本發明屬于快速鑄造技術領域，更具體地，涉及一種鑄型三維噴印成形方法。
背景技術：
三維噴印(Three-dimensional printing，3DP)又稱粉末粘結三維打印或微噴射粘結技術，其工藝原理為利用計算機技術將零件的三維CAD模型在豎直方向上按照一定的厚度進行切片，將原來的三維CAD信息轉化為二維層片信息的集合，成型設備根據各層的輪廓信息利用噴頭在粉床表面的運動，將液滴選擇性噴射在粉末表面，將部分粉末粘結起來，形成當前層截面輪廓，逐層循環，層與層之間也通過粘結溶液的粘結作用相固連，直至三維模型打印完成，未粘結的粉末對上層成型材料起支撐的作用，同時成型完成后也可以被回收再利用。
傳統的鑄造工藝，需要進行模樣、芯盒等模具的設計和加工制造，復雜模具的設計加工存在工藝流程復雜、耗時長等問題，使得產品的研發和定型周期變長且成本提高。三維噴印技術采用離散、堆積成型的原理，借助計算機輔助設計與制造，在無需任何工裝模具的情況下，將固體粉末材料直接成形為三維實體零件，不受成形件復雜程度的影響，相比于傳統砂型鑄造減少了木模模樣等的設計與制造開發時間可縮短50％～80％，同時對于復雜鑄件的設計和制造有較高的自由度。其在鑄型制造方面，相比于其他3D打印技術，具有材料類型豐富、成形效率高、系統成本低等特點，是大尺寸復雜砂型3D打印的發展趨勢。
專利文獻CN 1593811A公開了一種基于型砂自硬固化原理的砂型制造方法，其采用打印噴頭分別在型砂粉末上選擇性噴射粘結劑(樹脂)、固化劑，二者發生縮聚反應成形砂型。CN 105562623A公布了一種水玻璃砂型快速成形方法，采用的粘結劑為水玻璃和聚乙烯醇的混合溶液。然而，現有的材料工藝方法，存在如下缺點：
1)將樹脂、水玻璃、聚乙烯醇等配成液體粘結劑由供給系統給打印噴頭供給，由于粘結劑穩定性不好，容易變質，變性后可能會造成噴頭堵塞，使得噴頭維護困難，影響工藝穩定性，經常更換噴頭又會提高工藝成本。
2)砂型鑄造中，發氣量是一項重要的指標。有機粘結劑材料體系(樹脂砂)使得最終砂型中有機物的含量增加，在澆鑄時產生大量氣體，增大了鑄件中氣孔等缺陷產生的傾向，同時也不利于實現綠色鑄造。
技術實現要素：
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種鑄型三維噴印成形方法，其目的在于通過設計一種不易堵塞噴頭的低發氣量鑄型三維噴印成形方法，解決三維噴印成形鑄型時，有機粘結劑容易堵塞噴頭且造成鑄型發氣量增大的技術問題。
為實現上述目的，按照本發明，提供了一種鑄型三維噴印成形方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)制備液體粘結劑：按質量份數比將50～99.5份的去離子水、0～49份的助揮發劑、0.5～5份固化劑和0～5份粘結劑改性劑混合形成混合溶液，所述述混合溶液作為三維噴印的液體粘結劑；
(2)制備混合粉末：按質量份數比將1～9份速溶硅酸鈉、0～1份有機高分子粉末和90～99份的原砂進行機械混合形成混合粉末，上述混合粉末作為三維噴印的打印材料；
(3)將步驟(1)制備的液體粘結劑放入快速成型設備的噴墨打印頭內，將步驟(2)制備的混合粉末放入粉缸內，開啟快速成型設備進行三維噴印成形，在打印過程中和/或零件打印完成后，采用加熱和/或微波干燥的方式使零件固化，固化完成后去除多余粉末即得到所需的鑄型零件。
優選地，所述的助揮發劑為無水乙醇或丙酮。
優選地，所述的固化劑為有機酯或多元醇。
優選地，所述的粘結劑改性劑改性劑為十六烷基三甲基溴化銨、甘油或聚乙二醇。
優選地，所述的原砂為石英砂、寶珠砂、莫來石砂或鋯砂。
優選地，所述有機高分子粉末為聚丙烯酰胺或聚乙烯醇。
總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：
1)采用的液體粘結劑為水基粘結劑，性質穩定，不易變質堵塞噴頭，提高了鑄型三維噴印的工藝穩定性，有利于降低使用成本；
2)水基粘結劑中加入促進硅酸鈉水溶液脫水硬化的固化劑，并在打印過程中或打印完成后，采用加熱或微波固化的方式干燥，有利于提高固化強度，減少固化時間，提高生產效率；
3)采用了無機粘結劑材料，降低了鑄型的發氣量，有利于減少鑄件中氣孔等缺陷產生的傾向。
附圖說明
圖1是本發明的工作流程圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
實施例1
一種鑄型三維噴印成形方法，包括以下步驟：
(1)以質量份數計，采用99.5份的去離子水作為粘結劑，向去離子水中添加0.5份多元醇形成混合溶液，上述混合溶液作為三維噴印的液體粘結劑材料；
(2)以質量份數計，采用1份速溶硅酸鈉作為固體粘結劑粉末與99份的原砂(原砂可以為石英砂、寶珠砂、莫來石砂或鋯砂)進行機械混合，上述混合粉末作為三維噴印的打印材料；
(3)采用步驟(1)制備的液體粘結劑放入快速成型設備的噴墨打印頭內、步驟(2)制備的混合粉末放入粉缸內，開啟快速成型設備進行三維噴印成形，在打印過程中或零件打印完成后，采用加熱或微波干燥的方式使零件內部固化；干燥完成后去除多余粉末即得到所需的鑄型零件。
采用實施例1得到的三維噴印粘結劑，室溫下粘度小于2.5mPa.s，上述粘結劑打印順暢，不易堵塞噴頭，鑄型強度大于0.4MPa，1000℃下發氣量小于10mL/g。
實施例2
一種鑄型三維噴印成形方法，包括以下步驟：
(1)以質量份數計，采用70份的去離子水作為粘結劑，向去離子水中添加22份無水乙醇、3份多元醇和5份十六烷基三甲基溴化銨形成混合溶液，上述混合溶液作為三維噴印的液體粘結劑材料；
(2)以質量份數計，采用5份速溶硅酸鈉作為固體粘結劑粉末，向速溶硅酸鈉中添加0.5份聚乙烯醇，再與94.5份的原砂(原砂可以為石英砂、寶珠砂、莫來石砂或鋯砂)進行機械混合，上述混合粉末作為三維噴印的打印材料；
(3)采用步驟(1)制備的液體粘結劑放入快速成型設備的噴墨打印頭內、步驟(2)制備的混合粉末放入粉缸內，開啟快速成型設備進行三維噴印成形，在打印過程中或零件打印完成后，采用加熱或微波干燥的方式使零件內部固化；干燥完成后去除多余粉末即得到所需的鑄型零件。
采用實施例2得到的三維噴印粘結劑，室溫下粘度小于2.5mPa.s，。上述粘結劑打印順暢，不易堵塞噴頭，鑄型強度大于0.4MPa，鑄型強度大于0.6MPa，1000℃下發氣量小于10mL/g。
實施例3
一種鑄型三維噴印成形方法，包括以下步驟：
(1)以質量份數計，采用50份的去離子水作為粘結劑，向去離子水中添加49份丙酮、0.5份有機酯和0.5份甘油形成混合溶液，上述混合溶液作為三維噴印的液體粘結劑材料；
(2)以質量份數計，采用7份速溶硅酸鈉作為固體粘結劑粉末，向速溶硅酸鈉中添加0.8份聚乙烯醇，再與92.2份的原砂(原砂可以為石英砂、寶珠砂、莫來石砂或鋯砂)進行機械混合，上述混合粉末作為三維噴印的打印材料；
(3)采用步驟(1)制備的液體粘結劑放入快速成型設備的噴墨打印頭內、步驟(2)制備的混合粉末放入粉缸內，開啟快速成型設備進行三維噴印成形，在打印過程中或零件打印完成后，采用加熱或微波干燥的方式使零件內部固化；干燥完成后去除多余粉末即得到所需的鑄型零件。
采用實施例3得到的三維噴印粘結劑，室溫下粘度小于2mPa.s，鑄型強度大于0.4MPa。
實施例4
一種鑄型三維噴印成形方法，包括以下步驟：
(1)以質量份數計，采用50份的去離子水作為粘結劑，向去離子水中添加44份丙酮、5份有機酯和1份聚乙二醇形成混合溶液，上述混合溶液作為三維噴印的液體粘結劑材料；
(2)以質量份數計，采用9份速溶硅酸鈉作為固體粘結劑粉末，向速溶硅酸鈉中添加1份聚丙烯酰胺，再與90份的原砂(原砂可以為石英砂、寶珠砂、莫來石砂或鋯砂)進行機械混合，上述混合粉末作為三維噴印的打印材料；
(3)采用步驟(1)制備的液體粘結劑放入快速成型設備的噴墨打印頭內、步驟(2)制備的混合粉末放入粉缸內，開啟快速成型設備進行三維噴印成形，在打印過程中或零件打印完成后，采用加熱或微波干燥的方式使零件內部固化；干燥完成后去除多余粉末即得到所需的鑄型零件。
采用實施例4得到的三維噴印粘結劑，室溫下粘度小于2.5mPa.s，鑄型強度大于0.6MPa。
本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。