一种冷源能场点阵扫描砂型增材制造方法技术

本发明专利技术提供了一种冷源能场点阵扫描砂型增材制造方法，属于冷冻砂型与增材制造技术领域，该方法直接在成形室内铺设含水湿型砂，采用冷气直写喷头随形打印边缘形状与阵列式低温冷源点阵扫描冻结内部相结合的方式，层层打印制备出冷冻砂型，同时针对含水湿型砂流动性差的特征，提出了挤压铺砂装置，实现了含水湿型砂的定量铺设。该方法解决了传统冷冻砂型增材制造技术中水基粘接剂在型砂材料中的渗透不充分问题，提高了砂型产品的成形精度和强度，同时明显改善了成形环境，大大减少了资源消耗，实现了冷冻砂型的高精高效制备，符合制造业绿色发展的要求，利于完成铸造产业的转型升级。升级。升级。

【技术实现步骤摘要】
一种冷源能场点阵扫描砂型增材制造方法


[0001]本专利技术属于冷冻砂型与增材制造
，具体涉及一种冷源能场点阵扫描砂型增材制造方法。

技术介绍

[0002]冷冻砂型铸造技术以水为粘结剂，低温下将型砂颗粒粘接在一起，制造出砂型，低温浇注得到高质量铸件。冷冻砂型在造型时粉尘少，浇注后砂型自动溃散，不产生刺激性气味，有效解决有机粘接剂污染、废砂回收利用、粉尘排放等难题，助推了我国铸造产业的绿色发展与转型升级。将冷冻砂型与砂型打印技术相结合开发出冷冻砂型增材制造技术，是一种基于微滴喷射原理层层打印出冷冻砂型的新工艺，实现了复杂砂型和砂芯的冷冻砂型制备。但现有冷冻砂型增材制造技术均通过打印喷头喷射水基粘接剂进行冷冻砂型的快速制造，其应用推广还存在如下不足：
[0003]1、冷冻砂型增材制造技术所用到的水基粘接剂配方设计复杂。市面上现有的工业喷头均无法实现纯水的打印，打印前需加入添加剂进行配比，保证水基粘接剂具有合适的的电导率、PH值、粘度、表面张力等参数，以便满足打印头沉积，充分润湿粉末床以实现适当的渗透，但过多添加剂的加入，又会增大环境危害，背离绿色环保的初衷；
[0004]2、冷冻砂型增材制造技术对成形环境的要求严苛。常规冷冻砂型增材制造技术只能在在负压低温成形室中打印，压强和温度的控制影响冷冻砂型的成形精度，低温环境会导致水基粘接剂在喷头处提前冻结损坏喷头，同时又带来了大量的资源浪费，污染环境的同时还大大提高了生产成本；
[0005](3)冷冻砂型增材制造技术制备出的砂型产品成形精度和强度有限。冷冻打印依赖于喷头喷射水基粘接剂，单个液滴的容积量在几十皮升范围内，而渗透压力又与喷射量密切相关，导致喷射的液滴在型砂材料中渗透能力较差，影响产品的成形精度和强度，从而影响铸件质量。
[0006]基于此提出一种冷源能场点阵扫描砂型增材制造方法，用于解决水基粘接剂在型砂材料中的渗透问题，改善成形环境，提高砂型产品的成形精度和强度，节省资源的同时降低成本。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种冷源能场点阵扫描砂型增材制造方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种冷源能场点阵扫描砂型增材制造方法，包括以下步骤：
[0009]S1、根据铸件产品的几何特征设计砂型STL三维模型，通过计算机对其进行切片处理，输出切片形状、切片厚度信息；
[0010]S2、对每一层的切片形状进行区域划分，划分为随形扫描区域和点阵扫描区域，并
将划分好区域的切片形状和切片厚度信息导入打印系统；
[0011]S3、将型砂颗粒进行预冷处理，并与一定量的纯水混合均匀，将混合好的型砂材料装入挤压铺砂装置中；
[0012]S4、制冷腔壁开启制冷，直到成形区域温度稳定；
[0013]S5、升降平台下移一定距离，挤压铺砂装置上铺设一层型砂材料作为底砂，压实辊轮刮平，底砂铺设完成后，挤压铺砂装置和压实辊轮回到起始位置；
[0014]S6、升降平台下移一个层厚，调节挤压铺砂装置的升降底板的高度，定量铺设一层型砂材料，压实辊轮刮平，铺砂完成后，挤压铺砂装置和压实辊轮回到起始位置；
[0015]S7、启动冷气直写喷头对随形扫描区域进行冷气扫描，将当前层砂型的边缘部位冻结成形，形成壳型，打印完成后冷气直写喷头回到起始位置；
[0016]S8、启动阵列式低温冷源对点阵扫描区域进行点阵扫描，通过冷场的自由扩散实现当前层砂型内部区域的冻结，与冷冻壳型连接，打印完成后阵列式低温冷源回到起始位置；
[0017]S9、重复S6
‑
S8，进行每一层的打印，直至完成冷冻砂型的制备；
[0018]S10、打印完成后，清理未冻结的型砂材料，将制备好的砂型放进冷库保存。
[0019]进一步的，在S2中区域划分是指将每一层的切片形状在去除掉所有靠近面砂部位2mm宽的边缘部位后，其余部位划分为一系列阵列分布的网格，每个网格尺寸与阵列式低温冷源相等，其中所有完整网格共同构成了点阵扫描区域，切片形状除去点阵扫描区域的其他区域构成了随形扫描区域。
[0020]进一步的，在S3中型砂颗粒为为石英砂、铬铁矿砂、锆英砂、刚玉砂、镁橄榄石砂中的至少一种，且型砂颗粒中水的质量分数为4％～8％。
[0021]进一步的，在S3中预冷处理是对型砂颗粒通冷风进行预先降温，处理得到的型砂颗粒温度在2～5℃。
[0022]进一步的，所述挤压铺砂装置包括背板、电缸、压块、盛砂仓和升降底板，所述电缸、压块、盛砂仓和升降底板自上而下依次安装在背板上，其中所述升降底板用于通过上下调节高度控制落砂口的大小，所述电缸与压块用于控制压块的下压速度，通过调节落砂口的大小和压块的下压速度以采用挤压的方式控制落砂量，实现定量落砂。
[0023]进一步的，在S4中制冷腔壁由低温钢制成，制冷温度在2～10℃。
[0024]进一步的，所述压实辊轮和挤压铺砂装置外层均热喷涂具有疏水性的特氟龙涂层，防止在铺砂和压实过程中粘砂。
[0025]进一步的，所述冷气直写喷头的喷嘴可更换，喷嘴出气口形状为圆形小孔，孔径为0.2～2mm，喷嘴喷出的低温气体为低温二氧化碳，温度不超过
‑
50℃。
[0026]进一步的，所述阵列式低温冷源具有阵列分布的36个冷风喷嘴，冷源工作范围为30mm
×
30mm的方形，其中处于阵列式低温冷源外部的喷嘴可选择关闭，保留中间25个冷风喷嘴。
[0027]进一步的，所述阵列式低温冷源的喷嘴喷出的低温气体为低温氮气，温度不超过
‑
80℃。
[0028]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0029]1、本专利技术本专利技术采用冷气扫描含水湿型砂的方式进行打印，取代了传统冷冻打印
喷头喷射水基粘接剂，省去了水基粘接剂的配比工序，减少了添加剂用量，进一步提高了冷冻砂型增材制造技术的绿色化水平。
[0030]2、本专利技术提出的冷冻砂型增材制造技术其成形过程无需在负压环境中进行，也无需将环境温度设置在0℃以下，有效降低了资源损耗。
[0031]3、本专利技术采用的冷气直写喷头和阵列式低温冷源相比喷射水基粘接剂的工业喷头造价低、损耗率低，维护容易，大大减少了冷冻砂型的打印成本。
[0032]4、本专利技术采用冷气直写喷头随形打印砂型边缘面砂部位，保证砂型具备较高的表面成形精度，采用阵列式低温冷源进行点阵扫描冻结砂型内部，相比传统冷冻砂型增材制造技术效率更高。同时，冷气冻结含水湿型砂的方式还解决了传统冷冻砂型增材制造技术水基粘结剂渗透能力差的问题，进一步提高了冷冻砂型的成形强度。
[0033]5、本专利技术针对含水湿型砂流动性差、铺砂难的问题，提出了挤压铺砂装置，并设计了可调节落砂口大小的升降底板，实现了含水湿型砂的定量铺设
附图说明
[0034]图1为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冷源能场点阵扫描砂型增材制造方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、根据铸件产品的几何特征设计砂型STL三维模型，通过计算机对砂型STL三维模型进行切片处理，输出切片形状、切片厚度信息；S2、对每一层的切片形状进行区域划分，划分为随形扫描区域和点阵扫描区域，并将划分好区域的切片形状和切片厚度信息导入打印系统；S3、将型砂颗粒进行预冷处理，并与一定量的纯水混合均匀，将混合好的型砂材料装入挤压铺砂装置(5)中；S4、制冷腔壁(7)开启制冷，直到成形区域温度稳定；S5、升降平台(8)下移一定距离，挤压铺砂装置上(5)铺设一层型砂材料作为底砂，压实辊轮(6)刮平，底砂铺设完成后，挤压铺砂装置(5)和压实辊轮(6)回到起始位置；S6、升降平台(8)下移一个层厚，调节挤压铺砂装置(5)的升降底板(13)的高度，定量铺设一层型砂材料，压实辊轮(6)刮平，铺砂完成后，挤压铺砂装置(5)和压实辊轮(6)回到起始位置；S7、启动冷气直写喷头(4)对随形扫描区域进行冷气扫描，将当前层砂型的边缘部位冻结成形，形成壳型，打印完成后冷气直写喷头(4)回到起始位置；S8、启动阵列式低温冷源(3)对点阵扫描区域进行点阵扫描，通过冷场的自由扩散实现当前层砂型内部区域的冻结，与冷冻壳型连接，打印完成后阵列式低温冷源回到起始位置；S9、重复S6
‑
S8，进行每一层的打印，直至完成冷冻砂型的制备；S10、打印完成后，清理未冻结的型砂材料，将制备好的砂型放进冷库保存。2.根据权利要求1所述的一种冷源能场点阵扫描砂型增材制造方法，其特征在于，在S2中区域划分是指将每一层的切片形状在去除掉所有靠近面砂部位2mm宽的边缘部位后，其余部位划分为一系列阵列分布的网格，每个网格尺寸与阵列式低温冷源相等，其中所有完整网格共同构成了点阵扫描区域，切片形状除去点阵扫描区域的其他区域构成了随形扫描区域。3.根据权利要求1所述的一种冷源能场点阵扫描砂型增材制造方法，其特征在于，在S3中型砂颗粒为为石英砂、铬铁矿砂、锆英砂、刚玉...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨浩秦，单忠德，宋魏飞，闫丹丹，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：