高精度陶瓷3D打印在航空和工业级燃气轮机叶片铸造型芯方面的应用

为了提高燃气轮机的工作温度和发动机效率，航空航天和电力工业领域不断设计开发内部冷却通道更加复杂的燃气轮机的涡轮叶片。

为了在铸造金属涡轮叶片时可以形成高复杂的内部冷却通道结构，使用陶瓷铸造型芯是非常必要的。铸造叶片冷却后，叶片从模具中取出，同时内部的陶瓷型芯需要溶解掉。

目前设计的陶瓷铸造型芯越来越复杂，而通过传统的注射成型方式无法实现 如此高复杂结构的陶瓷型芯。Lithoz 公司的 LCM 技术可以实现传统工艺无法实现的高复杂结构陶瓷产品的生产。因此，LCM 技术给航空航天和电力工业中的高复杂结构的陶瓷叶片型芯提供完美的解决方案，满足他们日益增长的设计需求。

而且，LCM 技术可以快速、低成本的实现小批量系列的原型产品的生产。由于该技术无需模具，因此大大缩短了研发-市场阶段的周期。

与传统的注射成型制造叶片型芯技术相比，3D 打印技术是一种无需模具的生产制造技术。因此 3D 打印技术可以绕过传统工艺必须的、昂贵而又复杂的模具制造部分。

 3D 打印叶片型芯的材料

LithaCore 450 是一款由奥地利Lithoz 公司自主研发的一种用于3D 打印生产陶瓷叶片型芯的硅基材料。典型的应用有：用来生产单晶镍基合金的涡轮叶片的铸造型芯；定向凝固铸造型芯；等轴铸造型芯。LithaCore 450 是一种可以 3D 打印制备高精度、高细节陶瓷叶片型芯的材料。烧结后的叶片型芯产品具有非常低的热膨胀率、较高的孔隙率、优异的表面质量和优良的洗滤性等优点。另外，Lithoz 可以为客户开发定制化的材料，满足客户广泛的合金铸造需求。

使用 Lithoz 的CeraFab 8500 设备,LithaCore 450 材料生产的叶片铸造型芯

Lithoz 公司 3D 打印叶片铸造型芯关键性能

通过 LCM 技术可以生产出高精度、高复杂结构的陶瓷叶片型芯。且具有以下特性：
（1） 优良的尺寸重复性和公差
（2） 最大尺寸可达 300mm
（3） 表面光洁度 Ra <3 μm ，保证合金铸件内部通道的表面质量
（4） 高复杂结构，如机翼最薄处可达 200 μm

模型尺寸与打印产品公差研究

LithaCore450 陶瓷叶片型芯是使用 Lithoz 公司的 CeraFab 8500 设备生产的。对铸造型芯进行尺寸检查的结果（下图）显示，其与 CAD 模型的最大偏差为 0.1mm，符合铸造型芯应用的尺寸要求（通常是 0.3 毫米）。

带有支撑结构的打印模型与其 STL 文件尺寸对比

另外，不同生产周期下生产的两个陶瓷性能模型的尺寸对比（一个带有支撑结构，一个没有支撑结构）。结果如下图，表明不同批次打印的产品具有+/- 0.05mm 的重复性误差。

不同批次，带有支撑结构和不带有支撑结构铸造型芯的尺寸误差对比

文章来源：Lithoz