第16卷 第1期
摘要：目的 针对复杂薄壁铸件高性能制造难题，本研究提出多材料砂型增材制造一体化共面铺砂工艺，实现多材料砂型的整体成形。方法 基于多材料砂型增材制造振动铺砂装置，通过优化固化剂含量、铺砂器开口宽度和振动频率，实现两种型砂材料的定量落砂。通过显微镜扫描表征和图像处理，系统地研究了在不同铺砂速度下的铺砂质量和型砂层厚变化规律。结果 在一定范围内，固化剂含量的增大会减小落砂流量，铺砂器开口宽度与振动频率的增加均提高落砂流量，当硅砂固化剂含量为 2.3wt.‰、铬铁矿砂固化剂含量为 2wt.‰、铺砂器开口宽度为 2 mm、振动频率为 500 Hz 时，两种型砂落砂流量相等；在此基础上，铺砂速度提高会增加模糊长度，降低铺砂界面连接处和铺砂末端粗糙度。当铺砂速度为 53.92 mm/s 时，实现 0.6 mm 层厚的多材料稳定持续铺砂，界面连接效果好、铺砂精度高。结论 本研究突破多材料砂型增材制造一体化 共面铺砂工艺，实现多材料砂型多区域定量均匀铺砂。
图1 砂型增材制造成形原理示意图
图4 多材料砂型 3D 打印铺砂装置
图5 多材料砂型增材制造铺砂流程
图9 不同振动频率下的型砂落砂流量
图10 不同铺砂速度下铺砂效果图
图11 铺砂速度在 x 轴方向上对铺砂质量的影响
图12 不同铺砂速度下铺砂接触区域型砂形貌
图13 铺砂速度在 y 轴方向上对铺砂质量的影响
图14 实际铺砂层厚与铺砂速度的对应关系图
图15 卫星储箱支架结构多材料铺砂流程
图16 卫星储箱支架结构多材料铺砂验证
图17 飞轮结构多材料铺砂验证
总结：
本文面向复杂薄壁铸件高性能制造问题，开展多材料砂型增材制造一体化铺砂工艺研究，实现多材料增材制造一体化共面铺砂。主要结论如下：
1）降低固化剂含量、增大铺砂器开口宽度和提高振动频率，可以有效提高落砂流量；
2）当硅砂固化剂含量 2.3wt.‰和铬铁矿砂固化剂含量 2wt.‰、铺砂器开口宽度 2 mm、振动频率 500 Hz 时，可实现两种型砂落砂流量相等，在此基础上提高铺砂速度会导致铺砂末端粗糙度减小，增大铺砂区域的模糊长度；
3）当铺砂速度为 53.92 mm/s 时，实现多材料精准铺砂，两种型砂厚度接近 0.6 mm，在该铺砂工艺和装置下可实现多材料定量区域铺砂，铺砂精度高，表面质量好。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.01.017
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
胡央央，单忠德，杨浩秦，闫丹丹，王尧尧，张学良，陈子宇，孙玉成等.多材料砂型增材制造一体化共面铺砂工艺研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(1):148-157.
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