CN107695294B - 一种铸造用砂型的3d打印方法 - Google Patents

一种铸造用砂型的3d打印方法 Download PDF

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    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing

Abstract

本发明公开了一种铸造用砂型的3D打印方法，涉及3D打印增材制造技术领域。该方法包括以下步骤：(1)建立铸造用砂型的三维模型；(2)铺砂系统以40～60秒每层的速度将混有催化剂的砂粒铺设成薄的砂层，控制每层砂层厚度为0.2～0.5mm；(3)在铺砂平砂完成后，打印机喷头根据砂型三维模型截面形状向砂层表面精确且均匀喷射粘结剂，通过粘结剂与催化剂发生的胶联反应，实现砂层的固化；(4)不断重复上述步骤(2)～步骤(3)的过程，通过多层的叠加堆积，直至打印成需要的砂型厚度。本发明方法可以明显降低打印过程中喷头的压墨次数，不仅能减少树脂的耗损，降低成本，同时还可有效提升打印效率。

Description

一种铸造用砂型的3D打印方法
技术领域
本发明属于3D打印增材制造技术领域，具体涉及一种铸造用砂型的3D打印方法。
背景技术
砂型铸造工艺中的数字信息化和智能化是砂型铸造技术发展的重要方向。目前，无模砂型3D打印成形技术成为无模砂型制造技术的研究热点。无模砂型 3D打印机适用于产品的设计研发应用、个性化定制及多品种中、小批量生产，可以明显缩短产品的研发周期，降低产品模具开发成本。
原砂和粘接剂作为砂型3D打印的基本材料，影响着打印砂型的尺寸精度和强度。然而打印喷头堵塞的情况时有发生，喷头喷涂树脂不连续，导致最终打印的砂型强度不达要求。在砂型3D打印过程中，必须通过压墨来疏通管路以保持打印喷墨头通畅。压墨频繁一方面会浪费部分粘结剂，同时也是生产效率效率变得低下。因此，减少喷头堵塞的可能性是提高砂型3D打印效率的一种新思路。
发明内容
根据厂家提供的工艺参数以及设备前期使用情况，发现现有参数压墨太过频繁，既浪费昂贵的墨水(专用树脂)，又严重影响打印效率。
本发明提供一种铸造用砂型的3D打印方法，可有效解决现有砂型3D打印过程中压墨频繁的问题，从而提高砂型3D打印效率。
本发明提供的铸造用砂型的3D打印方法，包括以下步骤：
(1)建立铸造用砂型的三维模型；
(2)铺砂系统以40～60秒每层的速度将型砂铺设成薄的砂层，控制每层砂层厚度为0.2～0.5mm；
(3)在铺砂平砂完成后，打印机喷头根据砂型三维模型截面形状向砂层表面精确且均匀喷射粘结剂，通过粘结剂与催化剂发生的胶联反应，实现砂层的固化；
(4)不断重复上述步骤(2)～步骤(3)的过程，直至打印成需要的砂型厚度。
优选的，步骤(2)中，所述混有催化剂的砂粒为金刚铸造陶粒砂和甲苯磺酸作为催化剂的混合物，其中催化剂与金刚铸造陶粒砂的混合比例为：
(5～8mL)：1kg。
优选的，步骤(3)中，所述粘结剂为铸造用自硬呋喃树脂，喷射粘结剂时喷头负压保持在3.2～3.5KPa之间，喷射粘结剂的剂量为每千克砂中喷射1～3mL 的粘结剂，所述粘结剂温度为32℃～35℃。
与现有技术相比，本发明具有的益效果：
本发明提供的铸造用砂型的3D打印方法，通过铺砂工艺和粘结剂喷射工艺参数的配合，可使压墨频率降低至每打印600层压墨一次，以打印500mm高度零件计算，实际压墨为1.667次，损耗粘结剂22.34mL。由于每次压墨都需要使打印机暂停，中断打印，打印过程中压墨次数的减少，不仅降低成本，而且可有效的提升打印效率。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的专利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
一种铸造用砂型的3D打印方法，包括以下步骤：
(1)建立铸造用砂型的三维模型；
(2)铺砂系统以40秒每层的速度将每千克砂中添加5mL催化剂的金刚铸造陶粒砂铺设成薄的砂层，控制每层砂层厚度为0.4mm；
(3)在铺砂平砂完成后，打印机喷头根据砂型三维模型截面形状向砂层表面精确且均匀喷射粘结剂，喷头负压保持在3.2KPa，每千克砂中喷射1mL的粘结剂，粘结剂温度为32℃，通过粘结剂与催化剂发生的胶联反应，实现砂层的固化；
(4)不断重复上述步骤(2)～步骤(3)的过程，直至打印500mm厚度的砂型。
实施例2
一种铸造用砂型的3D打印方法，包括以下步骤：
(1)建立铸造用砂型的三维模型；
(2)铺砂系统以60秒每层的速度将每千克砂中添加8mL催化剂的金刚铸造陶粒砂铺设成薄的砂层，控制每层砂层厚度为0.2mm；
(3)在铺砂平砂完成后，打印机喷头根据砂型三维模型截面形状向砂层表面精确且均匀喷射粘结剂，喷头负压保持在3.5KPa，每千克砂中喷射4mL的粘结剂，粘结剂温度为35℃，通过粘结剂与催化剂发生的胶联反应，实现砂层的固化；
(4)不断重复上述步骤(2)～步骤(3)的过程，直至打印500mm厚度的砂型。
实施例3
一种铸造用砂型的3D打印方法，包括以下步骤：
(1)建立铸造用砂型的三维模型；
(2)铺砂系统以50秒每层的速度将每千克砂中添加5mL催化剂的金刚铸造陶粒砂铺设成薄的砂层，控制每层砂层厚度为0.4mm；
(3)在铺砂平砂完成后，打印机喷头根据砂型三维模型截面形状向砂层表面精确且均匀喷射粘结剂，喷头负压保持在3.5KPa，每千克砂中喷射2.5mL的粘结剂，粘结剂温度为33℃，通过粘结剂与催化剂发生的胶联反应，实现砂层的固化；
(4)不断重复上述步骤(2)～步骤(3)的过程，直至打印500mm厚度的砂型。
压墨效果对比分析
实施例1～3中，打印过程中树脂粘结剂的消耗量和成型时间见表1。
表1打印消耗及成型时间检测
*对比值为铸造用砂型3D打印的常规值
由表1数据可知，实施例1～3所述方法在打印相同的砂型过程中，压墨次数明显降低，其中尤以实例1为最佳，打印一件厚度高500mm的砂型可节约时间3个多小时。因此，在本发明方法不仅提升了打印效率，同时减少了树脂粘接剂的损耗量，具有明显的效应。

Claims (2)

1.一种铸造用砂型的3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)建立铸造用砂型的三维模型；
(2)铺砂系统以40～60秒每层的速度将型砂铺设成薄的砂层，控制每层砂层厚度为0.2～0.5mm；
(3)在铺砂平砂完成后，打印机喷头根据砂型三维模型截面形状向砂层表面精确且均匀喷射粘结剂，通过粘结剂与催化剂发生的胶联反应，实现砂层的固化；所述粘结剂为铸造用自硬呋喃树脂，喷射粘结剂时喷头负压保持在3.2～3.5KPa之间，喷射粘结剂的剂量为每千克砂中喷射1～3mL的粘结剂，粘结剂温度为32℃～35℃；
(4)不断重复上述步骤(2)～步骤(3)的过程，直至打印成需要的砂型厚度。
2.根据权利要求1所述的一种铸造用砂型的3D打印方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混有催化剂的砂粒为金刚铸造陶粒砂和甲苯磺酸作为催化剂的混合物，其中催化剂与金刚铸造陶粒砂的混合比例为：(5～8mL)：1kg。
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