一种旋转式异孔径喷嘴的砂模打印方法技术

本发明专利技术公开了一种旋转式异孔径喷嘴的砂模打印方法。装置中安装有两个独立打印喷头，一个可旋转式打印喷头装有若干小孔径喷嘴，另一个直线扫描式喷头装有大孔径喷嘴，喷头中每个喷嘴根据打印路径单独开启和闭合；在每层扫描打印过程中对区域内轮廓进行识别，在当前层打印区域中对存在的圆形轮廓采用旋转式喷头进行打印，消除阶梯效应引起的误差，然后对于非圆形轮廓的边界区域采用旋转喷头直线扫描打印，减小阶梯效应误差，其他区域则采用大孔径喷头直线快速打印提高打印效率。

【技术实现步骤摘要】
一种旋转式异孔径喷嘴的砂模打印方法
本专利技术涉及砂型3D打印
的一种打印处理方法，尤其是涉及了一种旋转式异孔径喷嘴的砂模打印方法。
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。该技术原理是是从3D打印技术发展而来，目前主要包括无模铸型制造技术(PCM)和选择性激光烧结覆膜砂技术(SLS)。PCM无模铸型制造技术应用较广，它是一种数组化制造综合技术，主要体现在无需铸型模具，快速、准确、柔性化制造，集成了CAD计算机三维设计、3D打印技术及数字化自动化控制技术，应用在与传统砂型铸造工艺有机结合的开发设计方面。特别适合单件、小批量、个性化、形状复杂的铸件开发和试制。PCM无模铸型制造技术最早于1996年由清华大学颜永年教授团队提出，后在广东佛山孵化，也是目前在砂型3D打印技术中应用较为广泛的技术。目前适用于PCM无模铸型制造技术的打印设备有喷墨砂型3D打印机，喷墨砂型3D打印技术由德国IngoEderer和RainerHoechsmann在1999年专利技术：首先将三维数据图形进行切片转化为二维截面图形，然后利用喷墨3D打印机在工作台上铺上一层预先混合好固化剂的砂粒，进而根据生成的截面形状控制打印喷头微滴喷射粘接剂(呋喃树脂)，打印出一个截面；工作台下降一个层厚，系统不断重复上述步骤直至完成所有截面的打印；最后将固化好的砂型从工作台中取出，去除多余未固化的砂粒，得到所需的砂型/芯。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、打印精度低等。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。为了提高打印效率，可采用多个喷头并行打印，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CN201710832638.5，公开了一种双喷头异孔径的砂模并行打印装置及其方法，通过采用装有多个喷嘴的喷头打印，对于边界轮廓区域采用小孔径喷嘴打印，解决了现有技术打印效率低以及边界区域打印精度低等问题；专利文献号CN201710832691.5，采用若干个尺寸相同且依次排列的喷头串行打印砂模，大幅提高打印效率。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增加喷头上安装的多个喷嘴来提高打印效率，通过增加装有小孔径喷嘴的喷头打印轮廓区域提供打印边界精度。但是对于当前层存在的圆形轮廓区域，尽管采用小孔径喷嘴进行直线扫描打印，也只能是减小边界区域的打印误差，仍然无法消除由阶梯误差带来的锯齿效应。
技术实现思路
为了克服
技术介绍
中的不足，本专利技术提供了一种旋转式异孔径喷嘴的砂模打印装置，提高了砂模的打印效率。该装置采用并行排列的双喷头，每个喷头下带有若干喷嘴，两个喷头下喷嘴的孔径不同；其中带有小孔径喷嘴的喷头可旋转扫描也可以直线扫描，用于打印边界区域。本专利技术装置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。为防止两个喷头运动中发生干涉，对整个打印区域划分为3个部分：圆形轮廓区域，非圆形轮廓边界区域，轮廓内部区域。装有小孔径喷嘴的喷头通过旋转打印圆形轮廓区域，通过直线扫描打印非圆形轮廓边界区域，装有大孔径喷嘴的喷头打印轮廓内部区域。该装置在提高圆形轮廓区域、边界区域打印精度以及内部区域打印效率的同时，由于采用并行打印方案，可进一步提高砂模的打印效率。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术采用砂模打印装置，砂模打印装置包括一个装有小孔径喷嘴的旋转式打印喷头和一个装有大孔径喷嘴的直线扫描式喷头的两种打印喷头，两个喷头下的喷嘴均独立开启和关闭；大孔径喷嘴的孔径为小孔径喷嘴的孔径的两倍；旋转式打印喷头包括位于旋转中心两侧布置的两组喷头组，两组喷头组各自到旋转中心的间距可调，每组喷头组均包括聚集在一起的多个小喷头；直线扫描式喷头包括聚集在一起的多个大喷头；即该装置包含喷头N1、N2，喷头N1、N2分别固定在不同底板上，N1、N2运动相互独立；喷头N1包含有两组小孔径喷嘴的旋转式打印喷头，两个喷头可绕旋转轴360度转动，N1、N2喷头下分别装有两种孔径d1、d2(d1＜d2)的若干喷嘴。方法步骤如下：1)对CAD三维模型分层并获取各层轮廓数据；2)对当前层打印区域轮廓进行识别，确定是否存在圆形轮廓，如果存在则计算圆形轮廓的圆心和半径，并转3)，否则转4)；3)根据圆形轮廓的圆心及半径确定旋转式打印喷头N1的中心坐标及其旋转半径；4)划分打印喷头在当前层的打印区域；5)根据不同打印喷头建立当前打印区域的打印路径；6)依据所确定的打印路径控制每个喷嘴的开启和关闭进行打印；7)更新下一层轮廓数据，判断是否打印完所有层的轮廓，如果是，结束，否则继续执行步骤2)直至所有层打印完毕。所述的旋转式打印喷头中，旋转中心在打印分层方向(Z方向)连接于伸缩杆，且两组喷头组和旋转中心处于同一平面，使旋转中心及两组喷头组在打印分层方向上自由移动调整高度位置；所述的旋转式打印喷头中，两组喷头组在打印扫描方向(X方向)通过伸缩杆连接到旋转中心，使该喷头组在打印扫描方向相对于旋转中心靠近/远离自由移动，调节两组喷头组之间的旋转半径，进行调整执行旋转扫描打印的范围。所述步骤2)中，对当前层打印区域轮廓进行识别，确定是否存在圆形轮廓，具体为：(2.1)对当前层所有轮廓曲线上的点构造点集D；(2.2)对第i个轮廓曲线Di∈D，1＜i＜n，n表示点集D中轮廓曲线的总数，从第i个轮廓曲线中随机选择3个点d1、d2、d3，计算由d1、d2、d3三点确定的圆，计算圆心O和半径R；(2.3)计算第i个轮廓曲线Di中所有点到圆心O的距离是否都为半径R，如果是，则存在圆形轮廓，第i个轮廓曲线为圆形轮廓，如果存在距离不为R的点，则第i个轮廓曲线不为圆形轮廓，遍历每个轮廓曲线获得该层打印区域轮廓集合中是否存在圆形轮廓的结果。所述步骤3)中确定旋转式打印喷头N1的中心坐标和旋转半径，具体为：(3.1)根据步骤2)中圆形轮廓的圆心，将旋转式打印喷头N1的中心移动到该圆心，作为旋转式打印喷头N1的旋转中心；(3.2)将伸缩杆长度调节为圆形轮廓的半径R作为旋转式打印喷头N1的旋转半径。所述步骤4)中，划分打印喷头在当前层的打印区域，具体为：(4.1)对于步骤2)中识别的圆形轮廓所在区域作为处理区域I，当前层打印区域除去圆形轮廓以外的其他轮廓边界区域作为处理区域II，边界轮廓之间的区域作为处理区域III；(4.2)在当前层打印区域执行打印时，优先采用旋转式打印喷头打印处理区域I，对于处理区域II和处理区域III采用旋转式打印喷头和直线扫描式喷头的两种喷头并行打印，提高打印效率。所述步骤5)中，根据不同打印喷头建立当前打印区域的打印路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转式异孔径喷嘴的砂模打印方法，其特征在于，/n采用砂模打印装置，砂模打印装置包括一个装有小孔径喷嘴的旋转式打印喷头和一个装有大孔径喷嘴的直线扫描式喷头的两种打印喷头，两个喷头下的喷嘴均独立开启和关闭；大孔径喷嘴的孔径为小孔径喷嘴的孔径的两倍；旋转式打印喷头包括位于旋转中心两侧布置的两组喷头组，两组喷头组各自到旋转中心的间距可调，每组喷头组均包括聚集在一起的多个小喷头；直线扫描式喷头包括聚集在一起的多个大喷头；/n方法步骤如下：/n1)对CAD三维模型分层并获取各层轮廓数据；/n2)对当前层打印区域轮廓进行识别，确定是否存在圆形轮廓，如果存在则计算圆形轮廓的圆心和半径，并转3)，否则转4)；/n3)根据圆形轮廓的圆心及半径确定旋转式打印喷头N

【技术特征摘要】
1.一种旋转式异孔径喷嘴的砂模打印方法，其特征在于，
采用砂模打印装置，砂模打印装置包括一个装有小孔径喷嘴的旋转式打印喷头和一个装有大孔径喷嘴的直线扫描式喷头的两种打印喷头，两个喷头下的喷嘴均独立开启和关闭；大孔径喷嘴的孔径为小孔径喷嘴的孔径的两倍；旋转式打印喷头包括位于旋转中心两侧布置的两组喷头组，两组喷头组各自到旋转中心的间距可调，每组喷头组均包括聚集在一起的多个小喷头；直线扫描式喷头包括聚集在一起的多个大喷头；
方法步骤如下：
1)对CAD三维模型分层并获取各层轮廓数据；
2)对当前层打印区域轮廓进行识别，确定是否存在圆形轮廓，如果存在则计算圆形轮廓的圆心和半径，并转3)，否则转4)；
3)根据圆形轮廓的圆心及半径确定旋转式打印喷头N1的中心坐标及其旋转半径；
4)划分打印喷头在当前层的打印区域；
5)根据不同打印喷头建立当前打印区域的打印路径；
6)依据所确定的打印路径控制每个喷嘴的开启和关闭进行打印；
7)更新下一层轮廓数据，判断是否打印完所有层的轮廓，如果是，结束，否则继续执行步骤2)直至所有层打印完毕。


2.根据权利要求1所述的一种旋转式异孔径喷嘴的砂模打印方法，其特征在于：所述的旋转式打印喷头中，旋转中心在打印分层方向连接于伸缩杆，且两组喷头组和旋转中心处于同一平面，使旋转中心及两组喷头组在打印分层方向上自由移动调整高度位置；所述的旋转式打印喷头中，两组喷头组在打印扫描方向通过伸缩杆连接到旋转中心，使该喷头组在打印扫描方向相对于旋转中心靠近/远离自由移动，调节两组喷头组之间的旋转半径，进行调整执行旋转扫描打印的范围。


3.根据权利要求1所述的一种旋转式异孔径喷嘴的砂模打印方法，其特征在于：所述步骤2)中，对当前层打印区域轮廓进行识别，确定是否存在圆形轮廓，具体为：
(2.1)对当前层所有轮廓曲线上的点构造点集D；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：范有，赵庆洋，
申请(专利权)人：杭州喜马拉雅信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33