摘要
激光3D打印技术以其快速、灵活的特点，能够实现复杂结构铸造砂型的快速制造，大幅缩短了制造周期，提高了生产效率，但是目前仍然存在制件存在影响成形精度的次级烧结区域、铸造气孔、整体制造材料浪费等问题，本文针对上述问题进行实验及仿真的研究及结果如下： (1) 设计了一种包含多种常见结构的精度测试件，用于探究结构对SLS打印的砂型成形精度的影响。通过打印和尺寸测量发现，纵向椭圆结构和圆孔的次级烧结相对其他结构更加严重，且存在方向性差异，横向椭圆结构在顶部悬空结构存在“Z轴盈余”。使用低密度多道次方法能有效控制次级烧结区域尺寸，在0.1 J· mm· s-2的总能量密度下可以将国标鼓形件的外形精度从无评级提高到5级。 (2) 通过发气量测试仪对热固化前后的覆膜宝珠砂发气特性进行了定量分析，发现覆膜宝珠砂发气可以划分为三个阶段，并对其中的高温区发气特性进行了线性回归分析；在砂型透气性正交实验中，气道参数对砂型透气率大小按影响程度从大到小依次为：气道深度、总截面积、气道个数；其最佳参数选择为：气道深度40mm，总截面积706.89mm2，气道个数3个。在铸型温度场的有限单元法模拟中，得到了壁厚与砂型温度分布之间的关系，并最终结合上述结果提出了覆膜宝珠砂砂型内部排气通道的设计原则。 (3) 面对传统砂型过于厚重的问题，选择铸造砂型内部镂空的结构设计方式来增大砂型的比强度。分别对三周期极小曲面中的Diamond、Schwarz-P、I-WP以及Neovius等四种多孔结构进行三维建模。利用有限元分析软件Ansys对上述四种多孔结构机型静压缩条件下的应力分布模拟，发现Neovius曲面多孔是四种多孔结构中最适合作为砂型内部镂空的结构，之后对不同相对密度下的Neovius曲面多孔结构进行静压缩条件下的应力分布模拟，并拟合了相对密度与最大拉应力之间的三阶回归方程。基于以上模拟与分析结果，选定相对密度为60%的Neovius曲面多孔结构，将其应用于设计多孔壳型砂型。最后，对该60%相对密度的Neovius曲面多孔结构砂型进行了应力分布模拟，并对设计出的砂型样件打印精度进行了实验测量，其精度达到CT3，得到了兼顾精度以及减重后强度的铸造砂型。
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