本發(fā)明屬于航空精密鑄造領(lǐng)域，具體涉及一種利用3d打印生產(chǎn)制造選晶器的方法。

背景技術(shù)：

航空航天產(chǎn)業(yè)是國家綜合國力的集中體現(xiàn)和重要標(biāo)志，是國家先進(jìn)制造業(yè)的重要組成部分，是國家科技創(chuàng)新體系一支重要力量，是國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。航空發(fā)動機(jī)是航空航天產(chǎn)業(yè)最為重要的部件，被稱為工業(yè)中的皇冠，發(fā)動機(jī)中的葉片則是發(fā)動機(jī)中的心臟，其制造成本約占整機(jī)的25%至30%，而葉片制造的關(guān)鍵技術(shù)在于單晶凝固生產(chǎn)過程，選晶器的好壞則決定了單晶葉片的材料取向性能，一直以來是國內(nèi)葉片制造技術(shù)的瓶頸之一。

目前選晶器的設(shè)計(jì)主要依靠經(jīng)驗(yàn)，對于選晶器的各項(xiàng)參數(shù)缺乏合理的理論支持和數(shù)據(jù)支撐，尤其針對選晶效率優(yōu)秀，但制造復(fù)雜的螺旋選晶器，使用現(xiàn)有金屬模具存在不能分型的缺點(diǎn)，并且制作進(jìn)度較低。

因此，為了解決以上問題研制出一種螺旋選晶器的生產(chǎn)工藝是本領(lǐng)域技術(shù)人員所急需解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種3d打印生產(chǎn)選晶器的方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種3d打印生產(chǎn)選晶器的方法，步驟包括：

（1）選用相同組分不同配比的打印材料生產(chǎn)選晶器，使用選晶器鑄造單晶試棒，并觀察各選晶器幾何變化，確定最佳打印材料；打印材料的組成成分以及各成分所占質(zhì)量百分比分別為：無堿玻璃纖維：65～80%、耐高溫組分：20～35%；

（2）使用最佳打印材料打印生產(chǎn)不同幾何形狀的選晶器，分別觀察選晶過程，確定最優(yōu)選晶參數(shù)；

（3）按照步驟（2）得到的最優(yōu)選晶參數(shù)，通過3d打印生產(chǎn)選晶器。

進(jìn)一步地，耐高溫組分為納米二氧化鈦、鋁粉以及氧化鋅的組合物。

進(jìn)一步地，具體步驟包括：

（1-a）、準(zhǔn)備打印材料，按照無堿玻璃纖維的配比，以5%為間隔，將打印材料分為4組；

（1-b）、使用4組打印材料通過3d打印生產(chǎn)4個(gè)選晶器，并分別使用4個(gè)選晶器鑄造單晶試棒，并觀察每個(gè)選晶器的幾何變換，確定較優(yōu)打印材料；

（1-c）、以較優(yōu)打印材料的組分配比為基準(zhǔn)，以±1%為間隔，進(jìn)一步將打印材料重新分為7組，分別打印生產(chǎn)選晶器；

（1-d）、使用步驟（1-c）獲得的選晶器鑄造單晶試棒，并觀察各選晶器幾何變化，確定最佳打印材料；

（2）使用步驟（1-d）獲得的最佳打印材料，按照3～5組不同選晶參數(shù)打印生產(chǎn)選晶器，模擬選晶過程，優(yōu)化選晶參數(shù)，獲得最優(yōu)選晶參數(shù)；

（3）按照步驟（2）獲得的最優(yōu)選晶參數(shù)，并以（1-d）獲得的最佳打印材料為原料，通過3d打印生產(chǎn)出最優(yōu)選晶器。

進(jìn)一步地，選晶參數(shù)包括螺旋起升角、螺旋直徑、螺旋螺距。

進(jìn)一步地，步驟（2）中模擬選晶過程以及優(yōu)化選晶參數(shù)的具體過程為：通過procast和café軟件模擬預(yù)測優(yōu)化選晶器的選晶過程。

進(jìn)一步地，耐高溫組分中的各成分所占耐高溫組分的質(zhì)量百分比分別為：納米二氧化鈦：53～70%、鋁粉：22～32%、氧化鋅：5～15%。

本發(fā)明提供了一種3d打印生產(chǎn)選晶器的方法，首先確定最優(yōu)打印材料，再通過最優(yōu)打印材料打印生產(chǎn)出多個(gè)選晶器，確定最優(yōu)選晶參數(shù)，最后按照最優(yōu)選晶參數(shù)，以最優(yōu)打印材料為原料，通過3d打印生產(chǎn)出最優(yōu)選晶器。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過優(yōu)化打印材料以及選晶參數(shù)，保證選晶器強(qiáng)度以及選晶效率；有效解決了金屬模具不能分型的缺點(diǎn)，突破了模具設(shè)計(jì)以及蠟?zāi)Ｒ状嗟钠款i；并且制造精度高，確保單晶質(zhì)量以及合格率。

附圖說明

圖1、螺旋起升角與選晶高度的折線圖；

圖2、螺旋直徑與選晶高度的折線圖；

圖3、螺旋螺距與選晶高度的折線圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1：

一種3d打印生產(chǎn)選晶器的方法，步驟包括：

（1-a）、準(zhǔn)備打印材料，按照無堿玻璃纖維的配比，以5%為間隔，將打印材料分為4組，分別為：

a組：無堿玻璃纖維：65%、耐高溫組分：35%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：53%、鋁粉：32%、氧化鋅：15%；

b組：無堿玻璃纖維：70%、耐高溫組分：30%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：70%、鋁粉：22%、氧化鋅：8%；

c組：無堿玻璃纖維：75%、耐高溫組分：25%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：62%、鋁粉：27%、氧化鋅：11%；

d組：無堿玻璃纖維：80%、耐高溫組分：20%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：62%、鋁粉：27%、氧化鋅：11%；

（1-b）、使用4組打印材料通過3d打印生產(chǎn)4個(gè)選晶器，并分別使用4個(gè)選晶器鑄造單晶試棒，并觀察每個(gè)選晶器的幾何變換，確定c組為較優(yōu)打印材料；

（1-c）、以c組打印材料的組分配比為基準(zhǔn)，以±1%為間隔，進(jìn)一步將打印材料重新分為7組，分組為：

c-1組：無堿玻璃纖維：72%、耐高溫組分：28%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：62%、鋁粉：27%、氧化鋅：11%；

c-2組：無堿玻璃纖維：73%、耐高溫組分：27%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：62%、鋁粉：27%、氧化鋅：11%；

c-3組：無堿玻璃纖維：74%、耐高溫組分：26%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：62%、鋁粉：27%、氧化鋅：11%；

c-4組：無堿玻璃纖維：75%、耐高溫組分：25%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：62%、鋁粉：27%、氧化鋅：11%；

c-5組：無堿玻璃纖維：76%、耐高溫組分：24%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：62%、鋁粉：27%、氧化鋅：11%；

c-6組：無堿玻璃纖維：77%、耐高溫組分：23%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：62%、鋁粉：27%、氧化鋅：11%；

c-7組：無堿玻璃纖維：78%、耐高溫組分：22%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：62%、鋁粉：27%、氧化鋅：11%；

分別打印生產(chǎn)選晶器；

（1-d）、使用步驟（1-c）獲得的選晶器鑄造單晶試棒，并觀察各選晶器幾何變化，確定c-6組的打印材料為最佳打印材料；

（2）使用步驟（1-d）獲得的最佳打印材料，按照3～5組不同選晶參數(shù)，包括螺旋起升角、螺旋直徑、螺旋螺距，打印生產(chǎn)選晶器，通過procast和café軟件模擬預(yù)測優(yōu)化選晶器的選晶過程，所得螺旋起升角、螺旋直徑以及螺旋螺距與選晶高度的關(guān)系分別如圖1、2、3所示，可知，螺旋起升角越大，選晶高度越高，選晶效率越低；螺旋直徑越大，選晶高度越高，選晶效率越低；螺旋螺距越寬，選晶高度越低，選晶效率越低；預(yù)選選晶參數(shù)分別為：20°、2mm、19mm，考慮到支撐強(qiáng)度以及螺旋直徑在達(dá)到3mm后選晶才趨于穩(wěn)定，因此所選選晶參數(shù)調(diào)整優(yōu)化為19.5°、3mm、19mm，即最優(yōu)選晶參數(shù)；

（3）按照步驟（2）獲得的最優(yōu)選晶參數(shù)，并以（1-d）獲得的c-6組最佳打印材料為原料，通過3d打印生產(chǎn)出最優(yōu)選晶器，并通過獲得的最優(yōu)選晶器制備單晶試棒，測試其整體性能，并進(jìn)一步觀察最優(yōu)選晶器產(chǎn)生幾何變化的時(shí)間。

實(shí)施例2：

與實(shí)施例1不同的是，調(diào)整耐高溫組分的組成以及配比，將打印材料重新分為4組，分別為：

a組：無堿玻璃纖維：75%、耐高溫組分：25%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：59%、鋁粉：29%、氧化鋅：12%；

b組：無堿玻璃纖維：75%、耐高溫組分：25%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：61%、鋁粉：28%、氧化鋅：11%；

c組：無堿玻璃纖維：75%、耐高溫組分：25%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：63%、鋁粉：27%、氧化鋅：10%；

d組：無堿玻璃纖維：75%、耐高溫組分：25%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：65%、鋁粉：24%、氧化鋅：11%；

使用以上4組打印材料通過3d打印生產(chǎn)4個(gè)選晶器，并分別使用4個(gè)選晶器鑄造單晶試棒，并觀察每個(gè)選晶器的幾何變換，確定b組為較優(yōu)打印材料；

再按照實(shí)施例1中步驟（1-c）～（3）制備單晶試棒，測試其整體性能，并進(jìn)一步觀察最優(yōu)選晶器產(chǎn)生幾何變化的時(shí)間。

通過實(shí)施例1、2獲得，在以以下組分配比：無堿玻璃纖維：75%、耐高溫組分：25%，其中耐高溫組分的組成以及配比分別為：納米二氧化鈦：61%、鋁粉：28%、氧化鋅：11%為打印原料，以螺旋起升角、螺旋直徑、螺旋螺距，分別為19.5°、3mm、19mm作為選晶參數(shù)生產(chǎn)出的選晶器，其選晶效果最為優(yōu)秀，并且最為經(jīng)久耐用。

最后需要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制性技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，那些對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。