[发明专利]3D打印铸造砂型的紧实方法

说明书

技术领域

本发明属于铸造领域，特别提供一种3D打印铸造砂型的紧实方法，用于解决现行3D打印铸造用砂型的紧实度问题以及粘结剂与原砂的混合效果问题。

背景技术

砂型铸造是个古老的生产技术，几千年来一直是生产铸件的主导工艺。近些年来，随着科技进步，增材制造、数字化制造正逐步进入传统制造领域。其中，利用3D打印铸造砂型，可以实现无模铸造，极大地缩短了铸造周期并提高了铸件尺寸精度，实现了数字化制造。

在铸件生产过程中，砂型是可以反复回用的廉价模具，铸件的成形就是不断的制造砂型与浇注过程，所以人们对铸造厂又俗称“翻砂厂”。

利用原砂和粘结剂制造砂型主要的一项指标是强度，高强度砂型是确保铸件成形尺寸、少无缺陷的重要条件。当原砂和粘结剂已经确定的情况下，为使砂型有一定的强度，通常的措施有两点：一是增加粘结剂用量，二是增加砂型紧实度。增加粘结剂用量所带来的副作用很大，如发气量大、透气性差、溃散性差等；实际生产过程中，人们多采用提高砂型紧实度的办法来增加砂型强度。传统的手工造型是靠边加砂边舂实的办法提高紧实度，机器造型也是靠加压、震动、气流冲击等物理方法提高紧实度，进而提高砂型强度。

3D打印是靠逐层堆积的方法制作砂型，由于每层厚度只有0.1～3毫米，不能依靠舂实、加压以及气流冲击方法提高紧实度。由于砂层薄、自重轻，即便是采用震动方式也只能起到均匀铺砂作用，无法有效提高紧实度。实际应用过程中只能靠增加粘结剂用量来提高砂型强度，由此带来的负作用极大，严重制约了3D打印砂型技术在铸造领域的产业化应用。

发明内容

针对3D打印铸造砂型特点，本发明提供了一种新的铸造砂型紧实方法，实现了3D打印砂型的物理紧实，更适应钢铁材料铸造需求。

本发明技术方案如下：

一种3D打印铸造砂型的紧实方法，针对3D打印铸造砂型特点，利用滚动压实原理，实现砂型紧实。其特征在于：在常规3D打印砂型设备基础上，增设滚动压实装置(简称：滚压装置)，通过调整打印操作顺序和工艺参数，利用滚压方式对每层型砂进行物理压实，增加砂型的紧实度，进而提高砂型强度。另外，现行3D打印方法所喷洒的粘结剂是依靠自然侵润方式与原砂混合，采用滚压方式也可进一步促进粘结剂与原砂的混合效果。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

本发明在现行3D打印砂型的基础上增设了滚压紧实操作工序，以喷粘结剂打印方法(3DP)为例，实现本发明需要三个基本打印步骤：

第Ⅰ步：利用刮板原理布设原砂层；第Ⅱ步：利用喷墨方法对原砂层进行选择性喷粘结剂；第Ⅲ步：使用滚压装置对砂层进行滚动压实，使之具有一定的紧实度。图1为本发明基本步骤示意图，从中可以看出：第Ⅰ步和第Ⅱ步系目前常规3D打印砂型的基本步骤，第Ⅲ步为本发明所增加的步骤。

本发明的特色在于：通过图1中的第Ⅲ步实现了砂型的滚动压实。关键点在于增加了滚压装置，并且与现行的布砂与喷粘结剂方法进行了有机配合。

1)、滚压装置设计要点：

(a)所述滚压装置中设有滚轮，滚轮材料可选择现行不锈钢材料；滚轮直径可选择￠20～￠200mm；滚轮压力可以通过改变自重或调节压紧装置实现；滚轮压实行程在￠0.05～￠0.20范围内可调；滚轮相对砂面的行进速度可选择15～400mm/s。

(b)滚轮可以主动行走和被动拖动两种滚压方式。其中，主动行走滚压方式要求滚轮自转角速度与行进速度匹配，确保滚轮与砂面无相对滑动。

(c)为了不使滚轮粘砂，可以在滚压装置中加设清扫涮结构。

2)、滚动压实的操作顺序与工艺参数：

(a)本发明采用逐层布砂、逐层喷粘结剂、逐层滚压的顺序进行压实。

(b)现行3D打印方法多采用快速固化粘结剂，本发明要求粘结剂的固化时间应长于滚压时间。

(c)通常，本发明应按图1步骤执行。对于特殊粘结剂，为了避免滚轮粘砂，本发明也可以在布砂后滚压，既将图1的第Ⅲ步与第Ⅱ步调换。特殊情况也可以间隔2～6层滚压一次。

本发明也可以应用于选择性激光烧结方法(SLS)以及激光轮廓失效打印方法(PIRP)，其步骤和要点与喷粘结剂打印方法相似。

本发明与现有技术相比，所具有的优点如下：