本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于鈦及鈦合金材料具有低密度、高強(qiáng)比、耐腐蝕強(qiáng)、線脹系數(shù)小等特點(diǎn)，從20世紀(jì)50年代開始，在航空航天技術(shù)的迫切需要下，鈦工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。現(xiàn)在，鈦及鈦合金不僅是航空航天工業(yè)中不可缺少的結(jié)構(gòu)材料，在造船、化工、冶金、醫(yī)療等方面也獲得了廣泛的應(yīng)用。

在鈦及鈦合金的鑄造工藝中，由于其化學(xué)活性高，在高溫下易與常規(guī)鑄造造型材料均發(fā)生較為劇烈的化學(xué)反應(yīng)，影響成型鑄件的使用性能，而石墨具有耐高溫（熔點(diǎn)3850℃，沸點(diǎn)4250℃），其導(dǎo)電、潤(rùn)滑、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、疏水性、可塑性好等特點(diǎn)，是鑄造鈦及鈦合金鑄件相對(duì)適合是鑄型材料，因此鈦及鈦合金鑄造工藝均采用加工石墨型、搗實(shí)石墨型及熔模精密鑄造工藝，機(jī)加工石墨型具有表面光滑、空隙度小、強(qiáng)度較高、硬度低、易于切削加工成型、比重小、易于搬運(yùn)操作等特點(diǎn)。

石墨型具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量使得液體太和鈦合金在石墨型中冷卻較快，致使合金組織變細(xì)，從而提高了鈦鑄件的致密性和力學(xué)性能；較高的熔化溫度不會(huì)受熔融金屬的侵蝕，具有較好的抗熱沖擊性，在高溫的鈦液中表現(xiàn)出良好的高溫穩(wěn)定性，能抵抗液體鈦液的侵蝕；石墨型線膨脹系數(shù)低，抗變形能力強(qiáng)，可保證鑄件具有較高的精度和表面光潔度。然而石墨由于其可塑性比較強(qiáng)且結(jié)合鈦及鈦合金鑄件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，為了保證鈦及鈦合金鑄件的鑄型尺寸和生產(chǎn)成本可控，搗實(shí)石墨型為常用的鑄型手段。搗實(shí)石墨型主要是根據(jù)石墨型圖紙通過人工全手工搗實(shí)，然后通過對(duì)其進(jìn)行烘烤或真空除氣處理，再組裝用于澆鑄鑄件成型，上述鑄型的制備雖然能相對(duì)的保證鑄件的尺寸精確度和材料的節(jié)約，從而控制生產(chǎn)成本，但該過程中人工勞動(dòng)成本較高且使得生產(chǎn)效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對(duì)上述存在的問題，提供一種基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于操作，通過利用3D打印制備鑄件砂型，大大的節(jié)約了砂型的制備時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率的同時(shí)大大的節(jié)約了勞動(dòng)成本。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)，包括控制組件和打印設(shè)備，所述控制組件與打印設(shè)備連接并控制器完成打印動(dòng)作；所述打印設(shè)備包括打印底座、打印平臺(tái)、行位支架、打印噴頭和打印材料；所述打印底座上設(shè)有四軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，打印平臺(tái)通過四軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在打印底座上；所述行位支架固定安裝在打印底座上；所述打印噴頭設(shè)置在行位支架上，并可相對(duì)行位支架移動(dòng)。

由于采用上述結(jié)構(gòu)，該3D打印系統(tǒng)通過打印噴頭和活動(dòng)的打印底座相互配合動(dòng)作，大大的節(jié)約了打印設(shè)備的走位時(shí)間，提高了打印效率。

本發(fā)明的基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)，所述打印平臺(tái)為輸送結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其輸送行程通往打印系統(tǒng)外。

又或者，所述打印平臺(tái)為水平擺動(dòng)平臺(tái)，包括工作平臺(tái)和轉(zhuǎn)動(dòng)軸；所述工作平臺(tái)為矩形平臺(tái)，該矩形平臺(tái)內(nèi)為通槽結(jié)構(gòu)，其上下內(nèi)壁上均設(shè)有嚙合齒；所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)有傳動(dòng)齒，與矩形平臺(tái)內(nèi)壁嚙合齒相配合。

由于采用上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)砂型打印成型后，控制組件控制打印平臺(tái)啟動(dòng)輸送動(dòng)作，將成型后的砂型送出打印系統(tǒng)外，然后打印平臺(tái)返回打印工作位置進(jìn)行后續(xù)打印動(dòng)作，保證了打印工作的連續(xù)性的同時(shí)節(jié)約了打印時(shí)間。

本發(fā)明的基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)，所述傳動(dòng)齒包裹在轉(zhuǎn)動(dòng)軸表面，傳動(dòng)齒包裹范圍為傳動(dòng)軸截面圓圓弧總弧長(zhǎng)的1/4至1/3。

由于采用上述結(jié)構(gòu)，使得矩形平臺(tái)可在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的同向轉(zhuǎn)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)打印平臺(tái)來回水平移動(dòng)，降低轉(zhuǎn)動(dòng)軸對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)要求，提高了打印平臺(tái)的回位時(shí)間，有效的加快了打印效率。

本發(fā)明的基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)，所述打印噴頭的內(nèi)側(cè)壁上部分設(shè)有矩形凸條或者螺旋狀凸條，打印噴頭內(nèi)側(cè)壁下部分為光滑曲面；所述凸條端面截面為弧形；所述矩形凸條沿打印噴頭出料方向豎直或傾斜設(shè)置。

由于采用上述結(jié)構(gòu)，將打印噴頭分為兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)的部分，對(duì)噴頭內(nèi)大材料具有攪拌作用，噴頭設(shè)有加熱裝置時(shí)，使得材料受熱均勻，保證了材料的性能，同時(shí)采用上述結(jié)構(gòu)，能有效的提高噴頭的出料壓力值，避免了噴頭堵塞，益于了打印效果。

本發(fā)明的基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)，所述打印材料為石墨粉末和粘結(jié)劑，所述石墨粉末粒度為50-120目；所述粘結(jié)劑為無機(jī)粘結(jié)劑。

進(jìn)一步地，所述粘結(jié)劑為硅酸鈉粘結(jié)劑。

由于采用上述結(jié)構(gòu)，砂型粘結(jié)劑一般分為有機(jī)粘結(jié)劑和無機(jī)粘結(jié)劑，有機(jī)粘結(jié)劑主要是樹脂類粘結(jié)劑，缺點(diǎn)是鑄型在燒結(jié)過程中會(huì)生產(chǎn)大量的有毒有害氣體。無機(jī)粘結(jié)劑主要是硅酸化合物，選用硅酸鈉（水玻璃）作為砂型粘結(jié)劑，保證了后續(xù)鑄造鈦及鈦合金鑄件的成本和工藝的穩(wěn)定性。

一種上述基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)的打印方法，包括以下步驟：

步驟1、三維建模：根據(jù)說要鑄造的鈦及鈦合金鑄件的形狀和尺寸，設(shè)計(jì)砂型形狀、分型面和澆鑄口等；在計(jì)算機(jī)中作出設(shè)計(jì)好的砂型的三維模型圖，并將該三維模型圖進(jìn)行二維切片處理；

步驟2、制備打印材料：將石墨粉末或石墨粉末與超細(xì)粉高爐渣和/或高鈦渣粉末按照10:1制備成粉末砂型材料；將石英砂和氧化鈉按照比例配制得到模數(shù)為1.5-3.0的硅酸鈉粘結(jié)劑；

步驟3、將步驟1中建模圖形按格式輸入本發(fā)明的3D打印系統(tǒng)中設(shè)置打印程序，步驟2中的制備的打印材料送入打印設(shè)備中，打印設(shè)備中打印噴頭與打印平臺(tái)相互配合動(dòng)作將步驟2中制備的砂型材料和粘結(jié)劑交替打印堆疊成型；

步驟4、控制組件啟動(dòng)打印平臺(tái)的輸送動(dòng)作，打印平臺(tái)將步驟3中打印成型的鑄件砂型輸送出打印系統(tǒng)外，打印完成。

進(jìn)一步，步驟3粘結(jié)劑與砂型材料的交替打印堆疊過程中，所述粘結(jié)劑的用量占砂型材料用量的3%-5%。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1、 采用3D打印系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工搗實(shí)石墨型，大大的節(jié)約了制型時(shí)間和勞動(dòng)成本；

2、該打印系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，打印效率高，節(jié)約了制型耗材，降低了生產(chǎn)成本；

3、基于該3D打印系統(tǒng)，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鈦或鈦合金鑄件也能快速完成鑄件砂型制作，操作方便，實(shí)用性強(qiáng)。

說明書附圖

圖1是本發(fā)明的基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)簡(jiǎn)圖；

圖2是打印平臺(tái)為水平擺動(dòng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；

圖3是打印噴頭內(nèi)側(cè)壁設(shè)有矩形凸條的結(jié)構(gòu)局部示意圖；

圖4是打印噴頭內(nèi)側(cè)壁設(shè)有矩形凸條的截面示意圖；

圖5是打印噴頭內(nèi)側(cè)壁設(shè)有螺旋狀凸條的結(jié)構(gòu)局部示意圖；

圖中標(biāo)記：1-打印平臺(tái)，2-嚙合齒，3-轉(zhuǎn)動(dòng)軸，4-傳動(dòng)齒，5-打印噴頭，6-矩形凸條，7-光滑曲面，8-螺旋狀凸條。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明。

為了使發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。

實(shí)施例1

如說明書各附圖所示，一種基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)，包括控制組件和打印設(shè)備，所述控制組件與打印設(shè)備連接并控制器完成打印動(dòng)作；所述打印設(shè)備包括打印底座、打印平臺(tái)1、行位支架、打印噴頭5和打印材料，所述打印底座上設(shè)有四軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，打印平臺(tái)1通過四軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在打印底座上，通過四軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了打印平臺(tái)在平面上各個(gè)方向的移動(dòng)，配合打印噴頭5動(dòng)作，提高了該打印系統(tǒng)的打印速度；所述行位支架固定安裝在打印底座上；所述打印噴頭5設(shè)置在行位支架上，并可相對(duì)行位支架移動(dòng)。所述打印平臺(tái)1為輸送結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其輸送行程通往打印系統(tǒng)外，當(dāng)打印完成時(shí)，控制組件啟動(dòng)打印平臺(tái)1的輸送動(dòng)作，將砂型送出打印系統(tǒng)外。

該基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)，所述打印噴頭5的內(nèi)側(cè)壁上部分設(shè)有矩形凸條6或者螺旋狀凸條8，打印噴頭5內(nèi)側(cè)壁下部分為光滑曲面7；所述凸條端面截面為弧形；所述矩形凸條6沿打印噴頭5出料方向豎直或傾斜設(shè)置。

該基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)，所述打印材料為石墨粉末和粘結(jié)劑，所述石墨粉末粒度為50-120目；所述粘結(jié)劑為無機(jī)粘結(jié)劑。所述粘結(jié)劑為硅酸鈉粘結(jié)劑。

實(shí)施例2

如說明書各附圖所示，一種基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)，包括控制組件和打印設(shè)備，所述控制組件與打印設(shè)備連接并控制器完成打印動(dòng)作；所述打印設(shè)備包括打印底座、打印平臺(tái)1、行位支架、打印噴頭5和打印材料，其特征在于：所述打印底座上設(shè)有四軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，打印平臺(tái)1通過四軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在打印底座上；所述行位支架固定安裝在打印底座上；所述打印噴頭設(shè)置在行位支架上，并可相對(duì)行位支架移動(dòng)。

該基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)，所述打印平臺(tái)1為水平擺動(dòng)平臺(tái)，如圖2所示，它包括工作平臺(tái)和轉(zhuǎn)動(dòng)軸3；所述工作平臺(tái)為矩形平臺(tái)，該矩形平臺(tái)內(nèi)為通槽結(jié)構(gòu)，其上下內(nèi)壁上均設(shè)有嚙合齒2；所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸3上設(shè)有傳動(dòng)齒4，與矩形平臺(tái)內(nèi)壁嚙合齒2相配合。所述傳動(dòng)齒4包裹在轉(zhuǎn)動(dòng)軸3表面，傳動(dòng)齒4包裹范圍為傳動(dòng)軸3截面圓圓弧總弧長(zhǎng)的1/4至1/3，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸3在驅(qū)動(dòng)裝置的固定轉(zhuǎn)向作用下，能實(shí)現(xiàn)打印平臺(tái)1水平來回動(dòng)作，降低了對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的要求，提高了工作效率減低了使用成本。

該基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)，所述打印噴頭5的內(nèi)側(cè)壁上部分設(shè)有矩形凸條6或者螺旋狀凸條8，打印噴頭5內(nèi)側(cè)壁下部分為光滑曲面7；所述凸條端面截面為弧形；所述矩形凸條6沿打印噴頭5出料方向豎直或傾斜設(shè)置。

該基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)，所述打印材料為石墨粉末和粘結(jié)劑，所述石墨粉末粒度為50-120目；所述粘結(jié)劑為無機(jī)粘結(jié)劑。所述粘結(jié)劑為硅酸鈉粘結(jié)劑。

實(shí)施例3

一種基于上述實(shí)施例1和實(shí)施例2所述的基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)的打印方法，包括以下步驟：

步驟1、三維建模：根據(jù)說要鑄造的鈦及鈦合金鑄件的形狀和尺寸，設(shè)計(jì)砂型形狀、分型面和澆鑄口等；在計(jì)算機(jī)中作出設(shè)計(jì)好的砂型的三維模型圖，并將該三維模型圖進(jìn)行二維切片處理；

步驟2、制備打印材料：將石墨粉末或石墨粉末與超細(xì)粉高爐渣和/或高鈦渣粉末按照10:1制備成粉末砂型材料，該材料的選擇降低了鑄型的用材成本；將石英砂和氧化鈉按照比例配制得到模數(shù)為1.5-3.0的硅酸鈉粘結(jié)劑；

步驟3、將步驟1中建模圖形按格式輸入本發(fā)明的3D打印系統(tǒng)中設(shè)置打印程序，步驟2中的制備的打印材料送入打印設(shè)備中，打印設(shè)備中打印噴頭與打印平臺(tái)相互配合動(dòng)作將步驟2中制備的砂型材料和粘結(jié)劑交替打印堆疊成型；

步驟4、控制組件啟動(dòng)打印平臺(tái)的輸送動(dòng)作，打印平臺(tái)將步驟3中打印成型的鑄件砂型輸送出打印系統(tǒng)外，打印完成。

該基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統(tǒng)的打印方法，在步驟3粘結(jié)劑與砂型材料的交替打印堆疊過程中，所述粘結(jié)劑的用量占砂型材料用量的3%-5%。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。