CN115090832A - 一种3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于增材制造技术领域，主要涉及3D打印砂型设备，其中工作箱增设了加热组件，可以实现在砂型打印过程中工作箱处于设定温度的恒温状态，可以促进砂型固化；同时在铺砂器的底部的侧边增设加热组件，铺砂器铺砂的同时加热组件实时加热砂面，及时加热烘干砂面，固化效果显著。通过工作箱的恒温结合铺砂器上加热组件的实时加热，克服了现有技术中采用酚醛粘结剂、无机粘结剂、金属打印粘结剂喷射打印产品固化难、固化不均、固化效率低及因长时间未烘烤造成产品出现渗墨导致产品尺寸不符等诸多问题，有效提升了砂型产品固化硬化的速度，使得砂型均匀受热并且充分固化，保证砂型形状尺寸稳定，最终获得高质量的符合标准要求的砂型产品。

Description

一种3D打印设备

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，主要涉及3D打印砂型设备。

背景技术

3D打印属于快速成形技术的一种增材制造，通过逐层添加材料获得三维制件，通常采用3D打印的材料为丝状、粉末状砂子、陶瓷、金属、塑料等，其中诸多粉末状材料中金属粉末、砂子、陶瓷粉末材料应用最为广泛。

目前3D打印成型方法主要有激光烧结成型、紫外光固化成型、化学反应成型等，将粉末通过铺粉器，采用刮刀或辊子将粉末铺平，然后通过激光束、紫外光束、反应型的粘结剂扫射产品截面，如此往复打出整个产品。其中激光设备及光固化成型设备整体造价高，并且对材料要求高，打印效率低，而采用微喷射粘结剂方式成本较低，工艺方法简单，具有良好的应用前景，该方法主要利用喷头按照规定的路径向铺好的粉末上喷射粘结剂，将规定位置处的粉末粘结在一起，形成一层三维构件轮廓，然后继续再铺一层粉末，并进行粘结剂喷射，重复多次，多层粉末粘结获得三维轮廓完整的构件。目前主要采用粘结剂为呋喃树脂体系，但是随着市场环境的变化，酚醛树脂、无机粘结剂、金属粘结剂等材料具有比呋喃树脂更多的优点，但同时由于酚醛树脂需要高温才具有强度，且无机粘结剂和金属粘结剂在无水分的情况下才会发挥作用，而在3D打印的过程中，打印头的耐受温度有限，出现丢帧现象严重，过程质量无法保证，随着工作箱的深度增加，由于工作箱内未设置加热装置，借助外界加热方式无法使产品完全固化，经常出现产品中间至底部因温度无法达到树脂固化温度而出现整个产品报废，限制了酚醛树脂、无机粘结剂、金属粘结剂在该领域的应用。因此，研究开发一种新型打印机或一种微滴喷射打印产品高效固化方法，扩大酚醛树脂、无机粘结剂、金属粘结剂适用于该领域的范围，成为亟需解决的技术问题。

发明内容

鉴于上述问题，有必要提出一种3D打印设备，解决现有的打印设备在打印过程中，产品固化不完全导致缺陷或报废，严重影响打印设备的打印效果的问题。本申请采用的技术方案为：

一种3D打印设备，包括工作箱和第一加热组件，所述工作箱的上方设置有第一加热组件，所述第一加热组件用于烘干铺砂面；所述工作箱设置有第二加热组件，用于加热所述工作箱内的砂型。其中所述第一加热组件可以设置在所述工作箱的上方的横梁上，具体结构根据实际的设备的设计进行适应性的设计，在不干涉其他部件的情况下，可实现加热烘干铺砂面的作用即可。

优选地，所述3D打印设备还包括铺粉器，所述铺粉器设置所述工作箱的上方，所述铺粉器与所述工作箱可相对移动；所述铺粉器沿铺粉的方向的一侧设置所述第一加热组件；所述工作箱设置有第二加热组件，用于加热所述工作箱内的砂型。

优选地，所述第一加热组件活动连接在所述铺粉器下砂口侧面；所述第一加热组件的高度和角度可根据实际的各部件的布置位置，及距离砂面的高度进行实时调节，以满足实际打印需求。

优选地，所述铺粉器底部设置第一温度传感器，用于实时监测砂面的温度并反馈至所述第一加热组件或所述第二加热组件，所述第一加热组件或所述第二加热组件根据所述第一温度传感器检测温度调整匹配的加热温度，以满足砂型的固化要求。

优选地，所述第一加热组件包括加热管和加热罩，所述加热管设置在所述加热罩内，所述加热罩与所述铺粉器连接；其中加热管的数量根据砂型的结构及需要固化的砂面的需求进行适应性的设计多个。

优选地，所述加热罩设置为朝向砂面的口敞开其余封闭的结构，可以设置为梯形、半圆形、多边形等结构；所述加热罩可有效的将所述加热管散发的热量聚集在一起，更以好地加热砂面，同时可保护加热管，防止灰尘等以延长所述加热管的寿命等等。

优选地，所述第一加热组件的加热管优选红外线加热管，利用红外线原理进行加热，该类加热管具有热效率高、功能密度大、升温迅速、省电、寿命长等特点，特别适用于表面加热烘干固化的工艺流程。

优选地，所述加热罩包括隔热层和反射层，所述隔热层和所述反射层之间设置隔热材料，所述反射层朝向所述加热管，同时所述反射层将接收的光线反射至砂面上；这样可更有效地将加热管散发的热量集中照射在砂面上，也可扩大照射面积范围，避免热量流失，显著地提高了加热效率。

优选地，所述工作箱包括若干侧板和底板，所述若干侧板配合围合形成所述工作箱的侧壁，所述底板与所述工作箱的侧壁匹配可移动设置。

优选地，若干所述侧板和所述底板分别设置所述第二加热组件；所述第二加热组件可拆卸地连接在所述侧板和/或底板的背离与砂型接触的端面，或所述第二加热组件采用可拆卸或固定的方式嵌入在所述侧板和/或底板的内部，可根据实际工况进行适应性的设计。其中所述加热组件选择为加热管，这样有利于聚集热量，使得对砂型的加热效果更好，同时具有显著的保温效果，且相比较微波加热和红外灯管加热成本更低。更优地可采用浇铸工艺，将加热管嵌入至制板模具中，然后将熔融的铝液注入已嵌入加热管的制板模具中，冷却成型后，精加工制成匹配的所述侧板和所述底板；其中加热管的供电线缆通过接线柱与电源连通，且外围裸露在外的均采取防漏电措施保护。

优选地，若干所述侧板和所述底板设置第二温度传感器，用于检测砂型的温度反馈至第二加热组件，所述第二加热组件根据所述第二温度传感器反馈的温度实时调整温度值，以符合满足砂型固化的温度。

优选地，所述3D打印设备还包括自动控温箱，所述自动控温箱分别与所述第一加热组件、所述第二加热组件、所述第一温度传感器及所述第二温度传感器电连接，用于实时接收信号或反馈信号。

上述所述3D打印设备的工作流程如下：

打印准备：开启所述工作箱的各侧板和底板的加热管，使得所述工作箱的箱体的温度达到预设温度；

打印砂型：启动3D打印设备进行打印，所述工作箱的各侧板和底板的加热管持续加热，且保证各侧板和底板的温度恒定；打印过程中，当所述铺砂器移动铺砂时，其第一加热组件自动开启，以加热烘干砂面；通过工作箱加热结合铺砂器上设置的第二加热组件实现固化砂型的作用。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

本发明提供的3D打印设备，其中工作箱增设了加热组件，可以实现在砂型打印过程中工作箱处于设定温度的恒温状态，可以促进砂型固化；同时在铺砂器的底部的侧边增设加热组件，铺砂器铺砂的同时加热组件实时加热砂面，及时加热烘干砂面，固化效果显著。通过工作箱的恒温结合铺砂器上加热组件的实时加热，克服了现有技术中采用酚醛粘结剂、无机粘结剂、金属打印粘结剂喷射打印产品固化难、固化不均、固化效率低及因长时间未烘烤造成产品出现渗墨导致产品尺寸不符等诸多问题，有效提升了砂型产品固化硬化的速度，使得砂型均匀受热并且充分固化，保证砂型形状尺寸稳定，最终获得高质量的符合标准要求的砂型产品。

附图说明

图1为实施例中3D打印设备局部结构示意图；

图2为实施例中工作箱侧板或底板的剖视结构示意图；

图3为实施例中砂面温度变化曲线示意图；

10-工作箱；20-第一加热组件；30-铺粉器；40-第二加热组件。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

一种3D打印设备，参见附图1-2所示，包括工作箱10和第一加热组件20，工作箱10的上方设置有第一加热组件20，第一加热组件20用于烘干铺砂面；工作箱10设置有第二加热组件40，用于加热工作箱10内的砂型。其中第一加热组件20可以设置在工作箱10的上方的横梁上或者其他的部件上，具体结构根据实际的设备的设计进行适应性的设计，在不干涉其他部件的情况下，可实现加热烘干铺砂面的作用即可。

具体地，还包括铺粉器30，铺粉器30设置工作箱10的上方，铺粉器30与工作箱10可相对移动；铺粉器30沿铺粉的方向的一侧设置第一加热组件20；工作箱10设置有第二加热组件40，用于加热工作箱10内的砂型。

第一加热组件20活动连接在铺粉器30下砂口侧面；根据实际现场的打印需求设置第一加热组件20距离砂面的高度，或调整合适的角度；第一加热组件20与铺粉器30的连接方式可以采用卡接式、滑槽式、卡扣式或通过其他连接进行连接，以方便拆卸或调整角度等。

为了实时监测砂面的温度，在铺砂器的底部设置第一温度传感器，第一温度传感器将检测到的温度值以信号的方式反馈至第一加热组件20或第二加热组件40，此时第一加热组件20或第二加热组件40根据反馈信号调整加热温度或者保持原有加热温度，以保证砂型加热温度实时满足固化要求。

在另一实施例中，第一加热组件20包括加热管和加热罩，加热管设置在加热罩内，加热罩与铺粉器30连接；加热罩与铺粉器30可固定连接也可采用可拆卸连接方式，加热管可设置为多个并联，根据实际生产过程中砂型的结构和需要硬化的砂面的需求进行适应性的设计。

其中加热罩的结构为朝向砂面的口敞开其余封闭，可以设置为梯形、半圆形、多边形等结构；这样加热罩可有效的将加热管散发的热量聚集在一起，更以好地加热砂面，同时可保护加热管，防止灰尘等以延长加热管的寿命等等。

第一加热组件20的加热管选择为红外线加热管，由合金电阻丝、石英玻璃管、绝缘陶瓷、导线组成，利用红外线原理进行加热，当合金电阻丝外加激励电压后，产生高温并向外辐射红外电磁波，加热管的温度通过功率调节器来进行调节，具体的通过改变功率调节器中可控硅控制端的信号电压，来调节可控硅的导通角，改变电流的大小，实现加热管功率的控制，红外波长与加热管功率的大小相关，通过调节功率使加热管向外辐射特定波长的红外线，匹配砂芯材质最佳的吸收波长，可以提高加热效率。采用该类加热管具有热效率高、功能密度大、升温迅速、省电、寿命长等特点，特别适用于表面加热烘干固化的工艺流程。

在另一实施例中，为了进一步的提高加热效率，加热罩设置为隔热层和反射层，其中反射层朝向加热管，且两层之间设置隔热材料，隔热材料选择为隔热棉，以更有效地将加热管散发的热量集中照射在砂面上，避免热量流失。

在另一实施例中，工作箱10包括若干侧板和底板，若干侧板配合围合形成工作箱10的侧壁，底板与工作箱10的侧壁匹配可移动设置，底板与侧壁匹配设置为整体的工作箱10；且为了防止漏砂，工作箱10内部边缘各边均设置弹性密封件。若干侧板和底板分别设置第二加热组件40；第二加热组件40可拆卸地连接在侧板和/或底板的背离与砂型接触的端面，或第二加热组件40采用可拆卸或固定的方式嵌入在侧板和/或底板的内部，可根据实际工况进行适应性的设计。

具体地，第二加热组件40选择为加热管，当采用可拆卸的方式嵌入在侧板或底板的内部时，侧板或底板采用两层板中间可拆卸设置加热管的方式，其中外侧的板选择为隔热板，加热管的数量和排列方式可根据实际需要设置，这样方便更换，且将可有效避免热量流失，是热量集中作用于工作箱内部的砂型。另一种方式，可以采用在侧板和底板的内部采用浇铸工艺嵌入加热管，即制作侧板或者底板时，将加热管嵌入至制板模具中，然后将熔融的铝液注入已嵌入加热管的制板模具中，冷却成型后，精加工制成匹配的侧板和底板；其中加热管的供电线缆通过接线柱与电源连通，且外围裸露在外的均采取防漏电措施保护。

需要说明的是，在各侧板和底板上增设第二温度传感器，用于检测砂型的温度反馈至第二加热组件40，第二加热组件40根据第二温度传感器反馈的温度实时调整温度值，满足砂型固化的温度，提高固化效率；在侧板和底板内部设置加热管，同时在设备打印过程恒温加热或者根据实时工况调整温度，这样可保证砂型均匀受热，固化效果好，保证砂型尺寸稳定。同时可设置自动控温箱，自动控温箱与侧板和底板的加热管及第二温度传感器电连接，自动控温箱通过第二温度传感器反馈的温度值控制侧板和底板的加热管的温度值，以保证实时满足砂型固化的温度。

在另一实施例中，3D打印设备还包括自动控温箱，自动控温箱分别与第一加热组件20、第二加热组件40、第一温度传感器及第二温度传感器电连接，用于实时接收信号或反馈信号。

上述实施例中涉及的3D打印设备的具体工作流程如下：

打印准备：开启工作箱10的各侧板和底板的加热管，使得工作箱10的箱体的温度达到预设温度；

打印砂型：启动3D打印设备进行打印，工作箱10的各侧板和底板的加热管持续加热，且保证各侧板和底板的温度恒定；打印过程中，当铺砂器移动铺砂时，其第一加热组件20自动开启，以加热烘干砂面；通过工作箱10加热结合铺砂器上设置的第二加热组件40实现固化砂型的作用。

具体地以打印砂型粉末材料为100～140目陶粒砂为例，其中树脂加入量为5％，打印层厚0.28mm，打印过程中通过自动调整灯管功率保证砂面温度保持在45℃时打印产品，工作箱10加热温度设定为200℃，每层实现图像定位，砂面温度变化曲线详细参见附图3所示。

最终获得的砂型的性能为，抗拉强度为2.3MPa，抗压强度为8.5MPa，产品精度±0.05mm，固化效率提升400％，产品固化程度为完全固化。

综合上述实施例及性能说明，采用本发明提供的3D打印设备制备砂型，可有效推进酚醛粘结剂、无机粘结剂、金属打印粘结剂的产业化应用，为单组份树脂或热固性树脂提供固化解决方案；同时针对不同粘结剂的固化特性、粉末导热情况开发了多种固化工艺保证不同体系产品均匀固化。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或顺序。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种3D打印设备，其特征在于，包括工作箱和第一加热组件，所述工作箱的上方设置有第一加热组件，所述第一加热组件用于烘干铺砂面；所述工作箱设置有第二加热组件，用于加热所述工作箱内的砂型。

2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备还包括铺粉器，所述铺粉器设置所述工作箱的上方，所述铺粉器与所述工作箱可相对移动；所述铺粉器沿铺粉的方向的一侧设置所述第一加热组件；所述工作箱设置有第二加热组件，用于加热所述工作箱内的砂型。

3.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述第一加热组件活动连接在所述铺粉器下砂口侧面。

4.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述铺粉器底部设置第一温度传感器，用于实时监测砂面的温度并反馈至所述第一加热组件或所述第二加热组件。

5.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述第一加热组件包括加热管和加热罩，所述加热管设置在所述加热罩内，所述加热罩与所述铺粉器连接。

6.根据权利要求5所述的3D打印设备，其特征在于，所述加热罩包括隔热层和反射层，所述隔热层和所述反射层之间设置隔热材料，所述反射层朝向所述加热管。

7.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述工作箱包括若干侧板和底板，若干所述侧板配合围合形成所述工作箱的侧壁，所述底板与所述工作箱的侧壁匹配可移动设置。

8.根据权利要求7所述的3D打印设备，其特征在于，若干所述侧板和所述底板分别设置所述第二加热组件。

9.根据权利要求7所述的3D打印设备，其特征在于，若干所述侧板和所述底板设置第二温度传感器，用于检测砂型的温度反馈至第二加热组件。

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