一種型砂噴射固化增材制造設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種型砂噴射固化增材制造設備，包括：可移動式工作臺、噴砂裝置、噴粘結劑裝置、噴固化劑裝置以及噴鐵粉裝置?？梢苿邮焦ぷ髋_包括升降裝置、伺服電機以及工作臺面，伺服電機驅動升降裝置可帶動工作臺面精確、自由上下升降；各噴射裝置安裝有專用儲料罐、專用噴頭以及控制閥，噴射裝置和控制閥皆與集成控制系統(tǒng)相連接，各噴射裝置在集成控制系統(tǒng)控制下可上下移動，各專用儲料罐和各專用噴頭皆具有各自不同的機械結構。另外，該設備還包括集成控制系統(tǒng)、通風裝置和防護外罩。根據本實用新型提供的型砂噴射固化增材制造設備，自適應性強，集成度高。其生產的鑄型，工藝性能好，且后期得到的鑄件具備優(yōu)良的力學性能和使用性能。
【專利說明】一種型砂噴射固化增材制造設備【技術領域】
[0001]本實用新型屬于快速制造領域中的數字化增材制造技術，具體地涉及一種型砂噴射固化增材制造設備?！颈尘凹夹g】
[0002]所謂數字化增材制造技術就是一種三維實體快速自由成形制造新技術，它綜合了計算機的圖形處理、數字化信息和控制、激光技術、機電技術和材料技術等多項高技術的優(yōu)勢，這種新技術起源于1988年誕生的“快速原型制造”技術?？焖僭图夹g采用了一種全新的無模具自由成形原理來制造三維實體零件，它采用逐漸增加材料的方法成形零件。這種成形方法不需要模具，省去了十分冗長的制造模具過程和昂貴的模具制造成本。因而又被稱為實體自由成形技術或快速成形技術。
[0003]近幾年來利用快速成形的離散/堆積原理發(fā)展起來的直接鑄型制造技術，省去了傳統(tǒng)工藝的模型，按照鑄型CAD模型(包括澆注系統(tǒng)等工藝信息)的幾何信息精確控制造型材料的堆積過程，直接制造鑄型，屬于增材制造技術的一種。由清華大學研制成功的PCM(Patternless Casting Modeling)無模鑄型制造工藝,是將RP理論(快速原型)引進到樹脂砂造型工藝中，采用輪廓掃描噴射固化工藝，實現了無模型鑄型的快速制造。
[0004]對于快速制造領域中的無模具鑄型制造技術在實際生產而言，必須保證能夠制造出滿足不同鑄件實際需要的鑄型。實際生產中首先根據鑄件的機械結構，制定出合理有效的鑄造工藝，且往往考慮到鑄件的不同壁厚以及特殊的結構，會需要不同型砂材料以及冷鐵等來最終制造出所需鑄型。但是目前的增材制造鑄型設備，一般都是采用同種材料以及同種目數的型砂(大多數為樹脂砂)，相同的噴頭來制造鑄型。此種設備制造出的鑄型透氣性較差，且大多數情況很難滿足鑄件的順序凝固或者均勻凝固原則，進而難以降低或消除鑄件的內應力，以至于會產生裂紋、變形以及縮孔縮松等多種鑄造缺陷，最終嚴重影響鑄件的力學性能。而本發(fā)明提供的型砂噴射固化增材制造設備是在綜合利用無模鑄型制造工藝在鑄型制備方面優(yōu)勢的基礎上，噴射不同種類和目數的型砂，也可噴射冷鐵用金屬材料，通過合理的噴射固化工藝，直接獲得所需鑄型。通過此種設備制造的鑄型，工藝性能好，且后期得到的鑄件具備優(yōu)良的力學性能和使用性能。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型旨在提供一種型砂噴射固化增材制造設備，以解決現有增材制造技術因采用同種材料以及同種目數的型砂，且使用相同的噴頭所制造的鑄型存在工藝性能差(如透氣性和散熱性差等)、難以降低或消除鑄件內應力以及所得鑄件會產生裂紋、變形以及縮孔縮松等多種鑄造缺陷的問題。另外，本發(fā)明提供的型砂噴射固化增材制造設備還可以解決現有技術無法同時噴射成形冷鐵的問題。
[0006]根據本實用新型的一個方面，提供了一種型砂噴射固化增材制造設備，包括:可移動式工作臺，位于設備正中間；噴射裝置包括:噴砂裝置，噴粘結劑裝置，噴固化劑裝置以及噴鐵粉裝置，皆固定于設備上方；該型砂噴射固化增材制造設備還包括集成控制系統(tǒng)、通風裝置和防護外罩。
[0007]進一步地，可移動式工作臺包括升降裝置、伺服電機、墊板以及工作臺面，由伺服電機驅動升降裝置可帶動工作臺面精確、自由上下升降。伺服電機與集成控制系統(tǒng)相連接。墊板固定于工作臺面之上。
[0008]進一步地，各噴射裝置安裝有專用儲料罐、專用噴頭以及控制閥，噴射裝置和控制閥皆與集成控制系統(tǒng)相連接。
[0009]進一步地，各專用儲料罐(型砂儲料罐、鐵粉儲料罐、粘結劑儲料罐以及固化劑儲料罐)具有各自不同的機械結構。
[0010]進一步地，各專用噴頭(型砂噴頭、粘結劑噴頭和固化劑噴頭以及鐵粉噴頭)必須具有適合各自原料的不同的機械結構。
[0011]進一步地，通風裝置固定于設備上方，四周各一套。
[0012]進一步地，該設備外部四周安裝有防護外罩。
[0013]綜上所述:根據本實用新型的技術方案所產生的有益效果是:采用本發(fā)明提供的型砂噴射固化增材制造設備獲得鑄型，可以根據鑄型實際需要同時噴射不同種類型砂或者可噴射不同種類的粘結劑和固化劑，所以是集成度很高的柔性制造過程，且自適應性強，具有非常高的噴射固化效率，能夠滿足快速制造的要求。
[0014]另外，根據本實用新型的技術方案，由于通過該設備獲得的鑄型具有更為合理的工藝性能，如透氣性好，散熱均勻，易于實現順序凝固和均勻凝固等，并且后期得到的鑄件具備優(yōu)良的力學性能和使用性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]構成本實用新型的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0016]圖1為本實用新型的型砂噴射固化增材制造設備結構示意圖；
[0017]圖2為本實用新型的噴射裝置結構示意圖。
具體實施例
[0018]以下結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明，但是本實用新型可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0019]參見圖1，示意性示出了根據本實用新型提供的一種型砂噴射固化增材制造設備的優(yōu)選實施例，該型砂噴射固化增材制造設備包括:可移動式工作臺，位于設備正中間；噴砂裝置6，噴粘結劑裝置10，噴固化劑裝置11以及噴鐵粉裝置9，皆固定于設備上方；該型砂噴射固化增材制造設備還包括集成控制系統(tǒng)14、通風裝置12和防護外罩I。
[0020]優(yōu)選地，可移動式工作臺包括升降裝置2、伺服電機15、墊板3以及工作臺面13，由伺服電15機驅動升降裝置2可帶動工作臺面13精確、自由上下升降。伺服電機15與集成控制系統(tǒng)14相連接。
[0021 ] 優(yōu)選地，各噴射裝置8安裝有專用儲料罐、專用噴頭以及控制閥5，控制閥5與集成控制系統(tǒng)14相連接。各噴射裝置8可以由集成控制系統(tǒng)14控制上下移動一定距離。
[0022]具體地，各專用儲料罐(型砂儲料罐6、鐵粉儲料罐9、粘結劑儲料罐10以及固化劑儲料罐11)具有不同的機械結構。各專用噴頭(型砂噴頭7、粘結劑噴頭17和固化劑噴頭18以及鐵粉噴頭16)也采用適合各自原料的專門的機械結構。
[0023]具體地，該型砂噴射固化增材制造設備還包括固定于設備上方四角布置的通風裝置12以及安裝于設備四周的防護外罩I。
[0024]為了清楚地表達出本發(fā)明的型砂噴射固化增材制造設備的結構特點，以下通過圖1圖2列舉一個鑄型包含多種型砂材料以及冷鐵的型砂噴射固化增材制造實施例。
[0025]待生產的鑄型結構示意圖如圖1中鑄型4所示，對鑄型4的CAD三維模型進行離散化處理，得到分層截面輪廓數據和分層掃描路徑。分析每個層，獲得每層的詳細層面信息，然后確定出最終控制信息。
[0026]根據整個鑄型所需材料信息，準備合適的噴射裝置。本實施例中所需材料有普通20目原砂(噴射裝置為a)、普通40目原砂(噴射裝置為b)、覆膜砂(噴射裝置為C)、鐵粉(噴射裝置為d)、酚醛樹脂(噴射裝置為e)以及固化劑(噴射裝置為f)。
[0027]工作臺面13通過伺服電機15驅動升降裝置2上升至最高，集成控制系統(tǒng)14首先采集到最底層面詳細信息，然后選擇噴射裝置a并給與指令，則噴射裝置a下降一定距離，控制閥5打開，專用噴砂噴頭7以一定壓力和速度沿當前層掃描路徑進行普通20目原砂的噴射，噴射完畢后控制閥5關閉，噴射裝置a返回原處。然后噴射裝置e和噴射裝置f得到指令下降一定距離，控制閥5打開，專用粘結劑噴頭17和固化劑噴頭18以一定壓力和速度精準地將酚醛樹脂和固化劑噴射在每層型砂上。
[0028]每噴射完一層，工作臺面13移動一個層高，在層高到達D區(qū)域之前，重復上述步驟。當層高到達D區(qū)域之后，集成控制系統(tǒng)14采集到當前層面詳細信息，噴射裝置a繼續(xù)噴射，另外噴射裝置d接到指令，然后下降一定距離，控制閥5打開，專用噴鐵粉噴頭16以一定壓力和速度沿當前層掃描路徑進行鐵粉的噴射，噴射完畢后控制閥5關閉，噴射裝置d返回原處。然后噴射裝置e和噴射裝置f得到指令下降一定距離，控制閥5打開，專用粘結齊U噴頭17和固化劑噴頭18以一定壓力和速度精準地將酚醛樹脂和固化劑噴射在每層型砂上。
[0029]每噴射完一層，工作臺面13移動一個層高，當層高超過D區(qū)域之后，集成控制系統(tǒng)14采集到當前層面詳細信息，噴射裝置b和噴射裝置c得到指令，同時下降一定距離，各自控制閥5打開，專用噴砂噴頭7以一定壓力和速度沿當前層掃描路徑進行普通40目原砂和覆膜砂的精確噴射，噴射完畢后控制閥5關閉，噴射裝置b和噴射裝置c返回原處。然后噴射裝置e和噴射裝置f得到指令下降一定距離，控制閥5打開，專用粘結劑噴頭17和固化劑噴頭18以一定壓力和速度精準地將酚醛樹脂和固化劑精確在每層型砂上。
[0030]每噴射完一層，工作臺面13移動一個層高，當層高超過型腔表面之后即達到A區(qū)域，集成控制系統(tǒng)14采集當前層面詳細信息，然后選擇噴射裝置a并給與指令，則噴射裝置a下降一定距離，控制閥5打開，專用噴砂噴頭7以一定壓力和速度沿當前層掃描路徑進行普通20目原砂的噴射，噴射完畢后控制閥5關閉，噴射裝置a返回原處。然后噴射裝置e和噴射裝置f得到指令下降一定距離，控制閥5打開，專用粘結劑噴頭17和固化劑噴頭18以一定壓力和速度精準地將酚醛樹脂和固化劑噴射在每層型砂上。[0031]每噴射完一層，工作臺面13移動一個層高，逐層噴射，直至整個鑄型全部完成。最后清理出未固化的干砂，就可得到所需鑄型。
[0032]綜上所述，本實用新型具有如下優(yōu)點:采用本實用新型提供的型砂噴射固化增材制造設備獲得鑄型，可以根據鑄型實際需要同時噴射不同種類型砂或者可噴射不同種類的粘結劑和固化劑。集成度高，自適應性強，具有非常高的噴射固化效率，能夠滿足快速制造的要求。另外，通過該設備獲得的鑄型具有更為合理的工藝性能，如透氣性好，散熱均勻，易于實現順序凝固和均勻凝固等，并且后期得到的鑄件具備優(yōu)良的力學性能和使用性能。
[0033]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種型砂噴射固化增材制造設備，包括: 可移動式工作臺，位于設備正中間； 噴射裝置(8)，包括:噴砂裝置(7)，噴粘結劑裝置(17)，噴固化劑裝置(18)以及噴鐵粉裝置(16)，皆固定于設備上方； 其特征在于，該型砂噴射固化增材制造設備還包括集成控制系統(tǒng)(15)、通風裝置(12)和防護外罩(I)。
2.根據權利要求1所述的一種型砂噴射固化增材制造設備，其特征在于，所述可移動式工作臺包括升降裝置(2)、伺服電機(15)、墊板(3)以及工作臺面(13);所述伺服電機(15)驅動升降裝置(2)可帶動工作臺面(13)精確、自由上下升降，所述伺服電機(15)與集成控制系統(tǒng)(14)相連接；所述墊板固定于工作臺面(13)之上。
3.根據權利要求1所述的一種型砂噴射固化增材制造設備，其特征在于，所述各噴射裝置(8)安裝有專用儲料罐、專用噴頭以及控制閥(5)，所述各噴射裝置(8)和控制閥(5)皆與集成控制系統(tǒng)(14)相連接。
4.根據權利要求1所述的一種型砂噴射固化增材制造設備，其特征在于，所述通風裝置(12)固定于設備上方，四周各一套。
5.根據權利要求1所述的一種型砂噴射固化增材制造設備，其特征在于，所述防護外罩(I)安裝于設備外部四周。
【文檔編號】B22C9/00GK203390159SQ201220744782
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年12月31日 優(yōu)先權日:2012年12月31日
【發(fā)明者】單忠德, 劉豐, 劉麗敏, 董曉麗 申請人:機械科學研究總院先進制造技術研究中心