基于3D打印技术的离心泵叶轮快速精铸工艺研究_姜耀林

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基于UG NX的离心泵叶轮叶片三维造型系统开发

基于UG NX的离心泵叶轮叶片三维造型系统开发
杜强;林江海;魏修亭;刘景成
【期刊名称】《机床与液压》
【年(卷),期】2010(38)21
【摘要】叶片水力模型提供的叶片表面型值点柱坐标不能直接用于UG NX三维造型.在叶片水力模型的基础上,给出计算叶片表面型值点直角坐标的算法流程,介绍沿轴面截线方向进行叶片三维造型的方法,简述基于UG NX平台的叶片三维造型二次开发的步骤,定义程序开发的数据结构,在支撑软件UG NX中程序化实现叶片的三维实体造型.实际使用结果表明该方法可以缩短叶片类产品的设计周期,提高设计精度.
【总页数】4页(P114-116,140)
【作者】杜强;林江海;魏修亭;刘景成
【作者单位】山东理工大学机械工程学院,山东淄博,255049;山东省机械设计研究院,山东济南,250031;山东理工大学机械工程学院,山东淄博,255049;山东理工大学机械工程学院,山东淄博,255049
【正文语种】中文
【中图分类】TH311
【相关文献】
1.基于UG NX减速箱三维造型设计 [J], 李倩
2.基于UG NX8.5的叉架类零件的三维造型设计 [J], 李智伟
3.基于UG NX的曲轴三维造型设计 [J], 李倩
4.基于UG三维造型的BOM系统开发 [J], 王耀东;何玉强;崔洪斌;耿建璞;刘新勇
5.基于UG NX9.0的汽车管路检具设计系统开发与应用 [J], 梅济东;廖敦明;张广臣;祁小斌
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基于CFturbo的离心泵扭曲叶轮设计方法的研究

文章编号：1005~0329(2016)05~0056-04基于CFturb◦的离心泵扭曲叶轮设计方法的研究张素香1王承禄2孙铁1张丹3(1.辽宁石油化工大学，辽宁抚顺113001 ;2.镇海石化建安工程有限公司机械分公司，浙江宁波315200;3.辽河石油勘探局石油化工总厂，辽宁盘锦124022)摘要：针对传统离心菜叶轮，尤其是扭曲叶轮复杂的设计过程，提出一种新的设计方法，基于CF tur b o的离心菜扭曲叶轮参数化设计,C F tur b。

操作简单，设计思路清晰，便于实体的生成。

介绍了 C F tur b o的设计流程，建立三维模型，最后通过F lu e n t进行流场模拟分析，验证了模型的可行性。

关键词：F t u b o;离心菜扭曲叶轮;参数化设计;流场模拟中图分类号：T H12 文献标志码：A d o i:10.3969/j.issn.l005~0329.2016.05.012Study on the Design Method of Centrifugal Pump Twisted Impeller Based on CFturboZHANG Su-xiang1,Wang Cheng-Lu2,SUN Tie1,ZHANG Dan3(L L a o n in g Shihua U niversity,F ush un113001，C hina;2.Mechanery B rn c h Zhenhai Petrochemical Jianan Engineering Co.，L td.，Ningbo315200,C h in a；3.PetroChina L a o h e Petroleum Exploration Bureau G n e ra l P etro-chem ica P la n t,P a jin124022,C hina)A bstract:To overcome the com plex design process o f tra d itio n a l c e n trifu g a l pum p im p e lle r，esp ecially tw isted im p e lle r,a newm ethod o f the param etric design o f cen trifug al pum p im p e lle r based on C Fturbo was p u t fodesign ideas is cle a r and easy to generate e n tity.The design process o f C Fturbo was in tro d u c e d，a3D m odel was e sta b lish e d，fin a l-ly,th e fe a s ib ility o f the m odel was ve rifie d by using flu e n t to sim ulate and analyse the flo w fie ld.Key words ：C Fturbo；t^visted im p e lle r o f ce n trifu g a l pum p；param e trical design；flo w fie ld sim ula tioni 前言由于离心泵结构简单、体积小、操作方便，被广泛地应用在石油化工、城市给排水、农田灌溉等领域。

基于逆向工程和3D打印的水泵叶轮快速重建方法

基于逆向工程和3D打印的水泵叶轮快速重建方法
李卫民;张凯璇;刁家宇;付松松
【期刊名称】《辽宁工业大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(42)6
【摘要】以某电子水泵叶轮为例,基于逆向工程及3D打印技术,介绍水泵叶轮快速重建的全过程。

介绍了由Handyscan 3D激光扫描仪和VXelements 3D数据采集软件组成的点云数据获取系统、描述了Ceomagic Studio逆向软件对点云数据处理的方法、CATIA软件对实体的三维数字化模型的重建过程等,最后获得符合精度要求的数据模型并通过FORTUS 360mc 3D打印机完成实物打印的过程。

研究结果对其他种类的产品具有参考价值,逆向工程作为吸收先进技术的一种手段,可以基于原有产品进行分析和再创新,对于缩短新产品研发周期、提高设计水平具有重要意义。

【总页数】6页(P351-356)
【作者】李卫民;张凯璇;刁家宇;付松松
【作者单位】辽宁工业大学机械工程与自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于逆向工程技术的列车零部件模型重建方法研究
2.基于逆向工程和快速成型技术的髋骨三维实体模型个性化重建
3.基于逆向工程和快速成型技术的髋骨三维实
体模型个性化重建4.基于3D打印与逆向工程技术的车床手轮快速成型5.基于逆向工程和3D打印技术快速制作随形密封圈
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高温合金整体叶轮铸造技术的研究进展

的, 其涡轮工作叶片同时承受高温、燃气腐蚀、离心力、弯曲应力、热应力、振动和热疲劳的作用, 因此要求叶片除了应具有良好的抗氧化性、耐腐蚀能力和足够高的强度外, 还应具有良好的机械疲劳、热疲劳性能以及足够的塑性和冲击韧性 [ 2] 。而涡轮盘部分虽然工作温度比工作叶片低, 但其应力条件异常复杂, 轮毂和辐板等各部位所受应力、温度、介质作用程度不同, 因此对涡轮盘的基本性能要求为: 高的屈服强度、抗拉强度和塑性, 足够的持久、蠕变强度和低循环疲劳强度, 良好的耐蚀性能和组织稳定性。
在激烈的市场竞争过程中, 发动机的经济性越来越为人们所关注, 为了降低制造成本, 目前小型涡轮发动机基本上均采用整体铸造叶轮, 即将叶片和轮盘一次整体铸造而成。这样不但大大降低了叶轮的制造成本, 而且在设计上也有许多优点。
在目前先进的小型发动机上, 整体叶轮叶片的极限温度大于 1000 , 转数超过 100000rev /m in。在这样高的温度和转数条件下, 整体叶轮承受很高的机械应力和热应力, 容易造成叶片和轮毂断裂。
第 3期
高温合金整体叶轮铸造技术的研究进展
59
图 3 M ar M 247合金热控法细晶叶轮 F ig. 3 A lloy M a rM 247 cast turbine w hee l by the rm al con
tro l fine grain process
化学法是通过加入孕育剂, 增加外来结晶核心来使铸件晶粒细化。铸铁和有色合金铸件经常采用这种方法。对于高温合金铸件来说, 它是通过将细化剂 (通常为金属间化合物或硼化物 )直接加入到合金液内而使晶粒细化 [ 3] 。由于高温合金铸件的熔炼浇注都在真空炉内进行, 因此不太容易控制细化剂的加入工艺, 且化学法细晶工艺还需依赖于较低的浇注温度。不同牌号的合金需要不同的细化剂, 应用受到了限制。尤其严重的是细化剂的加入容易带进外来夹杂, 它是铸件疲劳裂纹的根源。美

基于数字化软件系统的离心泵叶轮水力设计及性能对比分析_金永鑫

check of the smoothness of the flow passage
图 2 运用数字化软件系统的设计程序 Fig． 2 Design program using digitized software systems
运用数字化设计软对叶轮进行水力设计的内容有：（ 1）运用 CFturbo 软件对离心泵叶轮的轴面投影进行确定；（ 2）在 CFturbo 软件中调整并控制离心泵叶轮叶片流道的面积变化，保证面积变化光顺；（ 3）在 CFturbo 软件中查询叶轮的性能曲线，评估叶轮是否符合要求；（ 4）运用 ANSYS － CFX 对叶轮的性能进行精确评估；（ 5）运用 UG 对三维模型进行处理，抽取出二维工程图纸。在 CFturbo 软件中确定轴面投影时外形可以有贝塞尔曲线（ bezier curve）、圆弧与直线结构（ circular arc + straight line）供设计者选择。在调整轴面投影形状时可以通过查询窗口查看流道的光滑性，为轴面投影的调整提供依据。在后续的参数设置完成后就可即时生成三维
收稿日期： 2014 － 01 － 10 基金项目：国家自然科学基金资助项目（ 51279172）；四川省教育厅培育项目（ 14CZ0013）；流体及动力机械教育部重点实验室（西华大学）开放
研究基金资助项目（ SZJJ2014 － 039）；西华大学研究生创新基金项目（ ycjj2014168）作者简介：金永鑫（ 1990 －），男，安徽六安人，西华大学硕士研究生．
金永鑫，宋文武，徐耀刚
（西华大学能源与动力工程学院，四川成都 610039）
摘要：为设计开发出高质量的离心泵叶轮，提出利用数字化软件 CFturbo、ANSYS － CFX、UG 构建出的数字化系统对离心泵叶轮进行水力设计与开发，形成基于数字化软件系统的离心泵叶轮开发设计新方法。为验证设计出的离心泵叶轮的性能，将新方法设计出的叶轮与传统方法设计出的叶轮的性能进行对比分析，充分了解两种方法设计出的叶轮的特性，进而判断新方法的可行性。

应用Bladegen的离心叶轮三维建模新方法

应用Bladegen的离心叶轮三维建模新方法董敏;郭信心;马昌飞;李想【摘要】由于离心叶轮外形的复杂性,用传统的三维造型软件直接建模步骤非常繁琐,处理数量庞大的坐标点更是费时费力.通过对叶轮造型方法进行研究,提出了一种基于Bladegen的离心叶轮造型方法,避免了数据调入和数据处理的繁琐,根据计算得到的几何尺寸运用Bladegen生成叶片型线,再将生成的叶型数据文件导入Pro/E进行实体造型.将Bladegen运用到叶轮造型中可以快速生成满足相关条件的叶轮,同时以数据文件作为两个软件之间的桥梁方便了模型的修改,缩短了叶轮设计周期,节约了成本.%The modeling procedure is very complicated with the traditional 3D modeling software due to the complexity of the shape of the centrifugal impeller. It's more time-consuming and laborious processing the large number of data. Three dimensional modeling procedure based on Bladegen is introduced through the research of the centrifugal impeller.According to the geometric dimension obtained by calculation,the blade model lines that generated in Bladegen are imported in Pro/E to generate the impeller entity so as to avoid the complex step of importing data and processing data.Bladegen module used in impeller modeling can rapidly generate impellers that fulfill the relevant conditions and modify the model using data files as an intermediary,shorten the computation period and save the cost.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】4页(P228-230,234)【关键词】叶轮;Bladegen模块;计算机辅助设计;三维建模;PRO/E;离心压缩机【作者】董敏;郭信心;马昌飞;李想【作者单位】燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】TH161 引言在离心压缩机中，叶轮是核心部件。

基于工业CT的水泵叶轮体绘制法三维重建

ＩＣＴ，６７ｈｉｈｑａｉｆｕｔｉｇｓｏｗｏｔｐｉａｅｒｆｇｌｐｕｍｐｅｌｒｒｃｕｒｄ，ｎｈ３ｇｕｌｙａｌｍａｅｆｔｙｃｌｃｎｔｕａｍｐｉｔｉｌｅｓｗｅｅａｑｉｅａｄｔｅｆｒｔｏｈｏｅｉｇｓｗａｏｖｎｅｏＢＭＰｒｍｏｍａｆｔｓｍａｅｓｃｎｅｄｔｆｏＲＡＷｈｏｇｏｅｐｃａｌｅｅｏｅｏｈｔｒｕｈａｃｄｓｅｉｌｙｄｖｌｐｄｆｒｔｅｉｇｓｒｍｈｓａｌｉｇｓｖｌｍｅｒｎｒｎｓｆｌｉｅｙｕｉｇＭＦＣ，ｅＧＬ，ｍａｅ．ＦｏｔｅｅｆｕｔｍａｅｏｕｅｄｅｉｇｗａｕｆｌｄｂｓｎｌＯｐｎＡＤＯ，ｎａｄＶＴＫ
ｉｓｄｏｌｘｃｎｔｃｉｎｉｆｒｔｎｏｎｉｅｌｒｎｅｓｔｂｂａｎｄｉｄａｃ．Ｗｉｅｐｏｎｉｅｃｍｐｅｏｓｒｔｎｏｍａｉｆａｍｐｌｅｄｏｅｏｔｉｅｎａｖｎｅｕｏｏｅｔｈｌｆｈ
ｏｉｎｅｏｅ，ｍｅｌｒｅｔｄｃｄｎａｄＲｅｍｐｅｌｒｗｈｉｈｃｎｉｔｆｓｖｒｌｉｐｕｎｏｔｕｎｅｆｃｓ，ｓｄｖ — ｌｅ３Ｄ，ｃｏｓｓｓｏｅｅａｎｔａｄｕｐｔｉｔｒａｅｗａｅｅｌｐｄｆｒｔｅｅｓｎｉｅｒｎｆｐｍｐｉｅｌｒＴｈｓｃｄａｕｐｌｅｍｅｒｃｌｍｏｌｏｎｍｅｉｏｅｏｈｅｒｖｒｅｅｇｎｅｇｏｕｍｐｌｅｉｏｅｃｎｓｐｙｇｏｔｉａｄｅｓｔｕｒ— ｉｃｌｓｍｕａｉｎ，ＥＭ，ａｉｌｔｏＦＲＰ，ｉｉｉｅｎｆｃｕｎｇａｄｒｄｓｇｆｐｏｕｔｎ．Ｔｅｒｂｕｌｉｇｅａｌｄｇｔｚｄｍａｕａｔｒｎｅｅｉｎｏｒｄｃｉｉｏｈｅｉｄｎｘｍｐｅｓｗｅｈｔａｐｙｎｈｏｕｅｅｎｇｔｅｉｈｈｏｄｔａｐｌｉｇｔｅｖｌｍｅｒｎｄｒｏｒｂｕｌｔｅ３Ｄｄｅｆａｐｕｍｐｌｒｉｅｓｂｅｉｄｍｏｌｏｍｐｉｅｌｓｆａｉｌ．ｅＫｅｒｙｗｏｄｓ：ｐｍｐ；ｍｐｌｅ；ＣＴ；ｅｅｓｎｉｅｒｎｄｉｉａｍａｅｐｏｅｓｎ３ＤｅｕｌｉｇｕｉｅｌｒＩｒｖｒｅｅｇｎｅｇ；ｇｔｌｉｇｒｃｓｉｇ；ｒｂｉｄｎｉ

某型叶轮零件三维造型与五轴加工方法研究

某型叶轮零件三维造型与五轴加工方法研究某型叶轮零件三维造型与五轴加工方法研究一、引言叶轮作为机械装置的重要组成部分，广泛应用于航空、汽车、船舶等领域。

其性能直接影响整个机械装置的工作效率和稳定性。

而叶轮的制造过程中，造型和加工方法的选取对最终产品的质量和性能起到至关重要的作用。

因此，对于叶轮零件的三维造型和五轴加工方法的研究，具有重要意义。

二、叶轮三维造型研究1. 成形方式选择在叶轮零件的三维造型过程中，需要选择合适的成形方式。

常用的成形方式包括铸造、锻造和粉末冶金等。

选择合适的成形方式能够提高叶轮零件的制造效率和产品质量。

2. 叶轮几何形状建模在叶轮几何造型过程中，需要采用合适的建模软件进行几何形状的模拟和设计。

常用的三维造型软件有Solidworks、CATIA等。

通过对叶轮的几何形状进行建模和设计，可以更好地满足叶轮零件的使用需求。

三、叶轮五轴加工方法研究1. 加工工艺选择在叶轮零件的加工过程中，需要选择合适的加工工艺。

根据叶轮的几何形状和材料特性，可以选择铣削、车削、镗削等加工方式。

不同的加工工艺具有不同的优缺点，在选择时需要综合考虑加工效率、工艺稳定性以及产品质量等因素。

2. 加工路径优化在叶轮的五轴加工过程中，需要进行加工路径的优化。

通过合理设计加工路径，可以降低加工时间、提高加工精度和表面质量。

同时，考虑到叶轮零件的复杂性，优化加工路径还可以避免因加工过程中产生的刀具干涉等问题。

3. 刀具选择和刀具路径规划在叶轮的五轴加工过程中，刀具的选择和刀具路径规划也是非常重要的。

不同的刀具类型对于不同的叶轮零件具有不同的加工效果。

同时，在规划刀具路径时，需要考虑到刀具的切削力和切削热，以保证加工过程的稳定性和工件的质量。

四、实验研究与结果分析本研究选取了某型叶轮零件进行了实验研究，并对五轴加工方法进行了验证。

通过建模软件对叶轮的几何形状进行了模拟和设计，然后使用实验设备进行了五轴加工。

通过实际加工过程和加工结果的分析与对比，得出了如下结论：1. 采用某型叶轮零件的设计和加工方案可以在保证产品质量的同时提高加工效率。

基于砂型3D打印的双吸叶轮铸造工艺研究

基于砂型3D打印的双吸叶轮铸造工艺研究目录1. 内容概览 (3)1.1 研究背景 (3)1.2 研究意义 (4)1.3 国内外相关技术现状 (6)2. 砂型3D打印技术概述 (7)2.1 砂型3D打印技术原理 (9)2.2 砂型3D打印技术特点 (9)2.3 砂型3D打印技术与传统铸造工艺对比 (11)3. 双吸叶轮结构设计 (12)3.1 双吸叶轮工作原理 (14)3.2 双吸叶轮结构特点 (14)3.3 设计参数与优化 (15)4. 基于砂型3D打印的双吸叶轮铸造工艺研究 (17)4.1 砂型3D打印模具设计 (19)4.1.1 模具结构设计 (20)4.1.2 模具材料与力学性能 (21)4.2 砂型3D打印工艺参数优化 (22)4.2.1 打印细丝材料的选择 (23)4.2.2 打印速度与层厚调节 (24)4.2.3 打印温度与环境控制 (26)4.3 铸造工艺研究 (27)4.3.1 熔炼与浇注系统优化 (28)4.3.2 砂型预处理与处理工艺 (30)4.4 叶轮铸造质量检测与评估 (31)4.4.1 铸造缺陷与检测方法 (33)4.4.2 铸造质量评价标准 (35)4.4.3 叶轮性能测试 (36)5. 试验研究 (37)5.1 试验方案确定 (38)5.1.1 试验材料与工具 (39)5.1.2 试验流程与组别设计 (40)5.2 砂型3D打印试验 (41)5.2.1 打印模型与模具的制备 (41)5.2.2 打印结果分析 (43)5.3 铸造试验 (43)5.3.1 熔炼材料与工艺调试 (45)5.3.2 铸造过程控制与观察 (46)5.4 性能测试 (47)5.4.1 叶轮测试装置与环境 (48)5.4.2 性能测试数据分析 (49)6. 结果与分析 (50)6.1 试验结果 (52)6.1.1 打印质量分析 (53)6.1.2 铸造工艺效果 (55)6.2 铸造质量分析 (56)6.2.1 铸造缺陷分布 (56)6.2.2 质量控制策略 (58)6.3 性能测试结果 (59)6.3.1 叶轮动平衡测试 (60)6.3.2 流场模拟与实验对比 (61)1. 内容概览本研究报告旨在深入探讨基于砂型3D打印技术的双吸叶轮铸造工艺。

3D打印技术在熔模精密铸造样件上的应用探析王金龙

3D打印技术在熔模精密铸造样件上的应用探析王金龙发布时间：2021-10-27T06:38:10.998Z 来源：《基层建设》2021年第22期作者：王金龙[导读] 3D打印是一种快速成型的技术，以数字模型文件为基础样本，运用粉末状金属或其他材料，通过逐层打印的方式来构造物体中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江哈尔滨 150066摘要：3D打印是一种快速成型的技术，以数字模型文件为基础样本，运用粉末状金属或其他材料，通过逐层打印的方式来构造物体。

3D打印技术已经广泛应用于珠宝、汽车、航空航天、工业工程、医疗等多个领域之中。

关键词：3D打印；熔模铸造；精密样件1.引言精密铸造使用可熔性材料做成表面光洁和尺寸精准的模样，在熔模表面均匀的涂覆耐火材料，在干燥、硬化后，将其放入脱蜡釜中加热融化模壳内部的蜡，蜡流出后形成空的模壳，再把熔炼后的钢水浇注到模壳里得到铸件。

用这种工艺可以制作复杂、精密的零部件，制作出来的零件接近最终的零件形态，是一种近净成型的工艺。

通常需要用到精密铸造技术来生产的铸件有：电动工具零部件、汽车零部件、航空航天零部件等。

这类零件的特点是零件并不能一次设计完成，需要把设计的零件生产出来并在其工作环境下进行模拟实验后反馈实验结果，再对零件进行改善设计，这样反复几次才能最终确定下来设计图纸，然后才能进行批量生产。

1熔模铸造技术简介第一步，模具设计。

根据零件图设计出金属模具，设计的时候要考虑：零件的收缩率，包括射蜡成型的收缩率和金属浇注成型的收缩率；模具是一模几腔；分型面位置；是否需要设计侧抽芯机构等。

其设计类似于注塑模具的设计。

第二步，模具制造。

根据模具设计图纸的要求，选用合适的金属材料，用机加工机床加工出模具部件并完成组装和试模，模具的材料一般选用模具钢或者铝合金，模具钢的特点是硬度较高、加工时间长、使用寿命长，铝合金的优点是硬度低、加工方便且不需要防锈，缺点为使用寿命相对较短。

第三步，制造熔模（射蜡）。

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图1 本文主要技术路线
本文研究的基于3D打印技术的快速精铸工艺通过3D打印机直接制作任意复杂结构的高精度树脂熔模，与传统铸造方法相比省去了模具加工制造的环节，有效缩短产品开发制造时间，减小生产成本，可以快速、经济地实现复杂形状零件的熔模精密铸造，特别适合于复杂形状零件的单件、高精度生产制造领域，具有良好的产业化应用前景。
在完成叶轮产品尺寸精度检验的基础上，再测量叶轮产品的表面粗糙度。在叶轮零件表面分别随机选择均匀布置的10个点进行表面粗糙度测量。粗糙度测量结果如表3、表4所示。
由表3、表4可知，两个离心泵叶轮金属零件的表面粗糙度范围为2.88um～6.00um，说明表面粗糙度可达Ra6.3um以下。
6 结论
图9 树脂叶轮打印成形
为提高原型件的尺寸精度、强度、硬度、表面质量等性能，将打印完成后的叶轮树脂模型依次进行清洗、去除支撑、后固化、表面打磨等后处理工作。图10所示为对去除支撑后的叶轮树脂模型进行后固化处理。图11所示为后处理完成后的叶轮整体树脂模型。
冷却后的金属叶轮铸件如图15所示。由图可见，冷却后的金属叶轮外部包覆着一层厚厚的型壳。
图16 震动脱壳图17 脱壳后的铸件正面
震动脱壳工序完成后铸件表面的型壳被基本清除干净，但铸件表面还残留有少量难以去除的型壳，如图17所示。
采用火焰切割机将金属叶轮与浇铸系统分离，得到两个独立的金属叶轮，如图18所示。
图12 制作完成后的整体型壳图13 高温焙烧炉
将型壳整体放入高温焙烧炉里高温脱树脂，如图13所示。高温焙烧时间约为1小时。等焙烧完毕后，型壳内部树脂叶轮消失，型壳内部完全为中空结构，直接往型壳内部浇铸熔融金属液，如图14所示。
基于3D打印技术的离心泵叶轮快速精铸工艺研究
Rapid precision casting process research of centrifugal
pump impeller based on 3D printing technology
姜耀林，邵中魁，郭嘉
JIANG Yao-lin, SHAO Zhong-kui, GUO Jia
第37卷第1期 2015-01(下) 【153】
零件的分层截面信息逐层对光敏树脂进行扫描，使其产生光聚合反应[7]，每次固化形成零件的一个薄层截面；每一层固化完毕之后，工作平台移动一个层厚的高度，然后在原先固化好的树脂表面再涂敷一层新的液态树脂，以便进行下一层扫描固化；新固化的一层牢固的粘合在前一层上，如此重复直至零件原型制造完毕。具体的光固化3D 打印成形过程如图2所示。
参考文献：
[1] 吕志刚.我国熔模精密铸造的历史回顾与发展展望[J]. 铸造,2012,61(4):347-356.
[2] 王忠宏,李扬帆,张曼茵.中国3D打印产业的现状及发展思路[J].经济纵横,2013(1):90-93.
[3] 郭振华,王清君,郭应焕.3D打印技术与社会制造[J].宝鸡文理学院学报,2013,33(4):64-70.
图3 离心泵叶轮三维模型图4 离心泵叶轮模型剖视图
因为金属铸造零件不可避免地存在收缩现象，需对叶轮模型进行预缩放处理。综合考虑叶轮材料（普通碳钢）及后续实际精铸工艺，确定叶轮铸造过程中的收缩率，据此预先将叶轮三维模型按一定的尺寸比例进行放大。
为了节约材料，提高打印速度，对叶轮模型进行抽壳优化设计。图5所示为在Pro/E软件中利用混合扫描的方法对离心泵叶轮模型进行抽壳优化设计，图6所示为抽壳优化后的叶轮模型，其中抽
(浙江省机电设计研究院有限公司，杭州 311305)
摘要：以具有典型复杂型面的离心泵叶轮为应用范例，开展了基于3D打印技术的快速精铸工艺研究。
首先基于Pro/E软件建立离心泵叶轮三维模型并进行CAD优化设计，基于RPData软件对叶轮
模型进行前处理，然后通过3D打印机制作叶轮树脂模型并进行后处理，最后以叶轮树脂模型
2）本文研究的基于3D打印技术的离心泵叶轮快速精铸工艺，所制造的离心泵叶轮金属零件的尺寸精度可达CT4级，表面粗糙度可达Ra6.3um以下。
3）本文研究的基于3D打印技术的离心泵叶轮快速精铸工艺具有很强的通用性，除了离心泵叶轮零件以外，该工艺也可以广泛应用于其他复杂结构零部件的单件、小批量快速制造，具有良好的产业化应用前景。
图18 脱壳后的铸件正面
为了进一步清除金属叶轮表面残留的型壳，并提高零件表面质量，对两个金属叶轮进行表面喷砂处理。完成喷砂处理后最终得到的两个离心泵叶轮金属零件如图19所示。
图14 浇铸熔融金属图15 冷却金属叶轮铸件
图19 离心泵叶轮金属零件
5 叶轮铸件精度测量
为了检验本文研究的“基于3D打印技术的快速精铸技术”具体可以达到的“尺寸精度”及 “表面粗糙度”这两项性能指标，现对前述两个
因为包覆在铸件表面的型壳强度较高，采用手工方法难以去除坚硬型壳，在此本文采用震动脱壳的方法去除型壳。将冷却后的金属铸件放置到震动脱壳机上进行震动脱壳，如图16所示。
图10 叶轮树脂模型后图11 经后处理的叶轮树脂模型
固化处理图
4 熔模精密铸造实验
最后将此叶轮树脂模型作为熔模进行熔模精密铸造。首先在叶轮树脂模型表面粘制蜡浇铸系统，在此基础上再进行挂浆撒砂制壳，每挂一次浆对应地撒一层砂，等前一层型壳干燥硬化后再次挂浆撒砂制下一层型壳，且除首次挂浆后撒锆英砂外后面每次撒砂都撒莫来砂。如此重复进行5 次挂浆并撒砂过程，然后再封浆处理，待其干燥硬化后型壳制作完成[8]，如图12所示。
于实现单件小批量复杂形状产品的快速制造，在非批量化生产中具有明显的成本和效率优势[6]。
本文以具有典型复杂型面的离心泵叶轮为应用范例，研究一种基于3D打印技术的快速精铸工艺，主要技术路线如图1所示：首先基于Pro/E软件建立离心泵叶轮的三维模型并进行CAD优化设计，再基于RPData软件对叶轮模型进行前处理，然后通过3D打印机加工出叶轮树脂原型并进行后处理，最后以此叶轮树脂原型为熔模进行熔模精密铸造，最终得到离心泵叶轮精密金属零件。
序号
6
7
8
9
10
实测值/um 3.94 3.54 2.88 4.06 4.21
表4 金属叶轮2号表面粗糙度测量结果
序号
1
2
3
4
5
实测值/um 4.30 6.00 5.60 5.02 5.24
序号
6
7
8
9
10
实测值/um 4.78 3.98 3.80 4.02 4.52
图20 尺寸测量示意图
将两个离心泵叶轮金属零件分别编号为1号叶轮、2号叶轮，尺寸测量结果分别如表1、表2所示。在此需要说明的是，此处尺寸精度等级按国际通用的熔模铸件尺寸公差等级计算。
【154】第37卷第1期 2015-01(下)
图6 抽壳优化后叶轮模型
3 叶轮模型3D打印成形
将完成优化设计后的叶轮模型导入RPData软件进行前处理，选择成形方向并设计辅助支撑，完成前处理后的叶轮如图7所示。
图7 完成前处理后的叶轮模型图8 叶轮模型打印成形过程
将叶轮模型分层处理，分层厚度0.1mm，分层后转换成激光快速成型机可以识别的数据格式并导入3D打印机，然后在RpBuild工艺控制软件中设置好工艺参数后开始直接打印成形。图8所示为叶轮模型打印成形过程。图9所示为打印成形后的带支撑的树脂叶轮。
实测值/mm 绝对误差/mm
尺寸精度等级
1 φ144.55 φ144.38
-0.17
CT4
2 φ61.59 φ61.71
+0.12
CT4
3
4.07
4.28
+0.21
CT4
4
16.29
16.26
-0.03
CT4
由表1、表2可知，两个离心泵叶轮金属零件的绝对尺寸误差范围为-0.17～+0.21mm，且其尺寸精度等级都达到CT4级尺寸公差。
0 引言
熔模精密铸造是铸造行业中一项优异的新技术，是一种新的近净成形先进工艺，它获得的产品精密、复杂，接近于零件最后形状，可不加工或很少加工就直接使用，其应用非常广泛[1]。但是，传统熔模精密铸造方法需要通过模具或者机加工来制造熔模，生产工艺复杂、开发周期长、制造成本高、制造精度不易控制，尤其是对于一些形状复杂零件的熔模制作异常困难，需耗费大量的人力、物力和财力，难以实现复杂精密铸件的快速制造，直接影响产品开发效率，无法适应快速多变的市场需求。因此，迫切需要寻找一种快速准确的制作熔模的方法，来替代目前传统的熔模制作方式。
[4] 席骏.3D打印技术及产品简介[J].数码印刷,2014(2):27-29. [5] 孙晓林 . 3 D 打印技术的应用 [ J ] . 机电产品开发与创
第37卷第1期 2015-01(下) 【155】
离心泵叶轮金属零件分别进行尺寸精度测量及表面粗糙度测量。
首先是尺寸精度测量。选择叶轮树脂模型四个具有代表性且便于测量的尺寸进行测量，尺寸测量示意图如图20所示。
表3 金属叶轮1号表面粗糙度测量结果序号12来自345
实测值/um 3.72 3.36 3.80 3.96 4.60
3D打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术” [2]。3D打印技术的制造原理是基于“增材制造”的思想[3]，即在计算机控制下，以数字模型文件为基础，分层处理后运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式，将“打印材料”一层层叠加起来，最终完成零件的成形与制造[4,5]。3D 打印与传统的加工工艺通过切削、打磨、冲压等来实现产品成型的过程具有本质区别，仅利用三维设计数据在一台设备上即可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件，且无需模具，产生极少的废料，有效缩短了加工周期，易