[发明专利]一种3D打印冰型铸造砂型的成形方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种无模铸型快速制成形方法，以及一种无模铸型成形装置。

背景技术

目前的快速原型技术（rapid prototype）大多都基于分层制造技术，分层制造技术是将被加工对象分解为多个平行的薄层，加工过程中，通过逐层成形这些薄层并叠加而完成制造。这一过程往往要借助于计算机技术来实现。

用分层制造技术快速制做铸造砂型（包括砂型和砂芯，以下统称铸型）的常用方法主要有以下两种：

一种是用激光对覆膜砂进行选择性烧结。其基本方法是：先在工作台上铺一层覆膜砂，并加热至略低于覆膜砂融点温度，然后用激光束按照截面形状进行扫描，被扫描的部分融化、粘接成形，该层成形后，工作台下降一个层高，再进行下一层的铺料和烧结，直至最终逐层堆叠固化成铸型。这种方法的主要缺点是制成的铸型变形量大，影响砂型和砂芯的装配，铸件尺寸精度受影响。

另一种是对覆有固化剂的型砂进行选择性喷覆树脂，先在工作台上铺一层覆有固化剂的型砂，然后由计算机控制喷头按照切面形状精确地喷射树脂，树脂和砂粒表面的固化剂发生固化反应，一层层固化的型砂堆叠成铸型。这种方法的主要缺点是砂型树脂含量高，加工完铸型后去砂困难，随后的铸造过程中铸造缺陷发生率高，并且容易污染环境。

发明内容

针对喷射树脂粘接砂型所存在的问题，本发明目的在于提出了一种3D打印冰型铸造砂型的方法，以及提出采用3D打印冰型铸造砂型方法的装置。

3D打印冰型铸造砂型的方法是采用水或水溶液作为粘接剂，在低温环境下结冰凝固砂型，减少制成的铸型变形量，提高铸型和型芯的装配质量，提高铸件尺寸精度；该方法不使用树脂，粘结剂主要成分是水，既起到环保的作用，复合现代绿色制造的理念，又可避免铸型发气量大，去除余砂困难等问题。

为了实现上述目的，本发明的3D打印冰型铸造砂型方法按以下步骤进行：

步骤1：将被打印的砂型材料冷却成-40℃至-10℃；

步骤2：在低温成形环境中，将工作台下移一段距离并铺设一层冷冻的底砂；

步骤3：工作台下移一个层厚 ，用铺粉辊均匀的铺一层低温型砂；

步骤4：按照当前层铸型的截面形状，在指定区域采用喷头喷射水或水溶液，水或水溶液遇到低温型砂结冰将砂型凝固；

步骤5：重复步骤3、步骤4，层层打印，直至最终逐层堆叠凝固成完整铸型；

步骤6：清理掉未喷射水或水溶液而凝固的剩余型砂。

3D打印制造冰冻铸型的方法，铸型所用砂粉为石英砂或陶粒砂、铬铁矿砂和橄榄石砂等铸造用耐火型砂，常用粒度为70/140目。

3D打印制造冰冻铸型的方法，所述喷射系统喷射所用的液体为水或以水为主的溶液。

采用以上所述的技术方案，有以下优点：

1、用水或水溶液作为粘结剂，绿色环保；

2、制成的铸型，在液态金属充型后，铸型中的水分在高温作用下迅速汽化，可在金属凝固之前逸出，与树脂粘结剂铸型相比，铸件发生气孔缺陷的比率小；

3、所用粘结剂材料为水或水溶液，耐火材料为各种原砂（石英砂、陶粒砂、铬铁矿砂、锆英砂和橄榄石砂等），材料来源广泛，成本低廉。

附图说明

图1 工作台沿g方向，向下移5mm后的示意图；

图2 铺底砂的示意图；

图3 工作台沿g方向，向下移2mm后的示意图；

图4 铺第1层砂的示意图；

图5 喷水或水溶液的示意图；

图6图5的 A向视图；

图7工作台沿g方向，向下移2mm后的示意图；

图8铺第2层砂的示意图；

图9逐层堆叠完成后的示意图；

图10去除余砂后的示意图；

图11制成的铸型示意图；

图12 3D打印冰型铸造砂型的成形装置示意图。

图中：1、铺粉装置；2、固定工作台边框；3、可移动工作台板；4、可移动工作台板与可移动工作台5的连接板； 5、可移动工作台；6、砂粉；7、阵列喷头；8、8字形铸型第1层砂； 9、8字形铸型两层砂； 10、8字形完整铸型； 11、去除余砂后的8字形铸型，12、低温成形室；13、Y轴导轨；14、X轴导轨；15、供液系统；16、冷却装置；17、真空上料系统；18、螺旋搅拌系统；19、铺粉机构；20、储砂罐。 另图中： f、铺粉辊向右行走方向； g、工作台向下移动方向。

具体实施方式