本发明专利技术涉及一种水玻璃砂挤出微锤三维打印微波固化方法及装置，所述装置包括xy两轴移动机构、喷嘴机构、微波发射机构和升降工作台，喷嘴机构包括壳体、橡胶喷嘴、升降机构、凹凸导柱和梨形微锤头，壳体下端设置有橡胶喷嘴，空腔内设置有凹凸导柱，凹凸导柱下方设置有微锤头，微锤头设置在橡胶喷嘴内，凹凸导柱固定在升降机构上，升降机构用于通过带动凹凸导柱上下移动，使得空腔内的混合浆料由橡胶喷嘴流到升降工作台上，并通过带动凹凸导柱带动微锤头上下移动，对升降工作台上的混合浆料进行锤击，微波发射机构用于向升降工作台上的混合浆料发射微波，对混合浆料进行靶向固化。可实现直接挤出混砂料(免清理)、微锤击造型和微波靶向固化。
【技术实现步骤摘要】
一种水玻璃砂挤出微锤三维打印微波固化方法及装置
本专利技术涉及一种水玻璃砂绿色铸造领域，具体涉及一种水玻璃砂挤出微锤三维打印微波固化方法及装置。
技术介绍
砂型三维打印技术是目前国际上成型工艺中备受关注的焦点。传统的砂型流程一般是：CAD设计→预处理→工装夹具制造→砂型制造→铸造，周期在4周甚至更长；而三维打印的流程是：CAD设计→预处理→砂型打印→铸造，最快的话5天就可以完成，交货期按“天”计算而不是按“周”，省去了大量昂贵、繁琐的中间环节，还可加工传统方法难以制造的零件材质，如梯度材质零件、多材质零件等，有利于新材料的设计。传统砂型铸造零件的结构越复杂，砂型制作的难度也会越复杂，这时候只有通过精巧的设计才能在不互相干涉的情况下拼出来一个需要的型腔进行铸造，极度依赖工人的水平。三维砂型打印技术制造模具不再需要制作模样和芯盒，同时可以自动化、高精度地制造砂型，避免了组装带来的精度误差，砂型质量稳定，工艺周期被大大地缩短，降低了制造成本。常见的砂型或砂芯主要采用了激光立体光刻、选择性激光烧结、微滴喷射等三维打印工艺，其中激光立体光刻主要用于陶瓷壳型和型芯的直接成形，选择性激光烧结成形基于有机树脂的覆膜砂壳型及型芯，微滴喷射可喷射树脂制备树脂砂型。微滴喷射的方案是一层一层堆叠砂子，再通过喷嘴按照零件截面的形状喷射树脂(例如冷成型呋喃树脂、酚醛树脂等)，就可以将砂子粘结在一起，通过反复的铺砂和选择性喷射粘结用树脂的操作，实现了极为复杂的几何结构的造型，是最有代表性的砂型三维打印方法。微喷射粘结三维打印技术从成形陶瓷壳型开始，慢慢地扩展到了成形砂型。早在1990年，Sachs等人就首次采用微滴喷射技术喷射溶胶分层粘结氧化铝粉末，成功的制备氧化铝陶瓷壳型和型芯。Moon对微喷射粘结快速成形陶瓷的过程进行了研究，发现除了粘结剂溶液的粘度和表面张力外，粉末颗粒表面粗糙度和粉层孔隙尺寸对粘结剂在粉屋屮的渗透深度也有影响，当粘结剂渗透深度小于分层厚度时，则制件强度明显降低。Vaezi通过实验察了分层原度和粘结剂喷射量对制件的整性、力学性能、表面质量和尺寸精度的影响。美国ZCorp公司针对陶瓷壳型开发的工艺，该工艺使用的材料为公司自行研制的淀粉基粉末和石膏基粉末，工艺主要用于有色金属铸造；美国SoligenTechnology公司开发的DSPC工艺，该工艺的粉末材料为陶瓷基粉末，粘结剂为硅溶胶，主要用于中小型陶瓷壳型的快速成形，成形的壳型不适用于饶注高温合金；德国Generis公司幵发的GS工艺主要用于砂型的快速制造，该工艺首先对粉层喷射粘结剂，然后经喷头选择性喷射催化剂固化型砂成形，这给后期清理带来较大的困难，且材料的回收利用率低。国内方面，清华大学与北京殷华激光快速成形及模具技术有限公司共同研发的工艺，该工艺主要用于大中型树脂砂型的快速成形，其喷射系统采用两个喷嘴，一个用于喷射呋喃树脂，另一个用于喷射固化剂，该工艺成形的砂型精度偏低，发气量大；佛山峰华卓立制造技术有限公司与清华大学合作研究的系列快速成形设备主要用于砂型的快速制造其基本工艺是采用气动式喷头按先后顺序喷射树脂粘结剂体系(普通商业呋喃树脂粘结剂和配套的酸性固化剂)，从而使硅砂粘结成形；李晓燕等人利用自行开发的微喷射粘结快速成形系统进行了石膏基粉末材料的成形试验，并分析了喷射参数和铺粉参数对制件组织和性能的影响。宁夏共享模具公司自主研制了砂型打印机，这台机器是两个工作箱同时造型，单个工作箱的打印空间达到了2.2米×1.5米×0.7米，是目前世界上体积最大的砂型3D打印机，所开发的树脂打印头将喷嘴阵列化，单次打印的面积大，效率相应提高，通过优化供墨系统保证了打印的连续性，通过设置额外的调节拉伸装置，在打印头长期工作后进行方向的校准，保证了打印的精度；其铺砂器通过巧妙设置二次刮砂板、将下砂口改为2-8mm区间可调，砂料的粒度、酸耗值、微观形态等参数也进行了调整，并采用了自制的树脂固化剂。华中科技大学的叶春生等人专利技术了一种水玻璃砂型快速成形方法，该方法探讨了使用微波作为固化方式的三维打印方法，该方法采用了粘结剂喷射和型砂铺设两个动作，粘结剂和型砂混合不均匀，固化中也没有对型砂进行致密化处理，成形后还需要清除没有粘结剂的支撑砂；特别是该专利技术中将微波加热装置置于工作台正上方，当其下降到工作台表面时开启微波，这种没有采用防护罩的微波设计方法存在泄露的危害，而且微波能量源过于靠近工作台，也存在相互碰撞而损坏精密产生微波能量源设备的可能，微波能量没有引导而往四面八方同步辐射，会大大降低微波效率。纵观国内外砂型三维打印的研究现状，可以发现，主要集中于成形基于呋喃、酚醛等的树脂砂或者树脂覆膜砂，极少量采用了水玻璃砂，使用的树脂粘结剂往往毒性很大；为了进一步提高强度，树脂砂使用量非常大；造型完毕后往往还需要后期清理工艺，以便清除砂箱中没有固化的余砂。可实现直接挤出混砂料(免清理)、微锤击造型再使用定向微波导线固化的水玻璃砂三维打印工艺。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述问题，提供一种水玻璃砂挤出微锤三维打印微波固化方法及装置。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种水玻璃砂挤出微锤三维打印微波固化装置，包括xy两轴移动机构、喷嘴机构、微波发射机构、升降工作台，升降工作台上方设置有喷嘴机构和微波发射机构，所述喷嘴机构和微波发射机构均固定在xy两轴移动机构上，所述喷嘴机构包括壳体、橡胶喷嘴、升降机构、凹凸导柱和梨形微锤头，所述壳体内设置有用于放置混合浆料的空腔，空腔下方设置有出口通道，出口通道下端设置有橡胶喷嘴，空腔内设置有凹凸导柱，凹凸导柱下方设置有微锤头，微锤头设置在橡胶喷嘴内，凹凸导柱固定在升降机构上，升降机构用于通过带动凹凸导柱上下移动，将空腔内的混合浆料由橡胶喷嘴挤到升降工作台上，并通过带动凹凸导柱带动微锤头上下移动，对升降工作台上的混合浆料进行锤击，微波发射机构用于向升降工作台上的混合浆料发射微波，对混合浆料进行靶向固化，xy两轴移动机构用于带动喷嘴机构和微波发射机构在水平面上沿X轴或Y轴移动。进一步的，所述xy两轴移动机构、喷嘴机构和微波发射机构均位于外部微波隔离防护罩内。一种水玻璃砂挤出微锤三维打印微波固化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、向水玻璃砂粒中添加水玻璃粘结剂和占砂粒重量的-％的外添加剂，得到混合浆料；所述外添加剂包括、抗吸湿剂、吸波剂和流动促进剂；步骤2、将混合浆料注入三维打印机的喷嘴机构的空腔内，升降工作台移动到预设高度；步骤3、喷嘴机构按照预设程序移动到相应位置，将混合浆料挤出到工作台上；喷嘴机构内的凹凸导柱带动微锤头上下轻微锤击混合浆料，形成当前砂样层形状；步骤4、喷嘴机构带动微波发射机构按照预设路径路径沿X轴或Y轴在水平面上运动，微波发射机构对各个位置的砂样层进行微波靶向固化；步骤5、当前砂样层微波靶向固化完毕后，升降工作台向下移动预设位置后，判断砂型三维打印是否完成，若是，则转入下一步，若否，则转入步骤3；步骤7、三维打本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水玻璃砂挤出微锤三维打印微波固化装置，其特征在于，包括xy两轴移动机构、喷嘴机构、微波发射机构、升降工作台，所述升降工作台上方设置有喷嘴机构和微波发射机构，所述喷嘴机构和微波发射机构均固定在xy两轴移动机构上，所述喷嘴机构包括壳体(1)、橡胶喷嘴(2)、升降机构、凹凸导柱(3)和梨形微锤头(4)，所述壳体(1)内设置有用于放置混合浆料(5)的空腔，空腔下方设置有出口通道，出口通道下端设置有橡胶喷嘴(2)，空腔内设置有凹凸导柱(3)，凹凸导柱(3)下方设置有微锤头(4)，微锤头(4)设置在橡胶喷嘴(2)内，凹凸导柱(3)固定在升降机构上，升降机构用于通过带动凹凸导柱(3)上下移动，将空腔内的混合浆料(5)由橡胶喷嘴(2)挤到升降工作台上，并通过带动凹凸导柱(3)带动微锤头(4)上下移动，对升降工作台上的混合浆料(5)进行锤击，微波发射机构用于向升降工作台上的混合浆料(5)发射微波，对混合浆料(5)进行靶向固化，xy两轴移动机构用于带动喷嘴机构和微波发射机构在水平面上沿X轴或Y轴移动。/n
【技术特征摘要】
1.一种水玻璃砂挤出微锤三维打印微波固化装置，其特征在于，包括xy两轴移动机构、喷嘴机构、微波发射机构、升降工作台，所述升降工作台上方设置有喷嘴机构和微波发射机构，所述喷嘴机构和微波发射机构均固定在xy两轴移动机构上，所述喷嘴机构包括壳体(1)、橡胶喷嘴(2)、升降机构、凹凸导柱(3)和梨形微锤头(4)，所述壳体(1)内设置有用于放置混合浆料(5)的空腔，空腔下方设置有出口通道，出口通道下端设置有橡胶喷嘴(2)，空腔内设置有凹凸导柱(3)，凹凸导柱(3)下方设置有微锤头(4)，微锤头(4)设置在橡胶喷嘴(2)内，凹凸导柱(3)固定在升降机构上，升降机构用于通过带动凹凸导柱(3)上下移动，将空腔内的混合浆料(5)由橡胶喷嘴(2)挤到升降工作台上，并通过带动凹凸导柱(3)带动微锤头(4)上下移动，对升降工作台上的混合浆料(5)进行锤击，微波发射机构用于向升降工作台上的混合浆料(5)发射微波，对混合浆料(5)进行靶向固化，xy两轴移动机构用于带动喷嘴机构和微波发射机构在水平面上沿X轴或Y轴移动。
2.根据权利要求1所述的水玻璃砂挤出微锤三维打印微波固化装置，其特征在于，所述xy两轴移动机构、喷嘴机构和微波发射机构均位于外部微波隔离防护罩(14)内。
3.一种水玻璃砂挤出微锤三维打印微波固化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、向水玻璃砂粒中添加水玻璃粘结剂和占砂粒重量的0.1-3％的外添加剂，得到混合浆料(5)；所述外添加剂包括、抗吸湿剂、吸波剂和流动促进剂；
步骤2、将混合浆料(5)...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪华方，苏桐，刘博涵，高祥，汪天歌，张武，汪泉润，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。