[發明專利]一種可變角度移動打印的砂型3D打印成形裝置

有效

• 申請號: 202110301899.0
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113145798B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 郭智;單忠德;劉豐;平洋;楊高陽;閆丹丹
• 申請（專利權）人: 北京機科國創輕量化科學研究院有限公司
• 主分類號: B22C9/02
• 分類號: B22C9/02;B22C25/00;B33Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于增材制造領域，公開的一種可變角度移動打印的砂型3D打印成形裝置。該裝置包括了機架主體、成形砂箱、可升降的工作平臺、型砂存儲箱、真空上砂系統、移動鋪砂系統、可變角度移動打印系統及控制系統。該成形裝置可以在每層砂型打印過程中根據打印噴頭的移動速度自動調節打印噴頭噴射液體方向，保證樹脂粘結劑微滴以垂直砂層表面的速度方向進入砂層，從而消除了目前砂型打印技術存在的X方向、Y方向的各向異性問題。該裝置可以實現鑄造砂型的高質量3D打印成形，具有很強的推廣使用價值。

技術領域

本發明屬于增材制造領域，具體涉及一種可變角度移動打印的砂 型3D打印成形裝置。

背景技術

砂型3D打印技術是一種基于分層制造原理的砂型快速制造技術。 目前，砂型3D打印技術大都是基于粉床的快速成形方法，成形過程 中需要先將型砂顆粒與一定量的固化劑進行混合攪拌，并將型砂裝入 鋪砂料斗中，之后可升降工作平臺下降固定高度，鋪砂料斗在可升降 工作平臺上進行移動鋪砂，鋪砂完成后，計算機控制打印噴頭根據砂 型當前層輪廓信息在砂層表面按需噴射粘結劑，當噴射的樹脂粘結劑 遇到預混了固化劑的型砂后使砂粒粘結固化成當前層砂型，接著可升 降工作平臺下降固定層厚，重復鋪砂和打印工序，層層制作最終打印 成所需砂型。砂型制造完成后需要在常溫下固化2到3小時以獲得較高的砂型強度方可取出。

目前的砂型3D打印成形裝置的打印噴頭都是在移動過程中進行 樹脂粘結劑的噴射，而打印噴頭在移動過程中是固定在移動裝置上的， 打印噴頭噴射樹脂粘結劑的噴射方向與重力方向一致，當噴頭在運動 過程中噴射粘結劑時，樹脂粘結劑的速度方向是水平運動方向與重力 方向的耦合，從而使得打印出的樹脂微滴在進入砂層時速度方向并不 是垂直于砂層表面的。而目前采用砂型3D打印技術制造的砂型在X 方向、Y方向存在明顯的各向異性問題，該問題與樹脂微滴在砂層中 的滲透和擴散的速度方向有關，并且隨著打印噴頭移動速度的提高， 制造的砂型在X方向和Y方向的各向異性問題會越來越突出。

發明內容

針對目前的砂型3D打印成形裝置普遍存在的樹脂微滴噴射速度 方向不垂直于砂層表面造成的打印砂型X方向和Y方向各向異性的問 題，本發明提出了一種可變角度移動打印的砂型3D打印成形裝置。

一種可變角度移動打印的砂型3D打印成形裝置，其特征在于該 裝置包括：機架主體、成形砂箱、可升降的工作平臺、型砂存儲箱、 真空上砂系統、移動鋪砂系統、可變角度移動打印系統及控制系統。 其中，所述機架主體為成形裝置的主要承力結構，確保成形裝置在工 作過程中的穩定可靠；所述成形砂箱位于所述機架主體的中間位置， 用于在成形過程中提供打印砂型成形所需空間；所述可升降的工作平 臺設置于所述成形砂箱內部，用于承托型砂；所述型砂存儲箱位于所 述機架主體旁邊，與所述真空上砂系統連接，用于存儲混合了固化劑 的型砂；所述真空上砂系統位于機架主體上方，用于提供打印所需型 砂；所述移動鋪砂系統位于機架主體上方，用于在可升降的工作平臺 表面鋪設混合了固化劑的型砂；所述可變角度移動打印系統位于機架 主體上方，可根據移動打印速度調整打印噴頭噴射角度，用于在鋪設 的型砂表面噴射粘結劑；所述控制系統與所述可升降的工作平臺、真 空上砂系統、移動鋪砂系統、可變角度移動打印系統相連接。

優選地，所述可變角度移動打印系統包括：移動打印橫梁，所述 移動打印橫梁位于機架主體上方，確保可變角度移動打印系統在機架 主體上水平移動；組合式陣列噴頭，所述組合式陣列噴頭的陣列噴頭 呈品字形或一字形布局，用于噴射粘結劑；角度調整架，所述角度調 整架與所述移動打印橫梁固定連接；繞X方向轉動的轉軸，所述繞X 方向轉動的轉軸與所述角度調整架和組合式陣列噴頭固定連接，用于 調整組合式陣列噴頭繞X方向的轉動角度；繞Y方向轉動的擺軸，所 述繞Y方向轉動的擺軸與所述角度調整架和組合式陣列噴頭固定連 接，用于調整組合式陣列噴頭繞Y方向的轉動角度。

優選地，所述繞X方向轉動的轉軸為角度調整電機與電機座的組 合，角度調整電機與連桿的組合，角度調整電機與齒輪的組合中的一 種，用于實現所述組合式陣列噴頭在打印平面內繞X方向進行-10° 至10°的角度調整。