CN110523927B - 一种砂芯3d打印机及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砂芯3D打印机及其打印方法，包括机架、附着平台、第一驱动部、型砂槽、滑槽、第二驱动部、固化剂组件和第三驱动部；型砂槽在第二驱动部的驱动下，在机架的一侧和滑槽之间往复运动一次，完成铺砂和刮砂操作；滑槽在第二驱动部的驱动下，在述机架的一侧和型砂槽之间往复运动一次，同时配合第三驱动部驱动固化剂组件运动，在砂面上以固化剂为原料绘制出相应高度的截面模型；第一驱动部驱动附着平台下降与截面模型相应的高度；再次重复上述步骤，直至完成型砂模型建造，清理余砂，得到成品。本发明利用3D打印技术，通过铺沙、刮沙、喷洒固化剂的方式实现砂芯的3D打印，从而实现降低铸造模具的制造成本与周期的最终目的。

Description

一种砂芯3D打印机及其打印方法

技术领域

本发明涉及一种小型砂芯3D打印机，更具体的说是涉及一种能用于单件或小批量生产、制造砂芯的3D打印机及其打印方法，其打印的零件能用于生产铸造模具，从而提高铸铁件样件的生产效率。

背景技术

铸造是一种非常基本、非常重要的机械加工工艺，在传统与现代机械制造业中始终发挥着非常重要的作用。但是铸造需要开模，这就提高了铸造的成本，延长了生产周期。

相比较传统的铸造件开模方式，砂芯3D打印技术逐渐发展，具有结构简单、造价较低的特点，能够实现降低铸造模具的制造成本与周期的最终目的。但是现有的砂芯3D打印机结构复杂、不适宜低成本投入的小批量生产，无法满足使用者的使用需求。

因此，如何提供一种结构简单、造价低、使用效率高的砂芯3D打印机及其打印方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种砂芯3D打印机，旨在解决上述至少一项问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种砂芯3D打印机，包括：机架、附着平台、第一驱动部、型砂槽、滑槽、第二驱动部、固化剂组件和第三驱动部；

所述机架为矩形框体；所述机架的竖直面内平行固定有两根第一光杆；所述机架顶部的水平面内平行固定有两根第二光杆；

所述附着平台水平布置在所述机架内部，且边沿与所述第一光杆滑动连接；

所述第一驱动部固定在所述机架上，且用于驱动所述附着平台沿所述第一光杆滑动；

所述型砂槽的两端与所述第二光杆滑动连接，所述型砂槽内用于盛放型砂，且底部开设有出砂口；

所述滑槽的两端与所述第二光杆滑动连接，且与所述型砂槽相对布置；

所述第二驱动部分为两组，且分别固定在所述机架顶部，用于分别驱动所述型砂槽和所述滑槽沿所述第二光杆滑动；

所述固化剂组件与所述滑槽连接，且所述固化剂组件的固化剂喷出口朝向所述附着平台；

所述第三驱动部固定在所述滑槽上，且用于驱动所述固化剂组件沿所述滑槽的轴线方向运动。

通过上述技术方案，本发明提供了一种型砂3D打印机，具有结构简单、造价较低的特点，利用3D打印技术，通过“铺沙-刮沙-喷洒固化剂”的反复重复方式实现砂芯的3D打印，从而实现降低铸造模具的制造成本与周期的最终目的。

优选的，在上述一种砂芯3D打印机中，所述第一驱动部包括第一电机、联轴器和丝杆；所述第一电机固定在所述机架底部，且其动力传动轴竖直朝上；所述联轴器与所述第一电机的动力传动轴连接；所述丝杆与所述联轴器连接，且竖直穿过所述附着平台上开设的螺纹孔，并与其螺纹连接。通过第一电机的驱动，在丝杆和螺纹孔的配合下，能够有效实现附着平台的高精度升降。

优选的，在上述一种砂芯3D打印机中，所述型砂槽的底部呈V字型漏斗状，所述出砂口为开设在V字型漏斗结构底部的长条缝隙，且所述出砂口沿所述型砂槽的轴向方向设置。能够均匀实现铺砂和刮砂的操作，且出砂效果更好。

优选的，在上述一种砂芯3D打印机中，所述第二驱动部包括第二电机、Y轴固定轴承、Y轴同步轮、Y轴皮带和Y轴限位开关；所述第二电机固定在所述机架的顶部；所述Y轴固定轴承固定在所述机架的顶部，且位于所述第二电机的另一侧；Y轴同步轮与所述第二电机的动力输出轴连接；所述Y轴皮带套装在所述Y轴同步轮和所述Y轴固定轴承之间，且所述Y轴皮带的运动方向和所述第二光杆平行，所述型砂槽和所述滑槽分别与两组所述Y轴皮带固定连接；所述Y轴限位开关固定在机架的内侧壁上，且两个所述Y轴限位开关分别与所述型砂槽和所述滑槽对应。能够有效实现型砂槽和滑槽的交替滑动工作，结构简单，使用效果好。需要说明的是，Y轴限位开关也可以分别设置在型砂槽和滑槽与机架对应的侧壁上。

优选的，在上述一种砂芯3D打印机中，所述型砂槽和所述滑槽均通过直线滑动轴承与所述第二光杆滑动连接。滑动顺畅度更高，且保证移动精度更高。

优选的，在上述一种砂芯3D打印机中，所述第三驱动部包括第三电机、X轴固定轴承、X轴同步轮、X轴皮带、X轴限位开关和X轴光杆；所述第三电机固定在所述滑槽的一端；所述X轴固定轴承固定在所述滑槽的另一端；所述X轴同步轮与所述第三电机的动力输出轴连接；所述X轴皮带套装在所述X轴同步轮和所述X轴固定轴承之间；所述X轴限位开关固定在所述滑槽的内侧壁上，且与所述固化剂组件对应；所述X轴光杆的数量为两根，且沿所述滑槽的轴向方向平行固定在所述滑槽内部，所述固化剂组件滑动连接在所述X轴光杆上。通过第三驱动部和第二驱动部对滑槽驱动的配合，能够实现固化剂组件在附着平台平面内的任意移动，能够保证绘制效果更好，结构简单，控制方便。

优选的，在上述一种砂芯3D打印机中，所述固化剂组件包括滑块、固化剂输料管和固化剂喷头；所述滑块与所述X轴光杆滑动连接，且与所述X轴皮带固定连接，所述滑块与所述X轴限位开关对应；所述固化剂喷头固定在所述滑块的底部，且朝向所述附着平台；所述固化剂输料管与所述固化剂喷头连通。结构简单，供料方便，操控便捷。

优选的，在上述一种砂芯3D打印机中，所述机架的底部具有支腿，所述机架底部安装有能够抽拉的余料槽，所述余料槽与所述附着平台对应。能够对散落的型砂进行收集，重复利用。

本发明还提供了一种砂芯3D打印机的打印方法，具体包括以下步骤：

S1、所述型砂槽在所述第二驱动部的驱动下，在所述机架的一侧和所述滑槽之间往复运动一次，完成铺砂和刮砂操作；

S2、所述滑槽在所述第二驱动部的驱动下，在述机架的一侧和所述型砂槽之间往复运动一次，同时配合所述第三驱动部驱动所述固化剂组件运动，在S1步骤中的砂面上以固化剂为原料绘制出相应高度的截面模型；

S3、所述第一驱动部驱动所述附着平台下降与所述截面模型相应的高度；

S4、再次重复S1-S3的步骤，直至完成型砂模型建造，清理余砂，得到成品。

通过上述技术方案，本发明提供了一种砂芯3D打印机的打印方法，通过第一驱动部、第二驱动部和第三驱动部的交替控制，实现型砂槽的铺砂、刮砂，以及固化剂绘制塑型的操作，通过反复重复方式实现砂芯的3D打印，从而实现降低铸造模具的制造成本与周期的最终目的。

优选的，在上述一种砂芯3D打印机的打印方法中，在S2中：在所述截面模型的外侧，同时绘制一个包围所述型砂模型的等高的圆形结构模型。从而防止零件四周型砂的掉落，以此来提高零件的质量以及降低废品率。

需要说明的是，3D打印机的整体控制系统为基于单片机arduino控制的3D打印机控制系统，规划电机的运转步数与速度，进而规划好行进路程从而进行零件每一个切片的截面的打印，此处为现有技术的常规手段，在此不再赘述。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种砂芯3D打印机及其打印方法，具有结构简单、造价较低的特点，利用3D打印技术，通过“铺沙-刮沙-喷洒固化剂”的反复重复方式实现砂芯的3D打印，从而实现降低铸造模具的制造成本与周期的最终目的。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的结构示意图；

图2附图为本发明提供的主视图；

图3附图为本发明提供的滑槽的结构示意图；

图4附图为本发明提供的滑槽的仰视图；

图5附图为本发明提供的型砂槽的结构示意图；

图6附图为本发明提供的附着平台的结构示意图。

其中：

1-机架；

11-第一光杆；

12-第二光杆；

2-附着平台；

21-螺纹孔；

3-第一驱动部；

31-第一电机；

32-联轴器；

33-丝杆；

4-型砂槽；

41-出砂口；

5-滑槽；

6-第二驱动部；

61-第二电机；

62-Y轴固定轴承；

63-Y轴同步轮；

64-Y轴皮带；

65-Y轴限位开关；

7-固化剂组件；

71-滑块；

72-固化剂输料管；

73-固化剂喷头；

8-第三驱动部；

81-第三电机；

82-X轴固定轴承；

83-X轴同步轮；

84-X轴皮带；

85-X轴限位开关；

86-X轴光杆；

8-余料槽。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参见附图1至附图6，本发明实施例公开了一种砂芯3D打印机，包括：机架1、附着平台2、第一驱动部3、型砂槽4、滑槽5、第二驱动部6、固化剂组件7和第三驱动部8；

机架1为矩形框体；机架1的竖直面内平行固定有两根第一光杆11；机架1顶部的水平面内平行固定有两根第二光杆12；

附着平台2水平布置在机架1内部，且边沿与第一光杆11滑动连接；

第一驱动部3固定在机架1上，且用于驱动附着平台2沿第一光杆11滑动；

型砂槽4的两端与第二光杆12滑动连接，型砂槽4内用于盛放型砂，且底部开设有出砂口41；

滑槽5的两端与第二光杆12滑动连接，且与型砂槽4相对布置；

第二驱动部6分为两组，且分别固定在机架1顶部，用于分别驱动型砂槽4和滑槽5沿第二光杆12滑动；

固化剂组件7与滑槽5连接，且固化剂组件7的固化剂喷出口朝向附着平台2；

第三驱动部8固定在滑槽5上，且用于驱动固化剂组件7沿滑槽5的轴线方向运动。

为了进一步优化上述技术方案，第一驱动部3包括第一电机31、联轴器32和丝杆33；第一电机31固定在机架1底部，且其动力传动轴竖直朝上；联轴器32与第一电机31的动力传动轴连接；丝杆33与联轴器32连接，且竖直穿过附着平台2上开设的螺纹孔21，并与其螺纹连接。

为了进一步优化上述技术方案，型砂槽4的底部呈V字型漏斗状，出砂口41为开设在V字型漏斗结构底部的长条缝隙，且出砂口41沿型砂槽4的轴向方向设置。

为了进一步优化上述技术方案，第二驱动部6包括第二电机61、Y轴固定轴承62、Y轴同步轮63、Y轴皮带64和Y轴限位开关65；第二电机61固定在机架1的顶部；Y轴固定轴承62固定在机架1的顶部，且位于第二电机61的另一侧；Y轴同步轮63与第二电机61的动力输出轴连接；Y轴皮带64套装在Y轴同步轮63和Y轴固定轴承62之间，且Y轴皮带64的运动方向和第二光杆12平行，型砂槽4和滑槽5分别与两组Y轴皮带64固定连接；Y轴限位开关65固定在机架1的内侧壁上，且两个Y轴限位开关65分别与型砂槽4和滑槽5对应。

为了进一步优化上述技术方案，型砂槽4和滑槽5均通过直线滑动轴承与第二光杆12滑动连接。

为了进一步优化上述技术方案，第三驱动部8包括第三电机81、X轴固定轴承82、X轴同步轮83、X轴皮带84、X轴限位开关85和X轴光杆86；第三电机81固定在滑槽5的一端；X轴固定轴承82固定在滑槽5的另一端；X轴同步轮83与第三电机81的动力输出轴连接；X轴皮带84套装在X轴同步轮83和X轴固定轴承82之间；X轴限位开关85固定在滑槽5的内侧壁上，且与固化剂组件7对应；X轴光杆86的数量为两根，且沿滑槽5的轴向方向平行固定在滑槽5内部，固化剂组件7滑动连接在X轴光杆86上。

为了进一步优化上述技术方案，固化剂组件7包括滑块71、固化剂输料管72和固化剂喷头73；滑块71与X轴光杆86滑动连接，且与X轴皮带84固定连接，滑块71与X轴限位开关85对应；固化剂喷头73固定在滑块71的底部，且朝向附着平台2；固化剂输料管72与固化剂喷头73连通。

为了进一步优化上述技术方案，机架1的底部具有支腿，机架1底部安装有能够抽拉的余料槽9，余料槽9与附着平台2对应。

需要说明的是，型砂槽4和滑槽5通过与Y轴限位开关65接触，实现数据的归零，同样，滑块71通过与X轴限位开关85接触，实现数据的归零；附着平台2上也设置有限位开关，通过与机架1接触，实现数据的归零。

型砂槽4在移动时，下部有型砂或附着平台2阻碍，从而不出沙。

实施例2：

本发明实施例公开了一种砂芯3D打印机的打印方法，具体包括以下步骤：

S1、型砂槽4在第二驱动部6的驱动下，在机架1的一侧和滑槽5之间往复运动一次，完成铺砂和刮砂操作；

S2、滑槽5在第二驱动部6的驱动下，在机架1的一侧和型砂槽4之间往复运动一次，同时配合第三驱动部8驱动固化剂组件7运动，在S1步骤中的砂面上以固化剂为原料绘制出相应高度的截面模型；

S3、第一驱动部3驱动附着平台2下降与截面模型相应的高度；

S4、再次重复S1-S3的步骤，直至完成型砂模型建造，清理余砂，得到成品。

为了进一步优化上述技术方案，在S2中：在截面模型的外侧，同时绘制一个包围型砂模型的等高的圆形结构模型。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种砂芯3D打印机，其特征在于，包括：机架（1）、附着平台（2）、第一驱动部（3）、型砂槽（4）、滑槽（5）、第二驱动部（6）、固化剂组件（7）和第三驱动部（8）；

所述机架（1）为矩形框体；所述机架（1）的竖直面内平行固定有两根第一光杆（11）；所述机架（1）顶部的水平面内平行固定有两根第二光杆（12）；

所述附着平台（2）水平布置在所述机架（1）内部，且边沿与所述第一光杆（11）滑动连接；

所述第一驱动部（3）固定在所述机架（1）上，且用于驱动所述附着平台（2）沿所述第一光杆（11）滑动；

所述型砂槽（4）的两端与所述第二光杆（12）滑动连接，所述型砂槽（4）内用于盛放型砂，且底部开设有出砂口（41）；

所述滑槽（5）的两端与所述第二光杆（12）滑动连接，且与所述型砂槽（4）相对布置；

所述第二驱动部（6）分为两组，且分别固定在所述机架（1）顶部，用于分别驱动所述型砂槽（4）和所述滑槽（5）沿所述第二光杆（12）滑动；

所述固化剂组件（7）与所述滑槽（5）连接，且所述固化剂组件（7）的固化剂喷出口朝向所述附着平台（2）；

所述第三驱动部（8）固定在所述滑槽（5）上，且用于驱动所述固化剂组件（7）沿所述滑槽（5）的轴线方向运动；

所述第一驱动部（3）包括第一电机（31）、联轴器（32）和丝杆（33）；所述第一电机（31）固定在所述机架（1）底部，且其动力传动轴竖直朝上；所述联轴器（32）与所述第一电机（31）的动力传动轴连接；所述丝杆（33）与所述联轴器（32）连接，且竖直穿过所述附着平台（2）上开设的螺纹孔（21），并与其螺纹连接；

所述第二驱动部（6）包括第二电机（61）、Y轴固定轴承（62）、Y轴同步轮（63）、Y轴皮带（64）和Y轴限位开关（65）；所述第二电机（61）固定在所述机架（1）的顶部；所述Y轴固定轴承（62）固定在所述机架（1）的顶部，且位于所述第二电机（61）的另一侧；Y轴同步轮（63）与所述第二电机（61）的动力输出轴连接；所述Y轴皮带（64）套装在所述Y轴同步轮（63）和所述Y轴固定轴承（62）之间，且所述Y轴皮带（64）的运动方向和所述第二光杆（12）平行，所述型砂槽（4）和所述滑槽（5）分别与两组所述Y轴皮带（64）固定连接；所述Y轴限位开关（65）固定在机架（1）的内侧壁上，且两个所述Y轴限位开关（65）分别与所述型砂槽（4）和所述滑槽（5）对应；

所述第三驱动部（8）包括第三电机（81）、X轴固定轴承（82）、X轴同步轮（83）、X轴皮带（84）、X轴限位开关（85）和X轴光杆（86）；所述第三电机（81）固定在所述滑槽（5）的一端；所述X轴固定轴承（82）固定在所述滑槽（5）的另一端；所述X轴同步轮（83）与所述第三电机（81）的动力输出轴连接；所述X轴皮带（84）套装在所述X轴同步轮（83）和所述X轴固定轴承（82）之间；所述X轴限位开关（85）固定在所述滑槽（5）的内侧壁上，且与所述固化剂组件（7）对应；所述X轴光杆（86）的数量为两根，且沿所述滑槽（5）的轴向方向平行固定在所述滑槽（5）内部，所述固化剂组件（7）滑动连接在所述X轴光杆（86）上。

2.根据权利要求1所述的一种砂芯3D打印机，其特征在于，所述型砂槽（4）的底部呈V字型漏斗状，所述出砂口（41）为开设在V字型漏斗结构底部的长条缝隙，且所述出砂口（41）沿所述型砂槽（4）的轴向方向设置。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种砂芯3D打印机，其特征在于，所述型砂槽（4）和所述滑槽（5）均通过直线滑动轴承与所述第二光杆（12）滑动连接。

4.根据权利要求1所述的一种砂芯3D打印机，其特征在于，所述固化剂组件（7）包括滑块（71）、固化剂输料管（72）和固化剂喷头（73）；所述滑块（71）与所述X轴光杆（86）滑动连接，且与所述X轴皮带（84）固定连接，所述滑块（71）与所述X轴限位开关（85）对应；所述固化剂喷头（73）固定在所述滑块（71）的底部，且朝向所述附着平台（2）；所述固化剂输料管（72）与所述固化剂喷头（73）连通。

5.根据权利要求1所述的一种砂芯3D打印机，其特征在于，所述机架（1）的底部具有支腿，所述机架（1）底部安装有能够抽拉的余料槽（9），所述余料槽（9）与所述附着平台（2）对应。

6.一种权利要求1-5任一项所述的砂芯3D打印机的打印方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、所述型砂槽（4）在所述第二驱动部（6）的驱动下，在所述机架（1）的一侧和所述滑槽（5）之间往复运动一次，完成铺砂和刮砂操作；

S2、所述滑槽（5）在所述第二驱动部（6）的驱动下，在所述机架（1）的一侧和所述型砂槽（4）之间往复运动一次，同时配合所述第三驱动部（8）驱动所述固化剂组件（7）运动，在S1步骤中的砂面上以固化剂为原料绘制出相应高度的截面模型；

S3、所述第一驱动部（3）驱动所述附着平台（2）下降与所述截面模型相应的高度；

S4、再次重复S1-S3的步骤，直至完成型砂模型建造，清理余砂，得到成品。

7.根据权利要求6所述的一种砂芯3D打印机的打印方法，其特征在于，在S2中：在所述截面模型的外侧，同时绘制一个包围所述型砂模型的等高的圆形结构模型。