一种3D打印的整体式砂芯内腔多余砂料的清理方法技术

本发明专利技术涉及一种3D打印的整体式砂芯内腔多余砂料的清理方法，所述砂芯为整体式的3D打印砂芯，砂芯内设有若干腔道，腔道内堆叠未粘结的散砂，所述砂芯的各个表面开设若干与内部的腔道连通的排砂孔，清除砂芯内腔的散砂时，首先进行初步振动清砂：通过振动的方式将内腔的散砂分别从各排砂孔振动排出进行初步清砂；然后进行流体冲刷清砂：向砂芯内腔以一定流速注入流体，并不断改变进流和出流方向以改变流体在腔道内的流向，使流体流经并冲刷砂芯的内腔通道，通过流体的冲刷剥离作用冲击腔道内壁低硬度过渡砂层，冲落的砂料随流体排出。本发明专利技术的方法增设与内腔连接的若干排砂，孔通过振动排砂和流体冲刷排砂可以实现整体式3D打印砂芯内腔通道的清砂。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印的整体式砂芯内腔多余砂料的清理方法
本专利技术涉及3D打印砂型的辅助清砂工艺
，特别涉及一种3D打印的整体式砂芯内腔多余砂料的清理方法。
技术介绍
3D打印通过增材制造方法给传统制造领域带来了革命性影响，在多个领域体现了强大的优势。比如直接打印具有复杂结构的零件，模具等，可以缩短周期，降低研发成本，将制造业带进柔性化生产的新天地。但是目前3D打印技术主要还停留在小批量研发试制，或小批量定制阶段，还远没有走向批量柔性化制造。究其原因，除了成本和效率方面的影响外，还有一个主要的影响因素就是3D整体打印零件多余材料的去除困难。主流的3D打印技术可以分为两种，一种是层状堆叠方法，另一种是粉体选择性硬化，包括激光烧结，喷射粘接等。利用层状堆叠方法打印结构复杂的零件时通常需要繁多的支撑，外表面支撑比较容易去除，但是内部腔体结构的支撑往往难以去除。相比较而言，使用粉体选择性硬化方案进行零部件打印时不需要支撑，具有更大优势。铸造3D打印砂芯即采用此种技术方案。铸造3D打印技术是对砂粒逐层选择性喷射粘结剂进行打印的，砂粒的选择从直径ø0.1mm(140目)到直径ø0.4mm(40目砂粒直径为0.38mm)不等。在铸造3D打印机工作时，每铺一层砂粒，随之选择性喷射一次粘结剂，砂粒之间本身就有一定摩擦力，在铺砂操作时又给予了一定的压力，使砂粒铺设的紧实度较好。另外目前单液料的打印机，砂粒会预混入催化剂，砂粒流动性差，在复杂砂芯打印完成后，内部腔道里的多余砂粒无法通过简单倾倒去除。另一方面，粘结剂在砂粒空隙间的扩散，使砂芯表面粘附一层低硬化度的砂粒，引入了砂芯表面清理的问题，使复杂砂芯内部腔道的清理更加困难。针对这一问题，当前多采用的方式是将砂芯拆分成多块砂芯，使内部腔道也裸露，使用压缩空气清理，这种方法带来了后续的组装操作，也引入了装配偏差和缝隙问题，使3D打印丧失了直接生产复杂零件的优势。本文将就整体打印复杂砂芯的内部清理问题提出一种解决方案。
技术实现思路
本专利技术的针对现有技术中复杂内腔的砂芯结构整体3D打印后不便于内腔清砂的问题，提供一种3D打印的整体式砂芯内腔多余砂料的清理方法，以解决复杂内腔砂芯的清砂问题。本专利技术的目的是这样实现的，一种3D打印的整体式砂芯内腔多余砂料的清理方法，所述砂芯为整体式的3D打印砂芯，砂芯内设有若干腔道，腔道内堆叠未粘结的散砂，其特征在在于，所述砂芯的各个表面开设若干与内部的腔道连通的排砂孔，清除砂芯内腔的散砂时，首先进行初步振动清砂：通过振动的方式将内腔的散砂分别从各排砂孔振动排出进行初步清砂；然后进行流体冲刷清砂：向砂芯内腔以一定流速注入流体，并不断改变进流和出流方向以改变流体在腔道内的流向，使流体流经并冲刷砂芯的内腔通道，通过流体的冲刷剥离作用冲击腔道内壁低硬度过渡砂层，冲落的砂料随流体排出。本专利技术的砂芯内腔通道散砂的清除方法中，将原本封闭的内部腔道开通若干与表面连通的排砂孔，打印内部腔道与外界的连接，然后通过振动方式使腔道内的未粘接硬化的散砂分别从各排砂孔排出进行初步的清砂，经初步清砂后的内部腔道由于粘结剂的作用表面还有一层一定硬化强度的表面过渡层需要去除。此表面过渡层型砂强度低，又具有一定厚度，从而会影响铸件的表面质量，尺寸精度和内部夹杂缺陷，所以必须去除。经初步清砂，内部通道已经打通，本专利技术的方法中，使用运动的流体对内部腔道表面进行清理，流体具有不定形的特点，可以无孔不入，在通道内流动时对壁面形成摩擦作用，将表面粘附的过渡层剥离并输运。运动的流体可以剥离粘附的壁面上的砂粒原因在于打通的通道内壁表面的砂粒为单边粘附，高速定向运动的流体分子将对砂粒形成冲击作用，从而逐步清除过渡砂层，并随流动的流体从出流口排出。然后向初步清砂的腔道内灌入适量的钢珠，将并钢珠封闭在腔道内，通过振动使钢珠撞击腔道壁低硬化的过滤砂层，逐步将过渡砂层的砂击落，最后经排砂孔排出钢珠和散砂，完成整体式砂芯内道腔道的清砂过程。为进一步便于实现砂芯内部通道与外表面的连通，所述砂芯内腔结构突变的部位至少开设一个与最近表面连接的排砂孔，所述结构突变指砂芯腔道内通径尺寸突变的部位或砂芯腔道轮廓曲率有突变的部位。本专利技术的结构中，在砂芯结构突变的部位开设与最近表面连接的排砂孔，可以将复杂的内腔结构通过排砂孔与外部连通，以便于腔道内散砂的排出。为便于排砂内排砂孔部位的封堵，所述排砂孔为与邻近的内部腔道连通的直孔，所述排砂孔直径为4—50mm。因砂芯开排砂孔的部位原属于封闭的部位，清砂处理后需将排砂孔封堵还原砂芯原结构状态，本结构中，直孔结构的排砂孔，封堵方便，并且封堵后的密闭性好。为便于初步清除腔道内的散砂，振动清砂初步振动清砂过程具体包括如下步骤：第一步，将3D打印砂芯固定在振动台上，使有排砂孔的其中一个砂芯表面向下，并使排砂孔保持排砂畅通；第二步，对振动台施加变交振动一定时间，使与向下排砂孔连通的腔道内的散砂逐步排出；第三步，翻转砂芯使其它有排砂孔或有开口的砂芯表面向下，重复第一步和第二步的排砂过程；继续翻转砂芯重复第一步和第二步的排砂过程，直至所有的有排砂孔及有开口的表面均经向下放置并振动后均无散砂排出为止。本方法的初步清砂方法，实现一种振动倾倒排砂腔道内散砂的过程，具体为：砂芯振动排砂过程中，未硬化的多余砂粒，由于本身的表面摩擦和设备的压实操作而建立了较为稳定的堆积体，从而无法发挥砂粒本身的流动性。给砂芯施加一个整体振动可以打破这种稳定堆积体。振动对砂粒的实际作用是使砂粒瞬间获得高速运动，即获得较大的加速度，根据牛顿第二定律，砂粒在自身重量作用下产生惯性力，从而脱离其他砂粒的摩擦作用，而运动到新的位置。这种振动作用下的脱离效应离排砂孔最近砂粒表现最为突出，从而在惯性力作用下极易逃脱摩擦作用，并在自身重力下获得流动性，并从就近的向下的排砂孔流出，离排砂孔最近的表面砂粒逐渐被清理，同时砂粒表面逐渐向内推移，通道逐渐打通。同时在振动的作用下，砂粒无法在表面摩擦的作用下建立锥形堆积，砂粒将发生水平输运行为，将同高度的砂粒输运至流砂口，从而达到去除内腔通道绝大多数多余砂粒的效果。为进一步加快排砂速度，砂芯随振台振动时，向下的排砂孔外部设有负压抽吸管路用于辅助排砂。进一步的，初步振动清砂过程中，砂芯的振动为频率为1—31Hz，振幅应小于1mm的交变振动。为便于排砂孔孔径过小而不易与内部腔道连通，初步振动清砂前，对靠近各砂芯表面的排砂孔及开口部位的散砂进行机械疏通。流体冲刷清砂过程中，将与砂芯的内腔通道连通的表面开口中设置至少一个进流口和至少一个出流口，进流口与进流供流管路连接，出流口与出流管路连接用于收集出流流体和排出的砂料，同时封堵其它开口，向进流口以一定的流量注入冲刷流体，对进流口与出流口之间的内腔通道进行流体冲刷，以冲刷腔道表面的过渡砂层，冲刷3—5分钟后，切换出流口，或同时切换进流口和出流口，以改变流体流向，继续冲刷3—5分钟，再次改变流体流向，直至砂芯内腔的各通道内壁均经流体冲刷清砂后，完成内腔过渡砂层的冲刷清理。通过本专利技术的上述流体冲刷过程，砂芯内部腔道上的过渡砂层完全冲蚀掉并随流体排出。上述流体冲刷过程，对于内部通道结构非常复杂的砂芯，存在大量弯折管道和分岔，流体在此类管道内的流动状态无法通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印的整体式砂芯内腔多余砂料的清理方法，所述砂芯为整体式的3D打印砂芯，砂芯内设有若干腔道，腔道内堆叠未粘结的散砂，其特征在在于，所述砂芯的各个表面开设若干与内部的腔道连通的排砂孔，清除砂芯内腔的散砂时，首先进行初步振动清砂：通过振动的方式将内腔的散砂分别从各排砂孔振动排出进行初步清砂；然后进行流体冲刷清砂：向砂芯内腔以一定流速注入流体，并不断改变进流和出流方向以改变流体在腔道内的流向，使流体流经并冲刷砂芯的内腔通道，通过流体的冲刷剥离作用冲击腔道内壁低硬度过渡砂层，冲落的砂料随流体排出。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印的整体式砂芯内腔多余砂料的清理方法，所述砂芯为整体式的3D打印砂芯，砂芯内设有若干腔道，腔道内堆叠未粘结的散砂，其特征在在于，所述砂芯的各个表面开设若干与内部的腔道连通的排砂孔，清除砂芯内腔的散砂时，首先进行初步振动清砂：通过振动的方式将内腔的散砂分别从各排砂孔振动排出进行初步清砂；然后进行流体冲刷清砂：向砂芯内腔以一定流速注入流体，并不断改变进流和出流方向以改变流体在腔道内的流向，使流体流经并冲刷砂芯的内腔通道，通过流体的冲刷剥离作用冲击腔道内壁低硬度过渡砂层，冲落的砂料随流体排出。2.根据权利要求1所述的3D打印的整体式砂芯内腔多余砂料的清理方法,其特征在于，所述砂芯内腔结构突变的部位至少开设一个与最近表面连接的排砂孔，所述结构突变指砂芯腔道内通径尺寸突变的部位或砂芯腔道轮廓曲率有突变的部位。3.根据权利要求1所述的3D打印的整体式砂芯内腔多余砂料的清理方法,其特征在于，所述排砂孔为与邻近的内部腔道连通的直孔，所述排砂孔直径为4—50mm。4.根据权利要求1所述的3D打印的整体式砂芯内腔多余砂料的清理方法,其特征在于，初步振动清砂过程具体包括如下步骤：第一步，将3D打印砂芯固定在振动台上，使有排砂孔的其中一个砂芯表面向下，并使排砂孔保持排砂畅通；第二步，对振动台施加变交振动一定时间，使与向下排砂孔连通的腔道内的散砂逐步排出；第三步，翻转砂芯使其它有排砂孔或有开口的砂芯表面向下，重复第一步和第二步的排砂过程；继续翻转砂芯重复第一步和第二步的排砂过程，直至所有的有排砂孔及有开口的表面均经...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭凡，王洪涛，
申请(专利权)人：宁夏共享模具有限公司，
类型：发明
国别省市：宁夏,64