3D砂模打印机制造技术

一种能够直接3D打印制造铸造行业所用砂模的3D砂模打印机。它是在机架上设置铺砂机构、喷胶打印机构、加热打印机构，在机架下方设置轨道，在轨道上设置圆形旋转砂车并在铺砂打印工位处的轨道下方设置圆形旋转砂车举升机构、旋转机构、可升降工作平台举升机构，或在轨道上设置自带可升降工作平台举升机构的矩形往复运动砂车，同时设置上位机，在上位机中安装把砂模的3D图形生成一系列2D截面图形数据的软件程序，并设置整机控制系统。整机控制系统根据上位机中的软件程序生成的截面图形点阵数据，控制和指挥各机构及圆形旋转砂车或矩形往复运动砂车动作，进行层层铺砂打印直到所有截面图层都完成、砂模制作完成。

【技术实现步骤摘要】
3D砂模打印机
本技术涉及一种铸造行业砂模制造设备，尤其是能直接3D打印制造砂模的3D砂模打印机。
技术介绍
目前，公知的3D砂模打印机构造是由送料机、胶箱、滤网、机架、进料口、铺砂器、喷胶打印头、砂箱、动力系统、电气控制系统和软件程序组成。工作时，送料机将砂和固化剂经由进料口输送进铺砂系统，树脂从胶箱经滤网过滤输送进喷胶打印头，砂箱进入工位后停止，其底部的工作台升到最高位，铺砂器运动进行铺砂，该层铺砂完毕后停止，喷胶打印头运动并根据电气控制系统的喷胶打印程序和软件程序生成的截面图形进行喷胶打印，树脂与砂和固化剂混合、胶结固化成对应的截面图形，喷胶打印头依次进行多个区块的喷胶打印直到该层喷胶打印完毕；然后铺砂器和喷胶打印头快速返回起始位置，砂箱底部的工作台下降一个预设截面层厚的行程，再进行下一层的铺砂和喷胶打印；周而复始，直到铺砂、喷胶打印流程完毕，砂模制作完成；然后砂箱移出工位并运行到下一工位，待砂模的强度达到标准后再进行吹砂出模等后期处理工艺。作为一种增材制造设备，3D砂模打印机显著降低了铸造行业的砂模制造成本，大大缩短了砂模制造工期，并有效改善了砂模制造工艺中广泛存在的高污染、重体力劳动等弊端。但是，现有的3D砂模打印机只适用于普通铸造砂、固化剂与树脂胶结固化成模这一种工艺，不适用于覆膜砂加热成模工艺，限制了3D砂模打印机的原料可选范围，而这两种工艺各具优势且都被广泛应用于铸造行业的砂模制造；铺砂器铺砂完毕后，喷胶打印头需要依次进行多个区块的喷胶打印才能将该层全部喷胶打印完毕，降低了3D砂模打印机的工作效率；铺砂和喷胶打印不能同时进行，下一层铺砂只能等上一层喷胶打印完毕才能进行，且铺砂器返回时只能空行走，降低了工作效率；在砂模制造过程中不能加快砂模固化进度，只能等砂模制造完成后停放在砂箱一段时间或作烘干处理，加长了砂模制造工期；铺砂器和喷胶打印头工作时都需要全程进行频密地往复运动，容易折断它们拖带的拖链中的胶管和排线，导致打印图形丢帧；铺砂器的铺砂均匀度需要依靠人工调节下砂口的缝隙大小来实现；胶液黏度过大或过滤不好就容易堵塞喷胶打印头，使得打印精度下降，而喷胶打印头的结构过于精细复杂，难以检测和维修，累积下去就会导致喷胶打印头损坏甚至报废；铺砂器和喷胶打印头价格高昂且整机价格高企，广大中小企业无力购买，使3D砂模打印这一先进增材制造技术难以在铸造行业推广普及。
技术实现思路
为了克服现有的3D砂模打印机不适用于热熔性覆膜砂加热成模工艺、需要依次进行多个区块的喷胶打印才能将该层喷胶打印完毕、铺砂和喷胶打印不能同时进行且铺砂器返回时只能空行走、砂模制造过程中不能加快砂模固化进度、拖链中的胶管和和排线容易折断、铺砂器的铺砂均匀度需要依靠人工调节、喷胶打印头容易被堵塞且难以检测和维修以及铺砂器和喷胶打印头价格高昂且整机价格高企的不足，本技术提供一种3D砂模打印机，该3D砂模打印机不仅能适用于普通铸造砂、固化剂与树脂胶结固化成模工艺，而且能适用于覆膜砂加热成模工艺，还能整体一次性喷胶打印即可将该层喷胶打印完毕，铺砂和喷胶打印能同时进行且能避免铺砂器返回时出现空行走的情况，在砂模制造过程中就能加快砂模固化进度，铺砂和喷胶打印机构工作时全程都不需要运动也就不必设置拖链，铺砂均匀度能实现自动调节，喷胶打印头不易被堵塞且便于检测和维修，能大幅降低铺砂和喷胶打印机构的造价进而压低整机的价格。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：在机架上设置一个通过进料口与送料机连通的、水平的、内置旋转匀砂弹簧的匀砂筒，在机架上设置一个位于匀砂筒下方的、水平的、外表面上设置若干个蓄砂孔或通长的蓄砂槽的匀砂辊，在匀砂筒底部、对应着匀砂辊顶端处设置一条矩形管状的下砂槽，下砂槽前侧面和后侧面的下边缘均与匀砂辊的顶端相挨，在匀砂辊下方设置一个倾斜的匀砂板，匀砂板下边缘与铺砂方向垂直，在匀砂筒和匀砂辊上分别设置动力装置来带动旋转匀砂弹簧和匀砂辊旋转，匀砂筒及其动力装置、匀砂辊及其动力装置和匀砂板共同组成铺砂机构，铺砂机构位于铺砂打印工位正上方且工作时整体保持静止不动；设置胶泵，胶泵的入口通过胶管、滤网连接胶箱，出口连接单向阀，单向阀的出口分别通过胶管连接共轨管和蓄能减震器，设置一套电磁阀阵列，每个电磁阀单元的入口均分别通过支胶管与共轨管的每根支歧管一一对应连接，在机架上设置一套水平的喷嘴阵列，每个电磁阀单元的出口均分别通过支胶管与喷嘴阵列的每个喷嘴一一对应连接，设置压力表监控管路中的压力，胶箱、滤网、胶管、胶泵、单向阀、共轨管、蓄能减震器、电磁阀阵列、支胶管、喷嘴阵列和压力表共同组成喷胶打印机构，喷嘴阵列位于铺砂打印工位正上方且工作时整体保持静止不动；在机架上设置一套水平的加热打印机构，加热打印机构由一套点阵电加热头、一个带有制动装置的放带辊和一个带有张力提供装置的收带辊组成，铁氟龙薄膜经放带辊放出并制动后覆盖在点阵电加热头上、再经收带辊收起并张紧，薄膜将点阵电加热头与砂面隔开，加热打印机构用适当压力与砂面相接触并对该砂层进行可控加热，加热打印机构位于铺砂打印工位正上方且工作时整体保持静止不动；在机架下方设置水平的轨道，轨道经过铺砂打印工位正下方；在轨道上设置圆形旋转砂车，砂车上设置相互绝缘的主动轮、砂车驱动机构及其控制系统、无线收发模块，砂车底盘设置为水平的、可在砂车内进行上下平移升降并能与砂车进行同步旋转的可升降工作平台，配置圆形旋转砂车时，铺砂机构、喷胶打印机构和加热打印机构分别占有可升降工作平台的一条半径，在铺砂打印工位处的轨道下方设置可升降工作平台举升机构、砂车举升机构和砂车旋转机构，在砂车旋转机构上设置绝对角度传感器，砂车驱动机构的动力电源通过主动轮接触带有低压安全直流电的轨道接入，绝对角度传感器实时读取砂车的绝对角度信息并传送到整机控制系统，命令信号通过无线收发模块与整机控制系统进行联络；或在轨道上设置矩形往复运动砂车，砂车上设置砂车驱动机构、可升降工作平台举升机构、电刷、无线收发模块、绝对位置传感器，砂车底盘设置为水平的、可在砂车内进行上下平移升降的可升降工作平台，配置矩形往复运动砂车时，铺砂机构、喷胶打印机构和加热打印机构均与铺砂方向垂直，在轨道侧边设置安全滑触线，砂车动力电源通过电刷与安全滑触线接入，绝对位置传感器实时读取砂车的绝对位置信息并传送到整机控制系统，命令信号通过无线收发模块与整机控制系统进行联络；设置上位机，在上位机中安装软件程序，包括适用于圆形旋转砂车的软件程序和适用于矩形往复运动砂车的软件程序，软件程序把砂模的3D图形生成一系列2D截面图形数据，其中，适用于圆形旋转砂车的软件程序根据每层截面图形数据和砂车的绝对角度信息来确定每层截面图形的打印数据，适用于矩形往复运动砂车的软件程序则根据每层截面图形数据和砂车的绝对位置信息来确定每层截面图形的打印数据，二者不能通用；设置整机控制系统，整机控制系统通过通讯或存储卡等方式，接收上位机中的软件程序根据砂模3D图形生成的一系列2D截面图形数据，并将之存储在内存中，控制和指挥铺砂机构、喷胶打印机构、加热打印机构、圆形旋转砂车或矩形往复运动砂车协同工作，对预设厚度的砂模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D砂模打印机，包括送料机、进料口、机架、胶箱、滤网，其特征是：在机架上设置一个通过进料口与送料机连通的、水平的、内置旋转匀砂弹簧的匀砂筒，在机架上设置一个位于匀砂筒下方的、水平的、外表面上设置若干个蓄砂孔或通长的蓄砂槽的匀砂辊，在匀砂筒底部、对应着匀砂辊顶端处设置一条矩形管状的下砂槽，下砂槽前侧面和后侧面的下边缘均与匀砂辊的顶端相挨，在匀砂辊下方设置一个倾斜的匀砂板，匀砂板下边缘与铺砂方向垂直，在匀砂筒和匀砂辊上分别设置动力装置来带动旋转匀砂弹簧和匀砂辊旋转，匀砂筒及其动力装置、匀砂辊及其动力装置和匀砂板共同组成铺砂机构，铺砂机构位于铺砂打印工位正上方且工作时整体保持静止不动；设置胶泵，胶泵的入口通过胶管、滤网连接胶箱，出口连接单向阀，单向阀的出口分别通过胶管连接共轨管和蓄能减震器，设置一套电磁阀阵列，每个电磁阀单元的入口均分别通过支胶管与共轨管的每根支歧管一一对应连接，在机架上设置一套水平的喷嘴阵列，每个电磁阀单元的出口均分别通过支胶管与喷嘴阵列的每个喷嘴一一对应连接，设置压力表监控管路中的压力，胶箱、滤网、胶管、胶泵、单向阀、共轨管、蓄能减震器、电磁阀阵列、支胶管、喷嘴阵列和压力表共同组成喷胶打印机构，喷嘴阵列位于铺砂打印工位正上方且工作时整体保持静止不动；在机架上设置一套水平的加热打印机构，加热打印机构由一套点阵电加热头、一个带有制动装置的放带辊和一个带有张力提供装置的收带辊组成，铁氟龙薄膜经放带辊放出并制动后覆盖在点阵电加热头上、再经收带辊收起并张紧，薄膜将点阵电加热头与砂面隔开，加热打印机构用适当压力与砂面相接触并对该砂层进行可控加热，加热打印机构位于铺砂打印工位正上方且工作时整体保持静止不动；在机架下方设置水平的轨道，轨道经过铺砂打印工位正下方；在轨道上设置圆形旋转砂车，砂车上设置相互绝缘的主动轮、砂车驱动机构及其控制系统、无线收发模块，砂车底盘设置为水平的、可在砂车内进行上下平移升降并能与砂车进行同步旋转的可升降工作平台，配置圆形旋转砂车时，铺砂机构、喷胶打印机构和加热打印机构分别占有可升降工作平台的一条半径，在铺砂打印工位处的轨道下方设置可升降工作平台举升机构、砂车举升机构和砂车旋转机构，在砂车旋转机构上设置绝对角度传感器，砂车驱动机构的动力电源通过主动轮接触带有低压安全直流电的轨道接入，绝对角度传感器实时读取砂车的绝对角度信息并传送到整机控制系统，命令信号通过无线收发模块与整机控制系统进行联络；或在轨道上设置矩形往复运动砂车，砂车上设置砂车驱动机构、可升降工作平台举升机构、电刷、无线收发模块、绝对位置传感器，砂车底盘设置为水平的、可在砂车内进行上下平移升降的可升降工作平台，配置矩形往复运动砂车时，铺砂机构、喷胶打印机构和加热打印机构均与铺砂方向垂直，在轨道侧边设置安全滑触线，砂车动力电源通过电刷与安全滑触线接入，绝对位置传感器实时读取砂车的绝对位置信息并传送到整机控制系统，命令信号通过无线收发模块与整机控制系统进行联络；设置上位机，在上位机中安装软件程序，包括适用于圆形旋转砂车的软件程序和适用于矩形往复运动砂车的软件程序；设置整机控制系统，整机控制系统通过通讯或存储卡等方式，接收上位机中的软件程序根据砂模3D图形生成的一系列2D截面图形数据，并将之存储在内存中，控制和指挥铺砂机构、喷胶打印机构、加热打印机构、圆形旋转砂车或矩形往复运动砂车协同工作，对预设厚度的砂模截面图层进行层层铺砂、喷胶打印或加热打印，直至所有截面图层都完成、砂模制作完成。/n...

【技术特征摘要】
1.一种3D砂模打印机，包括送料机、进料口、机架、胶箱、滤网，其特征是：在机架上设置一个通过进料口与送料机连通的、水平的、内置旋转匀砂弹簧的匀砂筒，在机架上设置一个位于匀砂筒下方的、水平的、外表面上设置若干个蓄砂孔或通长的蓄砂槽的匀砂辊，在匀砂筒底部、对应着匀砂辊顶端处设置一条矩形管状的下砂槽，下砂槽前侧面和后侧面的下边缘均与匀砂辊的顶端相挨，在匀砂辊下方设置一个倾斜的匀砂板，匀砂板下边缘与铺砂方向垂直，在匀砂筒和匀砂辊上分别设置动力装置来带动旋转匀砂弹簧和匀砂辊旋转，匀砂筒及其动力装置、匀砂辊及其动力装置和匀砂板共同组成铺砂机构，铺砂机构位于铺砂打印工位正上方且工作时整体保持静止不动；设置胶泵，胶泵的入口通过胶管、滤网连接胶箱，出口连接单向阀，单向阀的出口分别通过胶管连接共轨管和蓄能减震器，设置一套电磁阀阵列，每个电磁阀单元的入口均分别通过支胶管与共轨管的每根支歧管一一对应连接，在机架上设置一套水平的喷嘴阵列，每个电磁阀单元的出口均分别通过支胶管与喷嘴阵列的每个喷嘴一一对应连接，设置压力表监控管路中的压力，胶箱、滤网、胶管、胶泵、单向阀、共轨管、蓄能减震器、电磁阀阵列、支胶管、喷嘴阵列和压力表共同组成喷胶打印机构，喷嘴阵列位于铺砂打印工位正上方且工作时整体保持静止不动；在机架上设置一套水平的加热打印机构，加热打印机构由一套点阵电加热头、一个带有制动装置的放带辊和一个带有张力提供装置的收带辊组成，铁氟龙薄膜经放带辊放出并制动后覆盖在点阵电加热头上、再经收带辊收起并张紧，薄膜将点阵电加热头与砂面隔开，加热打印机构用适当压力与砂面相接触并对该砂层进行可控加热，加热打印机构位于铺砂打印工位正上方且工作时整体保持静止不动；在机架下方设置水平的轨道，轨道经过铺砂打印工位正下方；在轨道上设置圆形旋转砂车，砂车上设置相互绝缘的主动轮、砂车驱动机构及其控制系统、无线收发模块，砂车底盘设置为水平的、可在砂车内进行上下平移升降并能与砂车进行同步旋转的可升降工作平台，配置圆形旋转砂车时，铺砂机构、喷胶打印机构和加热打印机构分别占有可升降工作平台的一条半径，在铺砂打印工位处的轨道下方设置可升降工作平台举升机构、砂车举升机构和砂车旋转机构，在砂车旋转机构上设置绝对角度传感器，砂车驱动机构的动力电源通过主动轮接触带有低压安全直流电的轨道接入，绝对角度传感器实时读取砂车的绝对角度信息并传送到整机控制系统，命令信号通过无线收发模块与整机控制系统进行联络；或在轨道上设置矩形往复运动砂车，砂车上设置砂车驱动机构、可升降工作平台举升机构、电刷、无线收发模块、绝对位置传感器，砂车底盘设置为水平的、可在砂车内进行上下平移升降的可升降工作平台，配置矩形往复运动砂车时，铺砂机构、喷胶打印机构和加热打印机构均与铺砂方向垂直，在轨道侧边设置安全滑触线，砂车动力电源通过电刷与安全滑触线接入，绝对位置传感器实时读取砂车的绝对位置信息并传送到整机控制系统，命令信号通过无线收发模块与整机控制系统进行联络；设置上位机，在上位机中安装软件程序，包括适用于圆形旋转砂车的软件程序和适用于矩形往复运动砂车的软件程序；设置整机控制系统，整机控制系统通过通讯或存储卡等方式，接收上位机中的软件程序根据砂模3D图形生成的一系列2D截面图形数据，并将之存储在内存中，控制和指挥铺砂机构、喷胶打印机构、加热打印机构、圆形旋转砂车或矩形往复运动砂车协同工作，对预设厚度的砂模截面图层进行层层铺砂、喷胶打印或加热打印，直至所有截面图层都完成、砂模制作完成。


2.根据权利要求1所述的3D砂模打印机，其特征是：下砂槽前侧面的下边缘与匀砂辊顶端之间预留一个空档，在下砂槽两端分别设置一个支架并通过支架安装一个位于空档处的扫平辊，扫平辊上方与下砂槽前侧面的下边缘相挨，下方则与匀砂辊相切，匀砂辊旋转时通过匀砂辊齿圈和扫平辊齿轮啮合带动扫平辊旋转；自匀砂板上边缘开始设置若干条与匀砂板下边缘垂直的导砂槽，导砂槽的深度由上至下逐渐变浅、宽度由上至下逐渐变宽，且在靠近匀砂板下边缘时导砂槽完全消失变为平面，平面直至匀砂板下边缘；在匀砂板背面设置可调速电机带动的偏心轴，匀砂板下端通过轴承固定在偏心轴上、上端通过摇杆和调心轴承固定在机架上，偏心轴转动时带动匀砂板泳动。


3.根据权利要求1所述的3D砂模打印机，其特征是：在机架上同时设置两套铺砂机构，分别位于喷胶打印机构和加热打印机构的两侧即打印方向的前方和后方，两套铺砂机构的匀砂辊使用同一台伺服电机并经过减速机和同步带传动后，再分别被各自专属的单向超越离合器驱动。


4.根据权利要求1所述的3D砂模打印机，其特征是：喷嘴阵列由两块等大的矩形金属板拼合而成，在两块金属板的相向面上分别设置一排一一对应的、细密的半圆形沟槽，沟槽下端均在金属板底部开口，两块金属板拼合时相应的沟槽合并成一条完整的圆形细管作为喷嘴，在两块金属板的喷嘴上方处分别设置数量等于喷嘴总数一半、两端分别开口在金属板相向面和背面、管径大于喷嘴的孔洞作为导胶孔，喷嘴上端均轮番与不同金属板上的导胶孔一一对应连通，同任意两条相邻的喷嘴连通的两个导胶孔均分别位于不同金属板上，位于金属板背面的导胶孔开口端以便于操作的间距排列成多行且分别通过支胶管与电磁阀阵列中的每个电磁阀单元的输出端一一对应连接；在机架上设置若干套支胶管集束器，归纳整理数量庞大的支胶管；同时并排设置若干套相同的喷嘴阵列。


5.根据权利要求1所述的3D砂模打印机，其特征是：在机架上设置一套水平的、贴近铺砂平面的、位于铺砂机构和喷胶打印机构之后的高频加热器，包括一个长方形绝缘板，在绝缘板上设置多个由线圈和电容串联成的高频单元，高频单元并联并且按规律排列成阵列再连接到高频电源上...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁文涛，孙建胜，郭军，
申请(专利权)人：梁文涛，孙建胜，郭军，
类型：新型
国别省市：山东;37