3D打印铸造砂型的紧实方法技术

本发明专利技术提供了一种3D打印铸造砂型的紧实方法，其特点在于：针对3D打印铸造砂型特点，利用滚动压实原理，实现砂型紧实。即在常规3D打印设备基础上增设滚动压实装置，通过调整打印操作顺序和工艺参数，利用滚压方式对每层型砂进行物理压实，增加砂型的紧实度，进而提高砂型强度。另外，现行3D打印方法所喷洒的粘结剂是依靠自然侵润方式与原砂混合，采用本发明专利技术也可进一步促进粘结剂与原砂的混合效果。该方法解决了3D打印砂型紧实度问题，进而有效提高了砂型强度，更适应钢铁材料铸造需求。

The compaction method of 3D printing sand mold

The invention provides a compaction method for 3D printing casting sand mold, which is characterized by that according to the characteristics of 3D printing casting sand mold, rolling compaction principle is applied to achieve sand compaction. That is to add roller compacting device on the basis of conventional 3D printing equipment. By adjusting the printing operation sequence and technological parameters, we use rolling method to compacted each layer of molding sand, increase the compaction degree of sand mold, and further enhance the strength of sand mold. In addition, the binder sprayed by the current 3D printing method is mixed with raw sand by natural invasion. The invention can further promote the mixing effect of the binder and the original sand. This method solves the problem of 3D printing sand compaction, and thus effectively improves the sand mold strength and is more suitable for the casting demand of steel materials.

【技术实现步骤摘要】
3D打印铸造砂型的紧实方法
本专利技术属于铸造领域，特别提供一种3D打印铸造砂型的紧实方法，用于解决现行3D打印铸造用砂型的紧实度问题以及粘结剂与原砂的混合效果问题。
技术介绍
砂型铸造是个古老的生产技术，几千年来一直是生产铸件的主导工艺。近些年来，随着科技进步，增材制造、数字化制造正逐步进入传统制造领域。其中，利用3D打印铸造砂型，可以实现无模铸造，极大地缩短了铸造周期并提高了铸件尺寸精度，实现了数字化制造。在铸件生产过程中，砂型是可以反复回用的廉价模具，铸件的成形就是不断的制造砂型与浇注过程，所以人们对铸造厂又俗称“翻砂厂”。利用原砂和粘结剂制造砂型主要的一项指标是强度，高强度砂型是确保铸件成形尺寸、少无缺陷的重要条件。当原砂和粘结剂已经确定的情况下，为使砂型有一定的强度，通常的措施有两点：一是增加粘结剂用量，二是增加砂型紧实度。增加粘结剂用量所带来的副作用很大，如发气量大、透气性差、溃散性差等；实际生产过程中，人们多采用提高砂型紧实度的办法来增加砂型强度。传统的手工造型是靠边加砂边舂实的办法提高紧实度，机器造型也是靠加压、震动、气流冲击等物理方法提高紧实度，进而提高砂型强度。3D打印是靠逐层堆积的方法制作砂型，由于每层厚度只有0.1～3毫米，不能依靠舂实、加压以及气流冲击方法提高紧实度。由于砂层薄、自重轻，即便是采用震动方式也只能起到均匀铺砂作用，无法有效提高紧实度。实际应用过程中只能靠增加粘结剂用量来提高砂型强度，由此带来的负作用极大，严重制约了3D打印砂型技术在铸造领域的产业化应用。
技术实现思路
针对3D打印铸造砂型特点，本专利技术提供了一种新的铸造砂型紧实方法，实现了3D打印砂型的物理紧实，更适应钢铁材料铸造需求。本专利技术技术方案如下：一种3D打印铸造砂型的紧实方法，针对3D打印铸造砂型特点，利用滚动压实原理，实现砂型紧实。其特征在于：在常规3D打印砂型设备基础上，增设滚动压实装置(简称：滚压装置)，通过调整打印操作顺序和工艺参数，利用滚压方式对每层型砂进行物理压实，增加砂型的紧实度，进而提高砂型强度。另外，现行3D打印方法所喷洒的粘结剂是依靠自然侵润方式与原砂混合，采用滚压方式也可进一步促进粘结剂与原砂的混合效果。本专利技术的目的是通过以下措施实现的：本专利技术在现行3D打印砂型的基础上增设了滚压紧实操作工序，以喷粘结剂打印方法(3DP)为例，实现本专利技术需要三个基本打印步骤：第Ⅰ步：利用刮板原理布设原砂层；第Ⅱ步：利用喷墨方法对原砂层进行选择性喷粘结剂；第Ⅲ步：使用滚压装置对砂层进行滚动压实，使之具有一定的紧实度。图1为本专利技术基本步骤示意图，从中可以看出：第Ⅰ步和第Ⅱ步系目前常规3D打印砂型的基本步骤，第Ⅲ步为本专利技术所增加的步骤。本专利技术的特色在于：通过图1中的第Ⅲ步实现了砂型的滚动压实。关键点在于增加了滚压装置，并且与现行的布砂与喷粘结剂方法进行了有机配合。1)、滚压装置设计要点：(a)所述滚压装置中设有滚轮，滚轮材料可选择现行不锈钢材料；滚轮直径可选择￠20～￠200mm；滚轮压力可以通过改变自重或调节压紧装置实现；滚轮压实行程在￠0.05～￠0.20范围内可调；滚轮相对砂面的行进速度可选择15～400mm/s。(b)滚轮可以主动行走和被动拖动两种滚压方式。其中，主动行走滚压方式要求滚轮自转角速度与行进速度匹配，确保滚轮与砂面无相对滑动。(c)为了不使滚轮粘砂，可以在滚压装置中加设清扫涮结构。2)、滚动压实的操作顺序与工艺参数：(a)本专利技术采用逐层布砂、逐层喷粘结剂、逐层滚压的顺序进行压实。(b)现行3D打印方法多采用快速固化粘结剂，本专利技术要求粘结剂的固化时间应长于滚压时间。(c)通常，本专利技术应按图1步骤执行。对于特殊粘结剂，为了避免滚轮粘砂，本专利技术也可以在布砂后滚压，既将图1的第Ⅲ步与第Ⅱ步调换。特殊情况也可以间隔2～6层滚压一次。本专利技术也可以应用于选择性激光烧结方法(SLS)以及激光轮廓失效打印方法(PIRP)，其步骤和要点与喷粘结剂打印方法相似。本专利技术与现有技术相比，所具有的优点如下：(1)现行的3D打印砂型是采用松散材料堆积而成的，虽然有些设备具备振实功能，但由于砂层很薄，振实只起到了均匀填充作用。本专利技术利用滚压方式对每层型砂进行物理压实，彻底解决了现行的3D打印砂型的紧实度问题，进而提高砂型强度，更适合钢铁材料铸造工艺需求。(2)本专利技术是在现有打印设备和打印方法基础上，通过增加滚压装置，并与现行打印工艺方法进行有机配合，具有良好的设备和工艺基础，前期的理论依据和应用实践充分，便于实际应用。(3)本专利技术的原理和基本步骤可适用于现行的喷粘结剂打印方法(3DP)、选择性激光烧结打印方法(SLS)以及激光轮廓失效打印方法(PIRP)。(4)现行3D打印方法所喷洒的粘结剂是依靠自然侵润方式与原砂混合，本专利技术所采用的滚压方式也可进一步促进粘结剂与原砂的混合效果。附图说明图1本专利技术基本步骤示意图((从左到右依次为第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ步)。图2为滚压装置原理示意图。附图标记：1、托板，2、原砂，3、轮廓形线，4、粘结固化，5、滚动压实装置，51、滚轮体，52、压紧装置，53、驱动装置。具体实施方式实施例以自硬呋喃树脂为粘结剂，加入量3％；以SiO2含量≥95％、粒度为70/140的石英砂为原砂材料；以水轮机转轮铸件的某一块砂型为打印对象；采用带有滚动压实装置5的1500×800毫米喷粘结剂自硬打印设备，滚动压实装置包括滚轮体51、压紧装置52以及驱动装置53，其中滚轮体51选用￠60mm直径滚轮。第Ⅰ步：使用原砂材料，利用刮板原理进行布砂，每层厚度0.25毫米。第Ⅱ步：对原砂材料进行选择性喷粘结剂，用量为原砂3％。第Ⅲ步：利用滚动压实装置5，对砂层进行逐层滚动压实。重复Ⅰ～Ⅲ步，反复操作，最终得到高于松散固化型砂约20％强度的砂型。上述实施例只为说明本专利技术的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本专利技术的内容并据以实施，并不能以此限制本专利技术的保护范围。凡根据本专利技术精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印铸造砂型的紧实方法，其特征在于：在常规3D打印设备基础上，增设滚动压实装置，调整打印操作顺序和工艺参数，利用滚压方式对每层型砂进行物理压实。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印铸造砂型的紧实方法，其特征在于：在常规3D打印设备基础上，增设滚动压实装置，调整打印操作顺序和工艺参数，利用滚压方式对每层型砂进行物理压实。2.按照权利要求1所述3D打印铸造砂型的紧实方法，其特征在于：所述滚动压实装置中设有滚轮，滚轮直径为￠20～￠200mm；滚轮压实行程在￠0.05～￠0.20范围内可调；滚轮相对砂面的行进速度为15～400mm/s。3.按照权利要求1或2所述3D打印铸造砂型的紧实方法，其特征在于：所述滚动压实装置中，滚轮材料为不锈钢材料。4.按照权利要求1或2所述3D打印铸造砂型的紧实方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈瑞，熊云龙，宋照伟，田雨，赵黎庭，
申请(专利权)人：沈阳铸造研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21