CN117020121B - 3d打印砂型冷铁装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印砂型冷铁装置及制备方法，包括冷铁本体和预埋件，冷铁本体包括粘结剂和颗粒材料，颗粒材料可导热，粘结剂具有液体形态和固化形态，在液体形态，粘结剂用于与颗粒材料搅拌混合，在固化形态，粘结剂将颗粒材料固化成型；预埋件设于冷铁本体内，预埋件内设有用于供气体介质通入的通道，气体介质用于与粘结剂反应以实现粘结剂的固化，通道具有至少两个进口和多个出口，且在粘结剂固化后，通道内填充有填充材料；预埋件和颗粒材料均可导磁，且预埋件和至少部分颗粒材料的至少一者具有磁性以使颗粒材料的颗粒物之间和/或颗粒材料和预埋件之间具有磁吸作用。本发明实施例的冷铁装置与收容腔的适配性好，改善了容易掉落的情况。

Description

3D打印砂型冷铁装置及制备方法

技术领域

本发明涉及采矿机械铸造技术领域，具体地，涉及一种3D打印砂型用的冷铁装置和一种制备方法。

背景技术

煤矿机械是一类主要用于煤矿采掘、支护、运输、洗选等生产过程的矿山机械，为了适应生产过程中的恶劣环境工况，煤矿机械应能够满足大重载、频繁启动、高冲击载荷等的使用需要，因此，现有的煤矿机械的部分零部件多需要通过铸造的方式加工成型以使其具有较高的结构强度。

3D打印技术是一种以数字模型为基础，利用粘合剂将颗粒材料粘结成型的增材制造技术。当下，3D打印技术在铸造行业的砂型加工中应用广泛，加工时，3D打印设备通过铺一层型砂，然后在铺好的型砂层的造型区域上喷射粘结剂，待粘结剂干燥后即可形成界面固化的界面造型，然后重复上述步骤并直至完成三维砂型的立体打印。相比于传统的砂型制造方法，砂型3D打印生产流程简单，整体的生产效率和模型精度也较高，充分满足了现代化装备的生产制造。

3D打印成型的砂型固化成型后即可进行铸件，铸件过程中为了使得铸件形成一定的凝固顺序，往往需要对铸件的特定位置进行激冷，与普通的空冷相比，激冷处的合金液能够快速凝固，从而可以提高浇口的补缩能力，保证了铸件的成型质量。

目前，常用的激冷方式主要为冷铁激冷，在3D打印砂型的过程中，需要在特定位置预留收容腔，冷铁可以容置在收容腔内，从而可以实现对合金液的激冷冷却。但是这种激冷方式在实际操作的过程中存在以下问题：1）冷铁在多次使用后容易变形，且表面粗糙，在将冷铁放入收容腔的过程中存在不容易嵌入的情况；2）当收容腔较大时，冷铁和收容腔的腔壁之间的缝隙较大，在浇铸合金液的过程中，冷铁存在掉落的风险。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明提出了一种3D打印砂型冷铁装置，该冷铁装置的形状能够与收容腔的腔型适配，提升了适配性，也方便了冷铁装置装配至收容腔内。其次，制备的冷铁装置与收容腔的契合度高，避免了冷铁装置和收容腔之间由于缝隙较大而容易在浇铸中掉落的情况。

本发明实施例还提出一种基于上述3D打印砂型冷铁装置的制备方法。

本发明实施例的3D打印砂型冷铁装置包括：

冷铁本体，所述冷铁本体包括粘结剂和颗粒材料，所述颗粒材料可导热并用于实现激冷，所述粘结剂具有液体形态和固化形态，在所述液体形态，所述粘结剂用于与所述颗粒材料搅拌混合，在所述固化形态，所述粘结剂将所述颗粒材料固化成型；

预埋件，所述预埋件设于所述冷铁本体内，所述预埋件内设有用于供气体介质通入的通道，所述气体介质用于与所述粘结剂反应以实现所述粘结剂的固化，所述通道具有至少两个进口和多个出口，且在所述粘结剂固化后，所述通道内填充有填充材料；

所述预埋件和所述颗粒材料均可导磁，且所述预埋件和至少部分所述颗粒材料的至少一者具有磁性以使所述颗粒材料的颗粒物之间和/或所述颗粒材料和所述预埋件之间具有磁吸作用；

所述预埋件包括内置管和至少两个导管，所述内置管埋设于所述冷铁本体内，所述内置管上设有多个所述出口，所述出口用于供所述气体介质流出所述内置管；

所述导管的一端与所述内置管的连通，所述导管的另一端延伸至所述冷铁本体的表面并设有所述进口，所述进口用于与外部设备相连以使所述外部设备供应的所述气体介质可经由所述进口流入所述预埋件内。

在一些实施例中，至少两个所述导管并行间隔布置，且至少两个所述导管设有所述进口的端部平齐。

在一些实施例中，所述导管与所述内置管相连的位置形成连接处，在沿着从所述连接处至邻近所述连接处的所述内置管的端部的方向上，至少部分所述出口沿着所述内置管的延伸方向间隔布置，且多个所述出口的分布密度先增加后减小。

在一些实施例中，所述内置管螺旋延伸，所述内置管的螺旋分布密度在从所述内置管的一端至所述内置管的另一端的方向上先增加后减小。

在一些实施例中，所述出口的通流截面与所述内置管的通流截面的比值为五分之一至三分之一；

和/或，所述导管沿着上下方向延伸并从所述冷铁本体的上表面伸出，所述内置管连接于所述导管的底端，且所述内置管与所述冷铁本体的上表面的间距的上限值与所述冷铁本体的高度尺寸的比值不小于二分之一。

在一些实施例中，所述粘结剂的成分包括酚醛树脂和含氧酸盐。

在一些实施例中，所述颗粒材料包括第一颗粒材料和第二颗粒材料，所述第一颗粒材料的粒径大于所述第二颗粒材料的粒径，所述第一颗粒材料和所述第二颗粒材料均可导热，且所述第一颗粒材料具有磁性。

本发明实施例的制备方法包括以下步骤：

S1：根据砂型上收容腔的体积确定并称取设定量的所述颗粒材料；

S2：对预埋件和/或称取的所述颗粒材料进行充磁，然后将所述颗粒材料搅拌均匀；

S3：向所述颗粒材料中倒入液体形态的粘结剂，然后将所述颗粒材料和所述粘结剂搅拌均匀并得到混合材料；

S4：将所述混合材料倒入所述砂型的收容腔内，并直至所述混合材料的高度达到设定高度；

S5：静止设定时长，将预埋件放置在设定高度的所述混合材料的上方，然后向所述收容腔内继续倒入所述混合材料并直至所述混合材料的高度与所述收容腔的敞口口沿平齐；

S6：经由一个所述进口向所述预埋件内通入所述气体介质，且至少部分剩余的所述进口开启，直至所述混合材料固化；

S7：经由所述进口向所述预埋件内通入所述填充材料，静置并直至所述填充材料固化。

在一些实施例中，在步骤S6中还包括以下步骤：

S61：待所述气体介质通入预定时长后，保留一个所述进口并将其余所述进口封堵；

S62：经由保留的所述进口向所述预埋件内继续通入所述气体介质，监测所述气体介质的压强，若所述压强增高至设定阈值，则所述混合材料固化；

S63：重复上述步骤S61和S62，并直至完成向每个所述进口通入所述气体介质。

在一些实施例中，在步骤S6中，通入的所述气体介质的压强低于所述砂型的结构应力；

和/或，所述填充材料为粘结剂。

附图说明

图1是本发明实施例的设置有冷铁装置的砂型的立体示意图；

图2是图1中砂型在冷铁装置处的剖视示意图；

图3是本发明实施例的冷铁装置的剖视示意图；

图4是本发明实施例的预埋件的示意图；

图5是本发明另一实施例的预埋件的示意图；

图6是本发明又一实施例的预埋件的示意图。

附图标记：

冷铁装置100；

冷铁本体1；预埋件2；进口21；出口22；内置管23；导管24；连接处25；

砂型200；型腔201；收容腔202。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的3D打印砂型冷铁装置（以下简称冷铁装置100）主要应用于铸造场景，具体应用于铸造过程中的激冷，在通过3D打印设备加工砂型200的过程中，如图1和图2所示，可以在砂型200的相应位置处预留收容腔202，在砂型200打印完成后，收容腔202与砂型200的型腔201连通。收容腔202内用于放置冷铁，在倒入浇铸溶液后，收容腔202内的冷铁可以实现对浇铸溶液的激冷，从而可以起到加速浇铸溶液局部快速凝固的作用。

下面描述本发明实施例的冷铁装置100。

本发明实施例的冷铁装置100包括冷铁本体1和预埋件2。其中冷铁本体1按照成分的不同可以分为两种材料，两种材料分别为粘结剂和颗粒材料，其中颗粒材料可导热并用于实现激冷，例如，颗粒材料可以包括低碳钢。在其他一些实施例中，颗粒材料也可以通过现有的冷铁材质加工成颗粒制成。

粘结剂具有一定的粘性，且粘结剂具有液体形态和固化形态，常态下，粘结剂可以处于液体形态，当粘结剂与其他物质反应或发生蒸发等物理变化时，粘结剂会变成固化形态。需要说明的是，在液体形态下，粘结剂可以与颗粒材料充分搅拌混合呈混合材料，然后借由混合材料的流动性可以将混合材料倒入砂型200的收容腔202内，从而方便了冷铁本体1向收容腔202内的装配。

待混合材料填充至收容腔202内后，可以采取化学等手段实现粘结剂的固化，此时，粘结剂即处于固化形态，进而实现了混合材料的固化，使得颗粒材料能够被粘接固定并塑型。

如图3所示，在将上述混合材料倒入收容腔202的过程中，可以将预埋件2预埋在混合材料内。预埋件2大体可以为管状结构，预埋件2内设有通道，通道具有至少两个进口21和多个出口22，当预埋件2埋设在混合材料内后，通道的至少两个进口21均与混合材料的外部连通，通道的多个出口22则均被埋没在混合材料内。

在收容腔202内完全被混合材料填充后，可以通过进口21向通道内供入气体介质，气体介质可以经由通道进入混合材料的内部并与混合材料内部的粘结剂发生化学反应，从而可以实现对粘结剂的固化。

需要说明的是，在通入气体介质的过程中，可以仅从一个进口21向通道内通入气体介质，其余的进口21则可以选择开启或封堵，借由其余进口21的启闭状态可以实现对通入气体介质后的通道内的气压大小的调整，从而可以避免气压过高时容易造成对收容腔202的腔壁的破坏的情况。

填充材料为液体材料，且填充材料能够实现快速固化，当混合材料完全固化后，可以经由通道的进口21向通道内供入填充材料，从而可以实现对预埋件2内部的填充加固，保证了预埋件2的结构强度。

预埋件2和颗粒材料均可导磁，且预埋件2和至少部分颗粒材料的至少一者具有磁性以使颗粒材料的颗粒物之间、颗粒材料和预埋件2之间具有磁吸作用。

具体地，预埋件2和颗粒材料的材质可以相同，例如，预埋件2和颗粒材料均可以为钢材，在其他一些实施例中，预埋件2和颗粒材料也可以分别采用其他的具有导磁性的材料加工成型。颗粒材料可以具有一定的磁性，由此，颗粒材料的颗粒物之间可以产生磁吸作用，从而一方面可以实现度颗粒材料的初步塑型，另一方面也可以保证冷铁本体1在固化后的结构强度。

需要说明的是，由于预埋件2也具有导磁性，颗粒材料的颗粒物与预埋件2之间也具有磁吸作用，从而使得颗粒材料能够被吸合在预埋件2的外周侧。

在其他一些实施例中，预埋件2和颗粒材料可以均具有磁性，也可以仅预埋件2具有磁性。

本发明实施例的冷铁装置100，粘结剂和颗粒材料混合而成的混合材料可以通过流动倒入的方式填充至收容腔202内，从而避免了相关技术中冷铁与收容腔202不匹配而不容易放入收容腔202内的情况，方便了冷铁装置100的放入。在将混合材料修正至与收容腔202的腔口平齐后，可以实现混合材料的固化，从而可以使得固化后的冷铁装置100具有与相关技术中的冷铁大体一致的激冷效果。

其次，预埋件2的设置可以使得气体介质能够通入混合材料的内部，从而一方面可以实现混合材料内部的快速固化，相比于仅从外部进行固化的方式，可以提升固化的速率，节省时间成本。

另一方面在通过预埋件2向混合材料内通入气体介质的过程中，混合材料会有向外膨胀的趋势，这种内胀作用会使得混合材料能够充分的与收容腔202的腔内壁贴合，从而避免了混合材料和收容腔202之间存在较大的间隙的情况，保证了混合材料和收容腔202之间较好的匹配度，进一步避免了冷铁装置100掉落的风险。

预埋件2本身具有一定的结构强度，使得预埋件2可以起到内置骨架的作用，在使用过程中可以实现将冷铁装置100的不同部分或区域串联的效果，从而可以增强冷铁装置100的整体结构强度。

填充材料在充填在预埋件2内后，可以实现预埋件2的实心化，从而一方面可以进一步保证预埋件2的结构强度，另一方面也可以起到将预埋件2内的气体排出或消耗的作用，从而可以避免在倒入浇铸溶液时，残留的气体介质由于热胀作用会进入浇铸溶液内的情况，保证了浇铸溶液的浇铸品质。

另外，预埋件2和颗粒材料之间的磁吸作用一方面使得冷铁装置100的粘结剂未固化时具有一定的塑型效果，可以降低混合材料的整体流动性，从而避免了混合材料轻易松散的情况，进而可以降低混合材料对收容腔202的侧向腔壁的压力作用，有利于保证收容腔202的完整性。

另一方面磁吸作用也可以起到增强冷铁装置100的内应力（相当于）的效果，在冷铁装置100固化后，可以进一步增强冷铁装置100的整体结构强度，充分满足了激冷时的结构强度的使用需要，也可以使得混合材料在通入气体介质时具有一定的抵抗气体介质的压力的作用。

在一些实施例中，预埋件2包括内置管23和至少两个导管24，其中内置管23可以为直管、弯管等，内置管23可以沿着收容腔202的长度方向延伸布置。内置管23的管壁上均布有多个出口22，多个出口22均与内置管23的内腔连通。布置时，内置管23需要完全埋没在冷铁本体1内。

导管24可以设有两个，且两个导管24可以沿着内置管23的延伸方向间隔布置。两个导管24均与内置管23相连并位于内置管23的同一侧，例如，导管24可以均设于内置管23的顶侧并均大体沿着上下方向延伸，且每个导管24的底端与内置管23的连通，每个导管24的顶端延伸至冷铁本体1的表面并均设有进口21。

需要说明的是，如图4至图6所示，每个导管24的顶端均可以位于同一水平面内，由此，当预埋件2埋设在冷铁本体1内后，多个导管24的顶端均大体可以与混合材料的上表面平齐，从而可以避免部分导管24的进口21凸出或被埋没的情况，保证了与砂型200的型腔201的腔壁一致性。

待预埋件2埋设在混合材料内后，可以通过导管24的进口21向预埋件2的通道内通入气体介质，气体介质在经由通道流通后可以从多个出口22流出，借由气体介质和混合材料中的粘结剂的反应可以实现粘结剂的固化。

可选地，内置管23的两端可以为开放式结构，在其他一些实施例中，内置管23的两端也可以设有端板，端板上也可以设有至少一个出口22。

在其他一些实施例中，导管24也可以设有三个、四个、五个等数量。导管24的数量可以根据内置管23的延伸长度进行设置，例如，当内置管23较长时，导管24的数量也可以较多，反之，则导管24的数量可以减少。由此，一方面方便了从不同的位置向混合材料通入气体介质，另一方面多个导管24均可以起到串联的效果，从而可以进一步保证冷铁装置100的结构强度。

在一些实施例中，导管24与内置管23相连的位置形成连接处25，在沿着从连接处25至邻近连接处25的内置管23的端部的方向上，至少部分出口22沿着内置管23的延伸方向间隔布置，且多个出口22的分布密度先增加后减小。

例如，连接处25即为导管24和内置管23的连接位置，以左侧的连接处25为例，该连接处25向左延伸的内置管23的管段上的出口22的分布密度（可视为分布数量）呈现为先增加后减小的趋势。

由此，一方面可以避免出口22的较多设置容易造成连接处25结构强度降低的情况，保证连接处25具有相对较高的结构强度，另一方面由于内置管23的端部距离混合材料的表面距离较近，通过设置数量较少的出口22可以减小内置管23的左端的整体排气量，从而可以避免气压较大时容易造成破坏的情况。

在一些实施例中，内置管23螺旋延伸，内置管23的螺旋分布密度在从内置管23的一端至内置管23的另一端的方向上先增加后减小。内置管23的螺旋分布密度可视为内置管23在其螺旋延伸的方向上的单位长度内的螺旋圈数，例如，内置管23的靠近左端和靠近右端的分布密度较小，而内置管23的中间的分布密度则较大。

这样一方面可以使得内置管23的中间部分具有较高的结构强度，另一方面当内置管23上的出口22的分布密度大体一致的情况下，也可以增加内置管23中部的出气量，从而可以加速混合材料的固化速率。

另外，螺旋延伸的内置管23可以将一部分混合材料圈围在内部，也可以增加与混合材料的接触面积，从而起到进一步提升内置管23的串联的结构强度，进而保证了冷铁装置100的结构强度和结构的稳定性。

可选地，如图5所示，内置管23整体可以为弹簧的样式。

在一些实施例中，出口22的通流截面的上限值与内置管23的通流截面的下限值的比值为五分之一至三分之一。例如，出口22可以为圆孔，出口22的通流截面可视为圆孔的截面面积S1，内置管23可以为圆管，内置管23的通流截面可以为圆管的截面面积S2，截面面积S1和截面面积S2比值可以为0.2、0.25、0.3、0.32、1/3等。在该比值范围内，一方面可以保证内置管23的结构强度，另一方面也可以使得气体的输送相对平缓。

在一些实施例中，导管24沿着上下方向延伸并从冷铁本体1的上表面伸出，内置管23连接于导管24的底端，且内置管23与冷铁本体1的上表面的间距的上限值与冷铁本体1的高度尺寸的比值不小于二分之一。

例如，如图3所示，内置管23与冷铁本体1的上表面的间距的上限值可视为距离L，冷铁本体1的高度尺寸可视为高度H，距离L与所述高度H的比值可以为0.5、0.6、0.7、0.8等。

由此，可以使得内置管23埋设于冷铁本体1的下半部分，在内置管23内通入气体介质后，气体介质可以仅能够从冷铁本体1的上侧溢出，从而有利于保证反应的充分性和固化效果。

在一些实施例中，粘结剂的成分包括酚醛树脂和含氧酸盐。气体介质具体可以为二氧化碳，酚醛树脂在遇到二氧化碳后可以发生固化反应。含氧酸盐可以为锡酸盐、硼酸盐、铝酸盐等。含氧酸盐可以起到促硬剂的作用，有利于加速粘结剂的固化反应。

在一些实施例中，颗粒材料包括第一颗粒材料和第二颗粒材料，第一颗粒材料的粒径大于第二颗粒材料的粒径，第一颗粒材料和第二颗粒材料均可导热，且第一颗粒材料具有磁性。例如，第一颗粒材料可以为低碳钢，第二颗粒材料可以为石墨，石墨可以增强导热性，从而可以充分保证激冷效果。

下面描述本发明实施例的制备方法。

本发明实施例的冷铁装置在加工时包括以下步骤：

S1：根据砂型200上收容腔202的体积确定并称取设定量的颗粒材料。例如，收容腔202的体积可以通过实测、数值建模模型测量等方式获得。根据获得体积大小可以确定颗粒材料在将收容腔202填充满时的总量，然后根据确定的总量完成对颗粒材料的称取即可。需要说明的是，为了避免误差、二次称取时，称取的颗粒材料的量也可以略多于上述确定的总量。

S2：对预埋件2和/或称取的颗粒材料进行充磁，然后将颗粒材料搅拌均匀。例如，待完成对颗粒材料的称取后，可以将预埋件2和颗粒材料分别放入相应的充磁机内，借由充磁机可以实现对预埋件2和颗粒材料的充磁，从而使得预埋件2和颗粒材料均具有一定的磁性。优选地，该磁性是弱磁性。在其他一些实施例中，也可以仅对预埋件2或颗粒材料进行充磁。

待充磁完成后，可以对颗粒材料进行搅拌，从而可以实现颗粒材料的初步均匀混合，有利于保证混合材料后续分布的均匀性。

S3：向颗粒材料中倒入液体形态的粘结剂，粘结剂的成分可以包括酚醛树脂和硼酸，也可以添加部分的水玻璃，然后将颗粒材料和粘结剂搅拌均匀并得到混合材料。

S4：将混合材料倒入砂型200的收容腔202内，并直至混合材料的高度达到设定高度。例如，可以根据上述距离L和高度H的比值确定混合材料的高度，即设定高度可以通过高度H减去距离L得到。在实际操作过程中，可以首先在收容腔202内的腔壁上喷出或划出一道标记，混合材料在倒至标记处即判定达到设定高度。

S5：静止设定时长，将预埋件2放置在设定高度的混合材料的上方，然后向收容腔202内继续倒入混合材料并直至混合材料的高度与收容腔202的敞口口沿平齐。

例如，可以静止20至40分钟，从而使得部分粘结剂可以实现初步固化，然后可以将预埋件2的内置管23放置在已经倒入的混合材料的上方，然后可以将混合材料继续倒入收容腔202内，并直至混合材料的上表面与收容腔202的顶部敞口口沿大体位于同一平面即可。

需要说明的是，在混合材料二次倒入后，可以对混合材料压实，然后再将混合材料补齐至与收容腔202的口沿平齐，最后将混合材料的上表面刮平即可，从而保证了混合材料的上表面和砂型200的型腔201的腔壁的一致性。

S6：经由一个进口21向预埋件2内通入气体介质，且至少部分剩余的进口21开启，直至混合材料固化。

例如，可以将一个导管24的进口21与外部管道连通，其余的导管24的进口21可以全部保持开启状态，然后可以通过充气泵、手捏式充气囊等向预埋件2的通道内通入二氧化碳，由于其余的导管24的进口21保持开启，冲气或压气时形成的较大气压会从开启的进口21处得以释放，从而避免了对混合材料造成破坏的情况，而一部分二氧化碳可以经由内置管23上的出口22与粘结剂接触，从而可以实现粘结剂的固化。

在向通道内通入二氧化碳的同时，也可以通过吹气的方式从混合材料的外侧向混合材料吹送二氧化碳，从而可以实现混合材料内部和外部的固化的同时加速进行，提高了固化效率。

需要说明的是，实操过程中，待一个进口21通入一定时间的二氧化碳后，可以经另一个进口21与外部管道连通，然后可以经由另一个进口21继续向通道内通入二氧化碳，从而也可以起到加速固化的效果。

S7：经由进口21向预埋件2内通入填充材料，静置并直至填充材料固化。当混合材料完全固化后，可以经由预埋件2的进口21向预埋件2内通入填充材料，填充材料可以通过注射等方式通入通道内，待填充材料通入后，还可以利用粘结剂将导管24的进口21补齐，从而可以保证混合材料的上表面的平整性。

填充材料可以为粘结剂，粘结剂可以与通道内残余的二氧化碳反应，从而可以实现填充材料的快速硬化。在其他一些实施例中，填充材料也可以为其他一些能够快速硬化的材料。

在一些实施例中，在步骤S6中还包括以下步骤：

S61：待气体介质通入预定时长后，保留一个进口21并将其余进口21封堵。例如，可以通过小型的塞子将相应的导管24上的进口21密封封堵。

S62：经由保留的进口21向预埋件2内继续通入气体介质，监测气体介质的压强，若压强增高至设定阈值（设定阈值可以为根据多次试验所得到的参考值），则判定混合材料固化。

具体地，粘结剂在固化后具有一定的致密性，当通入气体介质时，气体介质的压强会被限制在粘结剂所形成的空间内，随着气体介质的不断通入，压强也会呈现出增加的趋势，借由所监测反馈的压强大小即可对混合材料的固化情况进行初步判断，从而可以为后续的浇铸时机提供一定参考。

S63：重复上述步骤S61和S62，并直至完成向每个进口21通入气体介质。例如，在通过通入气体介质对一个进口21的固化情况判断后，可以换另一个进口21，然后可以将其余的进口21封堵，从而可以判断不同位置的固化情况，进一步保证了判断的准确性。

在一些实施例中，在步骤S6中，通入的气体介质的压强低于砂型200的结构应力。砂型200的结构应力即为砂型200所能够承受的压力的极限值，超过该极限值，砂型200即会遭受破坏，通入的气体介质的压强始终小于该值，从而可以起到对砂型200一定的保护效果。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种3D打印砂型冷铁装置的制备方法，其特征在于，冷铁装置包括：

冷铁本体，所述冷铁本体包括粘结剂和颗粒材料，所述颗粒材料可导热并用于实现激冷，所述粘结剂具有液体形态和固化形态，在所述液体形态，所述粘结剂用于与所述颗粒材料搅拌混合，在所述固化形态，所述粘结剂将所述颗粒材料固化成型；

预埋件，所述预埋件设于所述冷铁本体内，所述预埋件内设有用于供气体介质通入的通道，所述气体介质用于与所述粘结剂反应以实现所述粘结剂的固化，所述通道具有至少两个进口和多个出口，且在所述粘结剂固化后，所述通道内填充有填充材料；

所述预埋件和所述颗粒材料均可导磁，且所述预埋件和至少部分所述颗粒材料具有磁性以使所述颗粒材料的颗粒物之间和所述颗粒材料和所述预埋件之间具有磁吸作用；

所述预埋件包括内置管和至少两个导管，所述内置管埋设于所述冷铁本体内，所述内置管上设有多个所述出口，所述出口用于供所述气体介质流出所述内置管；

所述导管的一端与所述内置管的连通，所述导管的另一端延伸至所述冷铁本体的表面并设有所述进口，所述进口用于与外部设备相连以使所述外部设备供应的所述气体介质可经由所述进口流入所述预埋件内；

所述制备方法包括以下步骤：

S1：根据砂型上收容腔的体积确定并称取设定量的所述颗粒材料；

S2：对预埋件和称取的所述颗粒材料进行充磁，然后将所述颗粒材料搅拌均匀；

S3：向所述颗粒材料中倒入液体形态的粘结剂，然后将所述颗粒材料和所述粘结剂搅拌均匀并得到混合材料；

S4：将所述混合材料倒入所述砂型的收容腔内，并直至所述混合材料的高度达到设定高度；

S5：静止设定时长，将预埋件放置在设定高度的所述混合材料的上方，然后向所述收容腔内继续倒入所述混合材料并直至所述混合材料的高度与所述收容腔的敞口口沿平齐；

S6：经由一个所述进口向所述预埋件内通入所述气体介质，且至少部分剩余的所述进口开启以在冲气或压气时使气压会从开启的进口处释放并避免气压对混合材料的破坏，直至所述混合材料固化；

S7：经由所述进口向所述预埋件内通入所述填充材料，静置并直至所述填充材料固化。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，至少两个所述导管并行间隔布置，且至少两个所述导管设有所述进口的端部平齐。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述导管与所述内置管相连的位置形成连接处，在沿着从所述连接处至邻近所述连接处的所述内置管的端部的方向上，至少部分所述出口沿着所述内置管的延伸方向间隔布置，且多个所述出口的分布密度先增加后减小。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述内置管螺旋延伸，所述内置管的螺旋分布密度在从所述内置管的一端至所述内置管的另一端的方向上先增加后减小。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述出口的通流截面与所述内置管的通流截面的比值为五分之一至三分之一；

和/或，所述导管沿着上下方向延伸并从所述冷铁本体的上表面伸出，所述内置管连接于所述导管的底端，且所述内置管与所述冷铁本体的上表面的间距的上限值与所述冷铁本体的高度尺寸的比值不小于二分之一。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂的成分包括酚醛树脂和含氧酸盐。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述颗粒材料包括第一颗粒材料和第二颗粒材料，所述第一颗粒材料的粒径大于所述第二颗粒材料的粒径，所述第一颗粒材料和所述第二颗粒材料均可导热，且所述第一颗粒材料具有磁性。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S6中还包括以下步骤：

S61：待所述气体介质通入预定时长后，保留一个所述进口并将其余所述进口封堵；

S62：经由保留的所述进口向所述预埋件内继续通入所述气体介质，监测所述气体介质的压强，若所述压强增高至设定阈值，则所述混合材料固化；

S63：重复上述步骤S61和S62，并直至完成向每个所述进口通入所述气体介质。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S6中，通入的所述气体介质的压强低于所述砂型的结构应力；

和/或，所述填充材料为粘结剂。