自20世紀(jì)50年代起，鈦合金作為工業(yè)新金屬材料在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)后，航空工 業(yè)鈦材用量現(xiàn)已占據(jù)世界鈦材市場(chǎng)的一半以上[1] 。熔模鑄造技術(shù)憑借其近凈成形的優(yōu) 勢(shì)克服了鈦合金因高化學(xué)活性、低熱導(dǎo)率及低塑性等難以采用鍛造、焊接、機(jī)械加 工等方式成形的問題，成為生產(chǎn)鈦合金結(jié)構(gòu)件的主流方法之一。
當(dāng)前，熔模鑄造主要由熔模制造、殼型制造及隨后的干燥、焙燒、澆注、凝固 等工序組成。熔模制備作為整個(gè)精鑄環(huán)節(jié)為首的一步，決定了鈦合金鑄件的原始成 形完整度、表面質(zhì)量及尺寸精度。因此，優(yōu)質(zhì)熔模制備已成為鈦合金行業(yè)發(fā)展的命 脈關(guān)鍵。縱觀三類鈦合金精鑄熔模的發(fā)展，蠟?zāi)Ｗ鳛榘l(fā)展最為悠久的一種，至今占 據(jù)主導(dǎo)地位。光敏樹脂模及聚合物熔模則是隨3D打印技術(shù)的發(fā)展而成熟起來的，這 種以CAD數(shù)模為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)材料逐層累加成形[2] 的技術(shù)不但突破了模具難以成形復(fù)雜 型腔的局限，還極大提升了生產(chǎn)效率，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制備中展現(xiàn)出極大優(yōu)勢(shì)，有 望在未來占據(jù)更大市場(chǎng)份額。
基于鈦合金熔模鑄造大型、復(fù)雜、薄壁化[3] 的發(fā)展趨勢(shì)，鑄件外部成形完整度、 局部尺寸精度、變形程度及內(nèi)部雜質(zhì)控制是鈦合金保持其強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。本 研究基于壓注成形的蠟類模料和3D打印的聚合物模料，從模料自身屬性和成形脫除 工藝參數(shù)方面出發(fā)，為熔模質(zhì)量的進(jìn)一步提高提供有益參考。
1 壓注成形及蠟基、樹脂基熔模
目前國(guó)內(nèi)鈦合金熔模鑄造大都采用蠟質(zhì)熔模，但由于蠟?zāi)３叽缭趬鹤⑦^程中存 在一定波動(dòng)，進(jìn)而造成鑄件尺寸波動(dòng)。研究表明，大體上，蠟?zāi)３叽绮▌?dòng)占鑄件尺 寸波動(dòng)量的10%~70%[4] 。對(duì)長(zhǎng)度25mm的鑄件而言，熔模偏差占鑄件偏差的50%以上[5]， 隨尺寸增大，熔模尺寸對(duì)鑄件尺寸的影響進(jìn)一步增大。此外，鑄件質(zhì)量還受蠟?zāi)Ｍ?掛性、灰分含量及力學(xué)性能的影響。
為盡可能提高蠟?zāi)３尚钨|(zhì)量，用于鈦合金精密鑄造的蠟料應(yīng)滿足以下性能要 求：①良好的涂掛性， 有助于粘結(jié)劑完全浸潤(rùn)熔模； ②流動(dòng)性S58 ℃≥42 mm，便于 完整清晰地復(fù)制蠟?zāi)?；③良好的熱物理性能，使熔化及凝固溫度區(qū)間在5~10 ℃范圍 內(nèi)；④收縮率小于0.7%，減小熔模各向收縮不均勻性；⑤抗彎強(qiáng)度高于2.0 MPa；⑥ 足夠的表面硬度；⑦灰分含量低于0.05%，防止鈦合金液與灰分反應(yīng)[6] 。
但單一蠟質(zhì)或松香質(zhì)及其衍生物均難以滿足鈦合金精鑄用蠟?zāi)Ｐ阅芤?，?前常通過蠟質(zhì)、松香及其衍生物及微量助劑等不同組分的調(diào)和，對(duì)石蠟進(jìn)行物理改性，達(dá)到改善熔模硬度、軟化點(diǎn)、韌塑性等目的。與 此同時(shí)，優(yōu)化蠟?zāi)鹤⒐に噮?shù)也可進(jìn)一步提升熔模 質(zhì)量。
1.1 蠟基及樹脂基組元對(duì)熔模質(zhì)量的影響
1.1.1 石蠟、微晶蠟、聚乙烯蠟
石蠟是碳原子數(shù)在18~30之間的正構(gòu)烷烴，可作為 模料中的晶質(zhì)組元從而有效減少蠟?zāi)Ｖ械牧鸭y。通常 情況下，模料中晶質(zhì)組元的比例應(yīng)達(dá)到1/2~2/3才能保 證熔融模料具有較小的粘度、較好的流動(dòng)性，固態(tài)具 有較好的塑性。同時(shí)，石蠟穩(wěn)定性和收縮性較差，需 通過添加形核劑、樹脂、聚合物等組元改善其不足， 從而滿足精鑄熔模的使用要求。
微晶蠟同石蠟一樣屬于石油產(chǎn)品，但相比石蠟， 微晶蠟的餾程和分子碳分布更寬，異構(gòu)烴含量更高， 組成更復(fù)雜[7-9] 。研究表明，微晶蠟調(diào)和比與微晶蠟中 輕組分的含量對(duì)石蠟改性影響較大。沈大建等[10]分析 了三種均符合70號(hào)微晶蠟一級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)的樣品，發(fā)現(xiàn)分 子組成影響使用性能。較低碳數(shù)分子數(shù)和正構(gòu)烷烴含 量的增加會(huì)提高粘度對(duì)溫度的敏感度，表現(xiàn)為粘度在 使用溫度下降低。王林等 [11] 研究了一系列溫度下不同 石蠟及75號(hào)微晶蠟配比的改性蠟的滴熔點(diǎn)、硬度、粘 度的變化，發(fā)現(xiàn)隨微晶蠟含量升高，滴熔點(diǎn)、粘度、 硬度均呈上升趨勢(shì)，其中硬度在較高溫度下提升效果 尤為顯著。
聚乙烯蠟對(duì)石蠟硬度、熔點(diǎn)和軟化點(diǎn)的改善同微 晶蠟相似，且其較低的熔融粘度還有利于模料粘附性 和韌性的改進(jìn)[12- 13] 。宋宇翔等[14]在聚乙烯蠟加入量的改 性研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步考察了改性工藝對(duì)石蠟性能的影 響，發(fā)現(xiàn)在加熱溫度150 ℃、攪拌速率600r/min的工藝 條件下，經(jīng)4 h改性，石蠟性能最優(yōu)。還有部分學(xué)者采 用數(shù)學(xué)模型描述聚乙烯蠟與石蠟滴熔點(diǎn)/粘度方面的相 互作用，即方程曲線在局部加和曲線上方時(shí)，兩者呈 協(xié)同作用；方程曲線在下時(shí)，為對(duì)抗作用；兩者重合 則為加和效應(yīng) [15] 。綜合考慮不同作用影響，確定聚乙 烯蠟的加入量為3%時(shí)，滴熔點(diǎn)及粘度配合較好，可獲 得適宜的性能。
1.1.2 硬脂酸、樹脂類組元及其他助劑
硬脂酸作為石蠟調(diào)和劑是為提高蠟?zāi)岱€(wěn)定性、 耐寒性和表面光潔度。樹脂類組元的添加是為了提高模料的強(qiáng)硬度、 降低模料收縮率，同時(shí)也作為非晶質(zhì)溶劑，增強(qiáng)模料 的均質(zhì)性。其中松香是石蠟改性中最為常用的樹脂之一，熔點(diǎn)在89~93℃之間，強(qiáng)度高且收縮小。石蠟體系 中加入松香可以提高蠟料的強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)和軟化 點(diǎn)，降低蠟?zāi)５氖湛s率。
另外，由于鈦合金精密鑄造的快速發(fā)展，對(duì)模料 的強(qiáng)度、韌性、耐熱耐寒、抗靜電、涂掛等性能提出 了更高的要求，由此推動(dòng)了各種改性助劑的發(fā)展。例 如向基底模料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%~3%的乙烯-醋酸乙烯 酯共聚物(簡(jiǎn)稱EVA)可以提高模料的強(qiáng)度、韌性和 耐熱性；還可以通過某些成核劑 [15] 的加入提高或改善 蠟料結(jié)晶率及結(jié)晶形態(tài)，達(dá)到性能優(yōu)化的目的。
1.2 蠟?zāi)３尚芜^程對(duì)熔模質(zhì)量的影響
當(dāng)前生產(chǎn)上蠟?zāi)Ｖ苽浯蠖疾捎媚＞邏鹤⒎ǎ?及的工藝參數(shù)如壓注溫度、模具溫度、注射壓力、保 溫時(shí)間和蠟料流量均不同程度地影響了蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量[17-20] 。 此外，還有因蠟?zāi)Ｗ陨韰^(qū)域性不均勻收縮導(dǎo)致的蠟?zāi)?變形開裂，這是因?yàn)槟＞叽嬖趨^(qū)域厚度梯度區(qū)，冷卻 時(shí)薄壁區(qū)降溫較厚區(qū)快，使得薄區(qū)收縮小于厚區(qū)，生 產(chǎn)上應(yīng)適當(dāng)調(diào)整保壓時(shí)間以避免這種由應(yīng)力造成的扭 曲變形。周李明等 [21] 采用自制的網(wǎng)格狀射蠟?zāi)＞哐芯?了影響蠟?zāi)３湫托阅艿囊蛩?，證明各工藝參數(shù)中射蠟 溫度對(duì)充型程度影響最大。
總體上，蠟?zāi)Ｖ写嬖诘闹饕毕菘煞譃槌叽绮顒e 過大、含有雜質(zhì)、裂紋等幾類。
2 立體光固化成形及光敏樹脂熔模
光固化增材制造是一種較早出現(xiàn)的增材制造工 藝，相比其他快速鑄造方法，光固化增材制造技術(shù)可 以獲得形狀更復(fù)雜、精度更高、表面質(zhì)量更好、機(jī)械 強(qiáng)度更高的樹脂熔模 [24] 。發(fā)展至今，光固化增材制造技術(shù)已趨于成熟，在鈦合金熔模鑄造行業(yè)發(fā)揮著愈來 愈重要的作用。
但是在實(shí)際生產(chǎn)中，熔模鑄造用光敏樹脂熔模仍 面臨以下問題：①樹脂熱膨脹系數(shù)較大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，樹 脂模變形量比型殼材料的變形量大 1~2個(gè)數(shù)量級(jí)[25] ，在 高溫焙燒脫模過程中容易造成型殼脹裂[24] 。②樹脂的 粘度較大，型殼內(nèi)腔中的樹脂難以排盡。③樹脂的固 化收縮率大，在SLA分層打印過程中累積的收縮應(yīng)力會(huì) 導(dǎo)致熔模變形。④樹脂的吸濕性也會(huì)對(duì)熔模的尺寸穩(wěn) 定性產(chǎn)生影響[26] 。
為生產(chǎn)出尺寸穩(wěn)定性更高且匹配生產(chǎn)用型殼膨脹 性的光敏樹脂模，需開發(fā)具有更優(yōu)性能的光敏樹脂并 制定新的成形工藝及脫模工藝。
2.1 光敏樹脂成分組元對(duì)熔模質(zhì)量的影響
光敏樹脂主要成分包括預(yù)聚物、活性單體、紫外 光引發(fā)劑三種。根據(jù)光固化機(jī)理的差異，可分為自由 基固化型、陽離子固化型和自由基- 陽離子混合固化型 三類 [27] 。早期使用的自由基固化型光敏樹脂中不飽和 鍵會(huì)在固化過程中發(fā)生聚合，使之前分子中部分范德 華力距離變成間距更小的共價(jià)鍵距離，致使自由基型 光敏樹脂在固化時(shí)體積收縮率達(dá)到6%，所得結(jié)構(gòu)件易 發(fā)生翹曲變形。研究發(fā)現(xiàn)，添加環(huán)氧化合物可顯著降 低自由基固化型光敏樹脂體系的收縮率，這是因?yàn)榄h(huán) 氧化合物在激光照射下發(fā)生陽離子開環(huán)聚合反應(yīng)，開環(huán)后的結(jié)構(gòu)單元尺寸大于未開環(huán)的結(jié)構(gòu)單元尺寸，補(bǔ) 償了自由基型光敏樹脂體系中分子間距的縮小?；?該固化原理，劉甜等 [28] 以二縮水甘油醚和丙烯酸為主 要原料，制備了一系列二縮水甘油醚二丙烯酸酯光敏 預(yù)聚物，獲得的光敏樹脂體積收縮率在5%左右，且柔 韌性良好。段玉剛等 [29] 也研制出一種低翹曲混合型光 敏樹脂，可生產(chǎn)出精度達(dá)2%的構(gòu)件，極大擴(kuò)展了SLA 技術(shù)的應(yīng)用范圍。
由于自由基- 陽離子混合固化型光敏樹脂兼具自由 基型光敏樹脂固化速率快和陽離子型光敏樹脂收縮率 低的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為研究熱點(diǎn)。未來，開發(fā)兼具耐熱 性和韌性的低收縮率光敏樹脂成為SLA技術(shù)的研究方 向[30] 。
2.2 成形工藝對(duì)熔模質(zhì)量的影響
雖然立體光固化成形( SLA)技術(shù)制造出的造型 物兼具高精度和高透明度 [31] 。但是仍存在變形、發(fā)氣 和膨脹問題。
圖2總結(jié)了光固化成形過程中致使成形件產(chǎn)生質(zhì)量 問題的所有原因 [32] ，以此為研究前提， 不少學(xué)者對(duì)前 期數(shù)據(jù)處理及成形工藝參數(shù)[32-34]進(jìn)行了深入研究并提出 如下建議：弦高值(ch)的設(shè)置應(yīng)參考尺寸允許誤差，
ch值越小， STL文件與成形件的三維逼近程度越高，數(shù) 據(jù)處理運(yùn)算量越大，需通過允許誤差來平衡圖形精度 與數(shù)據(jù)處理的取舍；分層過程中，應(yīng)盡量使切層方向 某一尺寸能與分層厚度整除從而減少分層對(duì)相鄰面層 關(guān)聯(lián)性的破壞，其次還應(yīng)注意“階梯效應(yīng)”對(duì)曲面成 形的影響；成形時(shí)，應(yīng)保證分層厚度小于紫外光最大 固化深度、掃描間距小于最大固化線幅，掃描速度和 掃描間距合理匹配，再者還應(yīng)補(bǔ)償光斑直徑，使得最 終成形樹脂件變形較小、內(nèi)部應(yīng)力較少且具有足夠結(jié)合強(qiáng)度。
為解決光敏樹脂模存在的脹殼及發(fā)氣問題，美國(guó) 3D System公司于20世紀(jì)90年代初期開發(fā)了QuickCast軟件，結(jié)合該軟件實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部呈六邊形結(jié)構(gòu)而表面連續(xù) 光滑的樹脂熔模。這項(xiàng)技術(shù)使得樹脂熔模在焙燒時(shí)首 先向內(nèi)坍塌，解決了型殼脹裂的問題，還能節(jié)省90%的 光敏樹脂制模材料[35-36] 。宗學(xué)文等結(jié)合型殼熱脹受力模 型和有限元分析，總結(jié)并推導(dǎo)了樹脂膜消除過程中的 熱變形機(jī)理和型殼開裂條件，由抽殼圓柱體型殼不破 裂條件可知，樹脂模型壁厚越小時(shí)，型殼所受張力也 會(huì)相應(yīng)越小，該研究進(jìn)一步證明了中空型樹脂模在防 止型殼脹裂方面有極大潛力。針對(duì)樹脂模發(fā)氣問題， 可以通過在熔模上預(yù)留排氣孔導(dǎo)出氣體。
3 選擇性激光燒結(jié)快速成形高聚物 熔模
選擇性激光燒結(jié)快速成形技術(shù)(簡(jiǎn)稱SLS技術(shù)) 1989年由美國(guó)CRDeeard申請(qǐng)專利[37] ，是一種利用激光 加熱選定區(qū)域粉材，使微粒在軟化/熔融溫度下相互結(jié) 合的成形方法。因其成形材料種類多、應(yīng)用領(lǐng)域廣的 優(yōu)點(diǎn)而迅速發(fā)展。目前， SLS技術(shù)所用的燒結(jié)材料已經(jīng) 開發(fā)出十余種[38-40] ，其中聚苯乙烯(PS)粉因其低吸水 性、高成品光潔度成為鈦合金精密鑄造中較常使用的 熔模原料，但純PS粉末存在燒結(jié)件變形大、成形件強(qiáng) 度低、脫模困難且污染環(huán)境等缺點(diǎn)，各大高校及科研 院所基于PS粉摻雜改性和成形工藝參數(shù)優(yōu)化兩種途徑 積極探索了改善熔模質(zhì)量的方法。
3.1 高聚物熔模研究現(xiàn)狀
目前，用于SLS的熱塑性高分子及其復(fù)合材料屬 大分子量、玻璃體材料。按結(jié)晶性可分為聚碳酸酯 (PC)、聚苯乙烯(PS)、高抗沖聚乙烯(HIPS)等 非結(jié)晶性高分子材料和尼龍(PA)、聚丙烯( PP )、 高密度聚乙烯( HDPE )、聚醚醚酮( PEEK )等結(jié)晶 性高分子材料 [42] 。由于該類熱塑性高分子材料的燒結(jié) 速率普遍與粘度呈反比 [43] ，因而結(jié)晶性不同的兩種高 分子材料的SLS燒結(jié)特性也不盡相同。
非結(jié)晶高分子材料熔融粘度高，使得SLS燒結(jié)速率 低， 成形件呈多孔狀且致密度、強(qiáng)度較低[43] ，表面光 潔度也低于蠟質(zhì)熔模。在提升非結(jié)晶性高分子材料成 形致密度及強(qiáng)度的種種途徑中，復(fù)合法憑借其簡(jiǎn)便高 效性脫穎而出。鄭海忠等人[44-46]和張堅(jiān)[47]等通過乳液聚 合法制備了核-殼式納米聚苯乙烯(PS) /Al2O3復(fù)合顆 粒，發(fā)現(xiàn)利用該種顆粒參雜的PS粉所得SLS成形件的致 密度、強(qiáng)度均明顯提高，且納米粒子在聚合物基體中 分散性良好。
結(jié)晶性高分子材料則有固定熔點(diǎn)，且粘度在熔點(diǎn) 附近急劇降低，使得SLS燒結(jié)速率及成形致密性均優(yōu)于 前者。因而近年來該類模料的發(fā)展方向主要集中于模料力學(xué)及耐熱性能提升。華中科技大學(xué)楊勁松[48] 向尼 龍12中添加鈦酸鉀晶須有效提高了SLS成形件的強(qiáng)度。 英國(guó)Liverpool大學(xué)的Gill和Hon[49]研究了碳化硅粉末對(duì) 尼龍材料SLS成形件性能的影響。美國(guó)的Baumann[50]通 過向尼龍中摻雜二氧化鈦粉制備了復(fù)合材料。上述研 究表明，雖然微米級(jí)填料有助于成形件強(qiáng)度、硬度的 提高，卻削弱了制件韌性。由此推動(dòng)了高分子納米復(fù) 合材料的廣泛研究，如累托石、納米二氧化硅、碳納 米管等納米級(jí)填料極大提升了SLS成形件的力學(xué)性能、 熱性能及耐磨性。未來，兼具強(qiáng)韌性的納米復(fù)合材料 定會(huì)成為SLS高分子聚合物的發(fā)展方向。
3.2 SLS 燒結(jié)成形過程對(duì)熔模質(zhì)量的影響
結(jié)合高分子模料特性及SLS成形技術(shù)特點(diǎn)可知， SLS成形過程中預(yù)熱溫度、激光功率、掃描速度、鋪粉 厚度是影響成形件質(zhì)量的主要因素。成形過程中應(yīng)注 意各工藝參數(shù)之間的協(xié)調(diào)。
預(yù)熱溫度方面，由于非結(jié)晶高分子材料大分子鏈 段在玻璃轉(zhuǎn)化溫度( Tg )下運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，表現(xiàn)為粉末顆粒 相互粘結(jié)結(jié)塊，致使流動(dòng)性下降，為增加流動(dòng)性并減 小溫度場(chǎng)不均勻造成的結(jié)構(gòu)件翹曲變形，粉末預(yù)熱溫 度應(yīng)低于Tg 。
工藝參數(shù)方面，現(xiàn)有研究均表明參數(shù)設(shè)置對(duì)成形 件Z軸方向尺寸影響遠(yuǎn)大于X 、Y方向。 Z 向尺寸控制既 是提高PS粉燒結(jié)件精度的首要考慮因素，也是SLS燒 結(jié)工藝參數(shù)控制的主要目標(biāo) [51] 。楊來俠等 [51] 采用單因 素法，在70 ℃預(yù)熱條件下，確定了激光功率、分層厚 度、掃描速度的合理范圍，進(jìn)一步佐以正交實(shí)驗(yàn)，在激 光功率25 W、分層厚度0.25mm、掃描速度2 000 mm/s 、 掃描間隔0.32mm時(shí)獲得彎曲強(qiáng)度為3.191 MPa、尺寸相 對(duì)誤差為 1.85%的優(yōu)質(zhì)燒結(jié)品。
4 模料脫除
4.1 蠟?zāi)Ｃ摮?/span>
蠟?zāi)Ｃ摮赶灹蠌男蜌ぶ腥苁У倪^程。根據(jù)脫 蠟原理的不同，目前國(guó)內(nèi)外鈦精鑄行業(yè)采取的常規(guī)脫 蠟工藝主要有溶劑脫蠟、熱水脫蠟、高壓蒸汽脫蠟、 電磁波脫蠟和燃燒脫蠟等幾種[52] 。早期我國(guó)鈦合金精 密鑄造采用的溶劑脫蠟因使用具有毒副性的有機(jī)溶劑(三氯乙烯)已被淘汰。熱水/高壓蒸汽脫蠟兩種方法 不適用于水溶性粘結(jié)劑/回溶性耐火骨料的型殼(會(huì)造 成型殼材料的回溶)，使用局限性大。電磁波脫蠟則 利用微波/紅外波加熱中溫蠟料至熔點(diǎn)附近，使蠟料憑 借其優(yōu)良的流動(dòng)性與型腔分離，不僅無毒且對(duì)型殼及 模料材料無特殊要求，得到了廣泛應(yīng)用。
但仍需注意的是，蠟?zāi)Ｃ摮源嬖跓崤蛎浖盎曳謿埩魡栴}，前者常造成型殼開裂或變形，后者則易 與鈦合金液反應(yīng)產(chǎn)生厚大污染層及氣孔。因而生產(chǎn)中 常通過脫蠟口倒置和增加外部冒口的方法減輕上述影 響，但并未完全解決以上問題，目前仍需開發(fā)新的脫 蠟方法。
4.2 光敏樹脂模脫除
光敏樹脂材料普遍熔點(diǎn)較高，為保證模料脫除干 凈，常采用高溫焙燒的方法進(jìn)行脫除。由于光敏樹脂 焙燒過程中伴隨有發(fā)氣現(xiàn)象，并生成少量難以清除的 殘留物，容易降低鑄件質(zhì)量 [53] 。應(yīng)合理把控焙燒工藝 及焙燒后處理，從而減小對(duì)鑄件質(zhì)量的損傷。
圖3為SLA模的熱重分析曲線，喬海濱等[54]記錄了 300~500 ℃區(qū)間內(nèi)每間隔50 ℃ SLA模的狀態(tài)變化，結(jié) 合熱重分析曲線將SLA模的脫除劃分為 100 ℃緩慢分 解、 300 ℃時(shí)劇烈分解及600℃時(shí)分解基本結(jié)束共三個(gè) 階段。由于光敏樹脂熱固性塑料屬性，整個(gè)焙燒過程 中模料不會(huì)熔化流失，因而作用于型殼上的膨脹力持 續(xù)時(shí)間較久，增大了型殼脹裂的可能性，同時(shí)型腔內(nèi) 灰分殘留較多，增大了鑄件質(zhì)量的損傷可能性。
因此，建議生產(chǎn)中初始階段焙燒溫度應(yīng)迅速升高 至300 ℃以上，同時(shí)增加排氣孔數(shù)量和空氣流通速度， 促進(jìn)光敏樹脂燃燒，焙燒后實(shí)施型殼清灰等措施消除 灰分殘留的不利影響。
4.3 聚合物模脫除
SLS模料為高分子化合物，熔化溫度遠(yuǎn)高于蠟類 模料，且熔程長(zhǎng)，無固定熔點(diǎn)。在模料脫除過程中應(yīng) 密切關(guān)注其流動(dòng)及分解情況。這類高分子化合物具有 較高粘度及溫度敏感性，且流動(dòng)困難，在溫度接近 230 ℃時(shí)粘度僅達(dá)到100 Pa ·s[55] 。因此，該類模料的 脫除應(yīng)基于其流動(dòng)特性設(shè)定合理的脫模溫度，在盡可 能獲得干凈內(nèi)腔型殼的同時(shí)達(dá)到降低型殼脹裂、破損 的目的。喬海濱等人通過對(duì)PS粉模燃燒特征的研究，結(jié)合 熱重分析曲線[54]發(fā)現(xiàn)， 400~460 ℃是PS粉模的快速燃燒 溫度區(qū)間，此時(shí)模樣膨脹力作用在型殼上的時(shí)間大大 縮短。楊勁松等[55]通過逐步升溫試驗(yàn)，探究了SLS高分 子聚合物模料升溫過程中模料的流動(dòng)及分解情況，發(fā) 現(xiàn)分階段升溫脫除法在PS粉模消失過程中顯示出極大 優(yōu)勢(shì)，可以有效實(shí)現(xiàn)PS粉模的完全脫除，獲得合格型 殼。
同時(shí)，由于SLS模料是以聚苯乙烯為主的高分子模 料，燃燒過程中若含氧量不足，會(huì)在模料表面沉積一 層致密的碳化物層阻礙燃燒進(jìn)行，從而應(yīng)確保模型上 預(yù)留有足夠多的氣孔為燃燒提供充足的氧氣。
5 結(jié)語
鈦合金作為 21 世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ暮辖穑?nbsp; 其構(gòu) 件制備水平的先進(jìn)性標(biāo)志著國(guó)家航空航天、精、尖工 業(yè)的先進(jìn)度。為提升我國(guó)鈦合金構(gòu)件的成形質(zhì)量， 第一步是確保所用熔模的成形完整度和尺寸精確度。 因此，把控模料性能及熔模脫除過程是行之有效的方 法，鑒于目前國(guó)內(nèi)對(duì)于優(yōu)質(zhì)模料進(jìn)口的依賴性，亟需 提升國(guó)內(nèi)自主研發(fā)能力，以下就未來模料研發(fā)和脫模 工藝的研究提出以下建議：
( 1 )蠟質(zhì)模料目前常用物理改性的方式生產(chǎn)具 有目標(biāo)性能的模料，石蠟作為模料的主要組元，其優(yōu) 良的流動(dòng)性確保了熔模的完整度，但其強(qiáng)硬度、收縮 性、光潔度、穩(wěn)定性等方面仍有欠缺，需調(diào)和其他組 元以彌補(bǔ)不足。例如松香質(zhì)組元的加入有效改善了石 蠟硬度的不足，并使得收縮減??；微晶蠟及聚乙烯蠟 的加入可改善滴熔點(diǎn)、粘度、硬度及光潔度，并細(xì)化 結(jié)晶度。
( 2 ) 3D打印用模料方面，控制光敏樹脂及聚合物 在成形時(shí)的翹曲變形及收縮是重中之重，例如光敏樹 脂中開環(huán)化合物的開環(huán)聚合反應(yīng)可以補(bǔ)充燒結(jié)時(shí)的尺 寸收縮。因此開發(fā)具有低粘度、低收縮率及適宜球形 度的3D打印模料是未來發(fā)展方向。
( 3)對(duì)于熔模成形工藝，蠟質(zhì)熔模質(zhì)量受射蠟溫 度、壓注壓力、保壓時(shí)間及保溫溫度的影響； 3D熔模 質(zhì)量則受預(yù)熱溫度、激光功率、鋪粉厚度、掃描速度 的影響，應(yīng)在生產(chǎn)過程合理調(diào)整總結(jié)出具有針對(duì)性的 工藝參數(shù)規(guī)范，減少熔模的翹曲變形，生產(chǎn)出高質(zhì)量 熔模。
( 4 )熔模在脫除過程中會(huì)因其灰分殘留而對(duì)鑄件 質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，針對(duì)具體熔模應(yīng)從目前常用的脫 除工藝中進(jìn)行合理選擇，并按模料特性制定相匹配的 工藝參數(shù)。
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