本发明专利技术属于增材制造领域，公开的一种铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法及装置。该方法是将3D打印用原砂预先混合固化剂，采用铺砂装置将混合了固化剂的原砂均匀铺设在可升降工作平台上，计算机根据模型的当前层截面信息，控制打印喷头喷射粘结剂，完成当前层图案的打印成形，之后驱动高能束流系统沿着当前层截面图案的内外轮廓扫描，加热烧蚀喷射了粘结剂的砂型，完成当前层图案的精确成形；之后计算机驱动工作平台下降固定层厚距离，层层铺砂、层层喷射粘结剂以及层层加热烧蚀图案内外轮廓，最终完成砂型的成形制造。采用本方法制造的砂型具有几何精度高，表面易清砂等优点，具有很强的推广应用价值。具有很强的推广应用价值。具有很强的推广应用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法及装置
[0001]本专利技术属于增材制造领域，具体涉及一种铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法及装置。
技术介绍
[0002]砂型3D打印技术是一种基于分层制造原理的砂型快速制造技术。目前，砂型3D打印技术大都是基于粉床的快速成形方法，在砂型3D打印过程中重复铺砂和打印工序，层层制作，最终打印成所需砂型。在砂型3D打印过程中，喷射的粘结剂通过在型砂颗粒之间的孔隙中自由的渗透扩散实现型砂颗粒的粘结。目前采用该方法制造的砂型表面通常粘附有一层没有强度的浮砂，需要在后期清砂过程中进行清理。由于浮砂与打印的砂型表面具有一定的粘附力，很难仅仅借助工业吸尘器产生的负压气流实现浮砂清理。在实际生产过程中，通常需要人工借助毛刷手动清理砂型表面浮砂。
[0003]目前的砂型3D打印成形装置仍存在以下问题：
[0004]1、打印喷头喷射的粘结剂在砂层中处于弱约束渗透及扩散，打印砂型内外轮廓精度低；
[0005]2、复杂结构砂型表面浮砂自动清理困难。
技术实现思路
[0006]针对目前的砂型3D打印成形装置仍存在打印砂型内外轮廓精度低以及复杂结构砂型表面浮砂自动清理困难等问题，本专利技术提出了一种铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法及装置。
[0007]铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法是，在可升降工作平台上逐层铺设混合了固化剂的型砂，并根据砂型的当前层截面信息，驱动打印喷头喷射粘结剂，实现当前层砂型的打印成形，之后驱动高能束流系统控制高能束流沿打印砂型的内外轮廓进行扫描，完成当前层砂型内外轮廓的加热烧蚀，完成当前层砂型的制作，层层铺砂，层层打印，层层烧蚀，完成整个砂型的微滴喷射和高能束流复合成形。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法按以下步骤进行：
[0009]步骤1：计算机控制可升降工作平台下降一定距离，驱动铺砂装置在可升降工作平台表面均匀铺设原砂颗粒作为底砂，铺设完成后取出铺砂装置中的原砂；
[0010]步骤2：将原砂颗粒与固化剂按照一定的比例进行均匀混合，并将混合后的型砂送入铺砂装置中；
[0011]步骤3：计算机控制可升降工作平台下降固定层厚，驱动铺砂装置在可升降工作平台上均匀铺设一层混合了固化剂的型砂；
[0012]步骤4：计算机根据模型的当前层截面信息，控制打印喷头喷射粘结剂，之后控制高能束流沿着打印砂型截面内外轮廓进行扫描；
[0013]步骤5：当铺砂装置中储存的混合了固化剂的型砂充足时，重复步骤3、步骤4，当铺砂装置中储存的混合了固化剂的型砂不足时，先执行步骤2，再重复步骤3、步骤4；
[0014]步骤6：重复步骤5，层层铺砂、层层打印粘结剂以及层层加热烧蚀砂型内外轮廓，直至最终逐层堆积完成砂型的微滴喷射和加热烧蚀复合成形；
[0015]步骤7：取出及清理砂型。
[0016]进一步地，铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法，所述打印喷头是采用组合阵列式设计，通过往复扫描式打印粘结剂，实现当前层砂型的打印成形。
[0017]进一步地，铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法，所述打印喷头是采用单喷嘴设计，按照当前层砂型截面填充路径进行粘结剂喷射，实现当前层砂型的打印成形。进一步地，铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法，所述高能束流可以是激光束或者电子束，其扫描工作直径在0.10mm
‑
0.20mm。
[0018]进一步地，铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法，所述粘结剂为有机或无机粘结剂。
[0019]进一步地，铸造砂型微滴喷射和高能束流合成形方法，所述原砂为石英砂、陶粒砂、铬铁矿砂、锆英砂、橄榄石砂中的一种或多种。
[0020]本专利技术具有以下优点：
[0021]1、实现了复杂砂型芯的微滴喷射和高能束流复合制造，提高了砂型芯的制造精度。
[0022]2、通过高能束流加热烧蚀有效的减弱了打印喷头喷射的粘结剂在砂层中渗透扩散造成的成形砂型表面的型砂粘结力，使得砂型表面粘砂容易清理。
附图说明
[0023]图1，铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形装置示意图；
[0024]图2，单层砂型打印浮砂区示意图；
[0025]图3，高能束流系统工作路径示意图；
[0026]图4，加热烧蚀工序效果示意图；
[0027]图中:1、储砂罐；2、真空上砂装置；3、机架主体；4、混砂装置；5、蠕动泵；6、供液系统；7、铺砂装置；8、打印喷头；9、二维运动系统；10、成形砂箱；11、可升降工作平台；12、高能束流系统；13、高能束流发生器；14、振镜偏转装置；15、控制系统；a、单层打印的砂型图形；b、浮砂区；c、高能束流投射点；d、高能束流工作路径。
具体实施方式
[0028]本专利技术提出的铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法是在可升降工作平台上逐层铺设混合了固化剂的型砂，根据砂型的当前层截面信息，驱动打印喷头喷射粘结剂，实现当前层砂型的打印成形，之后高能束流系统控制高能束流沿打印砂型的内外轮廓进行扫描，完成当前层砂型的内外轮廓烧蚀，完成当前层砂型的制作，层层铺砂，层层打印，层层烧蚀，完成整个砂型的微滴喷射和高能束流复合成形。制造的砂型表面质量好，精度高，清砂容易。
[0029]本专利技术提出的铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形装置，如图1所示，该装置包
括了储砂罐1、真空上砂装置2、机架主体3、混砂装置4、蠕动泵5、供液系统6、铺砂装置7、打印喷头8、二维运动系统9、成形砂箱10、可升降工作平台11、高能束流系统12和控制系统15，可以实现铸造砂型的微滴喷射和高能束流复合成形。
[0030]进一步地，所述储砂罐1位于设备主要结构之外，用于储存原砂，并具有一个用于将所储存原砂输入混砂装置4的绞龙结构。
[0031]进一步地，所述真空上砂装置2与混砂装置4和铺砂装置7固定连接，用于将混砂装置4中的型砂输送到铺砂装置7中，并保持铺砂装置7中的型砂不少于一定量。
[0032]进一步的，所述机架主体3用于承载和固定装置大部分组成部分。
[0033]进一步地，所述混砂装置4用于将原砂颗粒与固化剂按比例混合。
[0034]进一步地，所述蠕动泵5与混砂装置4固定连接，用于将所需的固化剂输送进入混砂装置4。
[0035]进一步地，所述供液系统6与打印喷头8固定连接，用于为砂型的打印提供粘结剂。
[0036]进一步地，所述铺砂装置7和打印喷头8位于可升降工作平台10上方，与二维运动系统9固定连接。铺砂装置7可以容纳来自混砂装置4的预混了固化剂的型砂，用于进行型砂的铺设。所述打印喷头8可以按需进行粘结剂的定量定域喷射，用于进行砂型的打印。
[0037]进一步地，所述二维运动系统9位于可升降工作平台10上方，安装在机架主体3上，用于承载铺砂装置7和打印喷头8进行水平方向的移动。
[0038本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤1：计算机控制可升降工作平台下降一定距离，驱动铺砂装置在可升降工作平台表面均匀铺设原砂颗粒作为底砂，铺设完成后取出铺砂装置中原砂；步骤2：将原砂颗粒与固化剂按照一定的比例进行均匀搅拌，并将搅拌后的型砂送入铺砂装置中；步骤3：计算机控制可升降工作平台下降固定层厚，驱动铺砂装置在可升降工作平台上均匀铺设一层混合了固化剂的型砂；步骤4：计算机根据模型的当前层截面信息，控制打印喷头喷射粘结剂，之后控制高能束流沿着打印砂型截面内外轮廓进行扫描，使所扫描的当前层打印砂型的内外轮廓温度达到树脂失效的温度，进而烧蚀砂型内外轮廓；步骤5：当铺砂装置中储存的混合了固化剂的型砂充足时，重复步骤3、步骤4，当铺砂装置中储存的混合了固化剂的型砂不足时，先执行步骤2，再重复步骤3、步骤4；步骤6：重复步骤5，层层铺砂、层层打印粘结剂以及层层加热烧蚀砂型内外轮廓，直至逐层堆积最终完成砂型的微滴喷射和高能束流复合成形；步骤7：取出及清理砂型。2.根据权利要求1所述的铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法，其特征在于所述打印喷头是采用组合阵列式设计，通过往复扫描式打印粘结剂，实现当前层砂型的打印成形。3.根据权利要求1所述的铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法，其特征在于所述打印喷头是采用单喷嘴设计，按照当前层砂型截面填充路径进行粘结剂喷射，实现当前层砂型的打印成形。4.根据权利要求1所述的铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法，其特征在于所述高能束流发生器可以是激光器，也可以是电子束发生器，其扫描工作直径在0.10mm
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0.20mm。5.根据权利要求1所述的铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法，其特征在于所述粘结剂为有机或无机粘结剂。6.根据权利要求1所述的铸造砂型微滴喷射和高能束流复合成形方法，其特征在于所述原砂为石英砂、陶粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨高阳，单忠德，郭智，王绍宗，冉跃龙，
申请(专利权)人：北京机科国创轻量化科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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