本發明屬于航空精密鑄造領域，具體涉及一種利用3d打印生產制造選晶器的方法。

背景技術：

航空航天產業是國家綜合國力的集中體現和重要標志，是國家先進制造業的重要組成部分，是國家科技創新體系一支重要力量，是國家戰略產業。航空發動機是航空航天產業最為重要的部件，被稱為工業中的皇冠，發動機中的葉片則是發動機中的心臟，其制造成本約占整機的25%至30%，而葉片制造的關鍵技術在于單晶凝固生產過程，選晶器的好壞則決定了單晶葉片的材料取向性能，一直以來是國內葉片制造技術的瓶頸之一。

目前選晶器的設計主要依靠經驗，對于選晶器的各項參數缺乏合理的理論支持和數據支撐，尤其針對選晶效率優秀，但制造復雜的螺旋選晶器，使用現有金屬模具存在不能分型的缺點，并且制作進度較低。

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

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明公開了一種3d打印生產選晶器的方法。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種3d打印生產選晶器的方法，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不同幾何形狀的選晶器，分別觀察選晶過程，確定最優選晶參數；

（3）按照步驟（2）得到的最優選晶參數，通過3d打印生產選晶器。

進一步地，耐高溫組分為納米二氧化鈦、鋁粉以及氧化鋅的組合物。

進一步地，具體步驟包括：

（1-a）、準備打印材料，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4個選晶器，并分別使用4個選晶器鑄造單晶試棒，并觀察每個選晶器的幾何變換，確定較優打印材料；

（1-c）、以較優打印材料的組分配比為基準，以±1%為間隔，進一步將打印材料重新分為7組，分別打印生產選晶器；

（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組不同選晶參數打印生產選晶器，模擬選晶過程，優化選晶參數，獲得最優選晶參數；

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

進一步地，選晶參數包括螺旋起升角、螺旋直徑、螺旋螺距。

進一步地，步驟（2）中模擬選晶過程以及優化選晶參數的具體過程為：通過procast和café軟件模擬預測優化選晶器的選晶過程。

進一步地，耐高溫組分中的各成分所占耐高溫組分的質量百分比分別為：納米二氧化鈦：53～70%、鋁粉：22～32%、氧化鋅：5～15%。

本發明提供了一種3d打印生產選晶器的方法，首先確定最優打印材料，再通過最優打印材料打印生產出多個選晶器，確定最優選晶參數，最后按照最優選晶參數，以最優打印材料為原料，通過3d打印生產出最優選晶器。

本發明與現有技術相比，通過優化打印材料以及選晶參數，保證選晶器強度以及選晶效率；有效解決了金屬模具不能分型的缺點，突破了模具設計以及蠟模易脆的瓶頸；并且制造精度高，確保單晶質量以及合格率。

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。

具體實施方式

以下將結合具體實施例對本發明提供的技術方案進行詳細說明，應理解下述具體實施方式僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。

實施例1：

一種3d打印生產選晶器的方法，步驟包括：

（1-a）、準備打印材料，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4個選晶器，并分別使用4個選晶器鑄造單晶試棒，并觀察每個選晶器的幾何變換，確定c組為較優打印材料；

（1-c）、以c組打印材料的組分配比為基準，以±1%為間隔，進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，包括螺旋起升角、螺旋直徑、螺旋螺距，打印生產選晶器，通過procast和café軟件模擬預測優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；預選選晶參數分別為：20°、2mm、19mm，考慮到支撐強度以及螺旋直徑在達到3mm后選晶才趨于穩定，因此所選選晶參數調整優化為19.5°、3mm、19mm，即最優選晶參數；

（3）按照步驟（2）獲得的最優選晶參數，并以（1-d）獲得的c-6組最佳打印材料為原料，通過3d打印生產出最優選晶器，并通過獲得的最優選晶器制備單晶試棒，測試其整體性能，并進一步觀察最優選晶器產生幾何變化的時間。

實施例2：

與實施例1不同的是，調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4個選晶器，并分別使用4個選晶器鑄造單晶試棒，并觀察每個選晶器的幾何變換，確定b組為較優打印材料；

再按照實施例1中步驟（1-c）～（3）制備單晶試棒，測試其整體性能，并進一步觀察最優選晶器產生幾何變化的時間。

通過實施例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作為選晶參數生產出的選晶器，其選晶效果最為優秀，并且最為經久耐用。

最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制性技術方案，本領域的普通技術人員應當理解，那些對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。