D打印陶瓷型芯设备

CERAMAKER900型陶瓷3D打印机成型尺寸为X300*Y300mm,单次可打印60件陶瓷型芯,且由于独特的非接触式支撑技术确保打印保证良好的表面质量。另外3DCERAM还将在2019年推出CERAMAKER3600(平台尺寸X600*Y600mm)的超大型陶瓷3D设备,以及将3D打印/清洁/脱脂/烧结融合在一起的全自动化陶瓷3D打印工作站以满足批量生产陶瓷型芯的市场需求。

                                                          图4 全自动化陶瓷3D打印工作站