Kaiyun：一种精密铸造3D打印蜡粉末模料及其制备方法与流程

行业资讯 | 2025-04-23 19:01

　　本发明属于3D打印材料技术领域，特别涉及一种精密铸造3D打印蜡粉末模料及其制备方法。

　　熔模铸造也称熔模精密铸造，其以失蜡法为铸造方法，以最终产品为摹本，将蜡模材料压制成精确的铸件模型，然后在蜡模上涂敷耐火材料；浆料干燥固化后形成型壳，然后通过高温蒸汽或热水脱模等方法将凝固型壳内的蜡模熔化并使铸造蜡流出得到内部为空的型腔；将制成的中空型壳高温灼烧，除去型壳内部的其他物质并使型壳进一步坚固、干燥；将符合质量要求的目标金属溶液注入型壳中；液态金属凝固冷却后脱壳、清理(以备以后使用)，得到精确光洁的铸件。对于复杂大型的铸件，需要制作分部的多个蜡型模，然后将蜡模粘接到已经预制的蜡棒上组成蜡组树。

　　材料是3D打印的物质基础，是当前制约3D打印发展的瓶颈因素。熔模铸造压制铸件蜡模型效率较低，尤其是复杂铸件，模型制作时更加要精细，熔融铸造中薄、厚区域冷却收缩效果不同，厚的区域冷却时因收缩趋势大导致尺寸精确度不高，当压力加入到蜡模中，移出模具时模型可能因缓解压力而扭曲。用激光烧结成型3D打印技术打印的金属塑料模具可以制造精密塑料模具，但是打印出来的金属工件还远未达到技术要求，将3D打印和熔融铸造结合，不仅能弥补3D打印的不足，同时能够提高精密铸造的质量和效率，实现精密蜡模批量定制生产效果。

　　将蜡模材料压制成精确的铸件模型压制成蜡模时必须保证精密铸造蜡延展性好，如果铸造蜡延展性差，其制得的蜡模质量会受到很大影响，好的铸造蜡要求延展性好、硬度高、运动粘度低，这种较高的要求又限制了材料的发展。 3D打印制备蜡模，根据打印蜡的特性，进行数学模拟，根据铸件数据做好对应的蜡模数字模型，在一定范围内可降低对材料的性能要求，节约成本。同条件下，同等高质量的铸造蜡，3D打印技术制备的蜡模型质量比熔融铸造制备的蜡模质量更好。

　　现在市面上以蜡粉为激光烧结成型3D打印精铸蜡模原料的较少，部分为用石蜡粉或者铸造蜡粉和硬脂酸或硬脂酸盐按一定比例混合做激光打印蜡粉用，或者采用其他蜡为原料，局限性较大。专利CN104693579A公开了一种激光烧结3D打印用复合改性蜡粉，通过双粒径级配的蜡粉基料配比，然后添加硬脂酸、白炭黑、炭黑、短切碳纤维得到激光烧结3D打印用复合改性蜡粉，虽然该方法制备的蜡粉改善静电吸附团聚现象，制作的蜡模尺寸精度强度可达到熔模铸造蜡型要求，但是因为蜡粉粒径及粒径比要求高，有一定局限，其选用蜡粉为熔点较低的低分子量蜡粉，对于大型蜡组和薄壁结构的蜡模型制作，较难满足要求，因为选用的是蜡粉同时又增加了原料的要求。专利 CN1326828A公开了一种用于激光烧结快速成型精铸蜡模的低熔点粉末，其以聚乙烯为原材料制备蜡粉，然后添加表面活性剂、脱模剂、光吸收剂、降粘剂、防静电剂、增强增韧剂、填料等，虽然制得的粉末材料烧结性好、成型优良，对精铸适应性好，但是以聚乙烯为原料使得整体蜡料本身运动粘度高，同时收缩性大，在铸件做型壳时有很大影响。

　　为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种精密铸造3D打印蜡粉末模料。本发明模料性能好，适合制作各种精模，实现激光烧结3D打印和熔模铸造的结合，满足3D打印高精度蜡模的要求。

　　所述蜡粉包含以下组分：石油蜡30～80份、褐煤蜡5～10份、PE蜡0～ 5份、添加树脂20～30份、增韧剂0～6份、硬脂酸0～5份、流平剂0.2～2 份；

　　或所述蜡粉包含以下组分：石油蜡20～80份、褐煤蜡0～5份、PE蜡5～ 10份、添加树脂10～20份、增韧剂6～20份、硬脂酸5～10份、流平剂0.2～ 2份。

　　所述的添加剂包含以下组分：表面活性剂0.0001～0.01份、防静电剂 0.0001～0.005份、脱模剂0.0001～0.01份、紫外线份。

　　所述的添加剂还可以包含其他本领域常规使用的添加剂，如色粉等，其用量为常规用量即可。

　　所诉的石油蜡可为70#微晶蜡、80#微晶蜡、85#微晶蜡、54#全精炼石蜡、 58#全精炼石蜡、62#全精炼石蜡、62#半精炼石蜡、64#全精炼石蜡、64#半精炼石蜡、66#全精炼石蜡、66#半精炼石蜡中的一种或一种以上。

　　所述的添加树脂可为C5石油树脂、C5加氢石油树脂、C9石油树脂、C9 加氢石油树脂、萜烯树脂、氯化芳香石油树脂、松香树脂中的一种或一种以上。

　　所述的增韧剂可为乙烯-醋酸乙烯共聚物、氯化聚乙烯、聚苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、三元乙丙橡胶、乙烯-辛烯嵌段共聚物中的一种或一种以上。

　　上述添加剂中，所述的表面活性剂可为十二烷基苯磺酸钠、磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、烷基醚羧酸盐、烷基三甲基铵盐、烷基二甲基苄基铵盐等中的一种或一种以上。

　　所述的防静电剂可为硬脂酰胺丙基-β-羧乙基-二甲基磷酸二氢铵、ECH 抗静电剂、十八烷基二甲基季铵硝酸盐等中的一种或一种以上。

　　所述的无机填料可为硅微粉、纳米碳酸钙、纳米Al2O3中的一种或一种以上。所述无机填料的纳米粉末粒径小于等于100μm，同时无机填料还起到了降粘剂的作用，不仅可以减少铸造蜡的体积收缩率，同时达到一定降粘效果，控制无机填料的量，使其在铸件的失蜡阶段也不会有残留。

　　本发明还提供一种上述精密铸造3D打印蜡粉末模料的制备方法，包括以下步骤：将石油蜡、褐煤蜡混合，加热搅拌至融化，再加入PE蜡、添加树脂、增韧剂、硬脂酸、流平剂搅拌，融化后继续搅拌30～60min，得到液蜡；冷却、粉碎，或用钢带料法造粒，得到蜡料；通过机械低温冷冻粉碎法将蜡料制备成基粉；搅拌下，往基粉中喷雾表面活性剂和脱模剂，真空干燥，再搅拌加入防静电剂、紫外线吸收剂、抗氧剂、无机填料，得到精密铸造3D打印蜡粉末模料。

　　所述钢带料法造粒具体包括以下步骤：将液蜡输送到布料器，布料器温度为90～100℃，并通过钢带选料成型，钢带线m/s。采用冷风和冷水冷却两种方式冷却蜡滴，钢带上方为冷风冷却，温度小于等于20℃，钢带传送过程中水冷却为2段冷却，前段冷却水为常温，后段冷却水小于等于10℃，得到蜡料。

　　所述机械低温冷冻粉碎法的工艺为：将蜡料置于低温冷冻设备，温度为 -50℃～-130℃，然后机械粉碎，得到基粉。

　　本发明以石油蜡为原料，通过添加褐煤蜡、增韧剂、PE蜡、添加树脂、硬脂酸和流平剂等物质，使得本发明制得的精密铸造3D打印蜡粉末模料韧性、延展性好，同时该粉末模料硬度适中、熔点低、收缩率低，同时明显改善了蜡粉在3D打印时团聚和静电吸附的现象，适合各种复杂结构薄壁结构的精密铸件蜡型的制备。

　　本发明制备的精密铸造3D打印蜡粉末模料烧结性好，成型优良，脱模性好，尺寸稳定性好，成型的铸件蜡模质量好，有利于实现3D打印精密铸造蜡模。

　　本发明制备的精密铸造3D打印蜡粉末模料较其他可用于激光烧结成型的高分子材料相比，烧结性更好，无需予热，同时材料运动粘度低，可多次重复使用，环境亲和性好，可直接、快速准确的打造高质量的铸件模型，简化蜡模制造工序，缩短周期，提高工作效率，降低成本，具有广阔的市场前景以及市场竞争力。

　　一种精密铸造3D打印蜡粉末模料，由包括以下步骤方法制备得到：将70# 微晶蜡、58#石蜡、褐煤蜡按照40份、20份、9份的量投入到反应釜中，加热搅拌自至蜡全部熔化，然后在加热搅拌中分批3次分别加入4.5份PE蜡、20 份C5加氢石油树脂、5份EVA树脂、1份硬脂酸、0.5份丙烯酸酯共聚物，搅拌加热至所有有机物熔融，继续加热搅拌1h。然后将蜡液输送到造粒布料器，布料器温度为100℃，输送冷却钢带速度为4.5m/min，冷却风温度为15℃，前段冷却水为室温，后端冷却水为8℃，收料器中的到蜡粉基料。