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；上料機放砂，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；激光打印器按設定程序工作，在砂面上沿預定軌跡移動，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，并送入烘干箱內烘干，烘干后砂型區覆膜砂固結于一體，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
技術領域
[0001 ]本發明涉及3D打印技術領域，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。【背景技術】
[0002]激光快速成型技術能很快地將產品零件的計算機輔助設計模型(CAD模型)轉換為物理模型、零件原型或零件。激光快速成型由CAD模型直接驅動，只需改變CAD模型，就可獲得相應的物理實體，大大縮短了從概念模型設計到生產出產品或樣品的生產周期。
[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行激光網格劃分以便于去除，材料浪費較大，一般只能采用紙張等連續的薄型材料，且厚度不可調整，所制作的成型件尺寸有限。
[0005]選擇性激光燒結SLS(Selected Laser Sintering)，又稱激光選區燒結。該方法采用具有燒結性能的粉末材料，由計算機對三維CAD模型進行分層，得到一系列截面信息，激光光束根據每一層的界面信息對該層粉末材料進行選擇性區域掃描，燒結出二維截面，相鄰的兩層截面之間燒結相連，如此循環，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行激光掃描，使得成型時間較長，而且激光燒結件普遍存在致密度低、強度低、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技術是基于液態光敏樹脂的光聚合遠離工作的，這種液態材料在一定波長和強度的紫外光照射下能迅速發生光聚合反應，相對分子質量急劇增大，材料也就從液態轉變成固態。但這種方法成型工藝復雜，成型時間長，而且材料選擇面窄。
[0007]因此，有必要設計一種更好的三維模型成型方法，以解決上述問題。
【發明內容】
[0008]針對現有技術存在的問題，本發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]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:[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；
[0012]步驟二:按設定指令使料斗運動到接砂初始坐標點，此時料斗正對所述上料機，所述上料機放砂，所述料斗接砂；
[0013]步驟三:所述料斗沿鋪砂平臺的側邊橫向運動，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點；
[0014]步驟四:推砂板自所述鋪砂平臺的側邊沿垂直于橫向的縱向方向在所述鋪砂平臺所在平面內運動，同時將覆膜砂均勻推到整個鋪砂工作面，到達終點時返回到初始位置；
[0015]步驟五:激光打印器按設定程序工作，在砂面上沿預定軌跡移動，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，并送入烘干箱內烘干，烘干后砂型區覆膜砂固結于一體，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]進一步，步驟一之前，先將所述砂箱內的覆膜砂進行加熱，加熱至25°C?40°C。
[0020]進一步，所述料斗內設置傳感器，步驟二中當所述料斗內覆膜砂位面到達所述傳感器的位置時，所述上料機停止放砂。
[0021]進一步，所述推砂板遠離所述鋪砂平臺的一側設有加熱管，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]進一步，步驟六完成后，模型區的覆膜砂已固化，將其余覆膜砂放出，并在鋪砂區域內的空隙中用原砂填滿。
[0026]進一步，所述烘干箱內的加熱溫度與覆膜砂的固化溫度相等，加熱后砂型區覆膜砂固結于一體，所述分割線處覆膜砂散開。
[0027]進一步，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]本發明的有益效果:
[0029]本發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設定軌跡打印圖案，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，失去固結功能，然后將鋪砂平臺下降一個砂層厚度的距離，重復鋪砂打印的過程，實現分層實體打印，全部打印完成后將砂型送入烘干箱內加熱，加熱后砂型區覆膜砂固結于一體，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利用，節省成本。【附圖說明】
[0030]圖1為本發明基于分層實體制造的激光3D打印砂型的打印系統的結構示意圖；
[0031]圖2為圖1的俯視圖；
[0032]圖3為本發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、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]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0035]需要說明，本發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(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關系、運動情況等，如果該特定姿態發生改變時，則該方向性指示也相應地隨之改變。
[0036]另外，各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本發明要求的保護范圍之內。[〇〇37]本發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,本發明基于分層實體制造的激光3D打印砂型的打印系統包括上料裝置、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3,上料機3和砂箱1分別設置于上料管道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所在的平面內沿相互垂直的方向移動，料斗4用于接上料機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設置于鋪砂平臺8的上方，用于在鋪設的砂面上根據設定軌跡打印圖案，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，然后繼續打印，就可以實現分層打印，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，采用計算機控制系統控制， 預先在計算機控制系統內設定指令，開動打印系統后，系統自動運行，方法包括:
[0040]步驟一:先在砂箱1內裝滿覆膜砂，環境溫度低時，需對砂箱1加熱，來提高覆膜砂的初始溫度，一般將砂箱1內覆膜砂溫度加熱至25°C?40°C，提高覆膜砂的固結性能。然后按控制系統指令，控制上料機3工作將覆膜砂通過上料管道2吸到上料機3。[0041 ]步驟二:按設定指令使料斗4運動到接砂初始坐標點，此時料斗4正對上料機3，上料機3放砂，料斗4接砂，料斗4內設置傳感器，當料斗4內覆膜砂位面到達傳感器的位置時， 上料機3停止放砂，此時料斗4內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回到接砂初始坐標點。
[0043]步驟四:推砂板5自鋪砂平臺8的側邊沿垂直于橫向的縱向方向在鋪砂平臺8所在平面內運動，同時將砂均勻推到整個鋪砂工作面。推砂板5遠離鋪砂平臺8的一側設有加熱管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，上料裝置可重復步驟一至步驟二，等待下一個循環，節省下一個循環時的上料時間。
[0044]步驟五:激光打印器7按設定程序工作，在砂面上沿預定軌跡移動，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，此時控制系統內會判斷所有層面是否全部打印完成，若是，則進行下一步，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，則重復步驟二至步驟五。
[0046]步驟七:將打印完成的砂型移出打印機，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內烘干，烘干箱12內的加熱溫度與覆膜砂的固化溫度相等，為170°C?200°C，加熱后砂型區覆膜砂固結于一體，分割線處覆膜砂散開， 砂型于分割線分離。在烘干過程中，打印裝置可繼續進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，節省成本。[〇〇48]優選的，打印某些工件時，砂型打印完成后，模型區的覆膜砂已固化，將其余覆膜砂放出，并在鋪砂區域內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內的變形量。
[0049]本發明通過激光打印器7根據設定軌跡打印圖案，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，失去固結功能，然后將鋪砂平臺下降一個砂層厚度的距離，重復鋪砂打印的過程，實現分層實體打印，全部打印完成后將砂型送入烘干箱 12內加熱，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利用，節省成本。
[0050]以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍內。
【主權項】
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；步驟二:按設定指令使料斗運動到接砂初始坐標點，此時料斗正對所述上料機，所述上 料機放砂，所述料斗接砂；步驟三:所述料斗沿鋪砂平臺的側邊橫向運動，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點；步驟四:推砂板自所述鋪砂平臺的側邊沿垂直于橫向的縱向方向在所述鋪砂平臺所在 平面內運動，同時將覆膜砂均勻推到整個鋪砂工作面，到達終點時返回到初始位置；步驟五:激光打印器按設定程序工作，在砂面上沿預定軌跡移動，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，并送入烘干箱內烘干，烘干后砂型區覆膜砂固結于一體， 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.根據權利要求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，先將所述砂箱內的覆膜砂進行加熱，加熱至25°C?40°C。3.根據權利要求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 述料斗內設置傳感器，步驟二中當所述料斗內覆膜砂位面到達所述傳感器的位置時，所述 上料機停止放砂。4.根據權利要求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 述推砂板遠離所述鋪砂平臺的一側設有加熱管，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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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，模型區的覆膜砂已固化，將其余覆膜砂放出，并在鋪砂區域內的空隙中用原砂 填滿。9.根據權利要求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 述烘干箱內的加熱溫度與覆膜砂的固化溫度相等，加熱后砂型區覆膜砂固結于一體，所述 分割線處覆膜砂散開。10.根據權利要求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
【發明人】薛鎧華, 張雪, 姚平坤, 孫奇, 劉京
【申請人】遼寧森遠增材制造科技有限公司