摘要
基于DLP技术的面曝光三维打印技术是将数字光投影技术和增材制造技术相结合的新兴制造技术，该技术具有成形速度快、打印精度高、噪音小等优点，目前被广泛用于珠宝首饰、牙科医疗等领域；熔模铸造是一种大批量生产高精度铸件的劳动密集型传统制造业。本研究利用DLP面曝光三维打印技术的优势，将其与传统熔模铸造相结合，制备精密铸造用陶瓷型壳，可以补足熔模铸造在小批量、个性化生产方面的短板，促进传统铸造业的创新与发展。 本文设计搭建了DLP面曝光三维打印设备，它主要由DLP曝光系统、控制系统、Z轴运动系统和成形系统四个部分组成。其中DLP投影系统是在DLP投影仪的基础上进行改造，通过HDMI数据线与计算机连接，用于投影切片图像到成形系统中；控制系统是在ArduinoMega2560平台的基础上进行搭建的，通过USB数据线与计算机连接，用于控制Z轴运动系统的运动；Z轴运动系统包括步进电机、梯形导轨、滚珠丝杆、联轴器等，主要起到控制成形底座运动的作用；成形系统由浆料槽和成形底座组成。使用光固化树脂进行打印试验，并对打印过程中出现的过固化、翘曲等缺陷进行分析，并提出改进措施。 在打印工艺的试验中，确定打印的工艺路线，对陶瓷浆料的沉淀特性和粘度进行研究，确定采用固含量为40%，粘度为3247.2mPa·s的陶瓷浆料进行打印试验。对曝光时间、层厚、成形最小尺寸等成形参数进行测试，发现试验用的光固化陶瓷浆料曝光时间达到30s时，固化层成形稳定；层厚设置在0.05mm-0.25mm之间时，成形较为理想；可成形截面的最小尺寸是0.9mm。然后就每层曝光时间、层厚分别对打印件的尺寸精度的影响开展试验，确定较为理想的成形参数为：初始曝光时间45s、初始曝光层数5层、每层曝光时间32s、层厚0.1mm。 对打印件脱脂烧结工艺进行研究，发现经过脱脂烧结后陶瓷件的烧成收缩率在15%左右；通过对断口微观形貌的观察，发现陶瓷件气孔较多，因此致密度不高，但透气性好。根据上述试验参数进行陶瓷型壳的制备，并分别使用低熔点合金和高熔点合金对制备的小型和中型铸件的型壳进行埋砂浇铸，去壳后得到金属铸件坯。结果表明，设备经过调试和参数测试后，打印机可以用于陶瓷型壳的制备，经脱脂烧结后，陶瓷型壳可以承受较高温度金属液浇铸，且浇铸件精度较高，为精密铸造的创新发展提供新的思路。
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