基于分層實體制造的激光3d打印砂型的方法
【專利摘要】一種基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，包括將覆膜砂由砂箱上到上料機(jī)；上料機(jī)放砂，料斗接砂；料斗沿橫向運動，同時將砂布置于鋪砂平臺上；推砂板沿縱向運動，同時將砂均勻推到整個鋪砂工作面；激光打印器按設(shè)定程序工作，在砂面上沿預(yù)定軌跡移動，形成砂型硬化面及分割線；鋪砂平臺下移一個砂層厚度的距離，重復(fù)上述步驟一至步驟五，多層打印直至所有層面均打印完成；將砂型移出打印機(jī)，并送入烘干箱內(nèi)烘干，烘干后砂型區(qū)覆膜砂固結(jié)于一體，分割線處覆膜砂散開，砂型于分割線分離；沿分割線將周圍余砂去除，得到最終的砂型，上述打印方法提高了成型速度和效率，可打印出大尺寸、復(fù)雜曲面的砂型，尺寸精度高。
【專利說明】
基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]激光快速成型技術(shù)能很快地將產(chǎn)品零件的計算機(jī)輔助設(shè)計模型(CAD模型)轉(zhuǎn)換為物理模型、零件原型或零件。激光快速成型由CAD模型直接驅(qū)動，只需改變CAD模型，就可獲得相應(yīng)的物理實體，大大縮短了從概念模型設(shè)計到生產(chǎn)出產(chǎn)品或樣品的生產(chǎn)周期。
[0003]目前的激光快速成型方法主要有:薄型材料選擇性切割LOM(Laminating Object Manufacturing)、選擇性激光燒結(jié)SLS(Selected Laser Sintering)及光固化成型SL (Stereo Lithography)等。[〇〇〇4] 薄型材料選擇性切割LOM(Laminating Object Manufacturing)，主要以薄膜為材料，激光沿著所需二維輪廓進(jìn)行切割，將切割后所得薄膜層疊起來，即得到成型件。這種方法除加工輪廓信息外，還需要對輪廓外的肥料部分進(jìn)行激光網(wǎng)格劃分以便于去除，材料浪費較大，一般只能采用紙張等連續(xù)的薄型材料，且厚度不可調(diào)整，所制作的成型件尺寸有限。
[0005]選擇性激光燒結(jié)SLS(Selected Laser Sintering)，又稱激光選區(qū)燒結(jié)。該方法采用具有燒結(jié)性能的粉末材料，由計算機(jī)對三維CAD模型進(jìn)行分層，得到一系列截面信息，激光光束根據(jù)每一層的界面信息對該層粉末材料進(jìn)行選擇性區(qū)域掃描，燒結(jié)出二維截面，相鄰的兩層截面之間燒結(jié)相連，如此循環(huán)，即可得到與CAD模型形狀一直的三維實體。這種方法需要對每一個層面的面域進(jìn)行激光掃描，使得成型時間較長，而且激光燒結(jié)件普遍存在致密度低、強(qiáng)度低、尺寸精度差等不足。
[0006]光固化成型SL(Stereo Lithography)方法，又稱立體光刻、光成型等，SL技術(shù)是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合遠(yuǎn)離工作的，這種液態(tài)材料在一定波長和強(qiáng)度的紫外光照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，相對分子質(zhì)量急劇增大，材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。但這種方法成型工藝復(fù)雜，成型時間長，而且材料選擇面窄。
[0007]因此，有必要設(shè)計一種更好的三維模型成型方法，以解決上述問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種提高成型速度和效率，打印精度高，打印尺寸大的基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:[〇〇1〇] 一種基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，包括:
[0011]步驟一:通過上料管道將覆膜砂由砂箱上到上料機(jī)；
[0012]步驟二:按設(shè)定指令使料斗運動到接砂初始坐標(biāo)點，此時料斗正對所述上料機(jī)，所述上料機(jī)放砂，所述料斗接砂；
[0013]步驟三:所述料斗沿鋪砂平臺的側(cè)邊橫向運動，同時控制所述料斗開啟將覆膜砂布置于所述鋪砂平臺上，鋪砂完成后所述料斗回到接砂初始坐標(biāo)點；
[0014]步驟四:推砂板自所述鋪砂平臺的側(cè)邊沿垂直于橫向的縱向方向在所述鋪砂平臺所在平面內(nèi)運動，同時將覆膜砂均勻推到整個鋪砂工作面，到達(dá)終點時返回到初始位置；
[0015]步驟五:激光打印器按設(shè)定程序工作，在砂面上沿預(yù)定軌跡移動，形成砂型硬化面及分割線，打印該層砂面完成后所述激光打印器回到原點；
[0016]步驟六:鋪砂平臺下移一個砂層厚度的距離，重復(fù)上述步驟一至步驟五，多層打印直至所有層面均打印完成；
[0017]步驟七:將砂型移出打印機(jī)，并送入烘干箱內(nèi)烘干，烘干后砂型區(qū)覆膜砂固結(jié)于一體，所述分割線處覆膜砂散開，砂型于所述分割線分離；
[0018]步驟八:沿所述分割線將周圍余砂去除，得到最終的砂型。
[0019]進(jìn)一步，步驟一之前，先將所述砂箱內(nèi)的覆膜砂進(jìn)行加熱，加熱至25°C?40°C。
[0020]進(jìn)一步，所述料斗內(nèi)設(shè)置傳感器，步驟二中當(dāng)所述料斗內(nèi)覆膜砂位面到達(dá)所述傳感器的位置時，所述上料機(jī)停止放砂。
[0021]進(jìn)一步，所述推砂板遠(yuǎn)離所述鋪砂平臺的一側(cè)設(shè)有加熱管，在步驟四中推砂板推砂的同時，其后端的加熱管跟隨所述推砂板運動，同時給砂面加熱，以初步定型砂面。
[0022]進(jìn)一步，所述加熱管對砂面的加熱溫度小于覆膜砂的固化溫度，加熱溫度為90°C ?12(TC〇
[0023]進(jìn)一步，步驟五中，所述激光打印器掃描所述砂型硬化面的溫度接近覆膜砂的固化溫度，掃描所述分割線的溫度大于覆膜砂的失效溫度，使所述分割線處的覆膜砂失效。
[0024]進(jìn)一步，打印完成后將砂型隨著所述鋪砂平臺移出，所述鋪砂平臺下方設(shè)有砂型移位車，通過所述砂型移位車將所述砂型運輸至所述烘干箱。
[0025]進(jìn)一步，步驟六完成后，模型區(qū)的覆膜砂已固化，將其余覆膜砂放出，并在鋪砂區(qū)域內(nèi)的空隙中用原砂填滿。
[0026]進(jìn)一步，所述烘干箱內(nèi)的加熱溫度與覆膜砂的固化溫度相等，加熱后砂型區(qū)覆膜砂固結(jié)于一體，所述分割線處覆膜砂散開。
[0027]進(jìn)一步，砂型利用完畢后，高溫加熱所述砂型使其還原成散沙回收。[〇〇28]本發(fā)明的有益效果:
[0029]本發(fā)明通過料斗和推砂板將砂鋪平在鋪砂平臺上，再用激光打印器根據(jù)設(shè)定軌跡打印圖案，在砂面上形成硬化面和分割線，其中分割線處的覆膜砂因激光掃描而失效，失去固結(jié)功能，然后將鋪砂平臺下降一個砂層厚度的距離，重復(fù)鋪砂打印的過程，實現(xiàn)分層實體打印，全部打印完成后將砂型送入烘干箱內(nèi)加熱，加熱后砂型區(qū)覆膜砂固結(jié)于一體，分割線處覆膜砂散開，砂型于分割線分離，然后將余砂去除，即可得到砂模。本發(fā)明采用分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，能夠打印出大尺寸、復(fù)雜曲面的砂型，打印出的砂型尺寸精度高，成型速度和效率都大大提高，且砂型利用完畢后，可加熱還原成散砂重復(fù)利用，節(jié)省成本。【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明基于分層實體制造的激光3D打印砂型的打印系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為圖1的俯視圖；
[0032]圖3為本發(fā)明基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法的流程圖；[0〇33]圖中，1 一砂箱、2—上料管道、3—上料機(jī)、4一料斗、5—推砂板、6—加熱管、7—激光打印器、8—鋪砂平臺、9一升降裝置、10—砂型移位車、11 一連接軌道、12—烘干箱。【具體實施方式】[〇〇34]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0035]需要說明，本發(fā)明實施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關(guān)系、運動情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。
[0036]另外，各個實施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無法實現(xiàn)時應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。[〇〇37]本發(fā)明提供一種基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，用于打印大尺寸、 復(fù)雜曲面的砂型，采用分層實體制造方法可以提高砂型成型速度和效率，打印出的砂型尺寸精度高。[〇〇38]如圖1及圖2,本發(fā)明基于分層實體制造的激光3D打印砂型的打印系統(tǒng)包括上料裝置、布料裝置、打印裝置及烘干裝置。上料裝置包括砂箱1、上料管道2及上料機(jī)3,上料機(jī)3和砂箱1分別設(shè)置于上料管道2的兩端。布料裝置包括料斗4和推砂板5,料斗4和推砂板5可在鋪砂平臺8所在的平面內(nèi)沿相互垂直的方向移動，料斗4用于接上料機(jī)3放的覆膜砂，并將覆膜砂落在鋪砂平臺8上，而推砂板5則將覆膜砂均勻推平，本實施例中所用覆膜砂為市購。打印裝置包括激光打印器7和升降裝置9,激光打印器7設(shè)置于鋪砂平臺8的上方，用于在鋪設(shè)的砂面上根據(jù)設(shè)定軌跡打印圖案，升降裝置9則用于控制鋪砂平臺8的升降，在一層砂面打印完成后，通過升降裝置9控制鋪砂平臺8下移一個砂層的厚度，然后繼續(xù)打印，就可以實現(xiàn)分層打印，最終形成砂模。烘干裝置則是與打印裝置通過連接軌道11連接的烘干箱12,砂型打印完成后通過砂型移位車10將砂型通過連接軌道11運送至烘干箱12內(nèi)加熱。[〇〇39]如圖3,基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，采用計算機(jī)控制系統(tǒng)控制， 預(yù)先在計算機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定指令，開動打印系統(tǒng)后，系統(tǒng)自動運行，方法包括:
[0040]步驟一:先在砂箱1內(nèi)裝滿覆膜砂，環(huán)境溫度低時，需對砂箱1加熱，來提高覆膜砂的初始溫度，一般將砂箱1內(nèi)覆膜砂溫度加熱至25°C?40°C，提高覆膜砂的固結(jié)性能。然后按控制系統(tǒng)指令，控制上料機(jī)3工作將覆膜砂通過上料管道2吸到上料機(jī)3。[0041 ]步驟二:按設(shè)定指令使料斗4運動到接砂初始坐標(biāo)點，此時料斗4正對上料機(jī)3，上料機(jī)3放砂，料斗4接砂，料斗4內(nèi)設(shè)置傳感器，當(dāng)料斗4內(nèi)覆膜砂位面到達(dá)傳感器的位置時， 上料機(jī)3停止放砂，此時料斗4內(nèi)的覆膜砂則是一層砂模打印所需的砂量。[〇〇42]步驟三:料斗4沿鋪砂平臺8的側(cè)邊橫向運動，同時控制料斗4開啟，雙杠氣缸工作打開料斗4 口，在料斗4橫向移動的同時將覆膜砂布置于鋪砂平臺8上，鋪砂完成后料斗4回到接砂初始坐標(biāo)點。
[0043]步驟四:推砂板5自鋪砂平臺8的側(cè)邊沿垂直于橫向的縱向方向在鋪砂平臺8所在平面內(nèi)運動，同時將砂均勻推到整個鋪砂工作面。推砂板5遠(yuǎn)離鋪砂平臺8的一側(cè)設(shè)有加熱管6,在推砂板5推砂的同時，其后端的加熱管6跟隨推砂板5運動，同時給砂層表面加熱，以初步定型砂面，加熱管6對砂面的加熱溫度小于覆膜砂的固化溫度(覆膜砂固化溫度為170 °C?200 °C )，加熱溫度為90 °C?120 °C。推砂后的余料進(jìn)入集料箱回收，推砂完成后推砂板5 返回到初始位置。與此同時，上料裝置可重復(fù)步驟一至步驟二，等待下一個循環(huán)，節(jié)省下一個循環(huán)時的上料時間。
[0044]步驟五:激光打印器7按設(shè)定程序工作，在砂面上沿預(yù)定軌跡移動，形成砂型硬化面及分割線，打印該層砂面完成后激光打印器7回到原點。覆膜砂的固化溫度為170°C?200 °C，調(diào)整激光打印器7的功率，使激光打印器7掃描砂型硬化面的溫度接近覆膜砂的固化溫度，掃描分割線的溫度大于覆膜砂的失效溫度，使分割線處的覆膜砂失效。
[0045]步驟六:一層砂面的圖案打印完成后，通過升降裝置9將鋪砂平臺8下移一個砂層厚度的距離，然后重復(fù)上述步驟一至步驟五，多層打印直至所有層面均打印完成，此時控制系統(tǒng)內(nèi)會判斷所有層面是否全部打印完成，若是，則進(jìn)行下一步，若否，則回到第一步重新打印下一層的砂面。若此時上料已完成，則重復(fù)步驟二至步驟五。
[0046]步驟七:將打印完成的砂型移出打印機(jī)，并通過砂型移位車10在連接軌道11上移動，從而將砂型及砂型移位車10送入烘干箱12內(nèi)烘干，烘干箱12內(nèi)的加熱溫度與覆膜砂的固化溫度相等，為170°C?200°C，加熱后砂型區(qū)覆膜砂固結(jié)于一體，分割線處覆膜砂散開， 砂型于分割線分離。在烘干過程中，打印裝置可繼續(xù)進(jìn)行下一工件的打印工作，并不會受到影響，提高了砂型成型速度和效率。
[0047]步驟八:利用工具沿分割線將周圍余砂去除，得到最終的砂型。砂型利用完畢后， 可高溫加熱使其還原成散沙回收再利用，節(jié)省成本。[〇〇48]優(yōu)選的，打印某些工件時，砂型打印完成后，模型區(qū)的覆膜砂已固化，將其余覆膜砂放出，并在鋪砂區(qū)域內(nèi)的空隙中用原砂填滿，原砂加溫不會固化，減小模型在烘干箱12內(nèi)的變形量。
[0049]本發(fā)明通過激光打印器7根據(jù)設(shè)定軌跡打印圖案，在砂面上形成硬化面和分割線， 其中分割線處的覆膜砂因激光掃描而失效，失去固結(jié)功能，然后將鋪砂平臺下降一個砂層厚度的距離，重復(fù)鋪砂打印的過程，實現(xiàn)分層實體打印，全部打印完成后將砂型送入烘干箱 12內(nèi)加熱，加熱后分割線處的覆膜砂散開，然后將散掉的覆膜砂去除，即可得到砂模。本發(fā)明采用分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，能夠打印出大尺寸、復(fù)雜曲面的砂型，打印出的砂型尺寸精度高，成型速度和效率都大大提高，且砂型利用完畢后，可加熱還原成覆膜砂重復(fù)利用，節(jié)省成本。
[0050]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，其特征在于，包括:步驟一:通過上料管道將覆膜砂由砂箱上到上料機(jī)；步驟二:按設(shè)定指令使料斗運動到接砂初始坐標(biāo)點，此時料斗正對所述上料機(jī)，所述上 料機(jī)放砂，所述料斗接砂；步驟三:所述料斗沿鋪砂平臺的側(cè)邊橫向運動，同時控制所述料斗開啟將覆膜砂布置 于所述鋪砂平臺上，鋪砂完成后所述料斗回到接砂初始坐標(biāo)點；步驟四:推砂板自所述鋪砂平臺的側(cè)邊沿垂直于橫向的縱向方向在所述鋪砂平臺所在 平面內(nèi)運動，同時將覆膜砂均勻推到整個鋪砂工作面，到達(dá)終點時返回到初始位置；步驟五:激光打印器按設(shè)定程序工作，在砂面上沿預(yù)定軌跡移動，形成砂型硬化面及分 割線，打印該層砂面完成后所述激光打印器回到原點；步驟六:鋪砂平臺下移一個砂層厚度的距離，重復(fù)上述步驟一至步驟五，多層打印直至 所有層面均打印完成；步驟七:將砂型移出打印機(jī)，并送入烘干箱內(nèi)烘干，烘干后砂型區(qū)覆膜砂固結(jié)于一體， 所述分割線處覆膜砂散開，砂型于所述分割線分離；步驟八:沿所述分割線將周圍余砂去除，得到最終的砂型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，其特征在于:步 驟一之前，先將所述砂箱內(nèi)的覆膜砂進(jìn)行加熱，加熱至25°C?40°C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，其特征在于:所 述料斗內(nèi)設(shè)置傳感器，步驟二中當(dāng)所述料斗內(nèi)覆膜砂位面到達(dá)所述傳感器的位置時，所述 上料機(jī)停止放砂。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，其特征在于:所 述推砂板遠(yuǎn)離所述鋪砂平臺的一側(cè)設(shè)有加熱管，在步驟四中推砂板推砂的同時，其后端的 加熱管跟隨所述推砂板運動，同時給砂面加熱，以初步定型砂面。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，其特征在于:所 述加熱管對砂面的加熱溫度小于覆膜砂的固化溫度，加熱溫度為90 °C?120 °C。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，其特征在于:步 驟五中，所述激光打印器掃描所述砂型硬化面的溫度接近覆膜砂的固化溫度，掃描所述分 割線的溫度大于覆膜砂的失效溫度，使所述分割線處的覆膜砂失效。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，其特征在于:打 印完成后將砂型隨著所述鋪砂平臺移出，所述鋪砂平臺下方設(shè)有砂型移位車，通過所述砂 型移位車將所述砂型運輸至所述烘干箱。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，其特征在于:步 驟六完成后，模型區(qū)的覆膜砂已固化，將其余覆膜砂放出，并在鋪砂區(qū)域內(nèi)的空隙中用原砂 填滿。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，其特征在于:所 述烘干箱內(nèi)的加熱溫度與覆膜砂的固化溫度相等，加熱后砂型區(qū)覆膜砂固結(jié)于一體，所述 分割線處覆膜砂散開。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分層實體制造的激光3D打印砂型的方法，其特征在于: 砂型利用完畢后，高溫加熱所述砂型使其還原成散砂回收。
【文檔編號】B22C9/02GK106001415SQ201610552862
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】薛鎧華, 張雪, 姚平坤, 孫奇, 劉京
【申請人】遼寧森遠(yuǎn)增材制造科技有限公司