CN108160920B - 一种新型砂型（芯）3d打印成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于增材制造领域，公开的一种新型砂型（芯）3D打印成形方法。该方法将铸造用的砂粒在打印前先后分别与一定量的催化剂和树脂进行均匀搅拌，将混有催化剂和树脂的砂粒在5‑10分钟时间内，通过推挤装置从阵列式喷嘴装置中挤出堆积到可升降工作平台上。计算机根据砂型分层截面轮廓信息控制对应的推挤装置工作将型砂从喷嘴处挤出堆积在可升降工作平台上，根据分层制造原理逐层制造获得所需砂型。该方法相比传统的砂型3D打印技术而言减小了砂型制造过程的复杂度，提高了砂型/芯质量，具有广泛的材料选择性对成型设备要求低等优点，具有很强的推广使用价值。

Description

一种新型砂型（芯）3D打印成形方法

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种新型砂型（芯）3D打印成形方法。

背景技术

砂型3D打印技术是一种基于分层制造原理的砂型快速制造技术。目前，砂型3D打印技术大都是基于粉床的快速成形方法，成形过程中需要先将型砂颗粒与一定量的固化剂进行预先混合，之后可升降工作平台下降一定高度将预混了固化剂的型砂颗粒均匀铺设在可升降工作平台上，然后计算机控制打印喷头根据砂型当前层轮廓信息按需喷射粘接剂，当喷射的树脂粘结剂遇到预混了固化剂的型砂后使砂粒粘结固化成当前层砂型，接着可升降工作平台下降固定层厚，重复铺砂和打印工序，层层制作最终打印成所需砂型。

目前的砂型3D打印成形方法打印喷头对喷射粘接剂的黏度、表面张力、酸碱度以及颗粒度都有十分苛刻的要求，限制了粘接剂材料的选择。此外，成形方法中涉及铺砂和打印等工序，砂型制造过程复杂，粘接剂含量控制难成形砂型强度低，不利于高质量砂型（芯）的快速制造。

发明内容

针对目前砂型3D打印成形方法存在制造砂型强度低且工序复杂，对粘接剂材料及加入量要求苛刻等问题，本发明提出了一种新型砂型（芯）3D打印成形方法。

一种新型砂型（芯）3D打印成形方法是先将一定量的铸造用的型砂颗粒与一定量的固化剂进行搅拌，搅拌均匀后，在型砂中再加入一定量的粘接剂并进行充分的搅拌。将搅拌好的型砂颗粒通过挤推作用从阵列式喷嘴装置中挤出堆积在可升降工作平台上。型砂颗粒在挤推过程中计算机根据成形砂型当前层轮廓信息控制阵列式喷嘴装置的每一个喷嘴对应的挤推装置工作挤出型砂颗粒。在完成当前层砂型截面的打印后，可升降工作平台下降一定层厚，然后计算机驱动阵列式喷嘴装置进行下一层砂型截面的打印，重复上述过程完成砂型的高质量高效率制造。

为实现上述目的，本发明提出了的一种新型砂型（芯）3D打印成形方法按以下步骤进行：

步骤1：将铸造用原砂通过真空上料进入混砂装置中，混砂装置具有称量功能可以严格控制进入混砂装置中的型砂颗粒质量；

步骤2：固化剂通过精密蠕动泵定量加入到混砂装置中，混砂1-2分钟后，再次通过精密蠕动泵定量加入粘接剂，继续混砂1-2分钟后完成混砂工序；

步骤3：将均匀混有固化剂和粘接剂的型砂颗粒送入阵列式喷嘴装置的型砂存储料箱中；

步骤4：计算机控制阵列式喷嘴装置从可升降工作平台一侧扫描式运动到可升降工作平台的另一侧，阵列式喷嘴装置的所有喷嘴对应的挤推装置同时工作在可升降工作平台上均匀堆积一层型砂作为成形基底；

步骤5：计算机控制可升降工作平台下降0.3mm-0.8mm的固定层厚；

步骤6：计算机根据砂型分层截面数据控制阵列式喷嘴装置从可升降工作平台一侧扫描运动到可升降工作平台的另一侧，运动过程中计算机控制各个喷嘴对应的挤推装置在砂型分层截面轮廓范围内密集堆积型砂颗粒形成砂型/芯结构，在砂型分层截面轮廓范围外松散堆积型砂颗粒形成支撑结构；

步骤7：重复步骤5和步骤6实现砂型的分层制造，当阵列式喷嘴装置的型砂存储料箱中存砂量低于临界值时进行步骤1到步骤3进行型砂颗粒的补充；

步骤8：重复步骤7，层层打印，直至最终逐层堆叠完成砂型的打印，放置一定时间后从可升降工作平台上取下砂型并清理掉支撑结构。

一种新型砂型（芯）3D打印成形方法，在型砂堆积的同时可以采用带有加热功能的圆柱形辊子辅助紧实并加快堆积砂型的固化。

一种新型砂型（芯）3D打印成形方法，在型砂堆积的同时可以采用对整个成形室加热的方式实现堆积砂型的快速固化。

一种新型砂型（芯）3D打印成形方法，铸型所用型砂为石英石、陶粒砂、铬铁矿砂或橄榄石砂等铸造用耐火型砂，常用粒度为70/140目以及100/200目。

一种新型砂型（芯）3D打印成形方法，所用的粘结剂可以为呋喃树脂粘接剂、酚醛树脂粘结剂以及无机粘接剂。

采用上述的技术方案，有以下优点：

1、砂型制造过程简单，成形砂型效率高并且质量好。

2、该方法制造砂型对粘接剂性能要求低，可选粘接剂材料种类多，更有利于实现砂型3D打印成形技术的推广应用。

附图说明

图1 为一种新型砂型（芯）3D打印成形方法原理图；

图2 成形复杂砂型截面示意图；

图中：1、储砂箱；2、固化剂存储罐；3、粘接剂存储罐；4、混砂装置；5、阵列式喷嘴装置；6、可升降工作平台；7、成形室；8、支架；9、支撑结构；10、砂型。

具体实施方式

本发明提出的一种新型砂型（芯）3D打印成形方法，该方法首先将铸造用耐火性砂从储砂箱1中通过真空上料方式送入混砂装置4中，混砂装置带用称量功能可以对送入混砂装置中的原砂颗粒的质量进行称量称量结束后，固化剂在蠕动泵的作用下从固化剂存储罐2中定量的加入到混砂装置中，并混砂1-2分钟；之后，粘接剂同样在蠕动泵的作用下从粘接剂存储罐3中定量的加入到混砂装置中，并继续混砂1-2分钟，完成打印所需型砂的制备。打印开始前需要先将均匀混有固化剂和粘接剂的型砂颗粒送入阵列式喷嘴装置5的型砂存储料箱中。打印开始后，计算机控制阵列式喷嘴装置5从可升降工作平台6一侧扫描式运动到可升降工作平台6的另一侧，阵列式喷嘴装置5的所有喷嘴对应的挤推装置同时工作在可升降工作平台6上均匀堆积一层型砂作为成形基底；然后，计算机控制可升降工作平台6下降0.3mm-0.8mm的固定层厚，并根据砂型的分层截面数据控制阵列式喷嘴装置5从可升降工作平台6一侧扫描运动到可升降工作平台6的另一侧，运动过程中计算机控制各个喷嘴对应的挤推装置在砂型分层截面轮廓范围内密集堆积型砂颗粒形成砂型/芯结构，在砂型分层截面轮廓范围外松散堆积型砂颗粒形成支撑结构；之后，可升降工作平台6继续下降0.3mm-0.8mm的固定层厚，计算机控制阵列式喷嘴装置5继续进行下一层的打印。当阵列式喷嘴装置5的型砂存储料箱中的型砂量少于设定阈值时，阵列式喷嘴装置5回到初始位置进行型砂的制备并将制备好的型砂送入阵列式喷嘴装置5的型砂存储料箱中。重复上述型砂制备和砂型10的逐层打印的过程完成所需砂型10的制作，将打印好的砂型10放置一定时间后从可升降工作平台上取下并清理掉支撑结构9。

Claims (7)

1.一种新型砂型/芯3D打印成形方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1：将铸造用原砂通过真空上料进入混砂装置中，混砂装置具有称量功能可以严格控制进入混砂装置中的型砂颗粒质量；

步骤2：固化剂通过精密蠕动泵定量加入到混砂装置中，混砂1-2分钟后，再次通过精密蠕动泵定量加入粘接剂，继续混砂1-2分钟后完成混砂工序；

步骤3：将均匀混有固化剂和粘接剂的型砂颗粒送入阵列式喷嘴装置的型砂存储料箱中，粘结剂为呋喃树脂粘接剂、酚醛树脂粘结剂以及无机粘接剂；

步骤4：计算机控制阵列式喷嘴装置从可升降工作平台一侧扫描式运动到可升降工作平台的另一侧，阵列式喷嘴装置的所有喷嘴对应的挤推装置同时工作在可升降工作平台上均匀堆积一层型砂作为成形基底；

步骤5：计算机控制可升降工作平台下降0.3mm-0.8mm的固定层厚；

步骤6：计算机根据砂型分层截面数据控制阵列式喷嘴装置从可升降工作平台一侧扫描运动到可升降工作平台的另一侧，运动过程中计算机控制各个喷嘴对应的挤推装置在砂型分层截面轮廓范围内密集堆积型砂颗粒形成砂型/芯结构，在砂型分层截面轮廓范围外松散堆积型砂颗粒形成支撑结构，型砂堆积的同时采用带有加热功能的圆柱形辊子辅助紧实堆积型砂并加快堆积砂型的固化；

步骤7：重复步骤5和步骤6实现砂型的分层制造，当阵列式喷嘴装置的型砂存储料箱中存砂量低于临界值时进行步骤1到步骤3进行型砂颗粒的补充；

步骤8：重复步骤7，层层打印，直至最终逐层堆叠完成砂型的打印，放置一定时间后从可升降工作平台上取下砂型并清理掉支撑结构。

2.根据权利要求1所述的一种新型砂型/芯3D打印成形方法，其特征在于，阵列式喷嘴装置采用全幅宽设计，即该装置堆积型砂的最大幅宽与可升降工作平台宽度相同。

3.根据权利要求1所述的一种新型砂型/芯3D打印成形方法，其特征在于，阵列式喷嘴装置的扫描方式为单向扫描堆积型砂，当前层堆积型砂结束后阵列式喷嘴装置回到起始位置。

4.根据权利要求1所述的一种新型砂型/芯3D打印成形方法，其特征在于，阵列式喷嘴装置的扫描方式为双向扫描堆积型砂，当前层堆积型砂结束后阵列式喷嘴装置停在当前位置，可升降工作平台下降固定层厚，阵列式喷嘴装置反向运动堆积型砂并移动回到起始位置。

5.根据权利要求1所述的一种新型砂型/芯3D打印成形方法，其特征在于，在型砂堆积的同时采用对整个成形室加热的方式实现堆积砂型的快速固化。

6.根据权利要求1所述的一种新型砂型/芯3D打印成形方法，其特征在于，所述铸造用原砂为石英砂、宝珠砂、铬铁矿砂、锆英石砂、石灰石砂、刚玉砂、镁砂、耐火熟料砂、橄榄石砂中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种新型砂型/芯3D打印成形方法，其特征在于，铸型所用型砂为铸造用耐火型砂，常用粒度为70/140目以及100/200目。

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