SLS所使用的造型材料是将原砂、树脂、固化剂和其他添加物混合制成的覆膜砂,3DP则是直接向预混了固化剂的型砂中喷射粘结剂,二者虽有所不同,但最终影响铸型品质的,都与原砂种类、粒度和粘结剂等有关。
在SLS和3DP的过程中,都存在着砂层的沉降,传统的铸造用砂可直接在3D打印机中使用,但砂粒间较大的摩擦力可能会导致铺粉时,已成形的铸型被铺粉辊拖拽偏移,产生“推粉”现象,导致铸造效果不佳,因此要求原砂具有良好的流动性。运用于3D打印中的原砂主要有硅砂、锆英砂和陶粒砂,硅砂热膨胀率大,形状又大多呈尖角形,致使其流动性较差;耐火度高的锆英砂流动性虽较好,但产量低、价格贵;较这两种砂而言,人工合成的陶粒砂因近似球状的砂粒、热膨胀率低和较低成本的特点,而在3D打印市场应用较多。此外,杨小平等在对比研究了3D打印硅砂和陶粒砂的砂型性能后发现,陶粒砂砂芯的抗压强度、透气性、浇注合格率和旧砂再生率等均高于硅砂。
原砂粒度主要影响着铸型的强度、透气性和表面精度。吴红兵等研究了粒度对铸型性能的影响,发现原砂粒度大会提高铸型的透气性和强度,这是因为粒度越大,砂粒间的间隙就大,铸型透气性也得以提高,并且粒度大的砂粒的比较面积小,在相同树脂加入量的情况下,单个砂粒表面的树脂层就厚,故而铸型的强度提高。但粒度并非越大越好,大的粒度会限制打印层厚,铺粉的层厚越大,层之间的接触点就少,产生的“阶梯效应”就越为明显,使得铸型表面质量和精度下降,为此潘锐对不同粒度的陶粒砂进行了试验,并得出陶粒砂粒度在70/140时强度和表面精度均较高。
粘结剂对铸型品质影响很大,常用的粘结剂有呋喃树脂、酚醛树脂和无机粘结剂。铸型的强度取决于砂粒上树脂的厚度,当原砂的粒度一定时,随着树脂的增加,铸型的强度也会随之提高,但树脂会填补砂粒间的孔隙,使得透气性下降,且较多的树脂会使得铸型发气量增大,直接影响到铸件品质。由于传统铸造的呋喃树脂砂工艺同样适用于
3D砂型打印的呋喃树脂粘结剂,因此呋喃树脂的使用较为成熟,与此同时,酚醛树脂和无机粘结剂的研究也取得了些突破。将微波固化设备应用到热固性酚醛树脂的3D打印中,得到了强度较高且均匀的砂型,解决了热固性粘结剂广泛使用的难点;WEN S F等以酚醛树脂和六亚甲基四胺为粘结剂,探究了其含量对铸型强度的影响和固化机理,并成功制造出了满足表面品质和尺寸精度要求的六缸柴油机缸盖;邢金龙等在利用3DP技术进行铸造生产时发现喷墨打印头的平均寿命较低,深入探究发现是由于呋喃树脂和酚醛树脂在打印中会溶解、腐蚀掉打印头内的部分部件,为解决此类问题,开发了一种双组分热硬化无机粉末粘结剂,发气量低于6 mL/g,且不会产生有毒有害物质。