CN110405138A - 一种熔模铸造用蜡模3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于熔模铸造领域，特别是一种熔模铸造用蜡模3D打印机。包括供气箱、点胶机、供蜡机和打印机构；所述供气箱通过输气管与点胶机连接，所述点胶机设置在供蜡机的上方、且通过导管与供蜡机相连，所述供蜡机通过加热软管和打印机构相连，所述加热软管加热温度范围为25‑280℃，用以维持其中蜡的流动性。本申请的熔模铸造用蜡模3D打印机，其供气瓶经过点胶机输出稳定气压，气压经过供蜡机把液态石蜡挤出，喷嘴处的电磁阀对石蜡挤出进行控制，挤出的石蜡经过加热软管进入打印机，熔模铸造用蜡模3D打印机在控制系统的操纵下进行打印，以实现蜡模的成型。
Description
技术领域
本发明属于熔模铸造领域，特别是一种熔模铸造用蜡模3D打印机。
背景技术
熔模铸造是一种精密铸造方法。采用常规的铸造工艺要预先投制模具，研制周期长；常规的机械加工设备往往难以精确成形构件内腔的复杂结构。近年来，金属材料3D打印技术由于研制周期短、产品性能高而得到了广泛的应用，但研制成本较高，是传统铸造与机械加工制备工艺成本的3-5倍。
蜡模的制备是熔模铸造的关键之一。在现有熔模铸造用蜡模3D打印技术中，打印蜡模的原料大多数为PS、ABS为代表的塑料以及一些复合石蜡。这些塑料和复合石蜡熔化温度远高于熔模铸造用石蜡，造成脱腊时需要更高的温度，甚至需要施加压力。此外，ABS、PS以及复合石蜡的密度和价格均高于石蜡，这就带来了原材料成本的上涨。在消耗相同体积的原材料时，ABS、PS以及复合石蜡的原材料价格是石蜡的3.6倍、11倍和40倍。由于石蜡的低强度以及低韧性等特性，导致石蜡不能像塑料一样拉制成丝状，复合石蜡虽然可以拉制成丝，但是其熔点太高，并不符合低熔点除蜡要求。
而传统熔模铸造需要先设计制造蜡模，根据所要求的铸造零件的形状、尺寸，用钢或其他材料制成模子。第二步是制造蜡模；将糊状蜡料倒入模子里。第三步是焊接模组；把若干蜡模焊接到预先由蜡料制成的蜡棒(即浇注系统)制成模组等等一系列流程。传统熔模铸造流程复杂且很难制造薄壁零件，而且其工艺要求比较高，例如在起初金属模设计当中。首先考虑铸件结构的工艺性，确定那些孔、槽不必铸出，那些部分必须设置加强筋以及连接圆角等。然后再确定模子结构、浇注系统和各部分尺寸。
针对以上这些问题，将熔模铸造用蜡模与3D打印相结合可以较好的避免这些问题，熔模铸造用蜡模3D打印机在控制系统的作用下，实现对打印件层层堆积，最终形成打印体。打印完成后只需要把支撑结构去除，对其进行表面处理就可以，其工艺流程大大简化。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种采用石蜡为原材料的熔模铸造用蜡模3D打印机。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种熔模铸造用蜡模3D打印机，包括供气箱、点胶机、供蜡机和打印机构；
所述供气箱通过输气管与点胶机连接，所述点胶机设置在供蜡机的上方、且通过导管与供蜡机相连，所述供蜡机通过加热软管和打印机构相连，所述加热软管加热温度范围为25-280℃，用以维持其中蜡的流动性。
进一步的，所述供气箱上装有气压表，用于检测供气箱的气压。
进一步的，还包括壳体，壳体内设有一横板将壳体分为上下两部分，所述点胶机位于壳体横板上部，所述供蜡机位于壳体横板下部。
进一步的，所述供蜡机包括加热保温装置、温度反馈装置、腔体和气压检测装置，所述腔体上部设有进气口，所述腔体底部设有出蜡口。
进一步的，所述出蜡口接有电磁阀，所述供蜡机通过电磁阀与加热软管连接。
进一步的，所述加热软管包括保温套和内导管，所述保温套和内导管中间设有电加热介质，所述电加热介质为发热元件。
进一步的，所述打印机构包括打印喷头，打印喷头包括滑块、加热块、打印喷嘴和连接管，所述滑块和加热块内部设有竖直的通孔，以供连接管通过，所述滑块与控制机构连接，所述加热块设置在滑块的下部，打印喷嘴设置在加热块的下部，所述连接管穿过滑块和加热块与打印喷嘴连接。
进一步的，所述滑块侧面设有两个导轨孔，导轨孔为螺纹孔，内部穿设有丝杆，通过丝杆实现对滑块位置的控制；所述滑块上设有竖向设置的加热棒孔和温度传感器孔，所述加热棒孔中放置加热棒，所述温度传感器孔中设置有温度传感器；所述加热块上设有横向设置的加热棒孔和温度传感器孔，所述加热棒孔中放置加热棒，所述温度传感器孔中设置有温度传感器。
进一步的，还包括转台，所述转台设置在滑块的下部，转台下部设置有多个打印喷嘴，通过转动转台，实现不同打印喷嘴与连接管的连接。
进一步的，还包括电动推杆和马达，所述转台中心通过轴承与电动推杆连接，转台中心、电动推杆的底部套设有第一齿轮，所述马达设置在电动推杆的一侧，马达的输出轴套设有第二齿轮，且通过第二齿轮与第一齿轮啮合，从而带动电动推杆转动，带动转台转动。
本发明与现有技术相比，其显著优点如下：
(1)本申请的熔模铸造用蜡模3D打印机，其供气瓶经过点胶机输出稳定气压，气压经过供蜡机把液态石蜡挤出，喷嘴处的电磁阀对石蜡挤出进行控制，挤出的石蜡经过加热软管进入打印机，熔模铸造用蜡模3D打印机在控制系统的操纵下进行打印，以实现蜡模的成型。
(2)本申请的打印机采用加热软管，加热软管包含了保温套、电加热元件以及内导管，保温套的作用是减少了导管内的热量与外界的对流，维持温度稳定；电加热元件提供热量，保障内导管中石蜡的流动性。
(3)在打印机构中，其喷嘴与转台相结合，可以实现不同尺寸喷嘴的更换，在打印薄壁部分时选择小尺寸喷嘴，打印厚壁部分时选择大尺寸喷嘴，这样可以节约打印时间。
(4)转台可以手动驱动也可自动驱动，自动驱动方式采用齿轮传动，当电动推杆把转台向下推动少许距离，马达带动齿轮转动，从而实现不同尺寸喷嘴的更换。
(5)转台的固定采用压紧螺柱和弹簧相结合的方式，弹簧对转台实施一个反方向的作用力，在这个力的作用下，转台与加热块紧密配合，避免出现石蜡外漏的现象。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是熔模铸造用蜡模3D打印机示意图；其中图(a)为三维示意图，图(b)为左视图。
图2是熔模铸造用蜡模3D打印机的供蜡机结构示意图；其中图(a)为打印喷头三维示意图，图(b)为打印喷头主视图。
图3是熔模铸造用蜡模3D打印机的打印喷头结构示意图。
图4是熔模铸造用蜡模3D打印机的加热软管截面示意图。
图5是熔模铸造用蜡模3D打印机的快速更换喷嘴装置结构示意图。
图6是熔模铸造用蜡模3D打印机的打印喷头的结构示意图。
图7是熔模铸造用蜡模3D打印机的打印喷嘴夹紧装置结构示意图。
图8是熔模铸造用蜡模3D打印机的自动更换不同打印喷嘴装置结构示意图。
附图标记说明：
1-供气箱，2-气压表，3-输气管，4-壳体，5-点胶机，6-供蜡机，7-电磁阀，8-加热软管，9-打印机构，10-导管，601-加热保温装置，602-温度反馈装置，603-腔体，604-出蜡口，605-气压检测装置，606-进气口，801-保温套，802-内导管，803电加热介质，901-滑块，902-加热块，903-打印喷嘴，904-加热棒，905-温度传感器，906-导轨孔，907-连接管，908-转台，909-弹簧，910-压紧螺柱，911-电动推杆，912-马达，913-第一齿轮，914-第二齿轮。
具体实施方式
本发明设计出一种熔模铸造用蜡模3D打印机，熔模铸造用蜡模3D打印机包括有供气箱1、输气管3、壳体4、点胶机5、供蜡机6、打印机构9。
所述熔模铸造用蜡模3D打印机有供气箱1，用以提供需要的气压，供气箱1上装有气压表2，用来检测供气箱1中的气压；所述输气管3连接供气箱1和点胶机5，点胶机5用来维持气压稳定输出；所述导管10连接点胶机5和供蜡机6；所述供蜡机6出蜡口604接有电磁阀7，实现对运输通道的开启与关闭。所述电磁阀7前接有加热软管8，加热软管8保持一定的温度来维持蜡的流动性；加热软管8包括保温套801和内导管802，所述保温套801与内导管802中间有电加热介质803；所述加热软管8连接打印机构9，打印机构9在控制系统的作用下实现对物体的打印。
加热软管8包括保温套801和内导管802，所述保温套801与内导管802中间有电加热介质803；所述加热软管8中的电加热介质803是发热元件。
供蜡机出蜡口604前接有电磁阀7，用来控制运输通道的开启与关闭。
供蜡机6有加热保温装置601、温度反馈装置602、气压检测装置605。
打印喷头包括滑块901、加热块902、打印喷嘴903、加热棒904、温度传感器905以及连接管。
打印喷嘴903可采用喷嘴与转台908相结合的形式，用于满足零件不同部分采用不同喷嘴的打印需求。其旋转驱动可采用电机驱动或者手动驱动。
手动驱动转台的固定形式采用弹簧909与压紧螺柱910相结合的夹紧装置，通过弹簧909给的一个相反作用力来使转台与加热块配合，避免出现石蜡外漏的现象。
电机驱动转台的固定形式采用电动推杆911与转台通过轴承配合，通过控制推杆的前进或后退操纵转台908与加热块902的配合，另外转台908上的齿轮在马达912的带动下旋转以达到更换不同尺寸喷嘴的目的。
本熔模铸造3D打印机的打印范围是最大尺寸500×500×300mm，最小壁厚0.2mm，其XY轴位移精度0.05mm，Z轴位移精度0.01mm，工作气压范围是0.2-0.8MPa，打印速度30-180mm/s。
实施例1
熔模铸造用蜡模3D打印机包括有供气箱1、输气管3、壳体4、点胶机5、供蜡机6、加热软管8、打印机构9。所述熔模铸造用蜡模3D打印机有供气箱，提供需要的气压条件，供气箱上装有气压表2，用来检测供气箱中的气压，防止由于供气箱中的气压不足导致无法出蜡，其气压选定范围为0.2-0.4MPa；所述输气管3连接供气箱1和点胶机5，点胶机5用来维持气压稳定输出；所述点胶机5通过导管10连接供蜡机6；所述供蜡机出蜡口604接有电磁阀7，所述加热软管8连接电磁阀7和打印机构9，加热软管8保持一定的温度来维持蜡的流动性。
加热软管包括保温套801和内导管802，所述保温套801与内导管802中间有电加热介质803；所述加热软管中的加热介质是发热元件,其温度加热范围25℃(室温)-280℃。选定加热温度范围为80℃-100℃。
供蜡机出蜡口604接有电磁阀7，电磁阀用来控制运输通道的开启与闭合。
供蜡机6有加热保温装置601，以保证石蜡的温度稳定；温度反馈装置602，反馈石蜡的温度，调节其温度使其处于动态平衡状态；气压检测装置603，用以检测供蜡机装置的气密性。其检测的气压范围需要在0.19-0.39MPa之间。
打印机构包括滑块901、加热块902、打印喷嘴903、加热棒904、温度传感器905和连接管907。滑块侧面有两个通孔906，其作用是通过丝杆以对滑块的运动进行控制；滑块上部孔907，内表面有内螺纹，用来放置连接管907以实现加热块902和滑块901的连接；孔904用来放置加热棒，来保证石蜡在滑块901中的流动性；孔905放置温度传感器实时监测石蜡温度，对实时温度进行反馈调节；滑块下部是加热块902，加热块902侧面有两个孔904和905其作用如上所述。打印喷嘴选用直径0.2mm。如需特殊需要也可更换喷嘴直径为0.4mm、0.8mm、1.0mm等打印喷头。
实施例2
熔模铸造用蜡模3D打印机包括有供气箱1、输气管3、壳体4、点胶机5、供蜡机6、加热软管8、打印机构9。所述熔模铸造用蜡模3D打印机有供气箱，提供需要的气压条件，供气箱上装有气压表2，用来检测供气箱中的气压，防止由于供气箱中的气压不足导致无法出蜡；其气压选定范围为0.4-0.7MPa所述输气管3连接供气箱1和点胶机5，点胶机5用来维持气压稳定输出；所述点胶机5通过导管10连接供蜡机6；所述供蜡机出蜡口604接有电磁阀7，所述加热软管8连接电磁阀7和打印机构9，加热软管8保持一定的温度来维持蜡的流动性。
加热软管包括保温套801和内导管802，所述保温套与内导管中间有电加热介质803；所述加热软管中的加热介质是发热元件,其温度加热范围25℃(室温)-280℃。选定其温度范围50℃-80℃。
供蜡机出蜡口604接有电磁阀7，电磁阀用来控制运输通道的开启与闭合。
供蜡机6有加热保温装置601，以保证石蜡的温度稳定；温度反馈装置602，反馈石蜡的温度，调节其温度使其处于动态平衡状态；气压检测装置605，用以检测供蜡机装置的气密性。其检测值需要在0.39-0.68MPa范围内。
打印机构包括滑块901、加热块902、打印喷嘴903、加热棒904、温度传感器905和连接管907和转台908。滑块侧面有两个通孔906，其作用是通过丝杆以对滑块的运动进行控制；滑块上部孔907，内表面有内螺纹，用来放置连接管907以实现加热块902和滑块901的连接；孔904用来放置加热棒，来保证石蜡在滑块901中的流动性；孔905放置温度传感器，实时监测石蜡温度，对实时温度进行反馈调节；滑块下部是加热块902，加热块902侧面有两个孔904和905其作用如上所述；滑块901下部有转台908，转台908底部有喷嘴903。打印喷嘴直径选用0.8mm，且可快速更换喷嘴，例如0.5mm、1.0mm等，通过旋转转台，匹配合适直径喷嘴。其转台的固定方式采用弹簧压缩形式，弹簧对转台实施一个反方向的作用力，在这个力的作用下，转台与加热块紧密配合，避免出现石蜡外漏的现象，如图7所示。
实施例3
熔模铸造用蜡模3D打印机包括有供气箱1、输气管3、壳体4、点胶机5、供蜡机6、加热软管8、打印机构9。所述熔模铸造用蜡模3D打印机有供气箱，提供需要的气压条件，供气箱上装有气压表2，用来检测供气箱中的气压，防止由于供气箱中的气压不足导致无法出蜡；其值范围是0.3-0.5MPa，所述输气管3连接供气箱1和点胶机5，点胶机5用来维持气压稳定输出；所述点胶机5通过导管10连接供蜡机6；所述供蜡机出蜡口604接有电磁阀7，所述加热软管8连接电磁阀7和打印机构9，加热软管8保持一定的温度来维持蜡的流动性。
加热软管包括保温套801和内导管802，所述保温套与内导管中间有电加热介质803；所述加热软管中的加热介质是发热元件,其温度加热范围25℃(室温)-280℃。其值选择25℃，室温状态。
供蜡机出蜡口604接有电磁阀7，电磁阀用来控制运输通道的开启与闭合。
供蜡机6在无需加热(室温)的情况下还可以实现其他材料的供给，例如生物材料。气压检测装置603，用以检测供蜡机装置的气密性。其值范围需要在0.29-0.48MPa。
打印机构包括滑块901、加热块902、打印喷嘴903、加热棒904、温度传感器905和连接管907和转台908、电动推杆911、马达912、齿轮913。滑块侧面有两个通孔906，其作用是通过丝杆以对滑块的运动进行控制；滑块上部孔907，内表面有内螺纹，用来放置连接管907以实现加热块902和滑块901的连接；孔904用来放置加热棒，来保证石蜡在滑块901中的流动性；孔905放置温度传感器，实时监测石蜡温度，对实时温度进行反馈调节；滑块下部是加热块902，加热块902侧面有两个孔904和905其作用如上所述；滑块901下部有转台908，转台908底部有喷嘴903，转台中心与电动推杆911通过微型轴承配合；转台中心处有固定齿轮913，其通过齿轮与马达912配合。
此时加热装置停止工作，生物材料正常挤出，生物材料中的凝结剂在与空气接触后快速凝固，形成打印件。打印喷嘴选用直径0.4mm。可通过马达自动快速更换不同直径喷嘴。如图8所示。其工作原理是电动推杆把转台向下推动少许距离，在马达1的转动下，其通过齿轮传动使转台转动，以达到切换不同喷嘴的目的。
综上，熔模铸造用蜡模3D打印机避免了PS、ABS和复合石蜡等作为蜡模材料出现的问题，例如高温去除蜡模，原材料的回收，其简化了制作工艺，对于制造薄壁零部件有独特优势，选用3D打印蜡模结合熔模铸造更是一种成本低、响应速度快的新型成形工艺。与传统铸造工艺相比，该工艺研制周期可缩短60％左右；与金属材料粉体3D打印增材制造相比，成本可降低65％-70％。
Claims (10)
1.一种熔模铸造用蜡模3D打印机，其特征在于，包括供气箱(1)、点胶机(5)、供蜡机(6)和打印机构(9)；
所述供气箱(1)通过输气管(3)与点胶机(5)连接，所述点胶机(5)设置在供蜡机(6)的上方、且通过导管(10)与供蜡机(6)相连，所述供蜡机(6)通过加热软管(8)和打印机构(9)相连，所述加热软管(8)加热温度范围为25-280℃，用以维持其中蜡的流动性。
2.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述供气箱(1)上装有气压表(2)，用于检测供气箱(1)的气压。
3.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，还包括壳体(4)，壳体(4)内设有一横板将壳体(4)分为上下两部分，所述点胶机(5)位于壳体(4)横板上部，所述供蜡机(6)位于壳体(4)横板下部。
4.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述供蜡机(6)包括加热保温装置(601)、温度反馈装置(602)、腔体(603)和气压检测装置(605)，所述腔体(603)上部设有进气口(606)，所述腔体(603)底部设有出蜡口(604)。
5.根据权利要求4所述的3D打印机，其特征在于，所述出蜡口(604)接有电磁阀(7)，所述供蜡机(6)通过电磁阀(7)与加热软管(8)连接。
6.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述加热软管(8)包括保温套(801)和内导管(802)，所述保温套(801)和内导管(802)中间设有电加热介质(803)，所述电加热介质(803)为发热元件。
7.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述打印机构(9)包括打印喷头，打印喷头包括滑块(901)、加热块(902)、打印喷嘴(903)和连接管(907)，所述滑块(901)和加热块(902)内部设有竖直的通孔，以供连接管(907)通过，所述滑块(901)与控制机构连接，所述加热块(902)设置在滑块(901)的下部，打印喷嘴(903)设置在加热块(902)的下部，所述连接管(907)穿过滑块(901)和加热块(902)与打印喷嘴(903)连接。
8.根据权利要求7所述的3D打印机，其特征在于，所述滑块(901)侧面设有两个导轨孔(906)，导轨孔(906)为螺纹孔，内部穿设有丝杆，通过丝杆实现对滑块(901)位置的控制；所述滑块(901)上设有竖向设置的加热棒孔和温度传感器孔，所述加热棒孔中放置加热棒(904)，所述温度传感器孔中设置有温度传感器(905)；所述加热块(902)上设有横向设置的加热棒孔和温度传感器孔，所述加热棒孔中放置加热棒(904)，所述温度传感器孔中设置有温度传感器(905)。
9.根据权利要求9所述的3D打印机，其特征在于，还包括转台(908)，所述转台(908)设置在滑块(901)的下部，转台(908)下部设置有多个打印喷嘴(903)，通过转动转台(908)，实现不同打印喷嘴(903)与连接管(907)的连接。
10.根据权利要求9所述的3D打印机，其特征在于，还包括电动推杆(911)和马达(912)，所述转台(908)中心通过轴承与电动推杆(911)连接，转台中心、电动推杆(911)的底部套设有第一齿轮(913)，所述马达(912)设置在电动推杆(911)的一侧，马达(912)的输出轴套设有第二齿轮(914)，且通过第二齿轮(914)与第一齿轮(913)啮合，从而带动电动推杆(911)转动，带动转台(908)转动。
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