可实现芯骨功能的砂型三维打印设备及其工作方法技术

本发明专利技术属于砂型三维打印机领域，特别是一种可实现芯骨功能的砂型三维打印设备及其工作方法，包括供料装置、铺砂装置、扫描装置、工作台和中央控制器，扫描装置包括第一喷头和第一墨盒，第一墨盒通过第一送墨管道与第一储墨罐连接，扫描装置还包括第二喷头和第二墨盒，第二喷头与第二墨盒连接，第二墨盒通过第二送墨管道与第二储墨罐连接，第二喷头、第二墨盒分别与第一喷头、第一墨盒并排固定在支架上，支架与导轨连接。本发明专利技术在3D打印过程中实现了芯骨功能，大幅度提高了砂型强度，并且能够打印更大尺寸的砂型，拓宽了砂型3D打印机的适用范围，便于3D打印技术的推广和应用。

【技术实现步骤摘要】
可实现芯骨功能的砂型三维打印设备及其工作方法
本专利技术属于砂型三维打印机领域，特别是一种可实现芯骨功能的砂型三维打印设备及其工作方法。
技术介绍
目前，砂型3D打印设备大都是基于微滴喷射原理来制备砂型的，成形过程中主要是通过喷头喷射粘结剂(树脂、水玻璃等)到预混了固化剂的型砂表面，然后使砂粒粘结固化成所需的砂型，而这种利用3D打印技术制备的砂型在强度方面低于传统手工制造的砂型，其主要原因是，3D打印过程中无法实现添加芯骨，因此导致砂型强度不足。芯骨俗称“泥芯骨”、“芯铁”，是一种金属制骨架，铸造中用以安置在型芯内以提高型芯的强度和刚度；传统砂型铸造所用的芯骨，是人工制作的，芯骨做好后，再填混合了树脂和固化剂的型砂，待型砂中的树脂和固化剂反应后，型砂硬化成型，由于中间芯骨的支撑作用，所得砂型的强度非常好，一般大型砂型都需要制作芯骨，否则砂型非常容易断裂。由于砂型3D打印时不可能把预先做好的芯骨放进来，因此一旦打印尺寸大的砂型时，该砂型在搬运过程中容易开裂，不但造成了浪费，而且要重新做一个既费时又费料。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提供一种可实现芯骨功能的砂型三维打印设备及其工作方法，在3D打印过程中实现了芯骨功能，使砂型强度大幅度提高，并且能够打印更大尺寸砂型，拓宽了砂型3D打印机的适用范围。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种可实现芯骨功能的砂型三维打印设备，包括供料装置、铺砂装置、扫描装置、工作台和中央控制器，扫描装置包括第一喷头和第一墨盒，第一墨盒通过第一送墨管道与第一储墨罐连接，扫描装置还包括第二喷头和第二墨盒，第二喷头与所述第二墨盒连接，第二墨盒通过第二送墨管道与第二储墨罐连接，第二喷头、第二墨盒分别与第一喷头、第一墨盒并排固定在支架上，支架与导轨连接。一种可实现芯骨功能的砂型三维打印设备的工作方法，包括如下步骤：步骤一、利用常规建模软件建立所要打印的砂型的三维模型A，然后使用三维图形切片算法将模型A切片成N个二维图形，标记为Li(1≤i≤N)；设模型A的高度为H，打印层厚为h，那么N＝H/h，如果除不尽时向下取整；步骤二、使用平面多边形缩放算法将二维图形Li(1≤i≤N)按比例x(x＜1)缩小，得到缩小的二维图形，即为芯部li(1≤i≤N)，二维图形Li(1≤i≤N)除去芯部li(1≤i≤N)的部分即为外壳wi(1≤i≤N)；分别对N个二维图形进行上述处理，即可得出整个砂型的三维模型A的芯部和外壳；步骤三、将铸造用原砂与固化剂按比例混匀后倒入储砂箱中，在第一储墨罐放置第一粘结剂，在第二储墨罐放置第二粘结剂；步骤四、输入打印层厚和模型位置，然后开始打印；步骤五、铺砂装置进行铺砂打底；步骤六、扫描装置进行扫描打印，控制系统控制支架移动，在此过程中，第一喷头喷射第一粘结剂，第二喷头喷射第二粘结剂，完成一层打印后，支架回到起点；步骤七、控制系统控制工作台下降一个层厚，铺砂装置进行铺砂；步骤八、重复步骤六和步骤七，直至完成整个砂型的打印。进一步地，步骤一中的三维图形切片算法，包括如下步骤：步骤1.1、根据打印层厚和当前层数计算切片高度Mi(1≤i≤N)；步骤1.2、获得所有组成模型A的三角形面片与切片平面的所有交点；步骤1.3、将所有交点按顺序连接，即得到二维图形Li(1≤i≤N)。进一步地，步骤二中的平面多边形缩放算法，包括如下步骤：步骤2.1、获取平面多边形的中心；步骤2.2、将平面多边形的中心平移至坐标原点；步骤2.3、获取平移后的平面多边形的每个顶点坐标，并将每个顶点坐标分别乘以缩放比例x，得出缩小的平面多边形；步骤2.4、将缩小的平面多边形平移至原来的平面多边形的中心。具体地，步骤六中第一粘结剂为高强度的粘结剂，第二粘结剂为普通强度的粘结剂，所述第一喷头将高强度的粘结剂喷射在芯部所在的位置上，所述第二喷头将普通强度的粘结剂喷射在芯部以外的其余位置，即外壳所在的位置上。具体地，步骤六中第二粘结剂为高强度的粘结剂，第一粘结剂为普通强度的粘结剂，所述第二喷头将高强度的粘结剂喷射在芯部所在的位置上，所述第一喷头将普通强度的粘结剂喷射在芯部以外的其余位置，即外壳所在的位置上。本专利技术在3D打印过程中实现了芯骨功能，大幅度提高了砂型强度，解决了3D打印砂型的强度低于传统手工制作的砂型强度的问题，并且能够打印更大尺寸的砂型，解决了传统砂型3D打印设备制备的砂型尺寸偏小的问题，拓宽了砂型3D打印机的适用范围，便于3D打印技术的推广和应用。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为立体模型A的示意图；图3为图2的展开图；图4为二维图形Li的示意图；图5为二维图形Li中芯部和外壳的示意图；图6为平面多边形平移的示意图。具体实施方式图1为本专利技术的结构示意图。如图1所示，一种可实现芯骨功能的砂型三维打印设备，包括供料装置、铺砂装置、扫描装置、工作台16和控制系统，供料装置包括储砂箱1、输送管道2和驱动电机3，驱动电机3位于储砂箱1下方，输送管道2一端与储砂箱1连接，另一端与铺砂装置连接，将铸造用原砂从储砂箱1送入到铺砂装置中；铺砂装置包括漏斗4和载砂仓5；扫描装置包括第一喷头6和第一墨盒7，第一喷头6与第一墨盒7连接，第一墨盒7通过第一送墨管道9与第一储墨罐8连接，扫描装置还包括第二喷头10和第二墨盒11，第二喷头10与第二墨盒11连接，第二墨盒11通过第二送墨管道13与第二储墨罐12连接，第二喷头10、第二墨盒11分别与第一喷头6、第一墨盒7并排固定在支架14上，支架14与导轨15连接，供料装置、铺砂装置、扫描装置、工作台16分别与控制系统连接。本专利技术一种可实现芯骨功能的砂型三维打印设备的工作方法，包括如下步骤：步骤一、利用常规建模软件建立所要打印的砂型的三维模型A，然后使用三维图形切片算法将模型A切片成N个二维图形，标记为Li(1≤i≤N)；设模型A的高度为H，打印层厚为h，即3D打印过程中每层的厚度，那么N＝H/h，如果除不尽时向下取整。步骤二、使用平面多边形缩放算法将二维图形Li(1≤i≤N)按比例x(x＜1)缩小，得到缩小的二维图形，即为芯部li(1≤i≤N)，二维图形Li(1≤i≤N)除去芯部li(1≤i≤N)的部分即为外壳wi(1≤i≤N)；分别对N个二维图形进行上述处理，即可得出整个砂型的三维模型A的芯部和外壳。步骤三、将铸造用原砂与固化剂按比例混匀后倒入储砂箱1中，在第一储墨罐8放置第一粘结剂，在第二储墨罐12放置第二粘结剂。步骤四、输入打印层厚和模型位置，然后开始打印。步骤五、铺砂装置进行铺砂打底。步骤六、扫描装置进行扫描打印，控制系统控制支架14移动，在此过程中，第一喷头6喷射第一粘结剂，第二喷头10喷射第二粘结剂，完成一层打印后，支架14回到起点。步骤七、控制系统控制工作台16下降一个层厚，然后铺砂装置进行铺砂。步骤八、重复步骤六和步骤七，直至完成整个砂型的打印。其中步骤一中的三维图形切片算法，包括如下步骤：步骤1.1、根据打印层厚和当前层数计算切片高度Mi(1≤i≤N)。例如，若打印层厚为0.5mm，则第一层的切片高度M1为0.5mm，第二层的切片高度M2为1mm，第三层的切片高度M3为1.5mm，表示分别在0.5mm、1mm、1.5mm处进行切片；因为随着打印的持续进行，打印高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实现芯骨功能的砂型三维打印设备，包括供料装置、铺砂装置、扫描装置、工作台和中央控制器，所述扫描装置包括第一喷头和第一墨盒，所述第一墨盒通过第一送墨管道与第一储墨罐连接，其特征是，所述扫描装置还包括第二喷头和第二墨盒，所述第二喷头与所述第二墨盒连接，所述第二墨盒通过第二送墨管道与第二储墨罐连接，所述第二喷头、第二墨盒分别与第一喷头、第一墨盒并排固定在支架上，所述支架与导轨连接。

【技术特征摘要】
1.一种可实现芯骨功能的砂型三维打印设备，包括供料装置、铺砂装置、扫描装置、工作台和中央控制器，所述扫描装置包括第一喷头和第一墨盒，所述第一墨盒通过第一送墨管道与第一储墨罐连接，其特征是，所述扫描装置还包括第二喷头和第二墨盒，所述第二喷头与所述第二墨盒连接，所述第二墨盒通过第二送墨管道与第二储墨罐连接，所述第二喷头、第二墨盒分别与第一喷头、第一墨盒并排固定在支架上，所述支架与导轨连接。2.根据权利要求1所述的一种可实现芯骨功能的砂型三维打印设备的工作方法，其特征是，包括如下步骤：步骤一、利用常规建模软件建立所要打印的砂型的三维模型A，然后使用三维图形切片算法将模型A切片成N个二维图形，标记为Li(1≤i≤N)；设模型A的高度为H，打印层厚为h，那么N＝H/h，如果除不尽时向下取整；步骤二、使用平面多边形缩放算法将二维图形Li(1≤i≤N)按比例x(x＜1)缩小，得到缩小的二维图形，即为芯部li(1≤i≤N)，二维图形Li(1≤i≤N)除去芯部li(1≤i≤N)的部分即为外壳wi(1≤i≤N)；分别对N个二维图形进行上述处理，即可得出整个砂型的三维模型A的芯部和外壳；步骤三、将铸造用原砂与固化剂按比例混匀后倒入储砂箱中，在第一储墨罐放置第一粘结剂，在第二储墨罐放置第二粘结剂；步骤四、输入打印层厚和模型位置，然后开始打印；步骤五、铺砂装置进行铺砂打底；步骤六、扫描装置进行扫描打印，控制系统控制支架移动，在此过程中，第一喷头喷射第一粘结剂，第二喷头喷射第二粘结剂，完成一层打印后，支架回到起点；步骤七、控制系统控制工作台下...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国虎，詹泉泉，金枫，
申请(专利权)人：广东峰华卓立科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44