快速成型技术及其在铸造中的应用解析

第2章 快速成型技术及其在铸造中的应用引言快速成型〔RapidPrototyping-RP〕技术是国际上开发的一项高科技成果，简称快速成型技术。它的核心技术是计算机技术和材料技术。快速成型技术摒弃了传统的机械加工方法，依据CAD生成的零件几何信息，把握三维数控成型系统，通过激光束或其它方法将材料积存而形成零件的。用这种方法成型，无需进展费时、耗资的模具或专用工具的设计和机械加工，极大地提高了生产效率和制造柔性。从制造原理上讲，快速成型〔RP〕技术一改“去除”为“积存”的加工原理，给制造技术带来了革命性的飞跃式进展。基于RP原理的快速制造技术经十几年的进展，在创RP技术的应用可大大加快产品开发速求企业对市场能快速响应并不断推出产品占据市场，如型机的市场寿命仅6个月，又如台湾和日本摩托车行业，每三个月就推出一种型摩托车投入市场，摩托车几万辆就需改型。二十世纪九十年月以来，在信息互联网支持下，由快速设计、反求工程、快速成形、快速制模等构成的快速制造技术取得很大进展。70803MAlanJ.Hebert(1978)、日本的小玉秀男(1980UVPCharlesW.Hull(1982)和日本的丸谷洋二(1983RP体的思想。CharlesW.HullUVPStereolithographyApparatus(SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RPCharlesW.Hull和UVP3DSystem1984年MichaelFeygin提出了薄材叠层〔LaminatedObjectManufacturingLOM〕的方法，并于1985Helisys1992LOM-1015。1986Texas大学的争论生C.Deckard(SelectiveLaserSintering，简称SLS)DTM1992年开发了基于SLS的商业成形系统Sinterstation。ScottCrump1988(FusedDepositionModelingFDM)的思想，19923D-Modeler80年月中期SLA90年月后期，消灭了几十种不同的RP3DPSLA、LOM、SLSFDMRP目前世界上已投入应用的快速成型装置所承受的主要方法有以下6种：SLA〔StereoLithography〕法--立体平版印刷法；SLS〔SelectiveLaserSintering〕--激光分层烧结法；LOM〔LaminatedObjectManufactu-ring〕--激光薄片叠层制造；SGC〔SoldGroundCuring〕--光掩膜法；FDM〔FusedDeopositeManufacturing〕--熔丝沉积成型法；DSPC(DirectShellProductionCasting)—直接陶瓷壳法。在计算机上绘制所需生产零件的三维模样，用切片软件将立体模样切成一系列不同高度处截面的二维平面轮廓曲线，然后用快速成型机自动形成每一截面的轮廓，并将各截面逐一叠加，组合成所设计产品的模样实物。上述整个过程均在一台机器上完成，能在几小时或几十小时内制造出高精度的模样实物。此外，还有一些方法尚处于争论之中。在这6种方法中，SLA法最成熟，也是市场的最大占有者。在铸造生产中，模板、芯盒、压蜡型、压铸模等的制造往往是靠机械加工的方法，有例如飞机发动机的叶片、船用螺旋浆，汽车、拖拉机的缸体、缸盖等，模具的制造更是一但除了设备价格昂贵之外，模具加工的周期也很长，而且由于没有很好的软件系统支持，机床的编程也很困难。面对今日世界上经济市场的竞争，产品的更换代日益加快，铸造模具加工的现状很难适应当前的形势。而快速成型制造技术的消灭为解决这个问题供给了一条颇具前景的路。目前，国际上快速成型技术在铸造中的应用主要有以下3个方面。直接浇注铸件模样这种方法适用于外形简洁的单件生产，例如航空航天工业中的特铸件，或者是在产品试制时先做一两个铸件供进一步试验用。具体操作是先用快速成型制作易熔模，然后将模样或者用熔模铸造方法制壳浇注铸件，或者用消逝模铸造方法直接浇注铸件。在用SLS法成型时，当以石蜡粉末为原料，直接制出石蜡原型来，可以便利在浇出铸件。用原型翻制母模后再浇注铸件硬砂型方法等翻制母模，然后制蜡模或直接浇注成铸件。SLS法所使用的原料为石蜡、尼龙或聚碳酸酯等。用聚碳酸酯材料烧结制成的模样，在很多性能上优于石蜡，可以做很多简洁的高精度件。美国克莱斯勒公司和通用机器公司应用SLS法削减型汽车发动机零件的开发费用。克莱斯勒公司用SLS法制成蜡模，生产外形很简洁的汽车进排气管，通用机器公司也用这种方法来制造航天器上的简洁零件Rorketdyhe公司甚至用蜡和尼龙来做简洁的六缸气缸体模样，然后用熔模铸造的方法生产铸件。利用原型模样制造模具这个方面的应用最广泛，可用于铸件的大量生产。型模样，再进展外表喷镀，或者是用LOM法烧结陶瓷原型，然后将模样直接安装在模板、芯盒上使用。这样可以削减模具的制造周期，本钱比用数控机床加工还有所降低。美国福特汽车公司用LOM法制造长685mm3成砂型铸造用的模板，尺寸精度到达±0.13mm。型模样做成芯盒或压蜡模具。CAD原型，再用上述各种方法直接铸造出金属模具。立体平板印刷(SLA)技术工艺原理SLA技术又称光固化快速成形技术，其原理是将所设计零件的三维计算机图象数据转换成一系列很薄的模样截面数据.然后在快速成型机上用计算机把握激光束对光敏树脂为原料的外表进展逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层〔约格外之几毫米〕产生光聚合反响而化好的树脂外表再敷上一层的液态树脂，进展下一层的扫描加工，如此反复，直到整个原型制造完毕。该工艺从零件的最低薄层截面开头,连续进展,一般每层厚度为0.076-0.381mm。最终将模样从树脂液中取出，进展最终的硬化处理，再打光、电镀、喷涂2-1SLA2-2SLA技术特点和应用2-1SLA工艺原理图由于光聚合反响是基于光的作用而不是基于热的作用，故在工作时只需功率较低的激光源。此外，由于没有热集中，加上链式反响能够很好地把握，能保证聚合反响不发生在激光点之外，因而加工精度高2-1SLA工艺原理图SLA7mm/h0.1747SLA用于汽车发动机进气管试验，进气管内腔外形是由格外简洁的自由曲面构成的，它对提高进气效率、燃烧过程有格外重要的影响。设计过程中，需要对不同的进气管方案做气道试验，传统的方法是用手工方法加工出由几十个截面来描述的气管木模或石膏模，再用砂模铸造进气管，加工中，木模工对图纸的理解和本身的技术水寻常导致零件与设计但其预备时间长，特别是几何外形简洁时更是如此。英国Rover公司使用快速成型技术生产进气管的外模及内腔模，取得了令人满足的效果。SLA工艺的缺点是在液态树脂固化过程中，模样收缩后引起变形量较大，在型壳焙烧中，因树脂模易使型壳开裂，需要用型树脂制造尺寸准确的半空模样来抑制次缺点。另外，该法必需用腊替代每层薄截面轮廓外未固化的树脂，以便支撑下一层。这样一层层制作，直到模样完成，然后加热去掉支撑腊，操作上很麻烦。该工艺不适合制造尺寸较厚、较大的铸件，并且光敏树脂价格昂贵〔高于黄金价格，一般民用产品难以承受。2-2SLA5000美国、日本、德国、比利时等都投入了大量的人力、物力争论该技术，并不断有产品问世。我国西安交通大学也研制成功了立体光造型机LPS600A。目前，全世界有10多家工厂生产该产品。选择性激光烧结〔SLS〕技术工艺原理SLS技术与SLA技术很相像，只是用粉末原料取代了液态光聚合物，并以确定的扫描速度和能量作用于粉末材料。以国产AFS2-3图2-3 SLS成型原理AFS激光快速自动成型机承受选区激光烧结〔SLS〕原理。主要由两个过程组成。信息过程〔离散。在计算机上建模的CAD三维立体造型零件，或通过逆向工程得到的三维实体图形文件，将其转换成STL文件格式。再用一离散〔切片〕软件从STL文件离散出一系列给定厚度的有序片层。或者直接从CAD文件进展切片。这些离散的片层按次序累积起来仍是所设计的零件实体外形。然后，将上述的离散〔切片〕数据传递到成型机中去，成型机中的扫描器在计算机信息的把握下逐层进展扫描烧结。物理过程〔叠加。成型系统的主体构造是在一个封闭的成型室中安装两个缸体铺粉滚筒将粉料均匀地铺在成型缸加工外表上，激光束在计算机的把握下以给定的速度和能量对第一层信息进展扫描。激光束扫过之处粉末被烧结固化为给定厚度的片层，未烧结供料缸活塞上移，铺粉滚筒再次铺粉，激光束再按其次层信息进展扫描，所形成的其次片层同时也被烧结固化在第一层上，如此逐层叠加，一个三维实体零件就制作出来了。工艺应用理性、可装备性、美观性，找出设计缺陷、完善产品设计。量和特别简洁零件的直接生产，无需开模具。其工艺过程如流程图2-5。快速模具制造。直接制造模具：如低熔点合金模、铸造芯盒；翻模成型：如用快速成型先制作塑料样件，作为模具母模用于翻制硅胶模。样品制作。产品替代品，用于呈现产品，进展市场调研。a苏州科雷特公司产AFS系列 b美国3dsystems公司的vanguard系列2-4SLS2-5AFS快速铸造生产过程示意图常用造型材料介绍精铸蜡粉〔PCP1〕由化学合成法制得。具有烧结性好，变形小，预热温度低〔40℃以下〕的优点。制得的烧结成型件经简洁后处理，即可作为精铸蜡模使用；承受蒸气法脱模，避开了环境污染。原型烧结粉该粉末烧结性能优良，熔点较低，烧结变形小，利于加工成型，可重复使用。其烧结成型件经不同的后处理方法具有以下功能：结合浸树脂工艺，进一步提高其强度，可作为原型件及功能零件。经浸蜡后处理，做为精铸模使用，可用燃烧法便利脱除。CCP，后处理工艺包括，脱脂及高温烧结二步，最终得到铸造用陶瓷型壳或陶瓷零件。覆膜金属粉〔CMP：对不锈钢粉末经过树脂包覆制得，烧结件变形很小，尺寸稳定。后处理工艺包括，脱脂及高温烧结处理，最终得到金属零件或注塑、压蜡用金属模具。2-6STP12-7精铸蜡粉烧结件该技术具有原材料选择广泛、多余材料易于清理、应用范围广等优点，适用于原型及功能零件的制造。在成形过程中，激光工作参数以及粉末的特性和烧结气氛是影响烧结成形质量的重要参数。应用实例SLSDTMSLS2023尼龙、金属等各种材料。用该系统制造的钢铜合金注塑模具，可注塑5万件工件。近年来基RPM开发的重点。基于RPM直接制模法是直接承受RPM技术制作模具，在RPM技术诸方法中能够直接制作金属模具的是SLS法。用这种方法制造的钢制铜合金注射模，寿命可达5万件以上。但此法在烧结过程中材料发生较大收缩，精度难以把握。间接制模法可分为：软质简易模具的制作承受硅橡胶、金属粉环氧树脂粉和低熔点合金等将原型准确复制成模具，或对原型进展外表处理，用金属喷涂法或物理蒸发沉积法镀上一层熔点较低50～5000适合于产品试制阶段的小批量生产。钢质模具的制作将RPM或者直接制造出复形精度较高的EDM电极，用于注塑模、锻模、压铸等钢制模具型腔的加工。一个中等大小、较为简洁的电极一般4～8h即可完成，复形精度完全满足工程要求。福特汽车公司用此技术制造汽车模具取得了满足的效果RP与周密铸造结合的方法为汽车及汽车轮胎等行业生产进口替代模具计80速模具制造的制作本钱及周期大大降低。我国每年需进口模具达8亿多美元，主要是简洁模SLS技术在将来的汽车模具制造业中的应用前景格外宽阔。在汽车灯具制造上的应用汽车灯具大多数的外形是不规章的,曲面简洁,模具制CADCAM了有利的参考。同时,也可以通过快速成型技术,用熔模铸造的方法快速、高精度地制造出灯具模具。激光薄片叠层制造〔LOM〕技术工艺原理2-8LOM法工艺原理示意图LOM技术是一种常用来制作模具的型快速成形技术。其原理是先用大功率激光束切割材料薄片，然后将多层薄片叠加，并使其外形渐渐发生变化，最终获得所需原型的立体几何外形。如图2-8LOM法工艺原理示意图CO2激光器放射的激光束经反射镜和聚焦镜等组成的光路系统到达光学切割头，激光束跟踪零件的二维横截面轮廓数据，进展切割，并将轮廓外的废纸余料切割出方形小格，以便成型过程完成后易于剥离余料。每切割完一个截面，工作台连同被切割的轮廓自动下降至确定高度，然后步进电机再次驱动收纸辊移到其次个需要切割的截面，重复下一次工作循环，直至形成由一层层横截面粘叠的立体纸模样。然后剥离废纸小方块，即可得到性能似硬木或塑料的“纸LOM1/2模、薄料模、级进模等，经济效益也甚为显著。该技术在国外已经得到了广泛的使用。薄片叠层制造工艺的材料LOM工艺中的成型材料包括薄层材料、粘结剂和涂布工艺。薄层材料有纸、塑料薄膜、金属箔等。目前LOM成型所用薄层材料多为纸材，而粘结剂一般为热熔胶。纸材的选取，热熔胶的配制及涂布工艺均要从保证最终成型零件的质量动身，同时考虑本钱。成型用纸LOM良好的抗湿性，保证原材料不会因时间长而吸水。良好的浸润性。以保证良好的涂胶性能。抗拉强度，保证在加热过程中不被拉断。收缩小，保证加热过程中不会因局部水分损失而导致变形。剥离性能好，防止剥离时发生破坏。易打磨，外表光滑。稳定性好，成型零件可长时间保存。热熔胶EVA型热熔胶的应用最广泛，占热熔胶总量的80%。热熔胶中还要添加其它特别的组分以满足以下要求：良好的热熔冷固性〔室温下固化，70～100℃开头熔化。在反复的熔融-固化条件下呈现良好的物理和化学稳定性。在熔融状态下与纸具有良好的涂挂性和涂匀性。与纸具有足够的粘结强度。良好的废料分别性能。涂布工艺涂布工艺包括涂布形式和涂布厚度。涂布形式指的是均匀式涂布还是非均匀涂布。均匀涂布承受狭缝式刮板进展涂布，非均匀涂布有条纹式或颗粒式。涂布厚度指的是在纸上涂多厚的胶，选择涂布厚度的原则是在保证牢靠粘结的状况下，尽可能涂得薄，以削减变形、溢胶和措移。LOM2-92-9涂覆两遍环氧树脂后原形外表形态示意图2-10抛光后原型外表的效果示意图和耐热性，改进抗湿性，延长原型寿命。外表涂覆的工艺过程如下：将剥离后的原型用砂纸轻轻打磨，按规定比例配制环氧树脂〔TCC630/TCC115N=100：2，并混合均匀。在原型上涂刷一层混合后的材料，因材料粘度低，材料会很简洁浸入纸基原型1.2～1.5mm。再次涂覆以填充沟2-9。对已经涂覆了坚硬环氧树脂的原型再次用砂纸打磨，打磨中留意确保原型的尺寸精度在要求的范围内。对原型外表进展抛光，到达无划痕的质量后进展透亮涂层的喷涂，以增加外表2-10。薄片叠层制造工艺在铸造中的应用实例某铸铁机床操作手柄，人工方式制作砂型铸造用的木模格外费时困难，而且不能保证精度。随着CAD/CAM技术的进展和普及，具有简洁曲面外形的手柄的设计直接在CAD/CAM软件平台上完成，借助LOM制造技术，可以直接由CAD模型高精度地快速制作砂型铸造用木模，抑制了人工制作的局限和困难，极大地缩短了产品生产的周期并提高了产品的精度2-11CADLOMb)2-11CADLOM手炳CAD造型 b〕手炳的LOM原型FDM--熔丝沉积成型法工艺原理2-12FDMFDM〔Fused DepositionManufacturin使用一个外观格外像二维平面绘图仪的装置，只是笔头被一个挤压头〔喷头〕代替，它可挤压出一束格外细的蜡状塑料〔热塑性〕X而工作台则沿Y熔性材料的温度始终高于固化温度，而成型局部的温度稍低于固化温度，就能保证热熔性材料挤喷出喷嘴后，2-12FDMFDM制造工艺的根本原理如图2-12将实芯丝材原材料缠绕在供料辊上，由电动机驱动棍子旋转，辊子和丝材之间的摩擦力使丝材向喷头的方向送出。在供料辊和喷头之间有一导向套，导向套承受低摩擦材料制成以便丝材能顺当、准确地由供料辊送到喷头的内腔〔最大送料速度为1～25mm/，推举速度为～8mm/。喷头的前端有电阻丝式加热器，在其作用下，丝材被加热熔融〔熔模铸造腊丝的熔融温度为74℃，机加工腊丝的熔融温度为9ABS塑料丝为27℃2-132-13双喷头FDM〔最高速度为380mm/s〕而变化，通常0.15～0.25mm。FDM工艺在原型制作时需要同时制作支撑，为了节约材料本钱和提高沉积效率，型的FDM设备承受了双喷头，2-13材料，一个喷头用于沉积支撑材料。一般来说，模型材料丝精细而且本钱高，沉积效率也较低。而支撑材料丝较粗且本钱低，沉积效率也较高。双喷头的优点除了沉积过程中具有较高的沉积效率和降低制作本钱以外，还可以灵敏地选择具有特别性能的支撑材料，以便于后处理过程中支撑材料的去除，如水溶材料，低于模型材料熔点的热熔材料。FDM与其它成型方法相比，FDM有如下优点：系统构造简洁，运行安全，维护本钱低，可以使用无毒原材料。用腊成型的零件原型可以直接用于熔模铸造。可以成型任意简洁程度的零件，常用于成型具有简洁内腔、孔的零件。原材料在成型过程中无化学变化，制件的变形小。原材料利用率高，寿命长。支撑去除简洁，无需化学清洗，分别简洁。固然，FDM成型件的外表有较明显的条纹。沿成型轴垂直方向的强度比较弱。需要设计和制作支撑构造。需要对整个截面进展扫描涂覆，成型时间较长。原材料价格昂贵。FDMFDM技术的关键在于热融喷头，喷头温度的把握要求使材料挤出时既保持确定的外形又有良好的粘结性能。除了热融喷头外，成型材料的以下相关特性也是关键：材料的粘度。粘度低，流淌性好，阻力小，有助于材料的顺当挤出。整个系统的寿命。还可以削减材料挤出前后的温差，从而削减热应力，提高原型精度。粘结性。粘结性打算了零件成型以后的强度。收缩率。成型材料的收缩率对压力和温度都不能太敏感，否则会产生制件变形、翘曲和开裂，影响制件精度。总之，FDM工艺对成型材料的要求是熔融温度低、粘度低、粘结性好、收缩率小。成型材料主要有ABS及医学专用ABSi、MABS丝等。另外，FDM工艺对支撑材料的要求是能够承受确定的高温〔100℃以下即可、与成型材料不浸润、具有水溶性或者酸溶性、具有较低的熔融温度、流淌性要特别好。FDMFDM快速成型技术已被广泛应用于汽车、机械、航空航天、家电、通讯、电子、建筑、医学、玩具等产品的开发、设计和制造中。目前，美国的Stratasys公司批量生产FDM工3DModeler。美国的Biomer2-14美国StratasysTITANDSPCDSPC〔DirectShellProductionCasting〕是美国麻省理工学院开发的一项基于立体喷墨印刷技术的直接模壳铸造技术SoligenIncDSPC工艺与迄今所描述的制壳工艺有本质的不同，它允许在计算机屏幕上进展零件设计直到浇注铸件模拟。它直接利用CAD数据自动制造陶瓷型壳，而无需模具和压型，使熔模铸造省DSCP将铸造和计算机数控〔CNC〕的优点综合于金属零件的制造工艺中。工艺原理DSCP主要由两大局部组成，即型壳设计局部〔SDUShellDesignUnit〕和型壳制造局部SPUShellProductionUni。如图2-15所示。SPU将所制零件的CAD模样转换为型壳的数字化模样，显示在屏幕上。当确定好每个型壳上零件的数量、型壳壁厚以及收缩率、浇注系统等铸造参数后，计算机就能很快显示出所制铸件型壳的几何外形，并进展铸造工艺的模拟，然后将有关数据传输给SPU，并把握其工作。SPUSPU活塞上。料箱上方有一个装细陶瓷粉的料斗和一个可喷粉末的喷头，还有一个墨水式喷射〔硅溶胶薄层，计算机依据SDU的数据，准确把握料箱的上下移动和印刷头的运动轨迹。印刷头以光栅形式运动。当印刷头在料箱中的耐火材料粉末外表拂过时，按计算机指令会喷出粘结剂。有粘结剂区域的耐火材料粉末粘结在一起，形成型壳的一个截面，然后工作台下降一个层的高度，喷头再喷出一层粉末，这样从底部开头，一层一层进展，最终就制成了具有整体芯的型壳。未被粘结的耐火材料粉末可以对以后的粘结层起支撑作用。然后型壳经焙烧，回收未粘结的粉末，就可以浇注金属液了。1零件的造型.〔飞机发动机叶片〕 2设计浇冒口 3创立陶瓷形壳的数字模型4从陶瓷粉末中创立型壳薄层 5液态粘结剂喷铺到粉末层 6喷铺过程反复进展至完成型壳7去除未粘结的粉末 8浇注金属液2-15DSCP〔1-3SDU4-8SPU〕图2-16 DSCP工艺生产的型壳及内芯〔内芯与型壳呈整体〕工艺应用实例DSCP产品种单一的零件以及用于塑料模具和压铸模具。Soligen公司制造的DSCP30420mm×420mm×420mm，每层层厚0.05mm，层分割距离为0.05mm。制模速度为5735cm3/h。制模9～20h250～2500Soligen公司制造的DSCP设备一开头主要用来制作喷气式发动机的零件原型和矫形植入件，以后又成功地生产出了铝合金铸件。以下为该公司生产的铝合金铸件实例。12-17356-T6铝合金，内腔具有简洁型芯。生产工艺为砂型铸造。利用DSCP工艺，三个星期完成两台样机的生产，六个星期实现600台/月的批量生产规模。22-18〔GM〕的Restrictorplate赛车进气管。该件材质为356-T6铝合金，承受干砂型铸造方法。用DSCP工艺两个星期完成了样机的铸件生产、加工和装100件/率。2-17水冷排气总管2-18RestrictorplateFCP〔FreezeCastingProcess〕冷冻铸造进展背景冷冻铸造技术在国内外都尚处于起步阶段，有资料报道的只有美国的DURAMAX1991〔FreezeCastingProcess〕的争论，并申请了美国专利。另外，近些年有些争论者将快速成型技术〔RP〕和冷冻铸造技术结合起来，形成了快速冷冻工艺〔RapidFreezePrototyping〕并取得了确定的进展，具有代表性的是美国的密苏里大学和中国的清华大学，他们都分别设计了自己的RFP系统并利用该系统对相关的工艺参数进展了争论。RFP冰模的制作无论是熔模铸造还是陶瓷型铸造，必需首先制作与铸件外形和尺寸相对应的冰模。制〔类似腊模熔模铸造中的压型RFP。用模具制作冰模冰模对模具的要求和腊模对压型的要求不同，水具有良好的流淌力气，粘度低。所以〔水不能从构造连接处渗漏胀，假设模具不具备确定的容让性，冰模可能在膨胀应力的作用下发生裂开。因此，冰模用模具的型腔局部要用具有确定弹性的软模材料。在制作软模前，必需先要制造与铸件形状、尺寸完全对应的原型，其材料可以是金属、木材、塑料等。母模可以机械加工或快速将具有确定流淌性的材料浇入带有原型的成形框中，经过一段时间的固化后就形成阴模。然后将阴模夹持紧，再把水注入模中冷冻就可形成冰模。这种制作模具的方法比制作腊模用压型要简洁〔尽管需要先做原型。RFP〔快速冷冻原型〕制模用RFPFDM〔熔丝沉积〕类似，只是成形材料为水，并且要在冷冻环境下成形。首先在计算机中用RFP成形机可承受的软件系统对冰模进展三维造型RFP系统包括运动系统、喷射系统、把握系统和低温成形室。由于水是一种粘度低、流淌性好的液体，为得到尺寸精度高、外表光滑的冰模，喷头必需能够喷射出足够微小的水滴。所以喷头的设计是冰成形的一个关键技术，喷嘴的直径及压力打算液滴的大小，喷头运动速度打算冰层厚度。影响成形质量的工艺参数包括：喷射流量/扫描速度，成形材料，喷头与成形面间的距离，成形环境温度，设备及把握系统精度。造型或制壳材料冷冻冰模可以用于陶瓷型和熔模铸造。相对于传统的陶瓷型和熔模铸造工艺，用冷冻冰模翻制铸型的主要区分表达在一些工序必需在低温环境中进展。造型材料必需为适应低温环境作出相应调整或重选择。目前，较多的争论集中在熔模铸造中。以下以冷冻铸造工艺用于熔模铸造为例。粘结剂粘结剂与陶瓷粉末混合形成陶瓷浆料，使陶瓷浆料固化后具有足够强度。用于低温条件下熔模铸造的粘结剂在零度以下必需不被冻结而且有良好的流淌性。另外，粘结剂不能在与冰模接触时，与冰和水相互作用，相互渗透，制作的型壳必需具有好的外表光滑度和尺寸精度并且强度足够高。有三种可供选择的粘结剂：水玻璃、硅溶胶、硅酸乙酯。明显，水玻璃和硅溶胶都不能满足低温环境的要求。只有硅酸乙酯能够满足作为熔模型壳粘结剂的要求。硅酸乙酯一般由四氯甲硅烷和乙醇直接反响制取，反响中盐酸作为副产品。反响式如下：2 5 2 SiCl44CHOH(CHO)Si42 5 2 硅酸乙酯自身没有粘结力气,必需与水经过水解反响胶。参与水解的水量必需足够才能生成硅酸和乙醇，即硅酸在乙醇中的溶液。否则，会生成一种不完全水解产物—有机硅聚合物CHO〕SiO，这种水解液制造的型壳简洁产生25 3缺