CN113458327A - 一种双向铺砂3d砂型打印装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双向铺砂3D砂型打印装置，包括支撑架和设于支撑架上的铺砂机构，所述铺砂机构包括两个结构相同的储砂槽一、储砂槽二和设于储砂槽一、储砂槽二之间的喷墨箱，所述储砂槽一、储砂槽二和喷墨箱均通过固定架设于支撑架上，所述储砂槽一的底部设有出砂孔，所述出砂孔的一侧设有与出砂孔平行设置的刮刀；本发明提供的打印装置，用工双储料槽结构实现双向铺砂，避免空跑，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体是涉及一种双向铺砂3D砂型打印装置。
背景技术
随着快速成型技术的日益发展，砂芯（型）快速成型被广泛的应用于复杂砂芯（型）的制造。与传统模具制造方法相比，砂芯（型）快速成型技术能够实现CAD模型到砂芯（型）实体的快速生产。对于如发动机缸体缸盖、叶轮、叶片、传动箱等具有复杂空间结构的铸件，传统的铸造工艺，模样、芯盒等模具的设计和加工是一个多环节的复杂过程，其加工方式受制于模具的复杂程度，且一旦成型不易改动，使用和设计不够灵活；三维喷墨打印技术是一种利用喷头的运动，将液滴选择性喷射在粉床表面，通过粘结剂与混入固化剂的砂子的综合作用将选定的区域固化成型的快速成型技术，三维喷墨打印技术采用离散、堆积成型的原理，当施加驱动电压时，打印喷头根据图形文件，通过传感器控制需要喷射的喷孔喷墨；打印喷头将粘结剂墨水直接从喷嘴中喷射或者挤压出来，沉积到粉末床中粉末材料表面，形成既定图形的2D图案，之后铺一层粉末，喷射一层粘结剂，层层堆积而构成打印生胚；打印生胚通过相应的后处理，最终获得成型零件。借助计算机辅助设计于制造，在不需要任何工装模具的情况下，将原砂直接成型为三维实体砂芯，不受成型件复杂程度的影响，具有成型速度快、可以整体成型较大零件、无热应力残余以及设备成本和运行成本低等突出优点。
现有的三维喷墨打印设备中，在铺砂过程中，一般是由铺砂设备在型腔内铺设一层型砂后，喷墨设备在铺设好的层砂上将粘结剂喷射在表面，然后铺砂设备再回到起始位置进行第二次铺砂，依次往复，铺砂设备和喷墨设备需要空跑一次后方可进行下一次作业，降低了生产效率。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种双向铺砂3D砂型打印装置，用工双储料槽结构实现双向铺砂，避免空跑，提高生产效率。
本发明的目的是这样实现的：
一种双向铺砂3D砂型打印装置，包括支撑架和设于支撑架上的铺砂机构，所述铺砂机构包括两个结构相同的储砂槽一、储砂槽二和设于储砂槽一、储砂槽二之间的喷墨箱，所述储砂槽一、储砂槽二和喷墨箱均通过固定架设于支撑架上，所述储砂槽一的底部设有出砂孔，所述出砂孔的一侧设有与出砂孔平行设置的刮刀。
优选的，所述支撑架的上设有供固定架在支撑架上沿铺砂方向滑动的滑轨，所述固定架上设有驱动滑板在滑轨上滑动的驱动电机。
优选的，所述支撑架的顶端两侧均设有向铺砂机构内加砂的供砂箱。
优选的，所述储砂槽一和储砂槽二的邻侧均设有带动储砂槽振动使砂料均匀落下的振动组件，所述振动组件包括设于储砂槽一的一侧的、沿储砂槽一长度方向设置的多个振动板，所述的多个振动板套设于同一振动棒上，所述振动棒的一端连接有驱动振动棒振动的振动电机。
优选的，所述出砂孔处还设有用于封堵出砂孔的挡板，所述挡板由气缸带动靠近或远离出砂孔。
优选的，所述支撑架的两端均设有用于对铺砂机构运动位置进行限定的限位开关，所述限位开关采用机械限位开关。
优选的，所述支撑架和固定架均采用铝型材通过连接角码拼接在一起，所述驱动电机采用闭环电机。
优选的，所述供砂箱包括竖直设于支撑架上端的料筒，所述料筒内设有与料筒内侧壁密封滑动的活塞盘，所述塞盘的底部设置有向下延伸且密封穿过所述料筒底部的电动推拉杆，所述料筒的顶部设置材料出口接头，所述材料出口接头密封连通出料软管，所述出料软管的出口与所述喷嘴的入口密封连通。
优选的，所述铺砂机构在支撑架的X方向上移动，在3D型砂打印生产过程中，原砂被吸入混砂罐中进行称重，并根据设定的参数在混砂罐中加入固化剂，混合范围为0.16%-0.26%，X方向分辨率为0.06mm-0.10mm，铺砂机构单次铺砂的厚度为0.2mm-0.4mm，铺砂速度为120mm/s-210mm/s。
优选的，所述喷墨箱内的墨水采用石墨烯墨水，配置具有高粘度流变体特征的石墨烯墨水，添加乙二胺用来调节流变体粘度，实现无扰动下连续挤出成型工艺。
优选的，通过本发明的打印装置所得的试样在进行抗拉强度测试时，试样在拉伸过程中被拉断时所承受的最大力设为Fa，试样的断裂位置的横截面积设为Sa，则有试样的抗拉强度为αa（MPa）=Fa/Sa。
优选的，试样的抗弯强度αb（MPa）满足：αb=3LFa/2bd2， L为支撑试样的两个支撑点时间的距离（mm），b为试样的宽度（mm），d为试样的厚度（mm）。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的一种双向铺砂3D砂型打印装置，铺砂机构在支撑架上从左端移动到右端的过程中，储砂槽一通过出砂孔向砂箱中铺设一层型砂，此时储砂槽二底部的挡板抬起，将储砂槽二的出砂孔封堵，喷墨箱在铺砂的型砂上喷射粘结剂，当储砂槽一运动至设定位置时，储砂槽一底部的挡板在气缸带动下将储砂槽一底部的出砂孔封堵，储砂槽二底部的挡板远离出砂孔，将出砂孔打开，铺砂机构从支撑架的右端向左端移动，此时储砂槽二开始铺设第二层型砂，同时喷墨箱在第二层型砂上喷射相应的粘结剂，这样铺砂机构在支撑架上往复运动时可双向铺砂，避免空跑。
2、本发明提供的一种双向铺砂3D砂型打印装置，供砂箱将型砂送入储砂槽内，随着储砂槽在滑轨上的滑动，型砂经出砂孔在振动电机的作用下铺满砂箱的铺砂平台，并经刮刀推平，实现自动铺砂。
3、本发明提供的一种双向铺砂3D砂型打印装置，电动推拉杆提供持续、稳定、高扭矩的作用下，能克服料筒内流体的运动阻力，将材料均匀、稳定的挤出，不工作或换向打印时电推杆又可发挥自锁功能，保持料筒腔内压力。
附图说明
图1是本发明一种双向铺砂3D砂型打印装置结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1的仰视图。
图4是图1的主视图。
图5是本发明铺砂机构示意图。
图6是图5的左视图。
图中：1、支撑架；2、滑轨；3、铺砂机构；4、固定架；5、储砂槽一；6、储砂槽二；7、喷墨箱；8、振动板；9、振动棒；10、驱动电机；11、挡板；12、出砂孔；13、刮刀。
具体实施方式
下面结合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
结合图1-4，一种双向铺砂3D砂型打印装置，包括支撑架1和设于支撑架1上的铺砂机构3，所述铺砂机构3通过固定架4设于支撑架1上，所述支撑架1的顶端两侧均设有向铺砂机构3内加砂的供砂箱4，所述支撑架1的上设有供固定架4在支撑架1上沿铺砂方向滑动的滑轨2，所述固定架4上设有驱动滑板在滑轨2上滑动的驱动电机10，驱动电机10通过驱动滑板在滑轨2上滑动，带动固定架4上的铺砂机构3沿支撑架1的X方向移动，完成铺砂机构3的铺砂工作。
所述支撑架1的两端均设有用于对铺砂机构3运动位置进行限定的限位开关，所述限位开关采用机械限位开关，控制系统根据机械开关的信号反馈控制铺砂机构3的运动和停止。
结合图5-6，所述铺砂机构3包括两个结构相同的储砂槽一5、储砂槽二6和设于储砂槽一5、储砂槽二6之间的喷墨箱7，以储砂槽一5为例，所述储砂槽一5的底部设有出砂孔12，所述出砂孔12处还设有用于封堵出砂孔12的挡板11，所述挡板11由气缸带动靠近或远离出砂孔12，所述出砂孔12的一侧设有与出砂孔12平行设置的刮刀13。
所述储砂槽一5和储砂槽二6的邻侧均设有带动储砂槽振动使砂料均匀落下的振动组件，所述振动组件包括设于储砂槽一5的一侧的、沿储砂槽一5长度方向设置的多个振动板8，所述的多个振动板8套设于同一振动棒9上，所述振动棒9的一端连接有驱动振动棒9振动的振动电机。
供砂箱将型砂送入储砂槽内，随着储砂槽在滑轨上的滑动，型砂经出砂孔在振动电机的作用下铺满砂箱的铺砂平台，并经刮刀推平，实现自动铺砂。
铺砂机构在支撑架上从左端移动到右端的过程中，储砂槽一通过出砂孔向砂箱中铺设一层型砂，此时储砂槽二底部的挡板抬起，将储砂槽二的出砂孔封堵，喷墨箱在铺砂的型砂上喷射粘结剂，当储砂槽一运动至设定位置时，储砂槽一底部的挡板在气缸带动下将储砂槽一底部的出砂孔封堵，储砂槽二底部的挡板远离出砂孔，将出砂孔打开，铺砂机构从支撑架的右端向左端移动，此时储砂槽二开始铺设第二层型砂，同时喷墨箱在第二层型砂上喷射相应的粘结剂，这样铺砂机构在支撑架上往复运动时可双向铺砂，避免空跑。
实施例2
在实施例1的基础上，所述储砂槽内设有螺杆，通过所述的螺杆的旋转提供驱动力使型砂颗粒物稳定的从储砂槽内经出砂孔挤出。
所述供砂箱包括竖直设于支撑架上端的料筒，所述料筒内设有与料筒内侧壁密封滑动的活塞盘，所述塞盘的底部设置有向下延伸且密封穿过所述料筒底部的电动推拉杆，所述料筒的顶部设置材料出口接头，所述材料出口接头密封连通出料软管，所述出料软管的出口与所述喷嘴的入口密封连通，电动推拉杆提供持续、稳定、高扭矩的作用下，能克服料筒内流体的运动阻力，将材料均匀、稳定的挤出，不工作或换向打印时电推杆又可发挥自锁功能，保持料筒腔内压力。
实施例3
所述铺砂机构在支撑架的X方向上移动，在3D型砂打印生产过程中，原砂被吸入混砂罐中进行称重，并根据设定的参数在混砂罐中加入固化剂，混合范围为0.16%-0.26%，X方向分辨率为0.06mm-0.10mm，铺砂机构单次铺砂的厚度为0.2mm-0.4mm，铺砂速度为120mm/s-210mm/s。
通过本发明的打印装置所得的试样在进行抗拉强度测试时，试样在拉伸过程中被拉断时所承受的最大力设为Fa，试样的断裂位置的横截面积设为Sa，则有试样的抗拉强度为αa（MPa）=Fa/Sa。
试样的抗弯强度αb（MPa）满足：αb=3LFa/2bd2， L为支撑试样的两个支撑点时间的距离（mm），b为试样的宽度（mm），d为试样的厚度（mm）。
所述喷墨箱内的墨水采用石墨烯墨水，配置具有高粘度流变体特征的石墨烯墨水，添加乙二胺用来调节流变体粘度，实现无扰动下连续挤出成型工艺，实现了具有负泊松比效应的三维石墨烯超材料可控构筑和精确剪裁。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种双向铺砂3D砂型打印装置，其特征在于：包括支撑架（1）和设于支撑架（1）上的铺砂机构（3），所述铺砂机构（3）包括两个结构相同的储砂槽一（5）、储砂槽二（6）和设于储砂槽一（5）、储砂槽二（6）之间的喷墨箱（7），所述储砂槽一（5）、储砂槽二（6）和喷墨箱（7）均通过固定架（4）设于支撑架（1）上，所述储砂槽一（5）的底部设有出砂孔（12），所述出砂孔（12）的一侧设有与出砂孔（12）平行设置的刮刀（13）。
2.根据权利要求1所述的一种双向铺砂3D砂型打印装置，其特征在于：所述支撑架（1）的上设有供固定架（4）在支撑架（1）上沿铺砂方向滑动的滑轨（2），所述固定架（4）上设有驱动滑板在滑轨（2）上滑动的驱动电机（10）。
3.根据权利要求1所述的一种双向铺砂3D砂型打印装置，其特征在于：所述支撑架（1）的顶端两侧均设有向铺砂机构（3）内加砂的供砂箱（4）。
4.根据权利要求1所述的一种双向铺砂3D砂型打印装置，其特征在于：所述储砂槽一（5）和储砂槽二（6）的邻侧均设有带动储砂槽振动使砂料均匀落下的振动组件，所述振动组件包括设于储砂槽一（5）的一侧的、沿储砂槽一（5）长度方向设置的多个振动板（8），所述的多个振动板（8）套设于同一振动棒（9）上，所述振动棒（9）的一端连接有驱动振动棒（9）振动的振动电机。
5.根据权利要求1所述的一种双向铺砂3D砂型打印装置，其特征在于：所述出砂孔（12）处还设有用于封堵出砂孔（12）的挡板（11），所述挡板（11）由气缸带动靠近或远离出砂孔（12）。
6.根据权利要求1所述的一种双向铺砂3D砂型打印装置，其特征在于：所述支撑架（1）的两端均设有用于对铺砂机构（3）运动位置进行限定的限位开关，所述限位开关采用机械限位开关。
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