本发明涉及高温合金熔模精密铸造技术领域，具体为一种薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法。将打印出的蜡模支撑蜡模部分放置于无水乙醇中浸泡，再浸入于聚丙二醇溶液中，并对溶液进行加热、搅拌，以去除支撑蜡模部分。将蜡件主体捞出放置于与浸洗溶液同等温度的清水中，完全浸泡，随水冷却至室温后取出，以防止直接从浸洗溶液中直接拿出，由于蜡模局域收缩差异导致蜡模产生收缩应力，蜡模薄壁位置产生裂纹或者断裂，提高3D打印蜡模了合格率。本发明对薄壁结构件3D打印蜡模具有结构稳定、合格率高的特点，很大程度的减少了铸件
(19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 116372098 A (43)申请公布日 2023.07.04 (21)申请号 1.0 (22)申请日 2023.03.24 (71)申请人 中国科学院金属研究所 地址 110016 辽宁省沈阳市沈河区文化路 72号 (72)发明人 韩阳孟杰徐福涛王亮 邹明科王猛朱嘉么丽娜 周亦胄孙晓峰 (74)专利代理机构 沈阳优普达知识产权代理事 务所(特殊普通合伙) 21234 专利代理师 张志伟 (51)Int.Cl. B22C 7/02 (2006.01) B33Y 40/20 (2020.01) 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (54)发明名称 一种薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的 脱蜡方法 (57)摘要 本发明涉及高温合金熔模精密铸造技术领 域，具体为一种薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡 模的脱蜡方法。将打印出的蜡模支撑蜡模部分放 置于无水乙醇中浸泡 ，再浸入于聚丙二醇溶液 中，并对溶液进行加热、搅拌，以去除支撑蜡模部 分。将蜡件主体捞出放置于与浸洗溶液同等温度 的清水中，完全浸泡，随水冷却至室温后取出，以 防止直接从浸洗溶液中直接拿出，由于蜡模局域 收缩差异导致蜡模产生收缩应力，蜡模薄壁位置 产生裂纹或者断裂，提高3D打印蜡模了合格率。 本发明对薄壁结构件3D打印蜡模具有结构稳定、 A 合格率高的特点，很大程度的减少了铸件的生产 8 成本，提高高温合金铸件的生产效率及合格率。 9 0 2 7 3 6 1 1 N C CN 116372098 A 权利要求书 1/1页 1.一种薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、首先3D打印出的蜡模包括蜡件主体和支撑蜡模部分，支撑蜡模部分堆积于打 印平台上，蜡件主体打印于支撑蜡模部分上；将打印出的蜡模支撑蜡模部分放置于无水乙 醇中浸泡，以防止蜡件上浮后相互碰撞或者蜡模与脱蜡容器间碰撞而产生蜡模变形； 步骤二、再浸入于聚丙二醇溶液中进行浸洗，并对溶液进行加热、搅拌，以去除支撑蜡 模部分； 步骤三、去除支撑蜡模部分后，将蜡件主体取出放置于与浸洗溶液同等温度的清水中， 完全浸泡，待水冷却至室温后取出，蜡件主体作为制作模组使用，以防止直接从浸洗溶液中 直接拿出，由于蜡模局域收缩差异导致蜡模产生收缩应力，蜡模薄壁位置产生裂纹或者薄 壁根部断裂。 2.按照权利要求1所述的薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法，其特征在于， 步骤一中，利用3D蜡模打印机进行3D打印，蜡件主体和支撑蜡模部分的蜡质材料密度为 3 3 0.85g/cm ～0.91g/cm 。 3.按照权利要求1所述的薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法，其特征在于， 步骤一中，将打印出的蜡模支撑蜡模部分放置于无水乙醇中浸泡1min～3min。 4.按照权利要求1所述的薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法，其特征在于， 步骤二中，聚丙二醇溶液为无水乙醇与聚丙二醇按体积配比4：1混合制成溶液，加热温度为 32℃～40℃，搅拌转速为800rpm～1200rpm。 5.按照权利要求1所述的薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法，其特征在于， 步骤三中，去除支撑蜡模部分后，将蜡件主体取出放置于32～40℃的清水中，完全浸泡，随 水冷却至室温后取出，待表面自然晾干后用于蜡模组合。 6.按照权利要求1所述的薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法，其特征在于， 薄壁结构高温合金铸件采用壁厚为0.5mm～1mm的单晶高温合金薄壁铸件。 2 2 CN 116372098 A 说明书 1/4页 一种薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法 技术领域 [0001] 本发明涉及高温合金熔模精密铸造技术领域，具体为一种薄壁结构高温合金铸件 3D打印蜡模的脱蜡方法。 背景技术 [0002] 随着3D打印技术的快速发展，将产品三维模型直接导入打印设备，可以直接得到 铸造原型蜡模，用于替代传统蜡模。是小批量生产及制造周期短的铸件的不二选择，免去了 生产过程中模具设计、制造周期及其相关费用，从而节省了铸件制造成本以及缩短了制造 周期。而薄壁结构铸件在3D打印的脱蜡后处理过程中蜡模变形问题、尺寸变化问题以及薄 壁薄弱位置产生断裂问题也影响了蜡模打印的合格率。 发明内容 [0003] 本发明的目的在于提供一种薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法，主要 适用于薄壁结构、外形结构复杂的3D打印蜡模的脱蜡。 [0004] 本发明的技术方案是： [0005] 一种薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法，包括以下步骤： [0006] 步骤一、首先3D打印出的蜡模包括蜡件主体和支撑蜡模部分，支撑蜡模部分堆积 于打印平台上，蜡件主体打印于支撑蜡模部分上；将打印出的蜡模支撑蜡模部分放置于无 水乙醇中浸泡，以防止蜡件上浮后相互碰撞或者蜡模与脱蜡容器间碰撞而产生蜡模变形； [0007] 步骤二、再浸入于聚丙二醇溶液中进行浸洗，并对溶液进行加热、搅拌，以去除支 撑蜡模部分； [0008] 步骤三、去除支撑蜡模部分后，将蜡件主体取出放置于与浸洗溶液同等温度的清 水中，完全浸泡，待水冷却至室温后取出，蜡件主体作为制作模组使用，以防止直接从浸洗 溶液中直接拿出，由于蜡模局域收缩差异导致蜡模产生收缩应力，蜡模薄壁位置产生裂纹 或者薄壁根部断裂。 [0009] 所述的薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法，步骤一中，利用3D蜡模打 3 3 印机进行3D打印，蜡件主体和支撑蜡模部分的蜡质材料密度为0.85g/cm ～0.91g/cm 。 [0010] 所述的薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法，步骤一中，将打印出的蜡 模支撑蜡模部分放置于无水乙醇中浸泡1min～3min。 [0011] 所述的薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法，步骤二中，聚丙二醇溶液 为无水乙醇与聚丙二醇按体积配比4：1混合制成溶液，加热温度为32℃～40℃，搅拌转速为 800rpm～1200rpm。 [0012] 所述的薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法，步骤三中，去除支撑蜡模 部分后，将蜡件主体取出放置于32～40℃的清水中，完全浸泡，随水冷却至室温后取出，待 表面自然晾干后用于蜡模组合。 [0013] 所述的薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法，薄壁结构高温合金铸件采 3 3 CN 116372098 A 说明书 2/4页 用壁厚为0.5mm～1mm的单晶高温合金薄壁铸件。 [0014] 本发明的设计思想是： [0015] 3D打印薄壁结构蜡模在去除支撑蜡模部分，直接从浸洗溶液中直接拿出，由于浸 洗溶液温度与室内温度的差异有所变化，局部产生收缩差异导致蜡模产生收缩应力，蜡模 薄壁位置产生裂纹或者薄壁根部断裂。而将蜡件主体从浸洗溶液中取出后放置于与浸洗溶 液同等温度的清水中，完全浸泡，待水冷却至室温后取出，可避免由温度差产生的收缩应力 而导致的蜡模薄壁薄弱位置裂纹或者薄壁根部断裂。 [0016] 本发明具有如下优点及有益效果： [0017] 1、本发明易操作、生产周期短。 [0018] 2、本发明通过将打印出的蜡模支撑蜡放置于无水乙醇中浸泡，可以降低蜡模在脱 蜡过程中上浮导致相互碰撞或者蜡模与脱蜡容器间碰撞，以致蜡件变形，保证了蜡件的尺 寸。 [0019] 3、本发明通过将蜡件主体捞出放置于与浸洗溶液同等温度的清水中，避免了脱蜡 后直接从浸洗溶液中直接拿出，由于蜡模局域收缩差异导致蜡模产生收缩应力，蜡模薄壁 位置产生裂纹或者薄壁根部断裂，提升了薄壁结构铸件3D打印蜡模的合格率。 [0020] 4、本发明对薄壁结构铸件3D打印蜡模具有结构稳定、合格率高的特点，很大程度 的减少了铸件的生产成本，提高了铸件的生产效率及合格率。 附图说明 [0021] 图1为本发明3D打印蜡模脱蜡流程图。 具体实施方式 [0022] 如图1所示，本发明薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法，其流程如下： [0023] (1)打印蜡模后加热打印平台脱落蜡模，将打印出的蜡模支撑蜡放置于无水乙醇 中浸泡1min～3min，以防止支撑蜡间隙间存在的气孔，后置于脱蜡溶液中由于质量轻，密度 小，导致蜡件上浮后相互碰撞或者蜡模与脱蜡容器间碰撞而产生蜡模变形及尺寸变化。 [0024] (2)打印出的蜡模包括蜡件主体和支撑蜡模部分，支撑蜡模部分堆积于打印平台 上，把打印平台放在恒温加热平台上，温度设定为70～90℃，加热打印平台1min～5min后， 待支撑蜡模部分开始出现溶化时，小心把蜡模从打印平台上取下。 [0025] (3)再浸入于无水乙醇与聚丙二醇4：1(按体积配比)混合制成的聚丙二醇溶液中， 并对溶液进行加热、搅拌，加热温度为32℃～40℃，搅拌转速为800rpm～1200rpm，时间 10min～30min，以去除支撑蜡模部分。 [0026] 通过上述操作保留蜡件主体，并去除支撑蜡模部分的原理如下：由于蜡件主体和 支撑蜡模部分材料的区别，支撑蜡模部分在一定温度下溶于无水乙醇与聚丙二醇的混合溶 液中，而蜡件主体不溶于混合溶液。 [0027] (4)去除支撑蜡后，将蜡件主体捞出放置于32℃～40℃的清水中，完全浸泡，待冷 却至室温后取出，待表面自然晾干后蜡模组合用，以防止直接从浸洗溶液中直接拿出，由于 温差较大的蜡模局域收缩差异导致蜡模产生收缩应力，使蜡模薄壁位置产生裂纹或者薄壁 根部断裂。 4 4 CN 116372098 A 说明书 3/4页 [0028] 下面，通过实施例进一步详述本发明。 [0029] 实施例1 [0030] 本实施例打印一种等轴晶叶片，叶片长度95mm，叶身整体较薄，排气边厚度约为 0.5mm，实心带冠结构，合金牌号为K417G。 [0031] 薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法如下： [0032] (1)三维铸件模型设计阶段 [0033] 将叶片数模按照工艺要求给到X、Y方向上均匀放大2.2％，Z方向上放大1.6％(因 打印机自身X、Y方向上收缩率为99.4％，Z方向为0)，即为可打印的叶片模型。 [0034] (2)蜡模打印阶段 [0035] 将可打印的叶片模型导入3D蜡模打印机中，进行打印。打印出的蜡模包括蜡件主 体和支撑蜡模部分，支撑蜡模部分堆积于打印平台上，蜡件主体的材料为专用蜡质材料，其 3 3 3 密度为0.85g/cm ～0.91g/cm ；支撑蜡模部分的材料为专用蜡质材料，其密度为0.85g/cm 3 ～0.91g/cm ，蜡件主体与支撑蜡模部分的主要材料均为石蜡，蜡件主体中添加了少量的脂 族烃类化合物，以防止蜡件主体溶解于浸洗溶液为准。叶片最低位置与打印平台之间间隔 3mm，填充支撑蜡模部分，以避免叶片与打印平台直接接触从而导致在后处理过程中损伤叶 片。叶片平铺于打印平台上，中空位置亦填充支撑蜡模部分，以保护蜡件打印过程中逐层堆 积而至蜡件主体变形。支撑蜡模部分，内部呈多孔状。 [0036] (3)蜡模脱蜡后处理阶段 [0037] 把打印平台放在恒温加热平台上，温度设定为80℃，加热打印平台2min～3min后 待支撑蜡模部分开始出现溶化时小心把蜡模从打印平台上取下。操作人员手持叶片榫头余 量位置，将蜡模的支撑蜡模部分浸入无水乙醇中浸泡1min，用于支撑蜡模部分内气孔排气。 以防止支撑蜡模部分间隙间存在气孔，后置于脱蜡溶液中由于质量轻，密度小，导致蜡件上 浮后相互碰撞或者蜡模与脱蜡容器间碰撞而产生蜡模变形。 [0038] 配置浸洗溶液，溶液为无水乙醇与聚丙二醇4：1(按体积配比)混合制成，将打印好 的蜡模放入套有网筛的容器中并倒入配置好的溶液。将溶液置于磁力搅拌器上，对溶液进 行35℃加热，搅拌转速为1100rpm，15min～20min支撑蜡模部分即可完全溶解于溶液得到叶 片蜡模。待支撑蜡模部分浸洗完成，将蜡件主体小心取出并立即放置于35℃的清水中，叶片 蜡模随清水冷却至室温23℃，方可拿出叶片蜡模，以防止直接从浸洗溶液中直接拿出，由于 溶液与室温温差较大，蜡模局部收缩差异导致蜡模产生收缩应力，叶片叶身排气边位置产 生裂纹或者叶身断裂。取出后的叶片蜡模，待表面自然晾干后，作为蜡模组合使用。 [0039] 经过该方法进行的脱蜡后处理，蜡模排气边产生微裂纹蜡模数量明显减少，合格 率达到95％。 [0040] 后经蜡模组合、制壳、浇铸及后工序处理制成高温合金叶片，经三坐标检验符合图 纸要求。 [0041] 实施例2 [0042] 本实施例打印一种单晶结构件，长40mm、宽10mm、高281mm，周向为1mm引晶条，合金 牌号为DD5。 [0043] 薄壁结构高温合金铸件3D打印蜡模的脱蜡方法如下： [0044] (1)三维铸件模型设计阶段 5 5 CN 116372098 A 说明书 4/4页 [0045] 将铸件数模按照工艺要求给到X、Y方向上均匀放大2.4％，Z方向上放大1.8％，即 为可打印的模型。 [0046] (2)蜡模打印阶段 [0047] 将可打印的铸件模型导入3D蜡模打印机中，进行打印。打印出的蜡模包括蜡件主 体和支撑蜡模部分，支撑蜡模部分堆积于打印平台上，蜡件主体的材料为专用蜡质材料，其 3 3 3 密度为0.85g/cm ～0.91g/cm ；支撑蜡模部分的材料为专用蜡质材料，其密度为0.85g/cm 3 ～0.91g/cm ，蜡件主体与支撑蜡模部分的主要材料均为石蜡，蜡件主体中添加了少量的脂 族烃类化合物，以防止蜡件主体溶解于浸洗溶液为准。铸件平铺于打印平台上打印，底面与 打印平台之间间隔3mm，填充支撑蜡模部分，以避免铸件与打印平台直接接触从而导致在后 处理过程中损伤铸件。支撑蜡模部分，内部呈多孔状。 [0048] (3)蜡模脱蜡后处理阶段 [0049] 把打印平台放在恒温加热平台上，温度设定为80℃，加热打印平台3min～4min后 待支撑蜡模部分开始出现溶化时小心把蜡模从打印平台上取下。配置浸洗溶液，溶液为无 水乙醇与聚丙二醇4：1(按体积配比)混合制成。将打印好的蜡模放入套有网筛的容器中并 倒入配置好的溶液。将溶液置于磁力搅拌器上，对溶液进行38℃加热，搅拌转速为1200rpm， 20min～30min支撑蜡模部分即可完全溶解于溶液得到铸件蜡模。待支撑蜡模部分浸洗完 成，将铸件蜡模小心取出并立即放置于38℃的清水中，铸件蜡件随清水冷却至室温23℃，方 可拿出，以防止直接从浸洗溶液中直接拿出，由于溶液与室温温差较大导致周向围挡产生 裂纹或者沿根部断裂。取出后待自然晾干后，作为蜡模组合使用。 [0050] 经过该方法进行的脱蜡后处理，蜡模产生围挡根部断裂数量明显减少，蜡模合格 率到达到90％。 [0051] 后经蜡模组合、制壳、浇铸及后工序处理制成单晶高温合金铸件，经卡尺检验尺寸 符合图纸要求。 6 6 CN 116372098 A 说明书附图 1/1页 图1 7 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