CN116372113A - 砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热方法与装置，该方法能够有效提高砂型的固化速率，缩短固化时间，防止砂型局部受热变形翘曲。该装置包括镂空砂箱、抽真空装置与磁感应加热装置。镂空砂箱和抽真空装置可以提高砂型加热时空气的流动性和砂型温度，进一步提高砂型整体强度和透气性以及加快砂型的固化速度；另一方面，砂箱外表面的磁感应线圈通电，砂箱内铁丝能够持续为砂型进行整体加热，加快树脂与固化剂反应速度，减少成形时间,提高砂型整体质量。通过本发明的优化，大大提高了砂型生产效率，同时防止砂型不均匀固化产生翘曲变形现象进一步提高砂型成形质量。
Description
技术领域
本发明属于3D打印领域，特别是涉及砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热方法与装置。
背景技术
增材制造技术，即3D打印技术，是于80年代逐渐兴起的一项新型快速成型技术，它的发展开始撼动传统制造业的地位，并在许多高新科技行业展现独到的优势。
3D打印有多种不同形式，如FDM、DLP、EBF、SLA等，材料也多种多样，如热塑性塑料、各种合金、光敏树脂等，广义上来说3D打印的过程主要为三部分：三维建模，通过计算机对目标进行模型搭建；切片处理，通过特定的软件对模型进行切片；模型打印，通过3D打印机将切片层层堆积构建成目标模型。其中，砂型3D打印技术是基于微滴喷射原理的快速成形技术，采用分层制造思想进行砂型的增材制造，适用于模具定制以及单件、小批量产品的生产。砂型3D打印设备工作前，首先对搭建的STL格式模型选择厚度切片，然后根据切片所得的截面信息，将每层砂型的二维轮廓数据生成打印图案；砂型3D打印设备工作时，将预混了固化剂的砂粒存放在铺砂槽中进行铺砂，打印喷头按照每层的截面信息喷射树脂粘结剂，树脂粘结剂与固化剂发生胶联反应，层层固化，堆积成形；砂型制备完成后，将砂型清理出来，除去表面浮砂即可。最后，在铸型的表面涂敷或浸渍涂料之后就可用于浇注金属。与传统的铸造技术相比，砂型3D打印技术无需制造模型，减少材料浪费，柔性化制造能力强，降低研发成本，发展优势明显。但是也存在不足之处，传统砂型固化需要在长时间初步固化后，从砂子中取模，然后再将砂型烧结固化，需要等待较长固化时间，再取模烧结，且烧结过程中容易出现模型翘曲的现象，影响模型精度。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热装置，该装置包括镂空砂箱、抽负压装置、磁感应加热装置；其中所述抽负压装置由砂箱密封板、抽负压机构、透气纱布组成，抽负压机构固定安装在砂箱密封板上；所述镂空砂箱由镂空密封升降板和砂箱四周板组成，镂空密封升降板在砂箱四周板中进行上下移动；所述磁感应加热装置由磁感应线圈、铁丝和温度传感器组成，磁感应线圈缠绕在砂箱四周板的外表面；所述砂箱底板上铺有多层筛网和透气纱布；打印砂型位于在多层筛网透气纱布上方。
进一步的，砂箱密封板外侧尺寸等于砂箱四周板内测尺寸，砂型打印结束后通过螺栓将砂箱密封板固定安装在砂箱四周板上，抽负压机构一端软管穿过砂箱密封板。
进一步的，镂空密封升降板采用不锈钢材质，上下表面涂有纳米涂层，镂空区域为中间部分，镂空形状为圆形，圆形半径为0.5cm，相邻圆心距离为1cm。
进一步的，筛网为两层，筛网尺寸、透气纱布尺寸与镂空升降板尺寸一致，筛网孔尺寸分别为2.3mm、0.25mm，2.3mm网孔筛网位于下方，然后上方是0.25mm网孔筛网，透气纱布放于5mm网孔筛网上，透气纱布铺设后采用型砂堆积进行固定。
进一步的，磁感应线圈通过卡扣固定在砂箱四周板上，线圈间距为4cm，从砂箱四周板底部一直缠绕到砂箱四周板顶部，温度传感器一端连接铁丝，一段连接电脑；
砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热方法，包括以下步骤：
步骤1：打印开始前将两层筛网和透气纱布铺放在镂空密封升降板上面，添加粒度较大的型砂进行筛网和透气纱布固定；
步骤2：开始进行砂型3D打印，打印结束后，在打印砂型周围插上细小的铁丝，然后用透气纱布盖在打印平台表面，用砂箱密封板将纱布压住，用螺栓固定砂箱密封板；
步骤3：给磁感应线圈通电，通过铁丝对砂型进行加热，同时打开抽负压机构，将砂型受热产生的气体排出。
进一步的，步骤1中铁丝直径为0.5mm，铁丝***点距离砂型3cm左右，铁丝长度为打印砂型高度加上2cm；
进一步的，透气纱布大小比打印平台尺寸大1-2cm，砂箱密封板固定后用密封胶对砂箱密封板进行密封；
进一步的，磁感应线圈中电流根据铁丝温度进行时时控制，铁丝温度通过温度传感器时时传入电脑，通过电脑PLC***控制磁感应线圈中的电流大小；
进一步的，抽负压机构保持负压值在0.03-0.05MPa值之间，保证砂箱中空气的流动和透气纱布的稳定；
进一步的，镂空密封升降板底部可以选择通入热风进行砂型加热。
本发明具有以下有益效果：
1、通过在砂箱中对砂型进行加热后处理，可以有效地提高砂型整体强度以及加快砂型固定时间，提高整体砂型固化时间，大大的提高的生产效率和质量；
2、在砂箱中对砂型进行加热，因为砂型周围有型砂夹压固定作用导致砂型在加热的过程中不发生翘曲现象，进一步提高砂型整体质量；
3、砂型在砂箱中不取出进行加热可以有效避免砂型未完全固化取出时砂型受损问题，同时可以进一步的提高砂型整体精度和强度；
4、通过抽负压的方式将砂型受热产生的气体及时排出可以有效的提高砂型的透气性和精度，同时通热风的方式可以进一步提高砂型的固化速率和强度。
附图说明
图1为砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热装置三维前视图；
图2为砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热装置种铁丝插在砂型周围的示意图；
图3为砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热装置总体二维示意图；
图4为砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热装置下视图。
其中：1、砂型密封板；2、抽负压机构；3、镂空密封升降板；4、砂箱四周板；5、磁感应线圈；6、筛网；7、砂型；8、透气纱布；9、铁丝；10、温度传感器；11、透气纱布。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1-4所示，在砂型打印开始前，将7mm孔径、5mm孔径的筛网6铺设在镂空密封升降板3上，7mm孔径筛网放于下方。将透气纱布8铺放在5mm孔径的筛网6上，在透气纱布8上铺上粒径较大的型砂用于压实，开始进行砂型打印。
在打印结束后，在砂型7周围3cm左右插上长度为砂型高度加上2cm的铁丝9，在砂箱型砂表面铺上透气纱布，用砂箱密封板将纱布压住，固定砂箱密封板与砂箱四周板，用密封胶密封砂箱密封板。给磁感应线圈5通电，打开抽负压机构2。通电的磁感应线圈5持续为砂箱整体加热，加速树脂与固化剂进行固化反应，减少固化时间。风热循环通过镂空密封升降板的空洞传输热气流，同时在砂箱顶部施加一定的负压。热气流将穿过砂箱底部的空洞，筛网以及砂型，在整个环境中持续循环，减少固化时间。
本实施例另一方面，传统砂型固化需要在长时间初步固化后，从砂子中取模，然后再将砂型烧结固化，通过优化后的本发明，可以在不取出砂型就直接固化，减少了砂型制造时间的同时，避免取模过程带来的砂型损耗，提高了砂型的成型精度。
本实施例相对于正常打印砂型固化缩短了60％～80％固化时间，提高砂型制造节拍。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (10)
1.砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热装置，其特征在于，该装置包括镂空砂箱、抽负压装置、磁感应加热装置；其中所述抽负压装置由砂箱密封板(1)、抽负压机构(2)、透气纱布(8)组成，抽负压机构(2)固定安装在砂箱密封板(1)上；所述镂空砂箱由镂空密封升降板(3)和砂箱四周板(4)组成，镂空密封升降板(3)在砂箱四周板(4)中进行上下移动；所述磁感应加热装置由磁感应线圈(5)、铁丝(9)和温度传感器(10)组成，磁感应线圈(5)缠绕在砂箱四周板(4)的外表面；砂箱底板上依次铺有透气纱布(11)和多层筛网(6)；打印砂型(7)位于在多层筛网(6)和透气纱布(11)上方。
2.根据权利要求1所述的砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热装置，其特征在于：砂箱密封板(1)外侧尺寸等于砂箱四周板(4)内测尺寸，砂型(7)打印结束后通过螺栓将砂箱密封板(1)固定安装在砂箱四周板(4)上，抽负压机构(2)一端软管穿过砂箱密封板(1)。
3.根据权利要求1所述的砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热装置，其特征在于：镂空密封升降板(3)采用不锈钢材质，上下表面涂有纳米涂层，镂空区域为中间部分，镂空形状为圆形，圆形半径为0.5cm，相邻圆心距离为1cm。
4.根据权利要求1所述的砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热装置，其特征在于：筛网(6)为两层，筛网尺寸、透气纱布(11)的尺寸与镂空密封升降板(3)的尺寸一致，筛网孔尺寸分别为2.3mm、0.25mm，2.3mm网孔筛网位于下方，然后上方是0.25mm网孔筛网，透气纱布(11)放于0.25mm网孔筛网上，透气纱布(11)铺设后采用型砂堆积进行固定。
5.根据权利要求1所述的砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热装置，其特征在于：磁感应线圈(5)通过卡扣固定在砂箱四周板(4)上，线圈间距为4cm，从砂箱四周板(4)底部一直缠绕到砂箱四周板(4)顶部，温度传感器(10)一端连接铁丝，一段连接电脑。
6.砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：打印开始前将两层筛网(6)和透气纱布(11)铺放在镂空密封升降板(3)上面，添加粒度粒径大的型砂进行筛网(6)和透气纱布(11)固定；
步骤2：开始进行砂型3D打印，打印结束后，在打印砂型(7)周围插上细小的铁丝(9)，然后用透气纱布(8)盖在打印平台表面，用砂箱密封板(1)将纱布压住，用螺栓固定砂箱密封板(1)；
步骤3：给磁感应线圈(5)通电，通过铁丝(9)对砂型进行加热，同时打开抽负压机构(2)，将砂型(7)受热产生的气体排出。
7.根据权利要求6所述的砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热方法，其特征在于：步骤1中铁丝(9)直径为0.5mm，铁丝***点距离砂型(7)3cm左右，铁丝长度为打印砂型(7)高度加上2cm。
8.根据权利要求6所述的砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热方法，其特征在于：透气纱布(8)大小比打印平台尺寸大1-2cm，砂箱密封板(1)固定后用密封胶对砂箱密封板(1)进行密封。
9.根据权利要求6所述的砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热方法，其特征在于：磁感应线圈中电流根据铁丝(9)温度进行时时控制，铁丝(9)温度通过温度传感器(10)时传入电脑，通过电脑PLC***控制磁感应线圈(5)中的电流大小。
10.根据权利要求6所述的砂型打印层间增强磁感应均衡负载加热方法，其特征在于：抽负压机构(2)保持负压值在0.03-0.05MPa值之间，保证砂箱中空气的流动和透气纱布(11)的稳定；镂空密封升降板(3)底部可以选择通入热风进行砂型(7)加热。
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