CN106363128A - 一种铺砂打印一体化的3d打印成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于快速成形设备领域，公开一种铺砂打印一体化的3D打印成形装置。设计了一种双铺砂‑打印一体化系统，将铺砂装置和打印装置进行了有效的结合，可实现铺砂过程和打印过程的同时进行，去除了传统砂型3D打印的单铺砂‑打印系统中铺砂与打印过程的空行程，大大减少了单层砂型制造时间，提高砂型的制造效率。采用本方法制造砂型有助于改善砂型3D打印单件小批量的制造模式，具有很强的推广使用价值。

Description

一种铺砂打印一体化的3D打印成形装置

技术领域

本发明属于快速成形设备领域，具体涉及一种铺砂打印一体化的3D打印成形装置。

背景技术

砂型3D打印是一种主要基于微滴喷射成形的快速成形技术。目前，砂型3D打印设备大都是基于粉床的快速成型设备，成形过程中涉及到了型砂的存放、供给、铺设、回收，树脂粘结剂的按需喷射等工序，当喷射的树脂粘结剂遇到预混了固化剂的型砂后使砂砾粘结固化成所需砂型。

现有的砂型3D打印设备中铺砂装置和打印装置是独立运行的，它们各有一套运动系统，在砂型制造过程中，铺砂装置首先开始移动铺设型砂，铺砂完成后，铺砂装置移动回初始位置，打印装置移动喷射粘结剂，完成当前层砂型的打印后，移回初始位置，成形室工作台下移一定层厚开始进行下一层砂型的制造。该方法存在砂型制造过程中铺粉装置和打印装置的运动存在着空行程，造成每一层砂型制造时间长的问题，造成单个砂型的制造周期长，不利于进行大批量砂型的3D打印。

发明内容

针对目前砂型3D打印设备制造单个砂型时间长，生产效率低的问题，本发明提出了一种铺砂打印一体化的3D打印成形装置。

铺砂打印一体化的3D打印成形装置是把两个铺砂装置和一个打印装置进行了结合，将打印装置安装在了两个铺砂装置之间，这两个铺砂装置镜像安装，可实现双向铺砂。打印头可采用与成形室宽度相同的整幅面阵列打印头，也可采用任意幅宽的阵列打印头，该铺砂打印一体化装置可以实现铺砂过程和打印过程的同时进行，大大提高了砂型的制作速度。

为实现上述目的，本发明提出的铺砂打印一体化的3D打印成形装置按以下步骤进行：

步骤1：将原砂经过真空上料，进入双铺砂打印一体化装置，将工作台下移一段距离后控制双铺砂打印一体化装置铺设一层不含固化剂的原砂作为底砂，铺设完成后将剩余在双铺砂打印一体化装置中的底砂排出；

步骤2：将原砂经过真空上料，进入含有混砂装置的料斗中，与固化剂进行搅拌；将搅拌后的型砂送入双铺砂装置中；

步骤3:工作台下移一个层厚，双铺砂打印一体化装置从成形室一侧向另一侧运动，完成当前层型砂的铺设和粘接剂的喷射，此过程中铺砂装置（P1）进行铺砂，铺砂装置（P2）不铺砂；

步骤4：工作台下降一定层厚，双铺砂打印一体化装置从成形室一侧向另一侧运动，完成当前层型砂的铺设和粘接剂的喷射，此过程中铺砂装置（P2）进行铺砂，铺砂装置（P1）不铺砂；

步骤5：重复步骤3到步骤4，当铺砂装置中的储砂量不多时，双铺砂-打印装置回到初始位置进行装砂；

步骤6：重复步骤5，层层打印，直至最终逐层堆叠完成砂型打印；

步骤7：清理掉未粘结的型砂，取出砂型。

采用上述的技术方案，有以下优点：

1、降低成本，该铺砂-打印一体化使得铺砂装置和打印装置共用了一套运动平台，即优化了打印设备结构布局，又减少了一套运动系统的使用，降低了设备的制造成本。

2、提高效率，双铺砂-打印一体化去除了以往铺砂和打印过程的空行程，提高了砂型制造速度。

附图说明

图1 一种铺砂打印一体化的3D打印成形装置示意图；

图2 铺砂打印一体化装置示意图；

图3 工作台沿g方向，向下移动5mm后，铺设底砂的示意图；

图4 工作台沿g方向，向下移2mm后，铺砂打印一体化装置以速度V进行铺砂、打印的示意图；

图5 工作台沿g方向，向下移2mm后，铺砂打印一体化装置以速度V反向进行铺砂、打印的示意图；

图6 制成的8字形铸型示意图；

图中：1、储砂罐；2、真空上料装置；3、混砂装置；4、固化剂存储罐； 5、铺砂装置（P2）；6、供液系统；7、阵列喷头；8、铺砂装置（P1）； 9、成形室； 10、可升降工作台； 11、X轴导轨；12、双铺砂打印一体化装置；13、去除余砂后的8字形铸型； 14、 Y轴导轨。 另图中： V、铺砂打印一体化装置移动方向；g、工作台向下移动方向。

具体实施方式

本发明提出的一种铺砂打印一体化成型装置，如图1所示，该装置包括：储砂罐1，在打印砂型前存放足够的型砂，储砂罐1与真空上料装置2连接，真空上料装置2将型砂吸入混砂装置3中，混砂装置3还与固化剂存储罐4连接，固化剂存储罐4将固化剂送入混砂装置3与型砂一起进行搅拌，此过程中使得型砂和固化剂均匀混合。打印开始后，混砂装置3将未混有固化剂的型砂送入双铺砂打印一体化装置的铺砂装置（P1）8中，计算机控制可升降工作台10下降一定厚度，双铺砂打印一体化装置12将从左至右水平移动均匀铺设一层底砂，铺设完成后再从右至左水平移动回初始位置。然后，混砂装置3将混有固化剂的型砂送入双铺砂打印一体化装置12中，打印开始后，计算机控制工作台10下移一个层厚的距离，双铺砂打印一体化装置12从成形室一侧向另一侧运动，完成当前层型砂的铺设和粘接剂的喷射，此过程中铺砂装置（P1）8进行铺砂，铺砂装置（P2）5不铺砂，阵列式打印头7根据当前层截面信息按需喷射粘接剂，当前层铺砂打印完成后，双铺砂打印一体化装置12移动到固定地方进行铺砂装置和打印头的清洗，之后计算机控制工作台10再次下降一定层厚，双铺砂打印一体化装置12从成形室一侧向另一侧运动，完成当前层型砂的铺设和粘接剂的喷射，此过程中铺砂装置（P2）5进行铺砂，铺砂装置（P1）8不铺砂，阵列式打印头7根据当前层截面信息按需喷射粘接剂，重复上述铺砂打印过程，当铺砂装置中的储砂量不多时，双铺砂-打印装置回到初始位置进行装砂，重复上述过程制作出砂型的各个截面，最终在成形室9中形成完整砂型。砂型打印完成后，打开成形室，清除掉未粘结的型砂，取出砂型。

本发明以8字形试块为例，步骤如下：

步骤1：准备粒度为70/140目的石英砂，将该石英砂装入储砂罐1中，作为3D打印铸型所用的原材料。在打印铸型之前，需要根据本发明工艺要求利用真空上料装置2将储砂罐1中的石英砂吸入混砂装置3中；

步骤2：打印铸型之前， 首先清理3D打印成形装置的可升降工作台10上的浮砂，使工作区域干净、无浮砂，铺砂打印一体化系统位于平台左侧初始位置处；然后，计算机控制传动机构带动可升降工作台10沿g方向移动5mm，见图2；双铺砂打印一体化装置12在计算机的控制下，在工作台10上均匀铺设1层底砂，如图3所示，铺设完成后双铺砂打印一体化装置12移回初始位置，所述底砂用于将成形铸件与工作台分离；

步骤3：真空上料装置2重新将适量原砂从储砂罐1中吸入混砂装置3中，计算机控制固化剂储存罐4往混砂装置3中加入固定量的固化剂并均匀搅拌，将搅拌后的型砂分别装入双铺砂打印一体化装置12的铺砂装置（P1）8和铺砂装置（P2）5中；

步骤4：可升降工作台10 沿g向下移2mm ，然后计算机驱动双铺砂打印一体化装置12以铺砂速度V沿 X轴导轨从左往右开始铺砂，当阵列式打印头进入成形室空间后，阵列式打印头7开始打印过程，见图4；

步骤5：完成当前层砂型的制作后，双铺砂打印一体化装置12从成形室的一侧移动到了另一侧，计算机控制可升降工作台10 沿g向下移2mm ，然后驱动双铺砂打印一体化装置12以速度V沿 X轴导轨从右往左开始铺砂，当阵列式打印头进入成形室空间后，阵列式打印头7开始打印过程，见图5；

步骤6：完成当前层砂型的制作后，双铺砂打印一体化装置12移动到固定位置进行清洗；

步骤7：计算机根据铸型的各个分层数据，重复上述步骤3到步骤6，层层打印出铸型的各截面形状，直至最终逐层堆叠形成铸型；

步骤8：铸型打印完成后，将未经喷设粘接剂的余砂去除，取出8字形实体铸型12，见图6。

Claims (7)

1.一种铺砂打印一体化的3D打印成形装置，其特征在于，包括：

成形室，所述成形室是用来提供砂型3D打印的成形空间；

可升降的工作平台，所述工作平台设置于成形室内，用于承托型砂；

X轴导轨，其中所述X轴导轨位于成形室上方，用于铺砂、打印装置的移动；

双铺砂-打印一体化装置，所述双铺砂-打印一体化装置位于所述负压成形室上方，与X轴导轨连接，用于型砂的铺设和粘结剂的喷射；

供液系统，所述供液系统与阵列式打印头连接，用于提供打印砂型所需树脂粘结剂；

固化剂存储罐，所述固化剂存储罐位于成形室上方，用于存储固化剂；

混砂装置，所述混砂装置位于成形室上方与固化剂存储罐连接，用于将固化剂和原砂搅拌均匀，提供打印所需型砂；

储砂罐，所述储砂罐位于成形室旁，用于储存打印所需原砂；

真空上料装置，所述真空上料装置位于成形室上方，与所述混砂装置相连，将原砂从所述储砂罐中送入所述混砂装置中；

控制系统，所述控制系统与所述双铺砂-打印一体化装置，阵列式打印头，供液系统，混砂装置，真空上料装置相连接。

2.根据权利要求1所述的一种铺砂打印一体化的3D打印成形装置，其特征在于，所述双铺砂-打印一体化装置包括：

铺砂装置（P1），所述铺砂装置（P1），安装在权利要求1所述的X轴导轨上，用于某一方向的型砂的铺设；

铺砂装置（P2），所述铺砂装置（P2），相对于铺砂装置（P1）镜像安装在权利要求1所述的X轴导轨上，用于与铺砂装置（P1）相反方向的型砂的铺设；

阵列式打印头，所述阵列式打印头位于铺砂装置（P1）和铺砂装置（P2）之间，用于喷射树脂粘结剂。

3.根据权利要求1所述的一种铺砂打印一体化的3D打印成形装置，其特征在于，所述双铺砂-打印一体化装置包括：

铺砂装置（P1），所述铺砂装置（P1），安装在权利要求1所述的X轴导轨上，用于某一方向的型砂的铺设；

铺砂装置（P2），所述铺砂装置（P2），相对于铺砂装置（P1）镜像安装在权利要求1所述的X轴导轨上，用于与铺砂装置（P1）相反方向的型砂的铺设；

Y轴导轨，所述Y轴导轨安装在权利要求1所述的X轴导轨上并与X轴导轨垂直；

阵列式打印头，所述阵列式打印头位于Y轴导轨上，可沿Y轴导轨运动，用于喷射树脂粘结剂。

4.根据权利要求2或3所述的一种铺砂打印一体化的3D打印成形装置，其特征在于，所述铺砂装置（P1）和铺砂装置（P2）包括：

铺砂漏斗，所述铺砂漏斗是铺粉装置的主体，用于少量储存铺设所需型砂；

螺旋送粉机构，所述螺旋送粉机构位于铺砂漏斗中，用于将打印型砂均匀填充满砂砾储存箱；

平砂板，所述平砂板在铺砂漏斗下方，用于将铺粉机构中的型砂均匀铺在工作台上。

5.根据权利要求2所述的一种铺砂打印一体化的3D打印成形装置，其特征在于，所述阵列式打印头采用全幅宽阵列式打印头，即打印幅宽与成形室宽度相同，扫描方向与权利要求1中所述X轴导轨平行。

6.根据权利要求3所述的一种铺砂打印一体化的3D打印成形装置，其特征在于，所述阵列式打印头采用任意幅宽的阵列式打印头，扫描方向与权利要求3中所述Y轴导轨平行。

7.根据权利要求3所述的一种铺砂打印一体化的3D打印成形装置，其特征在于，所述Y轴导轨位于权利要求3所述的铺砂装置（P1）和铺砂装置（P2）之间。