一種噴射固化型砂的快速制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及快速成型技術(shù)，尤其涉及一種噴射固化型砂的快速制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印是快速成型技術(shù)的一種，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體，形成“數(shù)字化制造”。
[0003]3D打印技術(shù)，是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品。與傳統(tǒng)制造業(yè)通過模具、車銑等機(jī)械加工方式對(duì)原材料進(jìn)行定型、切削以最終生產(chǎn)成品不同，3D打印將三維實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)二維平面，通過對(duì)材料處理并逐層疊加進(jìn)行生產(chǎn)，大大降低了制造的復(fù)雜度。這種數(shù)字化制造模式不需要復(fù)雜的工藝、不需要龐大的機(jī)床、不需要眾多的人力，直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中便可生成任何形狀的零件，使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。
[0004]受研發(fā)和消費(fèi)的影響，鑄造件的設(shè)計(jì)越來越體現(xiàn)消費(fèi)者的意愿、體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)意，正在擺脫傳統(tǒng)鑄造工藝的束縛，產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研發(fā)開始借助3D打印在大企業(yè)的內(nèi)部完成，3D打印技術(shù)正在成為提高高端鑄件產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的有力保證。目前，已有部分工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)應(yīng)用于鑄造生產(chǎn)服務(wù)，主要用于鑄件的快速原型、翻制模具、打印模殼、砂芯等。
[0005]用激光對(duì)覆膜砂進(jìn)行選擇性燒結(jié)，是當(dāng)前較成熟的快速成型技術(shù)之一，其最大的特點(diǎn)是制造中無需任何機(jī)械輔助設(shè)備，靈活性高，穩(wěn)定性好，適合制造復(fù)雜形狀的砂型(芯)。其工作原理為，在CAD切片模型的驅(qū)動(dòng)下，先在工作臺(tái)上鋪一層覆膜砂，并加熱至略低于覆膜砂熔點(diǎn)溫度，然后激光束選擇性地按照切片形狀進(jìn)行掃描，被掃描的部分材料熔化、粘接，形成截面輪廓，一層完成成形后，工作臺(tái)下降一個(gè)層高，再進(jìn)行下一層的鋪料和燒結(jié)，逐層疊加，直至最終堆疊固化成實(shí)體鑄型。
[0006]然而，使用該方法的主要缺點(diǎn)是制成的砂型變形量大，從而影響鑄型和型芯的裝配，使鑄件尺寸精度受影響，鑄件尺寸也因此受到了限制。
[0007]與覆膜砂的選擇性激光燒結(jié)技術(shù)類似地，使用微滴噴射粘結(jié)成型技術(shù)也是當(dāng)前快速發(fā)展的一種快速成型技術(shù)。其工作原理為，根據(jù)CAD切片模型，對(duì)覆有固化劑的型砂進(jìn)行選擇性噴覆樹脂，先在工作臺(tái)上鋪一層覆有固化劑的型砂，然后由計(jì)算機(jī)控制精確地噴射樹脂；也可以是對(duì)覆有樹脂的型砂進(jìn)行選擇性噴固化劑，先在工作臺(tái)上鋪一層覆有樹脂的型砂，然后由計(jì)算機(jī)控制精確地噴射固化劑，通過固化劑和樹脂兩者發(fā)生膠聯(lián)反應(yīng)，逐層固化型砂而堆積形成鑄型。
[0008]使用上述方法的主要缺點(diǎn)是砂型樹脂含量高，隨后的鑄造過程中鑄造缺陷發(fā)生率高，并且固化速率較慢，樹脂粘度高容易堵塞噴頭裝置；對(duì)于覆有樹脂的型砂而言，因?yàn)槿菀捉Y(jié)團(tuán)粘連，不易分散，導(dǎo)致鋪砂效果不好，使打印的砂型有缺陷。
[0009]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種噴射固化型砂的快速制造方法，提高打印砂型的成型質(zhì)量和速率，降低樹脂使用量，并且通過降低樹脂的粘度來減少噴頭堵塞的幾率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種噴射固化型砂的快速制造方法，降低樹脂的使用量來避免鑄型發(fā)氣量過大的問題，防止堵塞噴頭裝置，加快固化速度，提高鑄型和型芯的裝配質(zhì)量，獲得較高強(qiáng)度的鑄型。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種噴射固化型砂的快速制造方法，包括以下步驟:
[0012](a)在計(jì)算機(jī)中建立砂型的三維模型，并對(duì)該模型進(jìn)行分層和數(shù)據(jù)處理；
[0013](b)控制鋪粉裝置在工作臺(tái)上鋪一層覆有固化劑的型砂；
[0014](c)計(jì)算機(jī)根據(jù)模型的一系列層面，讀取當(dāng)前層面的實(shí)體數(shù)據(jù)，按照讀取的實(shí)體數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)設(shè)備的噴射系統(tǒng)噴射一層經(jīng)過稀釋處理的樹脂，被噴射樹脂區(qū)域的型砂發(fā)生固化反應(yīng)而粘接成形，形成第一層；
[0015](d)對(duì)成形的層面進(jìn)行加熱干燥處理；
[0016](e)完成第一層成形后，工作臺(tái)下降一個(gè)層高，按照(b)-(d)再進(jìn)行鋪粉、噴射樹月旨，被噴射樹脂的型砂固化、粘接成形，對(duì)成形的層面加熱干燥，形成第二層；并以此類推，逐層打印剩下的所有層面，逐層堆疊固化成鑄型實(shí)體；
[0017](f)去除沒有固化成形的余砂，進(jìn)一步對(duì)鑄型實(shí)體烘干固化，提高鑄型實(shí)體的強(qiáng)度。
[0018]進(jìn)一步地，型砂包括鋯砂、鎂砂、鉻鐵礦砂、橄欖石砂、鈦鐵礦砂、剛玉砂、耐火熟料、石灰石砂、碳質(zhì)砂、陶粒砂、或其它陶瓷粉等，型砂的粒度選自于20-40目、30-50目、40-70 目、50-100 目、70-140 目、100-200 目等。
[0019]在本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，型砂為鑄造硅砂，粒度為70-140目。
[0020]進(jìn)一步地，固化劑包括苯磺酸、甲苯磺酸、二甲苯磺酸、對(duì)甲苯磺酸、苯酚磺酸、萘磺酸、對(duì)氯苯磺酸等。
[0021]在本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，樹脂為呋喃樹脂。
[0022]在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式中，樹脂為酚醛樹脂等合成樹脂。
[0023]進(jìn)一步地，稀釋劑包括無水乙醇、異丙醇、糠醇、丙酮、甲苯、二甲苯、正己烷等有機(jī)溶劑，為市面上常見的有機(jī)溶劑，通過對(duì)較高粘度的樹脂粘結(jié)劑進(jìn)行稀釋處理，可防止堵塞噴頭，并且在噴頭噴樹脂速率一定的情況下，還可以降低鑄型中的樹脂含量。
[0024]更進(jìn)一步地，型砂與固化劑的重量比例為100:0.1-3，樹脂與稀釋劑的比例為100:5-20o
[0025]進(jìn)一步地，加熱干燥使用的裝置使用紅外加熱或電加熱，采用加熱干燥裝置，可促進(jìn)稀釋劑的揮發(fā)，并且提高打印區(qū)域的環(huán)境溫度，促進(jìn)固化反應(yīng)，更進(jìn)一步地，加熱干燥處理的溫度為50-150°C。
[0026]進(jìn)一步地，對(duì)鑄型實(shí)體進(jìn)行烘干固化在烘干箱內(nèi)進(jìn)行，烘干箱的溫度為150-250°C。
[0027]進(jìn)一步地，鋪粉裝置的鋪粉方法包括輥?zhàn)邮?、篩子式、刮板式和梳子式等。
[0028]更進(jìn)一步地，鋪粉裝置在工作臺(tái)的可調(diào)高度上進(jìn)行二維方向的運(yùn)動(dòng)。
[0029]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0030]1、本發(fā)明的方法中初始固化不采用高溫加熱，砂芯的變形比較小，減少制成的鑄型變形量，提高鑄型和型芯的裝配質(zhì)量，提高鑄件尺寸精度以及尺寸長(zhǎng)度；
[0031]2、用本發(fā)明的方法制成的鑄型，避免了現(xiàn)有的快速鑄型制造方法制成的鑄型因樹脂含量尚而造成的發(fā)氣量尚等冋題；
[0032]3、降低樹脂的粘度，防止堵塞噴頭裝置；
[0033]4、加快固化速度，獲得較高強(qiáng)度的鑄型；
[0034]5、解決鋪砂不均勻影響打印成型的問題。
[0035]6、發(fā)明中所用的材料，可選范圍廣泛，適合各種鑄造使用。
[0036]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0037]圖1是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的工作臺(tái)和鋪粉裝置的側(cè)面示意圖，工作臺(tái)處在下移一層的狀態(tài)；
[0038]圖2是通過鋪粉輥?zhàn)邮构ぷ髋_(tái)上鋪有底層型砂的示意圖；
[0039]圖3是鋪完底層型砂后工作臺(tái)下降的不意圖；
[0040]圖4是用鋪粉輥?zhàn)釉诠ぷ髋_(tái)上鋪第一層型砂的示意圖；
[0041]圖5是向鑄型區(qū)域嗔射樹脂的側(cè)面不意圖；
[0042]圖6是向鑄型區(qū)域嗔射樹脂的俯視不意圖；
[0043]圖7是加熱烘干裝置作用于鑄型區(qū)域的側(cè)面示意圖；
[0044]圖8是經(jīng)逐層堆疊固化成鑄型實(shí)體的側(cè)面示意圖；
[0045]圖9是鑄型在烘干箱中加熱烘干的示意圖；
[0046]圖10是本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例中通過鋪粉刮板使工作臺(tái)上鋪有底層型砂的示意圖；
[0047]圖11是本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例中通過鋪粉梳子使工作臺(tái)上鋪有底層型砂的示意圖；
[0048]圖12是圖11中鋪粉梳子的示意圖。
[0049]其中，I成型缸，2活塞桿，3粉末床，4工作臺(tái)面，51鋪粉輥?zhàn)樱?2鋪粉刮板，53鋪粉梳子，6型砂，7鑄型區(qū)域，8噴頭，9加熱干燥裝置，10鑄型實(shí)體，11烘干箱。
【具體實(shí)施方式】
[0050]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0051]實(shí)施例1
[0052]配置覆有苯磺酸的型砂:型砂選用粒度為70-140目的鑄造硅砂，使用混砂機(jī)或其它設(shè)備對(duì)型砂及苯磺酸按照100:1.5的比例進(jìn)行攪拌混合，即苯磺酸加入量為型砂重量1.
[0053]配置稀釋處理的呋喃樹脂:將呋喃樹脂與無水乙醇使用液體攪拌機(jī)或其它設(shè)備進(jìn)行攪拌混合，呋喃樹脂與無水乙醇的重量比例為100:15，即無水乙醇占呋喃樹脂的15%。
[0054]通過噴射固化型砂的方法實(shí)現(xiàn)快速制造，具體為以下步驟:
[0055](a)在計(jì)算機(jī)中建立砂型的三維模型，并對(duì)該模型進(jìn)行分層和數(shù)據(jù)處理；清理工作臺(tái)面4的位于邊框和上面的浮砂，使成型缸I范圍的工作區(qū)域干凈、無浮砂；
[0056](b)通過計(jì)算機(jī)控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)活塞桿2，使與之通過螺紋連接的粉末床3下移0.8mm，如圖1所示；控制鋪粉輥?zhàn)?1沿著與工作臺(tái)面4平行的方向在粉末床3上鋪一層覆有苯磺酸的型砂6，如圖2所示，鋪完的型砂6與工作臺(tái)面4齊平；
[0057](c)計(jì)算機(jī)根據(jù)模型的一系列層面，讀取當(dāng)前層面的實(shí)體數(shù)據(jù)，按照該層截面的輪廓數(shù)據(jù)信息，驅(qū)動(dòng)設(shè)備的噴射系統(tǒng)通過噴頭8，向鑄型區(qū)域7噴射一層經(jīng)過無水