CN110014118A - 砂型3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种砂型3D打印机，包括：机架、铺砂机构、砂箱及其配套组件、打印机构、控制柜、护罩，其中：铺砂机构安装在所述机架的平台上，用于向砂箱的预设区域均匀铺砂；砂箱通过配套组件安装在机架上，用于在配套组件的协助下，执行砂箱的预设区域的升降操作，以及对砂箱的预设区域进行余砂回收操作；打印机构安装在机架的平台上，用于根据控制柜发送的信号，逐层打印零件切片；控制柜与铺砂机构、砂箱、打印机构电连接，用于根据打印零件的参数生成相应的铺砂信号、控制信号、打印信号；护罩设在机架外围，用于包覆住所述铺砂机构、砂箱、打印机构、控制柜。本发明中的打印机自动化程度高，能够实现复杂零件的快速成型。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印机技术领域，尤其涉及一种砂型3D打印机。
背景技术
3D打印技术(3D printing)，属于快速成形技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术。
相比于传统的砂型制造工艺，3D打印技术具备更高的工作效率；这也使得将3D打印技术应用在砂型铸造领域的愿望变得越来越迫切。
但是，现有的砂型3D打印机整体结构复杂，自动化程度低，无法综合考虑铺砂均匀性、砂面沉降、余砂回收等问题，从而影响了砂型零件的制备质量和制备效率。
发明内容
本发明提供一种砂型3D打印机，以实现复杂零件的快速成型，打印自动化程度高。
本发明提供一种砂型3D打印机，包括：机架、铺砂机构、砂箱及其配套组件、打印机构、控制柜、护罩，其中：
所述铺砂机构安装在所述机架的平台上，用于根据控制柜发送的铺砂信号，向砂箱的预设区域进行均匀铺砂；
所述砂箱通过配套组件安装在所述机架上，用于在配套组件的协助下，根据控制柜发送的控制信号执行砂箱的预设区域的升降操作，以及对所述砂箱的预设区域进行余砂回收操作；
所述打印机构安装在所述机架的平台上，用于根据控制柜发送的打印信号，逐层打印零件切片；
所述控制柜与铺砂机构、砂箱、打印机构电连接，用于根据打印零件的参数生成相应的铺砂信号、控制信号、打印信号；
所述护罩设置在机架的外围，用于包覆住所述铺砂机构、砂箱、打印机构、控制柜。
可选地，所述铺砂机构，包括：拖链、伺服电机、毛刷、螺旋布料装置、传动轴系、两条导轨、进料口，所述两条导轨通过传动轴系相连，且平行安装在机架的平台上；所述两条导轨上还设置有可沿着两条导轨做直线往复运动的横梁；其中：
所述伺服电机与所述传动轴系相连，以驱动所述两条导轨做同步运动；
所述螺旋布料装置安装在所述横梁上，用于跟随所述横梁沿着两条导轨做直线往复运动，并在直线往复运动过程中向砂箱的预设区域进行均匀铺砂；
所述毛刷设置在所述螺旋布料装置的返回的运动轨迹上，以对所述螺旋布料装置进行清理；
所述进料口安装在机架上，用于对所述螺旋布料装置进行原料补充；
所述拖链与所述横梁的端部相连，用于对铺砂机构的管路、线路提供牵引和保护。
可选地，所述螺旋布料装置，包括：螺旋轴、布料器壳体、左支撑板、电机调节螺钉、电机调节板、布料步进电机、小同步带轮、同步带、大同步带轮、刮板、轴承固定螺钉、轴承压板、带菱形座轴承、端盖板以及右支撑板；
所述螺旋轴通过位于该螺旋轴两端的带菱形座轴承、端盖板安装在所述布料器壳体的内部，其中，位于右端的带菱形座轴承的外侧通过轴承固定螺钉、轴承压板与所述螺旋轴连接；
所述布料器壳体通过所述左支撑板、右支撑板、螺钉以及螺母块固定在所述横梁上；其中，所述布料器壳体为焊接件，所述布料器壳体的主体部分为钢管，所述钢管上端面开设有至少一个溢砂孔，所述钢管的下端面开设有均匀分布的漏砂小孔；
所述布料步进电机通过螺钉固定于左支撑板上，并通过电机调节螺钉、电机调节板来调整位置；
所述同步带与位于所述布料步进电机的轴端上的小同步带轮连接，以及与固定于螺旋轴左轴端上的大同步带轮连接，以带动螺旋轴旋转；
所述刮板安装在所述布料器壳体的一侧，用于将铺砂后的砂面压实刮平，其中，所述刮板的位置可通过刮板上的长圆孔进行调节。
可选地，所述砂箱包括：第一内封板、凸缘、第一外壁、两条支撑导轨、第二外壁、第一接砂盒、第一聚砂板、第二内封板、底板、底板托架、第一支撑件、第二支撑件、第一定位块、第一缓冲块；所述第一外壁、第二外壁由25mm厚铝板制成，并通过螺钉连接后构成所述砂箱的主体，且所述第一外壁、第二外壁上开设有减重孔；所述凸缘通过螺钉固定于第一外壁的上端面；两条支撑导轨通过螺钉分别固定于第一外壁的下端面；所述第一内封板与第二内封板由2mm不锈钢板折弯而成，并通过沉头螺钉分别固定在凸缘、第一外壁、第二外壁上；所述第一接砂盒、第一聚砂板由1.5mm不锈钢板折弯焊接而成，并通过螺钉固定于第二外壁上，用于收集砂箱前侧的余砂，并通过软管、管箍与抽风机构连接；所述第一缓冲块的材料为聚氨酯橡胶，并通过螺钉固定于在第二外壁上；所述第一支撑件与第二支撑件通过螺钉固定于第一外壁、第二外壁内侧的底部；所述底板通过沉头螺钉固定于所述底板托架上；所述底板托架由矩形管焊接而成并设置在砂箱的内部，且所述底板托架上焊有凸块，所述底板托架可在所述升降机构的驱动下上下移动；所述第一定位块上开有定位孔，并通过螺钉安装于所述底板托架的凸块上。
可选地，所述配套组件包括：升降机构、夹紧机构、抽风机构；所述夹紧机构用于夹紧所述砂箱，并通过可调定位螺钉限定所述砂箱在机架上的位置；所述升降机构与所述砂箱的活动底板相连，以控制砂箱的逐层下降或者上升；所述抽风机构固定在机架上，用于回收砂箱的预设区域的余砂；其中：
所述升降机构包括：第二定位块、垫块、传动轴、连接板、两套升降机、升降机安装板、两条导向杆、导向铜套、导向杆安装板、电机套筒、升降机伺服电机；所述两套升降机通过螺钉、升降机安装板固定在机架上，且两套升降机之间通过联轴器、键、传动轴连接，以实现同步升降；所述升降机伺服电机通过联轴器、键与升降机连接，并通过螺钉、电机套筒安装在升降机上，以驱动升降机运动；所述两条导向杆分别安装于导向铜套内，所述导向铜套通过螺钉固定在机架上；所述升降机的丝杆顶端设有法兰连接件，并通过螺钉与连接板连接；所述导向杆的顶端通过螺钉、导向杆安装板与连接板连接；所述连接板由15mm钢板加工而成，且所述连接板上开设有减重孔；所述第二定位块、垫块安装在所连接板上；
所述夹紧机构包括：第二缓冲块、缓冲块调节板、夹紧可动板、夹紧压板、夹紧固定板、鱼眼接头、气缸、气缸安装座、气缸尾座；所述夹紧固定板安装在机架上，且所述夹紧固定板上焊有圆柱轴；所述夹紧可动板为焊接件，且所述夹紧可动板上设置有一个安装孔及两个螺纹孔，所述安装孔与夹紧固定板上的圆柱轴配合连接并通过螺钉及夹紧压板固定，其中一个螺纹孔通过螺钉与鱼眼接头连接，另一个螺纹孔通过螺钉与第二缓冲块、缓冲块调节板连接并通过螺母锁紧；所述气缸的行程为50mm，用于连接气源并通过控制柜控制，所述气缸的活塞杆与鱼眼接头连接，所述气缸的尾部通过螺钉与气缸尾座连接；所述气缸尾座通过销轴与气缸安装座连接，并通过两端的弹性挡圈固定所述销轴；所述气缸安装座通过螺钉固定在机架上；
所述抽风机构包括：鼓风机、鼓风机安装板、管接头；所述鼓风机通过鼓风机安装板安装在机架上，用于循环回收余砂；所述管接头的主体为变截面的封闭腔体；其中，所述管接头的上部设有14个孔，所述14个孔分别焊接有14个外径为25mm、长度25mm的钢管，且13个钢管通过软管、管箍与相应的接砂盒相连接；剩余的1个钢管连接有软管及管箍，且所述软管通过对折形式来封闭管口；所述封闭腔体下部设置有安装孔，所述安装孔焊接有外径为50mm、长度50mm的钢管，此钢管通过软管、管箍与鼓风机的吸风口相连接，所述封闭腔体的外围焊接有加强板，并通过所述加强板、螺钉固定在鼓风机安装板上。
可选地，所述打印机构包括：两条打印X轴导轨、打印X轴伺服电机、打印Y轴导轨、打印喷头部件、打印X轴传动轴系、打印拖链、墨桶、打印Y轴伺服电机；两条打印X轴导轨平行固定于在机架上，所述两条打印X轴导轨之间通过打印X轴传动轴系相连；所述打印X轴伺服电机驱动两条打印X轴导轨同步运动；所述打印Y轴导轨横架在两条打印X轴导轨上，且可沿着所述两条打印X轴导轨做直线往复运动；所述打印喷头部件安装在所述打印Y轴导轨上，可在打印Y轴伺服电机的驱动下随着所述打印Y轴导轨做Y向直线往复运动，以在砂箱的预设区域执行打印操作；所述墨桶通过墨路与所述喷头部件相连，以向所述喷头部件供墨；所打印拖链与所述打印Y轴导轨相连，用于对打印机构的管路、线路提供牵引和保护。
可选地，所述机架包括：上机架部件和下机架部件；所述上机架部件通过螺钉固定在所述下机架部件上，用于安装铺砂机构、打印机构；所述下机架部件用于安装砂箱及配套组件、控制柜；其中：
所述上机架部件包括：第一机架内封板、第二接砂盒、第二机架内封板、上机架、第三支撑件、接墨盒、第三机架内封板、第二聚砂板、第三接砂盒、砂箱顶紧块、第四接砂盒；所述第三接砂盒、第四接砂盒分别用于收集砂箱左右侧、后侧的余砂；所述第二接砂盒用于收集毛刷从螺旋布料装置上清理下的余砂；所述第二接砂盒、第三接砂盒、第四接砂盒均通过软管与抽风机构相连接，以使余砂被抽风机构回收；所述第一机架内封板、第二机架内封板、第三机架内封板、第二接砂盒以及接墨盒均由1.5mm不锈钢板折弯、焊接而成，并通过螺钉固定于上机架内；所述接墨盒用于收集清洗打印喷头部件产生的废液，并将废液通过软管导出；所述第三支撑件用于给所述接墨盒、第三机架内封板提供支撑；所述上机架为焊接结构；
所述下机架部件包括：下机架、导轨滑块、可调脚杯；所述下机架为焊接结构，所述下机架上装有多个导轨滑块，所述导轨滑块与砂箱上的支撑导轨相配合，用于向砂箱提供引导及支撑；所述可调脚杯与所述下机架底部的螺纹孔相配合，用于调整所述打印机保持水平。
可选地，所述控制柜包括：电柜箱、不间断电源系统UPS箱、触屏显示器；所述电柜箱、UPS箱通过螺钉固定在所述下机架部件上，所述触屏显示器安装在护罩上。
可选地，所述护罩包括：上护罩部件和下护罩部件；所述上护罩部件安装在机架上，且所述上护罩部件的周面上设置有开门结构，门通过合页及螺钉安装在所述开门结构上；当门处于打开状态时，通过气弹簧支撑所述门，且所述门上开有两个观察孔，所述观察孔由透明亚克力板封闭；所述下护罩部件安装在机架上，所述下护罩部件的前侧面上设有对开滑动门，用于放入和取出砂箱，所述下护罩部件的后侧面上设有一个铰链门，用于执行对墨桶部件、抽风机构的安装和操作。
可选地，所述打印机的最大打印尺寸为800×600×500，尺寸单位毫米，打印的分辨率为400×400DPI，且零件的打印层厚可调节。
本发明提供的砂型3D打印机，通过在机架上安装铺砂机构、砂箱及其配套组件、打印机构、控制柜，其中，所述铺砂机构安装在所述机架的平台上，用于根据控制柜发送的铺砂信号，向砂箱的预设区域进行均匀铺砂；所述砂箱通过配套组件安装在所述机架上，用于在配套组件的协助下，根据控制柜发送的控制信号执行砂箱的预设区域的升降操作，以及对所述砂箱的预设区域进行余砂回收操作；所述打印机构安装在所述机架的平台上，用于根据控制柜发送的打印信号，逐层打印零件切片；所述控制柜与铺砂机构、砂箱、打印机构电连接，用于根据打印零件的参数生成相应的铺砂信号、控制信号、打印信号。本发明中的打印机能够实现自动铺砂、打印、砂面沉降、余砂收集等动作，自动化程度高，能够实现任意复杂零件的快速成型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一实施例提供的砂型3D打印机的立体视图；
图2为本发明一实施例提供的砂型3D打印机的俯视图；
图3为本发明一实施例提供的砂型3D打印机的剖视图；
图4为本发明一实施例提供的砂型3D打印机的局部视图；
图5为本发明一实施例提供的砂型3D打印机的螺旋布料装置的立体视图；
图6为本发明一实施例提供的砂型3D打印机的砂箱和配套组件的立体视图；
图7为本发明一实施例提供的砂型3D打印机的砂箱和配套组件的仰视图；
图8为本发明一实施例提供的升降机构的立体视图；
图9为本发明一实施例提供的夹紧机构的立体视图；
图10为本发明一实施例提供的抽风机构的立体视图；
图11为本发明一实施例提供的上机架部件的立体视图；
图12为本发明一实施例提供的下机架部件的立体视图。
图中：
100-铺砂机构； 2210-电机套筒；
110-拖链； 2211-升降机伺服电机；
120-伺服电机； 230-夹紧机构；
130-毛刷； 2301-第二缓冲块；
140-螺旋布料装置； 2302-缓冲块调节板；
1401-螺旋轴； 2303-夹紧可动板；
1402-布料器壳体； 2304-夹紧压板；
1403-左支撑板； 2305-夹紧固定板；
1404-电机调节螺钉； 2306-鱼眼接头；
1405-电机调节板； 2307-气缸；
1406-布料步进电机； 2308-气缸安装座；
1407-小同步带轮； 2309-气缸尾座；
1408-同步带； 240-抽风机构；
1409-大同步带轮； 2401-鼓风机；
1410-刮板； 2402-鼓风机安装板；
1411-轴承固定螺钉； 2403-管接头；
1412-轴承压板； 300-打印机构；
1413-带菱形座轴承； 310-打印X轴导轨；
1414-端盖板； 320-打印X轴伺服电机；
1415-右支撑板； 330-打印Y轴导轨；
150-横梁； 340-打印喷头部件；
160-传动轴系； 350-打印X轴传动轴系；
170-导轨； 360-打印拖链；
180-进料口； 370-墨桶；
200-砂箱及其配套组件； 380-打印Y轴伺服电机；
210-砂箱； 400-机架；
2101-第一内封板； 410-上机架部件；
2102-凸缘； 4101-第一机架内封板；
2103-第一外壁； 4102-第二接砂盒；
2104-支撑导轨； 4103-第二机架内封板；
2105-第二外壁； 4104-上机架；
2106-第一接砂盒； 4105-第三支撑件；
2107-第一聚砂板； 4106-接墨盒；
2108-第二内封板； 4107-第三机架内封板；
2109-底板； 4108-第二聚砂板；
2110-底板托架； 4109-第三接砂盒；
2111-第一支撑件； 4110-砂箱顶紧块；
2112-第二支撑件； 4111-第四接砂盒；
2113-第一定位块； 420-下机架部件；
2114-第一缓冲块； 4201-下机架；
220-升降机构； 4202-导轨滑块；
2201-第二定位块； 4203-可调脚杯；
2202-垫块； 500-控制柜；
2203-传动轴； 510-电柜箱；
2204-连接板； 520-UPS箱；
2205-升降机； 530-触屏显示器；
2206-升降机安装板； 600-护罩；
2207-导向杆； 610-上护罩部件；
2208-导向铜套； 620-下护罩部件。
2209-导向杆安装板；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于各个实施例中相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
以下，对本申请中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解：
1)3D打印技术(3D printing)，属于快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术(即“积层造形法”)。
2)不间断电源系统UPS箱(Uninterruptible Power System，UPS)，即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(例如出现停电事故)时，UPS立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常对电压过高和电压过低都提供保护。
本发明提供的砂型3D打印机，可以应用在一定尺寸的任意复杂零件的快速成型。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
图1为本发明一实施例提供的砂型3D打印机的立体视图，如图1所示，本实施例中的打印机可以包括：机架400、铺砂机构100、砂箱及其配套组件200、打印机构300、控制柜500、护罩600，其中：所述铺砂机构100安装在所述机架400的平台上，用于根据控制柜500发送的铺砂信号，向砂箱210的预设区域进行均匀铺砂；所述砂箱210通过配套组件安装在所述机架上，用于在配套组件的协助下，根据控制柜发送的控制信号执行砂箱210的预设区域的升降操作，以及对所述砂箱210的预设区域进行余砂回收操作；所述打印机构300安装在所述机架400的平台上，用于根据控制柜500发送的打印信号，逐层打印零件切片；所述控制柜500与铺砂机构100、砂箱210、打印机构300电连接，用于根据打印零件的参数生成相应的铺砂信号、控制信号、打印信号；所述护罩600设置在机架400的外围，用于包覆住所述铺砂机构100、砂箱210、打印机构300、控制柜500。
可选地，所述护罩600包括：上护罩部件610和下护罩部件620；所述上护罩部件610安装在机架400上，且所述上护罩部件610的周面上设置有开门结构，门通过合页及螺钉安装在所述开门结构上；当门处于打开状态时，通过气弹簧支撑所述门，且所述门上开有两个观察孔，所述观察孔由透明亚克力板封闭；所述下护罩部件620安装在机架400上，所述下护罩部件620的前侧面上设有对开滑动门，用于放入和取出砂箱，所述下护罩部件620的后侧面上设有一个铰链门，用于执行对墨桶370、抽风机构240的安装和操作。
本实施例中，通过护罩来隔离保护打印机内部的各个机构、装置，并通过在护罩上设置可开启、关闭的门，以实现对打印机内部各个机构的安装和拆卸。可选地，通过在门上设置观察窗，以便于对打印过程的观察。
在一种实施方式中，所述打印机构300包括：两条打印X轴导轨310、打印X轴伺服电机320、打印Y轴导轨330、打印喷头部件340、打印X轴传动轴系350、打印拖链360、墨桶370、打印Y轴伺服电机380；两条打印X轴导轨310平行固定于在机架400上，所述两条打印X轴导轨310之间通过打印X轴传动轴系350相连；所述打印X轴伺服电机380驱动两条打印X轴导轨310同步运动；所述打印Y轴导轨330横架在两条打印X轴导轨310上，且可沿着所述两条打印X轴导轨310做直线往复运动；所述打印喷头部件340安装在所述打印Y轴导轨330上，可在打印Y轴伺服电机380的驱动下随着所述打印Y轴导轨330做Y向直线往复运动，以在砂箱210的预设区域进行打印操作；所述墨桶370通过墨路与所述打印喷头部件340相连，以向所述打印喷头部件340供墨；所打印拖链360与所述打印Y轴导轨330相连，用于对打印机构的管路、线路提供牵引和保护。
本实施例，通过在机架上安装铺砂机构、砂箱、打印机构、控制柜，所述控制柜根据打印零件的参数生成相应的铺砂信号、控制信号、打印信号，以控制铺砂机构执行铺砂操作，以及使得打印机构执行逐层打印操作。本实施例中的打印机能够实现自动铺砂、打印、砂面沉降、余砂收集等动作，自动化程度高，能够实现任意复杂零件的快速成型。
在一种实施方式中，所述控制柜500包括：电柜箱510、不间断电源系统UPS箱520、触屏显示器530；所述电柜箱510、UPS箱520通过螺钉固定在下机架部件420上，所述触屏显示器530安装在机架400上。
可选地，所述打印机的最大打印尺寸为800×600×500，尺寸单位毫米，打印的分辨率为400×400DPI，且零件的打印层厚可调节。
图2为本发明一实施例提供的砂型3D打印机的俯视图，图3为本发明一实施例提供的砂型3D打印机的剖视图；图4为本发明一实施例提供的砂型3D打印机的局部视图；如图2-图4所示，本实施例中的打印机的所述铺砂机构100，包括：拖链110、伺服电机120、毛刷130、螺旋布料装置140、传动轴系160、两条导轨170、进料口180，所述两条导轨170通过传动轴系160相连，且平行安装在机架400的平台上；所述两条导轨170上还设置有可沿着两条导轨170做直线往复运动的横梁150；其中：
所述伺服电机120与所述传动轴系160相连，以驱动所述两条导轨170的同步运动；所述螺旋布料装置140安装在所述横梁150上，用于跟随所述横梁150沿着两条导轨170做直线往复运动，并在直线往复运动过程中向砂箱210的预设区域进行均匀铺砂；所述毛刷130设置在所述螺旋布料装置140的返回的运动轨迹上，以对所述螺旋布料装置140进行清理；所述进料口180安装在机架400上，用于对所述螺旋布料装置180进行原料补充；所述拖链110与所述横梁150的端部相连，用于对铺砂机构的管路、线路提供牵引和保护。
在一种实施方式中，两条导轨平行安装于机架平面上，其安装位置关于砂箱前后对称面对称，其中一条导轨为主动导轨，型号为SATA-CB202D-L40-S1650-B1，并与铺砂伺服电机相连；另一条导轨为从动导轨，型号为：SATA-CB202D-L40-S1650-输入轴16，通过铺砂传动系统与铺砂伺服电机相连，实现同步运动；螺旋布料装置通过螺钉及螺母块安装在铺砂横梁的铝型材上，铝型材型号为：BTE-8-8080G-1890，螺旋布料装置沿导轨做直线往复运动；毛刷及进料口位于螺旋布料装置行程左端，当螺旋布料装置通过时对其进行清理及原料补充。
图5为本发明实施例一提供的砂型3D打印机的螺旋布料装置的立体视图，如图5所示，所述螺旋布料装置140，包括：螺旋轴1401、布料器壳体1402、左支撑板1403、电机调节螺钉1404、电机调节板1405、布料步进电机1406、小同步带轮1407、同步带1408、大同步带轮1409、刮板1410、轴承固定螺钉1411、轴承压板1412、带菱形座轴承1413、端盖板1414以及右支撑板1415；所述螺旋轴1401通过位于该螺旋轴1401两端的带菱形座轴承1413、端盖板1414安装在所述布料器壳体1402的内部，其中，位于右端的带菱形座轴承1413的外侧通过轴承固定螺钉1411、轴承压板1412与所述螺旋轴1401连接；所述布料器壳体1402通过所述左支撑板1403、右支撑板1415、螺钉以及螺母块固定在所述横梁150上；其中，所述布料器壳体1402为焊接件，所述布料器壳体1402的主体部分为钢管，所述钢管上端面开设有至少一个溢砂孔，所述钢管的下端面开设有均匀分布的漏砂小孔；所述布料步进电机1406通过螺钉固定于左支撑板1403上，并通过电机调节螺钉1404、电机调节板1405来调整位置；所述同步带1408与位于所述布料步进电机1406的轴端上的小同步带轮1407连接，以及与固定于螺旋轴1401左轴端上的大同步带轮1409连接，以带动螺旋轴1401旋转；所述刮板1410安装在所述布料器壳体1402的一侧，用于将铺砂后的砂面压实刮平，其中，所述刮板1410的位置可通过位于刮板上的长圆孔进行调节。
本实施例，通过在螺旋布料装置的返回的运动轨迹上设置毛刷，从而实现在打印过程中，对螺旋布料装置进行自动清理，自动化程度高。并可通过电机调节板、电机调节螺钉来调整布料同步电机的位置，从而调整同步带的张紧程度；布料器壳体上部有溢砂孔，实现溢砂保护及观察，下部有均布于整个宽度的漏砂小孔，实现均匀精细的布砂，布料器壳体侧面安装有刮板，可通过长圆孔调节其位置，实现将铺砂后的砂面进一步压实刮平。
图6为本发明一实施例提供的砂型3D打印机的砂箱和配套组件的立体视图，图7为本发明一实施例提供的砂型3D打印机的砂箱和配套组件的仰视图；如图6、图7所示，所述配套组件包括：升降机构220、夹紧机构230、抽风机构240；所述夹紧机构230用于夹紧所述砂箱210，并通过定位螺钉限定所述砂箱210在机架400上的位置；所述升降机构220与所述砂箱210的活动底板相连，以控制砂箱210的逐层下降或者上升；所述抽风机构240固定在机架400上，用于回收砂箱210的预设区域的余砂；其中：
所述砂箱210包括：第一内封板2101、凸缘2102、第一外壁2103、两条支撑导轨2104、第二外壁2105、第一接砂盒2106、第一聚砂板2107、第二内封板2108、底板2109、底板托架2110、第一支撑件2111、第二支撑件2112、第一定位块2113、第一缓冲块2114；所述第一外壁2103、第二外壁2105由25mm厚铝板制成，并通过螺钉连接后构成所述砂箱的主体，且所述第一外壁2103、第二外壁2105上开设有减重孔；所述凸缘2102通过螺钉固定于第一外壁2103的上端面；两条支撑导轨2104通过螺钉分别固定于第一外壁2104的下端面；所述第一内封板2101与第二内封板2108由2mm不锈钢板折弯而成，并通过沉头螺钉分别固定在凸缘2102、第一外壁2103、第二外壁2105上；所述第一接砂盒2106、第一聚砂板2107由1.5mm不锈钢板折弯焊接而成，并通过螺钉固定于第二外壁2105上，用于收集砂箱前侧的余砂，并通过软管、管箍与抽风机构240连接；所述第一缓冲块2114的材料为聚氨酯橡胶，并通过螺钉固定于在第二外壁2105上；所述第一支撑件2111与第二支撑件2112通过螺钉固定于第一外壁2103、第二外壁2105内侧的底部；所述底板2109通过沉头螺钉固定于所述底板托架2110上；所述底板托架2110由矩形管焊接而成并设置在砂箱210的内部，且所述底板托架2110上焊有凸块，所述底板托架2110可在所述升降机构220的驱动下上下移动；所述第一定位块2113上开有定位孔，并通过螺钉安装于所述底板托架2110的凸块上。
本实施例中，第一内封板、凸缘、第一外壁、第二外壁及第二内封板组成砂箱的四壁，支撑导轨安装在砂箱两侧的底部，用于砂箱四壁的支撑；第一支撑件、第二支撑件安装在砂箱四壁内侧的底部，用于升降机脱开时支撑砂箱底板，防止其掉落；砂箱底板托架安装在砂箱底板下以提高其刚性，其下第一定位块与升降机连接板上的第二定位块配合以定位砂箱底板的位置；第一接砂盒、第一聚砂板将砂箱前侧的余砂收集起来；缓冲块用于将砂箱外壁与顶紧螺钉隔开，起缓冲作用。
图8为本发明实施例一提供的升降机构的立体视图，如图8所示，所述升降机构220包括：第二定位块2201、垫块2202、传动轴2203、连接板2204、两套升降机2205、升降机安装板2206、两条导向杆2207、导向铜套2208、导向杆安装板2209、电机套筒2210、升降机伺服电机2211；所述两套升降机2205通过螺钉、升降机安装板2206固定在机架400上，且两套升降机2205之间通过联轴器、键、传动轴2203连接，以实现同步升降；所述升降机伺服电机2211通过联轴器、键与升降机2205连接，并通过螺钉、电机套筒2210安装在升降机2205上，以驱动升降机2205运动；所述两条导向杆2207分别安装于导向铜套2208内，所述导向铜2208套通过螺钉固定在机架400上；所述升降机2205的丝杆顶端设有法兰连接件，并通过螺钉与连接板2204连接；所述导向杆2207的顶端通过螺钉、导向杆安装板2209与连接板2204连接；所述连接板2204由15mm钢板加工而成，且所述连接板2204上开设有减重孔；所述第二定位块2201、垫块2202安装在所连接板2204上。
在一种实施方式中，连接板与升降机丝杆的顶部相连，将同步运动的升降机丝杆连接起来，连接板上安装有五个垫块及两个定位块，它们分别于与砂箱底部托架上的凸块及第一定位块配合；导向杆通过导向杆安装板安装在连接板下侧，与升降机呈菱形分布安装，并与固定在机架上的导向铜套配合，实现对连接板的升降导向，即实现对砂箱底板的升降导向。
图9为本发明一实施例提供的夹紧机构的立体视图，如图9所示，所述夹紧机构230包括：第二缓冲块2301、缓冲块调节板2302、夹紧可动板2303、夹紧压板2304、夹紧固定板2305、鱼眼接头2306、气缸2307、气缸安装座2308、气缸尾座2309；所述夹紧固定板2305安装在机架400上，且所述夹紧固定板2305上焊有圆柱轴；所述夹紧可动板2305为焊接件，且所述夹紧可动板2305上设置有一个安装孔及两个螺纹孔，所述安装孔与夹紧固定板2305上的圆柱轴配合连接并通过螺钉及夹紧压板固定，其中一个螺纹孔通过螺钉与鱼眼接头2306连接，另一个螺纹孔通过螺钉与第二缓冲块2301、缓冲块调节板2302连接并通过螺母锁紧；所述气缸2307的行程为50mm，用于连接气源并通过控制柜500控制气缸2307的活塞杆与鱼眼接头2306连接，所述气缸2307的尾部通过螺钉与气缸尾座2309连接；所述气缸尾座2309通过销轴与气缸安装座2308连接，并通过气缸尾座2309两端的弹性挡圈固定所述销轴；所述气缸安装座2308通过螺钉固定在机架400上。
本实施例中，砂箱夹紧机构共有两套，夹紧可动板上的孔与夹紧固定板上的轴配合，并通过夹紧压板、螺钉固定防止脱落，夹紧固定板安装在机架上，夹紧可动板可绕配合孔转动，其上安装有缓冲块、缓冲块调节板，夹紧时夹紧可动板转动到相应位置并通过缓冲块将砂箱夹紧；气缸的活塞杆通过鱼眼接头安装在夹紧可动板上，气缸的尾部通过气缸尾座、销轴、气缸安装座固定在机架上，当气缸活塞杆伸出时驱动夹紧可动板转动并维持一定的夹紧力。
图10为本发明一实施例提供的抽风机构的立体视图，如图10所示，所述抽风机构240包括：鼓风机2401、鼓风机安装板2402、管接头2403；所述鼓风机2401通过鼓风机安装板2402安装在机架400上，用于循环回收余砂；所述管接头2403的主体为变截面的封闭腔体；其中，所述管接头2403的上部设有14个孔，所述14个孔分别焊接有14个外径为25mm、长度25mm的钢管，且13个钢管通过软管、管箍与相应的接砂盒相连接；剩余的1个钢管连接有软管及管箍，且所述软管通过对折形式来封闭管口；所述封闭腔体下部设置有安装孔，所述安装孔焊接有外径为50mm、长度50mm的钢管，此钢管通过软管、管箍与鼓风机2401的吸风口相连接，所述封闭腔体的外围焊接有加强板，并通过所述加强板、螺钉固定在鼓风机安装板2402上。
本实施例中，鼓风机安装板安装在机架后侧下部，其上安装有鼓风机及管接头，鼓风机的抽风口与管接头的出砂口通过软管相连，管接头上的14个入砂口通过软管分别与接砂盒的出砂口相连，管接头上的多余入砂口被堵上；管接头为腔体焊接件，其上的入砂口与出砂口通过腔体相连，当鼓风机运作时实现将各个接砂盒里的余砂汇集，并抽出打印机加以利用。
在一种实施方式中，砂箱的四壁通过导轨、滑块固定在机架内，并通过砂箱夹紧机构及对侧的砂箱顶紧块、顶紧螺钉将砂箱夹紧，防止滑动，砂箱的活动砂箱底板通过砂箱升降机构顶起及支撑；抽风机构位于打印机后侧底部，通过软管、管箍连接各接砂盒，实现将打印机运行过程中产生的余砂抽出、收集、循环利用。
本实施例，通过升降机构、夹紧机构来控制砂箱在机架上的位置，精确控制砂箱的升降，从而提高了打印机的打印质量，并利用抽风机构回收砂箱上的余砂，实现对余砂的循环利用，避免浪费。
在一种实施方式中，所述机架400包括：上机架部件410和下机架部件420；所述上机架部件410通过螺钉固定在所述下机架部件420上，用于安装铺砂机构100、打印机构300；所述下机架部件420用于安装砂箱210及配套组件200、控制柜500。
图11为本发明一实施例提供的上机架部件的立体视图，如图11所示，所述上机架部件410包括：第一机架内封板4101、第二接砂盒4102、第二机架内封板4103、上机架4104、第三支撑件4105、接墨盒4106、第三机架内封板4107、第二聚砂板4108、第三接砂盒4109、砂箱顶紧块4110、第四接砂盒4111；所述第一机架内封板4101、第二机架内封板4103、第三机架内封板4107、第二接砂盒4102以及接墨盒4106均由1.5mm不锈钢板折弯、焊接而成，并通过螺钉固定于上机架4104内；所述第二接砂盒4102用于收集毛刷130从螺旋布料装置140上清理下的余砂，并通过软管与抽风机构240相连接，以使余砂被抽风机构240回收；所述接墨盒4106用于收集清洗打印喷头部件340产生的废液，并将废液通过软管导出；所述第三支撑件4105用于给所述接墨盒4106、第三机架内封板4107提供支撑；所述上机架4104为焊接结构。
图12为本发明一实施例提供的下机架部件的立体视图，如图12所示，所述下机架部件420包括：下机架4201、导轨滑块4202、可调脚杯4203；所述下机架4201为焊接结构，所述下机架4201上装有多个导轨滑块4202，所述导轨滑块4202与砂箱210上的支撑导轨2104相配合，用于向砂箱210提供引导及支撑；所述可调脚杯4203与所述下机架4201底部的螺纹孔相配合，用于调整打印机保持水平。
本实施例，通过机架来给铺砂机构100、砂箱210、打印机构300、控制柜500提供支撑，使得打印机的整体结构更加合理紧凑，有效地缩小了打印机的整体尺寸，降低生产成本。
最后应说明的是：以上各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种砂型3D打印机，其特征在于，包括：机架、铺砂机构、砂箱及其配套组件、打印机构、控制柜、护罩，其中：
所述铺砂机构安装在所述机架的平台上，用于根据控制柜发送的铺砂信号，向砂箱的预设区域进行均匀铺砂；
所述砂箱通过配套组件安装在所述机架上，用于在配套组件的协助下，根据控制柜发送的控制信号执行砂箱的预设区域的升降操作，以及对所述砂箱的预设区域进行余砂回收操作；
所述打印机构安装在所述机架的平台上，用于根据控制柜发送的打印信号，逐层打印零件切片；
所述控制柜与铺砂机构、砂箱、打印机构电连接，用于根据打印零件的参数生成相应的铺砂信号、控制信号、打印信号；
所述护罩设置在机架的外围，用于包覆住所述铺砂机构、砂箱、打印机构、控制柜。
2.根据权利要求1所述的打印机，其特征在于，所述铺砂机构，包括：拖链、伺服电机、毛刷、螺旋布料装置、传动轴系、两条导轨、进料口，所述两条导轨通过传动轴系相连，且平行安装在机架的平台上；所述两条导轨上还设置有可沿着两条导轨做直线往复运动的横梁；其中：
所述伺服电机与所述传动轴系相连，以驱动所述两条导轨做同步运动；
所述螺旋布料装置安装在所述横梁上，用于跟随所述横梁沿着两条导轨做直线往复运动，并在直线往复运动过程中向砂箱的预设区域进行均匀铺砂；
所述毛刷设置在所述螺旋布料装置的返回的运动轨迹上，以对所述螺旋布料装置进行清理；
所述进料口安装在机架上，用于对所述螺旋布料装置进行原料补充；
所述拖链与所述横梁的端部相连，用于对铺砂机构的管路、线路提供牵引和保护。
3.根据权利要求2所述的打印机，其特征在于，所述螺旋布料装置，包括：螺旋轴、布料器壳体、左支撑板、电机调节螺钉、电机调节板、布料步进电机、小同步带轮、同步带、大同步带轮、刮板、轴承固定螺钉、轴承压板、带菱形座轴承、端盖板以及右支撑板；
所述螺旋轴通过位于该螺旋轴两端的带菱形座轴承、端盖板安装在所述布料器壳体的内部，其中，位于右端的带菱形座轴承的外侧通过轴承固定螺钉、轴承压板与所述螺旋轴连接；
所述布料器壳体通过所述左支撑板、右支撑板、螺钉以及螺母块固定在所述横梁上；其中，所述布料器壳体为焊接件，所述布料器壳体的主体部分为钢管，所述钢管上端面开设有至少一个溢砂孔，所述钢管的下端面开设有均匀分布的漏砂小孔；
所述布料步进电机通过螺钉固定于左支撑板上，并通过电机调节螺钉、电机调节板来调整位置；
所述同步带与位于所述布料步进电机的轴端上的小同步带轮连接，以及与固定于螺旋轴左轴端上的大同步带轮连接，以带动螺旋轴旋转；
所述刮板安装在所述布料器壳体的一侧，用于将铺砂后的砂面压实刮平，其中，所述刮板的位置可通过刮板上的长圆孔进行调节。
4.根据权利要求1所述的打印机，其特征在于，所述砂箱包括：第一内封板、凸缘、第一外壁、两条支撑导轨、第二外壁、第一接砂盒、第一聚砂板、第二内封板、底板、底板托架、第一支撑件、第二支撑件、第一定位块、第一缓冲块；所述第一外壁、第二外壁由25mm厚铝板制成，并通过螺钉连接后构成所述砂箱的主体，且所述第一外壁、第二外壁上开设有减重孔；所述凸缘通过螺钉固定于第一外壁的上端面；两条支撑导轨通过螺钉分别固定于第一外壁的下端面；所述第一内封板与第二内封板由2mm不锈钢板折弯而成，并通过沉头螺钉分别固定在凸缘、第一外壁、第二外壁上；所述第一接砂盒、第一聚砂板由1.5mm不锈钢板折弯焊接而成，并通过螺钉固定于第二外壁上，用于收集砂箱前侧的余砂，并通过软管、管箍与抽风机构连接；所述第一缓冲块的材料为聚氨酯橡胶，并通过螺钉固定于在第二外壁上；所述第一支撑件与第二支撑件通过螺钉固定于第一外壁、第二外壁内侧的底部；所述底板通过沉头螺钉固定于所述底板托架上；所述底板托架由矩形管焊接而成并设置在砂箱的内部，且所述底板托架上焊有凸块，所述底板托架可在所述升降机构的驱动下上下移动；所述第一定位块上开有定位孔，并通过螺钉安装于所述底板托架的凸块上。
5.根据权利要求1所述的打印机，其特征在于，所述配套组件包括：升降机构、夹紧机构、抽风机构；所述夹紧机构用于夹紧所述砂箱，并通过可调定位螺钉限定所述砂箱在机架上的位置；所述升降机构与所述砂箱的活动底板相连，以控制砂箱的逐层下降或者上升；所述抽风机构固定在机架上，用于回收砂箱的预设区域的余砂；其中：
所述升降机构包括：第二定位块、垫块、传动轴、连接板、两套升降机、升降机安装板、两条导向杆、导向铜套、导向杆安装板、电机套筒、升降机伺服电机；所述两套升降机通过螺钉、升降机安装板固定在机架上，且两套升降机之间通过联轴器、键、传动轴连接，以实现同步升降；所述升降机伺服电机通过联轴器、键与升降机连接，并通过螺钉、电机套筒安装在升降机上，以驱动升降机运动；所述两条导向杆分别安装于导向铜套内，所述导向铜套通过螺钉固定在机架上；所述升降机的丝杆顶端设有法兰连接件，并通过螺钉与连接板连接；所述导向杆的顶端通过螺钉、导向杆安装板与连接板连接；所述连接板由15mm钢板加工而成，且所述连接板上开设有减重孔；所述第二定位块、垫块安装在所连接板上；
所述夹紧机构包括：第二缓冲块、缓冲块调节板、夹紧可动板、夹紧压板、夹紧固定板、鱼眼接头、气缸、气缸安装座、气缸尾座；所述夹紧固定板安装在机架上，且所述夹紧固定板上焊有圆柱轴；所述夹紧可动板为焊接件，且所述夹紧可动板上设置有一个安装孔及两个螺纹孔，所述安装孔与夹紧固定板上的圆柱轴配合连接并通过螺钉及夹紧压板固定，其中一个螺纹孔通过螺钉与鱼眼接头连接，另一个螺纹孔通过螺钉与第二缓冲块、缓冲块调节板连接并通过螺母锁紧；所述气缸的行程为50mm，用于连接气源并通过控制柜控制，所述气缸的活塞杆与鱼眼接头连接，所述气缸的尾部通过螺钉与气缸尾座连接；所述气缸尾座通过销轴与气缸安装座连接，并通过两端的弹性挡圈固定所述销轴；所述气缸安装座通过螺钉固定在机架上；
所述抽风机构包括：鼓风机、鼓风机安装板、管接头；所述鼓风机通过鼓风机安装板安装在机架上，用于循环回收余砂；所述管接头的主体为变截面的封闭腔体；其中，所述管接头的上部设有14个孔，所述14个孔分别焊接有14个外径为25mm、长度25mm的钢管，且13个钢管通过软管、管箍与相应的接砂盒相连接；剩余的1个钢管连接有软管及管箍，且所述软管通过对折形式来封闭管口；所述封闭腔体下部设置有安装孔，所述安装孔焊接有外径为50mm、长度50mm的钢管，此钢管通过软管、管箍与鼓风机的吸风口相连接，所述封闭腔体的外围焊接有加强板，并通过所述加强板、螺钉固定在鼓风机安装板上。
6.根据权利要求1所述的打印机，其特征在于，所述打印机构包括：两条打印X轴导轨、打印X轴伺服电机、打印Y轴导轨、打印喷头部件、打印X轴传动轴系、打印拖链、墨桶、打印Y轴伺服电机；两条打印X轴导轨平行固定于在机架上，所述两条打印X轴导轨之间通过打印X轴传动轴系相连；所述打印X轴伺服电机驱动两条打印X轴导轨同步运动；所述打印Y轴导轨横架在两条打印X轴导轨上，且可沿着所述两条打印X轴导轨做直线往复运动；所述打印喷头部件安装在所述打印Y轴导轨上，可在打印Y轴伺服电机的驱动下随着所述打印Y轴导轨做Y向直线往复运动，以在砂箱的预设区域执行打印操作；所述墨桶通过墨路与所述打印喷头部件相连，以向所述打印喷头部件供墨；所打印拖链与所述打印Y轴导轨相连，用于对打印机构的管路、线路提供牵引和保护。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的打印机，其特征在于，所述机架包括：上机架部件和下机架部件；所述上机架部件通过螺钉固定在所述下机架部件上，用于安装铺砂机构、打印机构；所述下机架部件用于安装砂箱及配套组件、控制柜；其中：
所述上机架部件包括：第一机架内封板、第二接砂盒、第二机架内封板、上机架、第三支撑件、接墨盒、第三机架内封板、第二聚砂板、第三接砂盒、砂箱顶紧块、第四接砂盒；所述第三接砂盒、第四接砂盒分别用于收集砂箱左右侧、后侧的余砂；所述第二接砂盒用于收集毛刷从螺旋布料装置上清理下的余砂；所述第二接砂盒、第三接砂盒、第四接砂盒均通过软管与抽风机构相连接，以使余砂被抽风机构回收；所述第一机架内封板、第二机架内封板、第三机架内封板、第二接砂盒以及接墨盒均由1.5mm不锈钢板折弯、焊接而成，并通过螺钉固定于上机架内；所述接墨盒用于收集清洗打印喷头部件产生的废液，并将废液通过软管导出；所述第三支撑件用于给所述接墨盒、第三机架内封板提供支撑；所述上机架为焊接结构；
所述下机架部件包括：下机架、导轨滑块、可调脚杯；所述下机架为焊接结构，所述下机架上装有多个导轨滑块，所述导轨滑块与砂箱上的支撑导轨相配合，用于向砂箱提供引导及支撑；所述可调脚杯与所述下机架底部的螺纹孔相配合，用于调整所述打印机保持水平。
8.根据权利要求7所述的打印机，其特征在于，所述控制柜包括：电柜箱、不间断电源系统UPS箱、触屏显示器；所述电柜箱、UPS箱通过螺钉固定在所述下机架部件上，所述触屏显示器安装在护罩上。
9.根据权利要求2所述的打印机，其特征在于，所述护罩包括：上护罩部件和下护罩部件；所述上护罩部件安装在机架上，且所述上护罩部件的周面上设置有开门结构，门通过合页及螺钉安装在所述开门结构上；当门处于打开状态时，通过气弹簧支撑所述门，且所述门上开有两个观察孔，所述观察孔由透明亚克力板封闭；所述下护罩部件安装在机架上，所述下护罩部件的前侧面上设有对开滑动门，用于放入和取出砂箱，所述下护罩部件的后侧面上设有一个铰链门，用于执行对墨桶、抽风机构的安装和操作。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的打印机，其特征在于，所述打印机的最大打印尺寸为800×600×500，尺寸单位毫米，打印的分辨率为400×400DPI，且零件的打印层厚可调节。
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