大学生创新创业训练计划管理系统
第三十一期“上海交通大学大学生创新实践计划”
航空发动机单晶叶片精密成形喷蜡3D打印材料研究
创新训练项目
工学
材料类
创新类
材料科学与工程学院
汪东红
指导教师
登录状态下查看
1. 科技部, 国家重点研发计划课题, 2022YFB3706803, 基于数字主线的液态精密成型过程数字孪生系统构建, 2022-11 至 2025-10, 450万元, 在研, 主持
2. 国家自然科学基金委员会，重大项目课题，52090042，航空关键金属构件精密铸造过程与质量智能控制基础理论，2021-01至2025-12，425万元，在研，课题骨干；
3. 工业和信息化部，航空发动机及燃气轮机重大专项，J2019-VI-0004-0117，800℃机匣用铸造高温合金材料及其超薄壁机匣调压精铸成型基础，2021-01至2024-12，4580万元，在研，课题负责人；
4. 国家科技部，国家重点研发计划，2020YFB1710100，复杂铸件制造过程质量大数据分析平台软件及应用，2020-11至2023-10，2888万元，在研，任务负责人；
1.提供喷蜡3D打印机一台；
2.3D打印材料混料机一台；
3.提供蜡模粘度测试仪一台；
4.提供三维扫描仪一台；
5.提供软件培训与打印操作方法。
高温合金复杂机匣、导向器、叶片等是“两机”的关键核心部件。这些高温合金部件通常先采用熔模精密铸造形成铸件，该方式主要流程有:毛坯设计、模具设计制造、蜡模压型、蜡模组合、型壳制备、脱蜡、焙烧、熔炼浇注、后处理及检测等，工序复杂，流程长，模具费用高，精铸工艺开发周期长，迭代效率较低，一般模具设计制造到蜡模压型组合的时间周期至少2个月。在新机研制阶段，铸件结构需反复改型，采用注蜡模具注射成型时，无法满足新机研制进度。
3D打印蜡模无需制造压型模具，直接打印出蜡模，周期可直接缩短2个月，简化了精密铸造流程，缩短了铸件开发周期。从90年代开始，3D打印快速成型技术开始应用于精密铸造。但前期使用的激光烧结(SLS)技术、熔融沉积成型(FDM)技术、光固化成型(SLA)技术与多喷头打印(MJP)技术相比存在所使用的快速成型材料不满足当下绿色生产理念，脱蜡过程中易涨壳型壳表面有残留灰分，且蜡模的尺寸精度难以控制，无法用于精铸件的生产交付。
若达到与传统模具压制蜡模一样的尺寸精度与表面质量，来满足精密铸造研制快速迭代的需求，迫切需要纯蜡3D打印技术研究。但是，受制于MJP纯蜡 3D打印设备单喷头，打印效率低，成本高。同时，MIP纯蜡3D打印设备打印台面小，仅能打印中100mm以内的蜡模。同时该设备关键部件喷头及适用于该喷头的蜡料均由美国掌握。因此，针对高温合金熔模精密铸造用喷蜡3D打印材料开发应用追在眉睫。
本项目通过多种蜡质材料混合，筛选出符合打印流动性与硬度、强度的打印材料，然后在打印机上打印叶片，对叶片的尺寸精度与性能进行评价。