CN111097877A - 一种用于砂模外模的3d打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于砂模外模的3D打印方法，属于砂模制造工艺技术领域，包括以下步骤：1)模流分析2)三维建模3)导入建模4)材料准备5)3D打印6)打印完成。本发明是专为砂模制造设计而成，本方案制造的砂模可让铸件做到均衡凝固，简化铸造工艺，保证铸件的质量，提高铸件的成品率。

Description

一种用于砂模外模的3D打印方法

技术领域

本发明涉及砂模制造工艺技术领域，具体涉及一种用于砂模外模的3D打印方法。

背景技术

近年来，增材制造技术，也称为3D打印技术，作为一个科技产业热点，是具有前沿性、先导性的新兴技术，3D正在引发传统生产方式和生产工艺的深刻变革。

铸件的凝固过程对铸件的质量和铸件的组织结构有着非常大的影响。铸件的最佳凝固方式为同时凝固(均衡凝固)，但由于传统的铸造砂模结构形状单一，对铸件的凝固温度场和凝固方式难以控制，影响铸件质量，降低铸件的成品率。

传统的铸造砂模制造的铸件，其热节位置会产生缩松，为了解决这个问题，目前的方法是设置冷铁和冒口，大大了增加铸件的工艺难度和制造成本。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种用于砂模外模的3D打印方法；该用于砂模外模的3D打印方法是专为砂模制造设计而成，本方案制造的砂模外模可让铸件做到均衡凝固，简化铸造工艺，保证铸件的质量，提高铸件的成品率。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种用于砂模外模的3D打印方法，包括以下步骤：

1)模流分析：利用铸造模拟软件分析铸件容易产生缺陷的部位；

2)三维建模：按照凝固要求，根据模流分析出的铸件的薄壁区域、厚大热节区域，对砂模外模进行区别针对性的设计；

3)导入建模：将步骤2中构建好的砂模模型导入3D打印机；

4)材料准备：将模型构建材料输送至3D打印机；

5)3D打印：根据情况选择单版打印模式或者多版打印模式，3D打印机根据所选模式自动进行打印；

6)打印完成：砂模外模打印成功后，停止3D打印机，取下砂模外模。

通过上述设计，本方案可以改变砂模外模结构的厚度，从而改变其部分的导热能力，以让整个铸件的温度场处于平稳状态，使其实现同时凝固(均衡凝固)，简化了铸造工艺，保证铸件的质量，提高铸件的成品率。

本发明进一步改进中，上述步骤2中对砂模外模进行区别针对性的设计为砂模外模上与铸件薄壁区域相应的位置增加厚度，砂模外模上与铸件厚大热节区域相应的位置减薄厚度。

通过上述设计，本方案可更利于改变砂模外模部分导热能力，构建时，按照铸件薄厚位置，重新设计砂模外模的相应厚度，令铸件整体的温度场处于平稳状态，使其实现同时凝固(均衡凝固)。

砂模外模上与铸件薄壁区域相应的位置增加厚度，以保证铸件的薄壁区域能够缓慢冷却，防止铸件产生冷隔和浇不足等缺陷；砂模外模上与铸件厚大热节区域相应的位置减薄厚度，可使厚大区域优先凝固，快速平稳凝固，避免铸件出现缩松缩孔等铸造缺陷，利用3D打印改变铸件砂模外模部分厚度，从而改变整个铸件的凝固温度场的方法，具有简化铸造工艺，提高铸件的质量，优化铸件我凝固温度场的作用，尤其针对新产品开发具有很重要的意义。

本发明进一步改进中，上述铸造模拟软件采用Magma、ProCAST、Flow3D或AnyCasting。

差分元算法(FDM)的Magma(德国)，这种算法比较稳定，也是最古老的计算方法，对于流动计算的精度一般，因此元素量很大。

有限元算法(FEM)的ProCAST(法国)，这类算法最大特点是耦合性好，热场、速度场和应力场可以在一个cycle里面计算；缺点是对于网格要求很高，用户会在这方面消耗比较多的时间。

体积元算法(FVM)的Flow3D(美国)，这种算法是多数CFD流体软件所采用的，在计算流动上有优势。

韩国AnyCasting公司自主研发的新一代基于Windows操作平台的高级铸造模拟软件系统；是专门针对各种铸造工艺过程开发的仿真系统，可以进行铸造的充型，热传导，凝固过程和应力场的模拟分析。

使用者可以根据自己的工作习惯选择铸造模拟软件。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明是专为砂模制造设计而成，本方案制造的砂模可让铸件做到均衡凝固，简化铸造工艺，保证铸件的质量，提高铸件的成品率。

本发明摈弃传统的砂模制造方式，创造性的采用改变砂模外模部分厚度，继而改变砂模部分导热能力的设计构思，让铸件整体的温度场可以处于平稳状态，实现其同时凝固(均衡凝固)的目的。

附图说明

为更清楚地说明背景技术或本发明的技术方案，下面对现有技术或具体实施方式中结合使用的附图作简单地介绍；显而易见地，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

图1是本发明工艺步骤示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明中的技术方案，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、完整的描述，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，都应当属于本发明保护的范围，同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如1图所示，一种用于砂模外模的3D打印方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)模流分析：利用铸造模拟软件分析铸件容易产生缺陷的部位；

2)三维建模：按照凝固要求，根据模流分析出的铸件的薄壁区域、厚大热节区域，对砂模外模进行区别针对性的设计；

3)导入建模：将步骤2中构建好的砂模模型导入3D打印机；

4)材料准备：将模型构建材料输送至3D打印机；

5)3D打印：根据情况选择单版打印模式或者多版打印模式，3D打印机根据所选模式自动进行打印；

6)打印完成：砂模外模打印成功后，停止3D打印机，取下砂模外模。

所述步骤2中对砂模外模进行区别针对性的设计为砂模外模上与铸件薄壁区域相应的位置增加厚度，砂模外模上与铸件厚大热节区域相应的位置减薄厚度。

所述铸造模拟软件采用Magma、ProCAST、Flow3D或AnyCasting。

目前因为铸件本身厚薄位置的不同，导致其整体的温度场不平衡，不能实现均衡凝固，影响铸件质量，降低铸件的成品率。

很多异形铸件，在结构方面无法做出修改，因为铸造工艺是确定的，这无疑就给铸造工艺带来很大的难度，需要特别复杂的浇铸工艺才能保证铸件的质量；经过反复的研究和实验，我们通过改变3D打印砂模外模结构的厚度，来改变铸件的凝固温度场，实现同时凝固(均衡凝固)，因为砂模的导热系数是一定的，因此本方案的设计构思就是重新设计外模厚度，使其各部分的导热能力变的不同，为铸件的厚薄位置提供不同的温度，平衡铸件整体的温度场，避免铸件薄壁区域比铸件厚大的热节区域先凝固，令铸件可以同时凝固，保证铸件质量，保证铸件的成品率。

传统砂模是将整个铸件包裹在内，这样就无法对整个铸件的凝固温度场和凝固顺序做到准确控制；本方案根据铸件本身的厚薄改变3D打印砂模外模厚度，进行对铸件的凝固温度场和凝固顺序灵活控制，缩小铸件各部分温度场的温度差，使铸件的凝固顺序实现同时凝固(均衡凝固)，最终获得组织致密，质量高的铸件；本方案通过改变3D打印砂模外模结构的厚度从而控制铸件温度场，自动化程度高，耗能低，可减少对环境的影响，成本低。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种用于砂模外模的3D打印方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)模流分析：利用铸造模拟软件分析铸件容易产生缺陷的部位；

2)三维建模：按照凝固要求，根据模流分析出的铸件的薄壁区域、厚大热节区域，对砂模外模进行区别针对性的设计；

3)导入建模：将步骤2中构建好的砂模模型导入3D打印机；

4)材料准备：将模型构建材料输送至3D打印机；

5)3D打印：根据情况选择单版打印模式或者多版打印模式，3D打印机根据所选模式自动进行打印；

6)打印完成：砂模外模打印成功后，停止3D打印机，取下砂模外模。

2.根据权利要求1所述的用于砂模外模的3D打印方法，其特征在于：所述步骤2中对砂模外模进行区别针对性的设计为砂模外模上与铸件薄壁区域相应的位置增加厚度，砂模外模上与铸件厚大热节区域相应的位置减薄厚度。

3.根据权利要求1所述的用于砂模外模的3D打印方法，其特征在于：所述铸造模拟软件采用Magma、ProCAST、Flow3D或AnyCasting。

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