CN105835207A - 砂型铸模打印设备及其打印方法 - Google Patents

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Abstract

一种3D打印技术领域的砂型铸模打印设备及其打印方法，包括：基座、成型箱车、落料支架、选择性铺敷机构、落料机构、成型材料上料斗、辅助成型材料上料斗、成型材料输送机构、辅助成型材料输送机构和控制单元，其中：基座设有导轨，打印平台活动设置于成型箱车内，成型箱车与导轨活动连接，落料支架架设于导轨上方并与基座固定连接，选择性铺敷机构和落料机构从下往上依次固定于落料支架上，成型材料上料斗和辅助成型材料上料斗交替设置在落料机构上，成型材料输送机构和辅助成型材料输送机构分别与成型材料上料斗、辅助成型材料上料斗相连。本发明采用线成型方式、选择性铺敷成型材料和辅助成型材料，实现砂模的3D打印，能够提高成型速度。

Description

砂型铸模打印设备及其打印方法
技术领域
本发明涉及的是一种3D打印机领域的技术，具体是一种无需倒模的砂型铸模打印设备及其打印方法。
背景技术
目前国内铸造用砂模打印设备限制在单喷头按轨迹填充或者结合CNC技术逐层依次铺敷型砂和粘结剂，然后按照需求切削，成型速度慢、效率低；而国外设备利用多喷头阵列逐层依次铺敷辅助原砂和固化剂，喷头沿二维平面运动。现有技术均为点扫描或者点阵扫描成型，速度较慢，尤其是应用于打印大型铸件用砂模方面。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN105235221A，公开(公告)日2016.01.13，公开了一种3D打印机及其打印方法，包括打印平台和承载平台，所述打印平台上设有处于同一平面的N个打印喷嘴，其中，N>1；每个打印喷嘴均设有独立控制打印喷嘴的开关；打印喷嘴与开关一一对应；打印平台只进行两个维度的运动。打印喷嘴沿打印平台未运动的第三维度方向规则排列所述打印平台还包括给料装置和料仓；给料装置固定安装于料仓底部；所述打印喷嘴通过开关固定安装于给料装置底部。该技术将喷头按照点阵的方式进行固定布置，喷嘴为两轴运动打印模式，打印平台进行二维运动，其在本质上仍采用点成型的方式进行成型运动，打印速度较慢。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种砂型铸模打印设备及其打印方法，能够通过线成型方式提高铸件模具的生产效率。
本发明是通过以下技术方案实现的，
本发明涉及一种砂型铸模打印设备，包括：基座、成型箱车、落料支架、选择性铺敷机构、落料机构、成型材料上料斗、辅助成型材料上料斗、成型材料输送机构、辅助成型材料输送机构和控制单元，其中：基座设有导轨，打印平台上下活动设置于成型箱车内，成型箱车与导轨活动连接，落料支架架设于导轨上方并与基座固定连接，选择性铺敷机构和落料机构从下往上依次固定于落料支架上，成型材料上料斗和辅助成型材料上料斗交替设置在落料机构上，成型材料输送机构和辅助成型材料输送机构分别与成型材料上料斗、辅助成型材料上料斗相连；
所述的选择性铺敷机构分为纵向的两列，包括：若干个尺寸相同且依次排列的喷头以及位于两端的安装接头，其中一列的喷头与成型材料上料斗上下对应设置，另一列的喷头与辅助成型材料上料斗上下对应设置，安装接头与落料支架固定连接；
所述的控制单元与成型箱车相连并输出位移控制信号，控制单元与打印平台相连并输出高度控制信号，控制单元分别与成型材料输送机构和辅助成型材料输送机构相连并输出成型材料、辅助成型材料输送信号，控制单元与选择性铺敷机构相连并输出喷头开关开闭信号。
所述的成型材料输送机构和辅助成型材料输送机构分别与成型材料料仓、辅助成型材料料仓相连。
本发明涉及利用上述装置进行砂型铸模打印的方法，包括以下步骤：
S1，利用砂模的三维模型生成分层切片数据，并结合各切片层填充区域的要求，生成用于打印的电控数据；
S2，控制单元利用电控数据模拟打印过程，确保电控数据的正确性；同时根据模拟打印结果调整分层切片数据的精度，得到校正后的分层切片数据和电控数据；
S3，数据校正后，控制单元控制成型箱车驶入打印区域并进行设备自检，确保装置工作正常；
S4，自检完成后，控制单元分别控制成型材料输送机构和辅助成型材料输送机构传输成型材料、辅助成型材料，成型材料、辅助成型材料分别经成型材料上料斗、辅助成型材料上料斗进入选择性铺敷机构；控制单元控制成型箱车在导轨上往复移动，同时控制喷头开关开闭使得成型材料和辅助成型材料有选择地落入打印平台，每打印完一层打印平台下降一个层厚，直至完成全部切片层的打印；
第五步，完成打印后，控制单元控制成型箱车移动至初始位置，然后控制打印平台升高至取模位置，整机进入停机状态。
技术效果
与现有技术相比，本发明采用由线到面的线成型方式进行砂模的3D打印，能够提高成型速度；而选择性铺敷机构的多头多组喷头或多头单组喷头还可以动态地控制成型材料和辅助成型材料落料，进一步提高成型速度，缩短打印时间，且避免了单一喷头喷射固化剂时固化剂含量过高导致砂模强度下降的情况出现。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为实施例1中选择性铺敷机构的结构示意图，其中：(a)为三维结构视图，(b)为侧视图；
图3为实施例2中选择性铺敷机构的结构示意图，其中：(a)为三维结构视图，(b)为侧视图；
图4为实施例3中选择性铺敷机构喷头开关随动控制示意图；
图5为本发明中选择性铺敷机构的多头多组喷头结构示意图；
图6为实施例4中选择性铺敷机构的结构示意图；
图7为实施例4中单一喷头的选择性铺敷机构结构示意图；
图8为本发明中旋转式开关的结构示意图；
图9为本发明中成型材料上料斗或辅助成型材料上料斗的结构示意图；
图10为本发明中落料机构的结构示意图；
图中：基座1、成型箱车2、打印平台3、落料支架4、选择性铺敷机构5、落料机构6、成型材料上料斗7、辅助成型材料上料斗8、辅助成型材料输送机构9、成型材料输送机构10、成型材料料仓11、辅助成型材料料仓12、导轨13、喷头14、喷头开关15、安装接头16、凸嘴17、控制单元18、上料狭缝19、落料狭缝20。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：基座1、成型箱车2、落料支架4、选择性铺敷机构5、落料机构6、成型材料上料斗7、辅助成型材料上料斗8、辅助成型材料输送机构9、成型材料输送机构10和控制单元18，其中：基座1设有导轨13，打印平台3上下活动设置于成型箱车2内，成型箱车2与导轨13活动连接，落料支架4架设于导轨13上方并与基座1固定连接，选择性铺敷机构5和落料机构6从下往上依次固定于落料支架4上，成型材料上料斗7和辅助成型材料上料斗8交替设置在落料机构6上，辅助成型材料输送机构9和成型材料输送机构10分别与辅助成型材料上料斗8、成型材料上料斗7相连；
如图2和图5所示，所述的选择性铺敷机构5分为纵向的两列，包括：若干个尺寸相同且依次排列的喷头14以及位于两端的安装接头16，其中一列的喷头14与成型材料上料斗7上下对应设置控制成型材料铺敷，另一列的喷头14与辅助成型材料上料斗8上下对应设置控制辅助成型材料铺敷，安装接头16与落料支架4固定连接；所述的各列喷头14的总长度与打印平台3宽度相同；
所述的控制单元18与成型箱车2相连并输出位移控制信号，控制单元18与打印平台3相连并输出高度控制信号，控制单元18分别与辅助成型材料输送机构9和成型材料输送机构10相连并输出辅助成型材料、成型材料输送信号，控制单元18与选择性铺敷机构5相连并输出喷头开关15开闭的信号。
所述的选择性铺敷机构5优选为4组。
如图2和图8所示，所述的选择性铺敷机构5上宽下窄，底部呈三角形，所述的喷头开关15为旋转式控制开关，呈“V”字型，与选择性铺敷机构5的底部转动连接，通过旋转一定的角度挡住任意一侧物料出口，实现选择性铺敷。
所述的辅助成型材料输送机构9和成型材料输送机构10分别与辅助成型材料料仓12、成型材料料仓11相连。
如图9所示，所述的成型材料上料斗7、辅助成型材料上料斗8的内部设有螺旋输送装置，底部设有上料狭缝19，使得物料进入落料机构6中。
如图10所示，所述落料机构6内部设有定量给料装置，底部设有落料狭缝20，使得物料定量传输到选择性铺敷机构5中。
本实施例涉及利用上述装置进行砂型铸模打印的方法，包括以下步骤：
S1，利用砂模的三维模型生成分层切片数据，并结合各切片层填充区域的要求，生成用于打印的电控数据；
S2，控制单元18利用电控数据模拟打印过程，确保电控数据的正确性；同时根据模拟打印结果调整分层切片数据的精度，得到校正后的分层切片数据和电控数据；
S3，数据校正后，控制单元18控制成型箱车2驶入打印区域并进行设备自检，确保装置工作正常；
S4，自检完成后，控制单元18分别控制辅助成型材料输送机构9和成型材料输送机构10传输辅助成型材料、成型材料，成型材料、辅助成型材料分别经成型材料上料斗7、辅助成型材料上料斗8、落料机构6进入选择性铺敷机构5；控制单元18控制成型箱车2在导轨13上往复移动，同时控制喷头开关15的旋转角度使得成型材料和辅助成型材料有选择地落入打印平台3，每打印完一层打印平台3下降一个层厚，直至完成全部切片层的打印；
S5，完成打印后，控制单元18控制成型箱车2移动至初始位置，然后控制打印平台3升高至取模位置，整机进入停机状态。
实施例2
与实例1不同之处在于，如图3所示，所述的选择性铺敷机构5上宽下窄，底部呈楔形并设有凸嘴17，所述的喷头开关15为直线式电机开关并交替设置在凸嘴17两侧；所述的喷头开关15在工作时，可以挡住凸嘴17的任意一侧，实现另一侧物料的下落，进而实现成型材料和辅助成型材料的选择性铺敷。
实施例3
与实例1不同之处在于，如图4所示，所述的选择性铺敷机构5设有随动式喷头开关15，随动式喷头开关15整体可沿纵向来回移动；在进行横向扫描铺敷的同时，动态地依据成型需求控制成型材料和辅助成型材料落料范围；若随动式喷头开关15合上，则落下辅助成型材料，否则落下成型材料。
实施例4
与实例1不同之处在于，如图7所示，所述的选择性铺敷机构5中只有一个喷头14，所述的喷头14在其对应范围内进行选择性铺敷，但工作范围有限；为了提高成型速度，增加了喷头的运动维度，如图6所示，喷头14可沿着选择性铺敷机构5长度方向来回移动。
所述的选择性铺敷机构5其长度方向垂直于打印平台3往复运动方向以及打印平台3垂直升降方向。
所述的喷头14可分隔为若干个小单元，以提高铺敷精度。
本实施例在工作时：首先，成型箱车2向喷头14方向运动，当打印平台3一到达喷头14铺敷位置，成型箱车2即停止运动；然后喷头14沿着选择性铺敷机构5长度方向运动并进行选择性铺敷，喷头14每次移动一个喷头宽度的距离直至完成一个长度方向上的打印，之后返回初始位置；接着成型箱车2继续移动，进行下一处打印，至完成一个切片层的打印；重复上述步骤，直至打印全部切片层的打印，打印平台3退回初始位置。

Claims (8)

1.一种砂型铸模打印设备，其特征在于，包括：基座、成型箱车、落料支架、选择性铺敷机构、落料机构、成型材料上料斗、辅助成型材料上料斗、成型材料输送机构、辅助成型材料输送机构和控制单元，其中：基座设有导轨，打印平台活动设置于成型箱车内，成型箱车与导轨活动连接，落料支架架设于导轨上方并与基座固定连接，选择性铺敷机构和落料机构从下往上依次固定于落料支架上，成型材料上料斗和辅助成型材料上料斗交替设置在落料机构上，成型材料输送机构和辅助成型材料输送机构分别与成型材料上料斗、辅助成型材料上料斗相连；
所述的选择性铺敷机构分为纵向的两列，包括：若干个尺寸相同且依次排列的喷头以及位于两端的安装接头，其中一列的喷头与成型材料上料斗上下对应设置，另一列的喷头与辅助成型材料上料斗上下对应设置，安装接头与落料支架固定连接。
2.根据权利要求1所述的砂型铸模打印设备，其特征是，所述的控制单元与成型箱车相连并输出位移控制信号，控制单元与打印平台相连并输出高度控制信号，控制单元分别与成型材料输送机构和辅助成型材料输送机构相连并输出成型材料、辅助成型材料输送信号，控制单元与选择性铺敷机构相连并输出喷头开关开闭信号。
3.根据权利要求1所述的砂型铸模打印设备，其特征是，所述的选择性铺敷机构上宽下窄，底部呈三角形，且底面设有喷头开关。
4.根据权利要求1所述的砂型铸模打印设备，其特征是，所述的选择性铺敷机构上宽下窄，底部呈楔形并设有喷头开关和凸嘴。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的砂型铸模打印设备，其特征是，所述的喷头开关为旋转式控制开关。
6.根据权利要求4所述的砂型铸模打印设备，其特征是，所述的喷头开关为直线式电机开关，交替设置在凸嘴两侧。
7.根据权利要求1或2所述的砂型铸模打印设备，其特征是，所述的成型材料输送机构和辅助成型材料输送机构分别与成型材料料仓、辅助成型材料料仓相连。
8.一种采用上述任一权利要求所述设备的砂模打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，利用砂模的三维模型生成分层切片数据，并结合各切片层填充区域的要求，生成用于打印的电控数据；
S2，控制单元利用电控数据模拟打印过程，确保电控数据的正确性；同时根据模拟打印结果调整分层切片数据的精度，得到校正后的分层切片数据和电控数据；
S3，数据校正后，控制单元控制成型箱车驶入打印区域并进行设备自检，确保装置工作正常；
S4，自检完成后，控制单元分别控制成型材料输送机构和辅助成型材料输送机构传输成型材料、辅助成型材料，成型材料、辅助成型材料分别经成型材料上料斗、辅助成型材料上料斗进入选择性铺敷机构；控制单元控制成型箱车在导轨上往复移动，同时控制喷头开关开闭使得成型材料和辅助成型材料有选择地落入打印平台，每打印完一层下降一个层厚，直至完成全部切片层的打印；
S5，完成打印后，控制单元控制成型箱车移动至初始位置，然后控制打印平台升高至取模位置，整机进入停机状态。
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