3D打印砂芯的制作方法

本發明涉及一種3D打印砂芯。本發明適用于鑄造行業3D打印組芯工藝領域，尤其適用于具有復雜內腔結構的鑄件的生產。

背景技術：

3D打印技術由于其無模鑄造的特性，被應用于砂型鑄造領域。但是現在國內外更多的是利用3D打印技術生產部分形狀復雜的內腔芯，極少用全組芯技術來生產鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁件。經過多年研發積累，現在已經實現用3D打印技術結合組芯工藝用來生產多品種、小批量的鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁產品。

3D打印技術和組芯工藝相結合，利用組芯工藝高精度的裝配工藝和無模鑄造的3D打印成形技術，將復雜的型、芯做整為數量極少的整芯，大幅度減少裝配環節中的工作，并降低對于操作者的技能要求，在砂型鑄造領域具有廣闊的應用前景。

但是現有的組芯造型過程中存在以下幾個問題：

1.復雜的3D打印砂芯清砂較為困難，而且難以檢查，導致鑄件經常因清砂不徹底，砂子在型腔堆積，造成鑄件皮透報廢；

2.傳統3D打印清砂窗單獨出粘芯，在組芯過程中還需粘接小芯，操作不便而且質量難以控制；

3.傳統3D打印清砂窗不具有流涂工藝孔的作用，砂芯既要開清砂窗又要開流涂工藝孔，砂芯上粘芯數量多，操作不便。

技術實現要素：

針對相關技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種既能方便地清理型腔中堆積的砂子又能在組芯時快速定位的3D打印砂芯。

本發明提供一種3D打印砂芯，包括：底芯和設置在底芯上的中間芯；底芯上設置有朝向中間芯的定位臺，中間芯對應于定位臺設置有清砂窗，定位臺可選擇地容納在清砂窗中。

根據本發明，中間芯包括型腔，清砂窗連通型腔。

根據本發明，定位臺的形狀構造成方形、六棱柱形、牙形、梯形和不規則弧形中的一種或多種。

根據本發明，沿定位臺的底部周圍設置有寬度為5mm-10mm、深度為2mm-10mm的集砂槽。

根據本發明，定位臺的頂面與型腔的表面齊平，并且定位臺的頂面與型腔的表面之間的配合間隙為0.1mm-2mm。

根據本發明，底芯上設置有2-8個定位臺，中間芯上相應地設置有2-8個清砂窗。

根據本發明，定位臺的側面構造為斜面，斜面的頂邊與底邊之間的水平距離為5mm-30mm。

根據本發明，中間芯的頂部開設有澆口，澆口與型腔連通。

根據本發明，清砂窗設置在中間芯的底部。

根據本發明，3D打印砂芯還包括蓋芯，蓋芯設置在中間芯上。

本發明的有益技術效果在于：

本發明的3D打印砂芯通過在中間芯上容易積砂且難以清砂的部位(例如底部)設置清砂窗，從而很方便地通過空氣吹除等方式將型腔內的積砂清除，同時該清砂窗兼具流涂工藝孔的作用，從而在避免涂料堆積的時候還減少了砂芯上開口的數量；而且設置在底芯上的定位臺能夠準確定位至清砂窗中，從而提高了組芯過程的準確性。

附圖說明

圖1是本發明的3D打印砂芯的組裝前示意圖。

圖2是本發明的3D打印砂芯的組裝后縱截面圖。

圖3是本發明的定位臺的第一實施例的示意圖。

圖4是本發明的定位臺的第二實施例的示意圖。

圖5是本發明的定位臺的第三實施例的示意圖。

具體實施方式

參考附圖公開示出的實施例。然而，應當理解，所公開的實施例僅為可以以各種和替代形式顯示的實施例。附圖未必按比例繪制，并且可能放大或縮小一些特征來顯示特定部件的細節。所公開的具體結構和功能性細節不應解釋為限制，而是作為用于教導本領域技術人員如何實踐本公開的代表性基礎。

參考圖1和圖2，本發明提供本發明提供一種3D打印砂芯，包括：底芯1和設置在底芯1上的中間芯2；底芯1上設置有朝向中間芯2的定位臺3，中間芯2對應于定位臺3設置有清砂窗4，定位臺3可選擇地容納在清砂窗4中。本發明的3D打印砂芯通過在中間芯2上容易積砂且難以清砂的部位(例如底部)設置清砂窗4，從而很方便地通過空氣吹除等方式將型腔內的積砂清除，同時該清砂窗4兼具流涂工藝孔的作用，從而在避免涂料堆積的時候還減少了砂芯上開口的數量；而且設置在底芯1上的定位臺3能夠準確定位至清砂窗4中，從而提高了組芯過程的準確性。

參考圖2，中間芯2包括型腔5，清砂窗4連通型腔5。其中，型腔5是用來容納鐵水并形成鑄件的位置，清砂窗4的設置有利于徹底方便地清砂，砂子不容易在型腔5中堆積，從而避免造成鑄件皮透報廢。

繼續參考圖2，沿定位臺3的底部周圍設置有寬度為5mm-10mm、深度為2mm-10mm的集砂槽6。集砂槽6可以防止定位臺3與清砂窗4配合過程中蹭下的砂子進入型腔5導致夾砂缺陷。

繼續參考圖2，定位臺3的頂面與型腔5的表面齊平，并且定位臺3的頂面與型腔5的表面之間的配合間隙為0.1mm-2mm。具體而言，組芯裝配時，定位臺3的頂面與清砂窗4上部平面齊平，定位臺3沿周與清砂窗4的沿周配合形成完整平面。從而避免鑄件上形成不必要的輪廓，也即避免澆注后形成的鑄件多肉。

優選地，底芯1上設置有2-8個定位臺3，中間芯2上相應地設置有2-8個清砂窗4。一般而言，2-8個定位臺3即可實現精確定位。多個定位臺3共同使用時，應該嚴格控制限位面數量，要做到既能起到定位作用，且不會由于限位面過多造成尺寸膠合，下芯困難。

繼續參考圖2，定位臺3的側面構造為斜面，斜面的頂邊與底邊之間的水平距離為5mm-30mm。也就是說，全部定位臺3長、寬尺寸不限，可大可小，根據不同產品的工藝選定，但至少有三個限位面，能夠限制兩個方向上的偏移。定位臺3的側面構造為斜面，有利于引導底芯與中間芯之間準確定位，相應地，清砂窗4也具有與定位臺3的斜面相配合的斜面。

繼續參考圖2，中間芯2的頂部開設有澆口10，澆口10與型腔5連通。澆口10用于向型腔5中澆注鐵水，也可用于通入壓縮空氣來將砂子從清砂窗4吹出。

繼續參考圖2，通常來說，開設清砂窗4時，先找到難以清砂的部位，即選定使用清砂窗的地方。鑄件澆注時的下底面是一個較大的平面(有一定壁厚)，相應地砂芯在形成鑄件下底面的地方具有一個在水平面的較大的型腔。由于3D打印組芯工藝通常將型芯做整，并分割為不同鑄型單元，如果其中某個鑄型單元的局部型腔較為封閉，而利用3D技術打印的砂芯在打印完成后，此處堆積大量砂子，難以實現清砂，而且觀察不到此處，需要則在砂芯的地步需要開清砂窗4。在圖2示出的實施例中，清砂窗4設置在中間芯2的底部。應當理解，在其他實施例中，清砂窗4可以開在砂芯難以清砂部位的側面、頂面。

優選地，3D打印砂芯還包括蓋芯(未示出)，蓋芯設置在中間芯2上。具體而言，3D打印組芯工藝類似于傳統木模合箱，底芯1相當于下箱，中間芯2相當于中圈，蓋芯相當于上箱。組芯主要有以下兩個過程：通過夾持或吊運裝置將中間芯2(可以有多個，本發明以1個中間芯的工藝為例)緩慢與底芯1裝配，再將蓋芯緩慢與中間芯2裝配；使用卡緊裝置對上、中、下芯進行緊固。

參考圖3至圖5，定位臺3的形狀構造成方形7(見圖3)、六棱柱形8(見圖4)、牙形9(見圖5)、梯形和不規則弧形中的一種或多種。清砂窗4也可相應地設置為上述形狀。本發明不限于這些形狀，其他合適的形狀均可用于本發明。

示例性地，本發明的3D打印砂芯的使用過程如下：3D打印出砂芯后，完成主體部位清砂后，使用壓縮空氣管道口對準清砂窗4或澆口10，將砂芯的清砂死角處的干砂全部吹出，使用手電檢查清砂是否到位，待砂芯所有清砂窗4檢查清砂到位后，對砂芯進行流涂、烘干3D打印組芯。正常生產過程為清砂、施涂、組芯、澆注。

總之，本發明的有益效果包括如下：

1.避免因3D打印砂芯清砂困難，而且難以檢查，導致的因清砂不徹底，鑄件皮透報廢；

2.避免了傳統3D打印清砂窗單獨出粘芯，在組芯過程中還需粘接小芯的弊端；

3.清砂窗可兼具流涂工藝孔的作用，避免施涂時涂料容易堆積，造成鑄件缺肉。

以上僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。