一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印装置及方法。包括两个在空间中并行排列的喷头，两个喷头分别装有两种直径规格的喷嘴，每个喷头下装有同种直径规格并且能够分别单独开启和闭合的若干喷嘴；每个喷头均设置有分别沿两个相垂直方向的两个导轨滑块组件，两个喷头中的大喷头打印内外轮廓之间的内部区域，小喷头打印内外轮廓处的边界区域；方法对CAD三维模型的分层并确定各分层的轮廓数据，划分每个喷头在当前分层的打印区域，确定每个喷头在各自打印区域的打印路径。本发明专利技术能够提高边界的打印精度和提高打印效率，能够独立地选择性打印，可在提高砂模打印质量的同时进一步提高打印效率。

A parallel printing device and method for a double sprinkler with different aperture nozzle

The invention discloses a sand mold parallel printing device and method for the double sprinkler and the different aperture nozzle. Including two parallel arrangement of the nozzle in the nozzle space, two nozzles are respectively provided with two kinds of diameter, each equipped with the same nozzle diameter specifications and a plurality of nozzles separately opened and closed; each nozzle equipped two guide assembly along two perpendicular directions, the internal area between print head contour two nozzles in the boundary region of small print head inside and outside of the outline; hierarchical methods of CAD 3D model and determine the contour data of each layer of the partition of each nozzle in the printing area of the current hierarchical, identifying each nozzle in the respective print path of the printing area. The invention can improve the printing accuracy and improve the printing efficiency of the boundary, and is able to print independently, improving the printing quality of the sand mold and improving the printing efficiency at the same time.

【技术实现步骤摘要】
一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印装置及方法
本专利技术涉及砂型3D打印
，尤其是涉及了一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印装置及方法。
技术介绍
砂模3D打印技术是一种正在快速得到发展的新技术，在砂模造型中的应用越来越广泛。3D打印能够对任意复杂形体进行造型，使得砂模几何设计的灵活性大幅提升。目前，国内外诸多大学和科研单位对砂模打印技术进行了深入研究。美国Exone公司、德国voxeljet公司以及中国的峰华卓立公司均已开发了自己的砂模打印机，实现产业化。日本也启动“超精密三维造型系统技术开发项目”，意在开发高效、高精度的日本国产砂模3D打印机，以提高铸造业的行业竞争力。尽管目前砂模成型设备已经初步产业化，但还存在很多问题，仍未被广泛推广，主要原因在于打印效率比较低、材料成本较高等。如果要提高打印效率，往往采取大喷头，提高砂模表面单位时间内的喷印面积，但是该方法会牺牲砂模的打印精度。为了兼顾打印效率，往往会采用多个喷嘴的面打印方式，当采用该种打印方式时，实际的轮廓线误差实际上就是喷嘴的直径，因此可以减小喷嘴尺寸控制打印误差。中国专利文献号CN105235221A，公开了一种3D打印机，通过采用装有多个喷嘴的喷头打印，解决了现有技术无法携带大量打印喷嘴及打印效率低等问题；专利文献号CN201610168437.5，采用若干个尺寸相同且依次排列的喷头串行打印砂模，提高打印效率。通过对现有技术分享以及最新的论文、专利的查阅，现有设备所采用的方法都是通过增加喷头以及在喷头上安装的多个喷嘴来提高打印效率，所安装多个喷头都是串行运动，无法根据不同边界独立运动，并且喷嘴的尺寸也是固定的，即喷嘴尺寸所决定的打印精度是不变的。因此尽管增加喷嘴数目可以提高效率，但是无法解决精度缺失问题，如果为了提高打印精度增加多个小尺寸喷嘴，那么打印效率会受到极大影响。在模型每层轮廓的内部区域，大部分打印区域时不需要控制打印精度的，而模型表面的成型精度往往取决于轮廓的边界区域，因此本专利技术针对装有均匀尺寸的多喷头且串行运动的打印装置进行改进，旨在提高砂模打印效率的同时提高砂模的打印精度。
技术实现思路
为了克服
技术介绍
中的不足，本专利技术提供一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印装置及方法。为实现上述目的，如图1所示，本专利技术的技术方案具体为：一、一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印装置：包括两个在空间中并行排列的喷头，两个喷头分别装有两种直径规格的喷嘴，每个喷头下装有同种直径规格并且能够分别单独开启和闭合的若干喷嘴。每个喷头均设置有分别沿两个相垂直方向的两个导轨滑块组件，每个喷头由各自的导轨滑块组件带动下在同一打印分层下沿两个相垂直方向移动。具体实施中建立坐标系，Z轴为分层打印方向，X和Y轴分别为同一打印分层下两个相垂直方向。每个喷头均设置有分别沿X和Y方向相垂直方向的两个导轨滑块组件，由各自的导轨滑块组件带动沿X和Y方向移动。在X和Y方向中，X方向为打印移动方向，Y方向为空程移动方向。两个喷头中的小喷头在分层打印方向上设有伸缩杆，通过伸缩杆带动喷头沿分层打印方向自由移动，避免交换打印分区时与大喷头发生干涉。大小喷头上分别均匀排列有孔径不同、个数不等的喷嘴。两个喷头中的大喷头装有较大孔径的喷嘴，两个喷头中的小喷头装有较小孔径的喷嘴。两个喷头中的大喷头打印内外轮廓之间的内部区域，小喷头打印内外轮廓处的边界区域。具体实施中，包括两个在空间中并行排列的大喷头9和小喷头7，大喷头和小喷头均连接有各自的导轨滑块组件，导轨滑块组件主要包括两根导轨和两个导轨块。所述的喷嘴与高频通断电磁阀连接，开启状态由高频通断电磁阀控制。当喷嘴进入喷印区域后，控制该喷嘴的电磁阀开启，当离开喷印区域后，该电磁阀关闭，满足在不同区域下，两个喷头相互独立地对打印区域选择性打印。本专利技术装置采用空间并行排列的双喷头，每个喷头下带有若干喷嘴，两个喷头下喷嘴的孔径不同；引入单独控制两个喷头运动轨迹的并行打印模块，两个喷头可以针对特定区域选择性地独立打印而互不干扰。二、一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印方法，包括以下步骤：1)对所需打印的CAD三维模型的分层并确定各分层的轮廓数据；2)划分每个喷头在当前分层的打印区域；3)确定每个喷头在各自打印区域的打印路径；4)依据所确定的打印路径控制两个喷头上每个喷嘴的开启和闭合进行打印；5)重复步骤2)-4)根据各分层的轮廓数据进行各个分层的打印，依次更新下一分层轮廓数据并打印下一分层。所述步骤2)中，具体步骤为：(2.1)建立当前分层下最大轮廓的最小包围矩形，最小包围矩形的两条边分别平行于打印移动方向和空程移动方向，打印移动方向和空程移动方向为分层打印面上相垂直的两个方向，过最小包围矩形沿平行于空程移动方向的边的中间点作平行于打印移动方向的直线将打印区域分为两个子区域SA和SB；(2.2)先让大小喷头分别在两个区域SA和SB中打印，如果其中一个喷头在其子区域内打印完毕，则将两个喷头同时停止打印，并记录另一个喷头的打印位置；(2.3)将小喷头升起，交换两个喷头所打印的子区域，即将两个喷头各自移动到对方的子区域，直至两个喷头在交换后各自的子区域内均打印完毕；(2.4)交换回两个喷头所打印的子区域，即将两个喷头移动到各自最开始所打印的子区域，并使(2.3)中另一个喷头移动到所记录的打印位置继续在最开始打印的子区域中继续打印直至全部打印完毕，由此以节约时间，提高打印工作效率。所述步骤步骤3)中具体步骤为：(3.1)提取当前分层的所有内、外轮廓曲线，构成原始轮廓曲线集合C；(3.2)由原始轮廓曲线集合C进行偏置处理获得偏置轮廓曲线集合C′；由原始轮廓曲线集合C和偏置轮廓曲线集合C′组成原始轮廓及其偏置轮廓集合{Ci,Ci′}；所述步骤(3.2)具体为：对于喷头下的若干喷嘴，过每个喷嘴作平行于打印移动方向的直线，按照所作直线依次穿过轮廓曲线集合C的顺序，对第i个轮廓曲线ci，ci∈C(1<i<n)，当i为奇数时，ci为外轮廓，i为偶数时，ci为内轮廓；作第i个轮廓曲线ci的偏置轮廓曲线ci′，由所有偏置轮廓曲线ci′组成偏置轮廓曲线集合C′：若ci是外轮廓曲线，则向内偏置；若ci是内轮廓曲线，则向外偏置；偏置距离为小喷头中喷嘴的直径。(3.3)对于经过每个喷嘴所作平行于打印移动方向的直线，各条直线与原始轮廓曲线集合C和偏置轮廓曲线集合C′中的轮廓曲线相交，并记录交点，在所得交点中去除直线与曲线相切的切点；(3.4)对于喷嘴下的一条直线，将其上的所有交点沿打印移动方向进行编号排序，依次为x1,x2,x3,…,xk,…,xK，k为直线上交点的序数，K为直线上交点的总数(由于去除了交点中直线与曲线相切的切点，K必为偶数)；对于小喷头下的喷嘴，若k＝2n+1，(其中n为自然数)，则控制喷嘴沿直线在交点(xk,y1)和交点(xk+1,y1)之间进行打印；对于大喷头下的喷嘴，若k＝2(2n+1)，(其中n为自然数)，则控制喷嘴沿直线在交点(xk,y1)和交点(xk+1,y1)之间进行打印。按照(3.4)中方法依次确定各个喷嘴下所作直线与轮廓的相交情况并得到各个喷嘴在当前层的打印路径。所述步骤1)中对两个喷头划分打印区域，在喷头打印移动的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印装置，其特征在于：包括两个在空间中并行排列的喷头，两个喷头分别装有两种直径规格的喷嘴，每个喷头下装有同种直径规格并且能够分别单独开启和闭合的若干喷嘴。

【技术特征摘要】
1.一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印装置，其特征在于：包括两个在空间中并行排列的喷头，两个喷头分别装有两种直径规格的喷嘴，每个喷头下装有同种直径规格并且能够分别单独开启和闭合的若干喷嘴。2.根据权利要求1所述的一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印装置，其特征在于：每个喷头均设置有分别沿两个相垂直方向的两个导轨滑块组件，每个喷头由各自的导轨滑块组件带动下在同一打印分层下沿两个相垂直方向移动。3.根据权利要求1所述的一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印装置，其特征在于：两个喷头中的小喷头在分层打印方向上设有伸缩杆，通过伸缩杆带动喷头沿分层打印方向自由移动。4.根据权利要求1所述的一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印装置，其特征在于：两个喷头中的大喷头打印内外轮廓之间的内部区域，小喷头打印轮廓处的边界区域。5.根据权利要求1所述的一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印装置，其特征在于：所述的喷嘴与高频通断电磁阀连接，开启状态由高频通断电磁阀控制。6.应用于权利要求1-5任一所述装置的一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印方法，其特征在于包括以下步骤：1)对所需打印的CAD三维模型的分层并确定各分层的轮廓数据；2)划分每个喷头在当前分层的打印区域；3)确定每个喷头在各自打印区域的打印路径；4)依据所确定的打印路径控制两个喷头上每个喷嘴的开启和闭合进行打印；5)重复步骤2)-4)根据各分层的轮廓数据进行各个分层的打印。7.根据权利要求6的一种双喷头异孔径喷嘴的砂模并行打印方法，其特征在于：所述步骤2)中，具体步骤为：(2.1)建立当前分层下最大轮廓的最小包围矩形，最小包围矩形的两条边分别平行于打印移动方向和空程移动方向，打印移动方向和空程移动方向为分层打印面上相垂直的两个方向，过最小包围矩形沿平行于空程移动方向的边的中间点作平行于打印移动方向的直线将打印区域分为两个子区域SA和SB；(2.2)先让大小喷头分别在两个区域SA和SB中打印，如果其中一个喷头在其子区域内打印完毕，则将两个喷头同时停止打印，并记录另一个喷头的打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：张树有，郭洪帅，徐敬华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33