一種型砂噴射固化增材制造設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種型砂噴射固化增材制造設(shè)備，包括：可移動式工作臺、噴砂裝置、噴粘結(jié)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(jī)以及工作臺面，伺服電機(jī)驅(qū)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(jī)械結(jié)構(gòu)。另外，該設(shè)備還包括集成控制系統(tǒng)、通風(fēng)裝置和防護(hù)外罩。根據(jù)本發(fā)明提供的型砂噴射固化增材制造設(shè)備，自適應(yīng)性強(qiáng)，集成度高。其生產(chǎn)的鑄型，工藝性能好，且后期得到的鑄件具備優(yōu)良的力學(xué)性能和使用性能。
【專利說明】ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于快速制造領(lǐng)域中的數(shù)字化增材制造技術(shù)，具體地涉及ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂數(shù)字化增材制造技術(shù)就是ー種三維實體快速自由成形制造新技木，它綜合了計算機(jī)的圖形處理、數(shù)字化信息和控制、激光技術(shù)、機(jī)電技術(shù)和材料技術(shù)等多項高技術(shù)的優(yōu)勢，這種新技術(shù)起源于1988年誕生的“快速原型制造”技木?？焖僭图夹g(shù)采用了ー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(shù)或快速成形技術(shù)。
[0003]近幾年來利用快速成形的離散/堆積原理發(fā)展起來的直接鋳型制造技木，省去了傳統(tǒng)エ藝的模型，按照鑄型CAD模型(包括澆注系統(tǒng)等エ藝信息)的幾何信息精確控制造型材料的堆積過程，直接制造鋳型，屬于增材制造技術(shù)的ー種。由清華大學(xué)研制成功的PCM(Patternless Casting Modeling)無模鑄型制造エ藝,是將RP理論(快速原型)引進(jìn)到樹脂砂造型エ藝中，采用輪廓掃描噴射固化エ藝，實現(xiàn)了無模型鋳型的快速制造。
[0004]對于快速制造 領(lǐng)域中的無模具鋳型制造技術(shù)在實際生產(chǎn)而言，必須保證能夠制造出滿足不同鑄件實際需要的鋳型。實際生產(chǎn)中首先根據(jù)鑄件的機(jī)械結(jié)構(gòu)，制定出合理有效的鋳造エ藝，且往往考慮到鑄件的不同壁厚以及特殊的結(jié)構(gòu)，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鋳型設(shè)備，一般都是采用同種材料以及同種目數(shù)的型砂(大多數(shù)為樹脂砂)，相同的噴頭來制造鋳型。此種設(shè)備制造出的鋳型透氣性較差，且大多數(shù)情況很難滿足鑄件的順序凝固或者均勻凝固原則，進(jìn)而難以降低或消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力，以至于會產(chǎn)生裂紋、變形以及縮孔縮松等多種鑄造缺陷，最終嚴(yán)重影響鑄件的力學(xué)性能。而本發(fā)明提供的型砂噴射固化增材制造設(shè)備是在綜合利用無模鑄型制造エ藝在鋳型制備方面優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，噴射不同種類和目數(shù)的型砂，也可噴射冷鐵用金屬材料，通過合理的噴射固化エ藝，直接獲得所需鑄型。通過此種設(shè)備制造的鋳型，エ藝性能好，且后期得到的鑄件具備優(yōu)良的力學(xué)性能和使用性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明g在提供ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)備，以解決現(xiàn)有增材制造技術(shù)因采用同種材料以及同種目數(shù)的型砂，且使用相同的噴頭所制造的鋳型存在エ藝性能差(如透氣性和散熱性差等)、難以降低或消除鑄件內(nèi)應(yīng)カ以及所得鑄件會產(chǎn)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(shè)備還可以解決現(xiàn)有技術(shù)無法同時噴射成形冷鐵的問題。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的ー個方面，提供了ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)備，包括:可移動式工作臺，位于設(shè)備正中間；噴砂裝置，噴粘結(jié)劑裝置，噴固化劑裝置以及噴鉄粉裝置，皆固定于設(shè)備上方；該型砂噴射固化增材制造設(shè)備還包括集成控制系統(tǒng)、通風(fēng)裝置和防護(hù)外罩。
[0007]進(jìn)ー步地，可移動式工作臺包括升降裝置、伺服電機(jī)、墊板以及工作臺面，由伺服電機(jī)驅(qū)動升降裝置可帶動工作臺面精確、自由上下升降。伺服電機(jī)與集成控制系統(tǒng)相連接。墊板固定于工作臺面之上。
[0008]進(jìn)ー步地，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(jìn)ー步地，各噴射裝置可以由集成控制系統(tǒng)控制上下移動一定距離。
[0010]進(jìn)ー步地，各專用儲料罐(型砂儲料罐、鐵粉儲料罐、粘結(jié)劑儲料罐以及固化劑儲料罐)具有各自不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
[0011]進(jìn)ー步地，各專用噴頭(型砂噴頭、粘結(jié)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(jī)械結(jié)構(gòu)。
[0012]進(jìn)ー步地，各專用噴頭(型砂噴頭、粘結(jié)劑噴頭和固化劑噴頭以及鐵粉噴頭)在集成控制系統(tǒng)控制下，可具有不同的噴射速度和噴射壓力。
[0013]進(jìn)ー步地，通風(fēng)裝置固定于設(shè)備上方，四周各ー套。
[0014]進(jìn)ー步地，集成控制系統(tǒng)必須具有一定的控制精度。必須能夠保證在噴射時具有精確的噴射范圍和噴射劑量。
[0015]進(jìn)ー步地，該設(shè)備外部四周安裝有防護(hù)外罩。
[0016]綜上所述:根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所產(chǎn)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(shè)備獲得鋳型，可以根據(jù)鋳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(jié)劑和固化劑，所以是集成度很高的柔性制造過程，且自適應(yīng)性強(qiáng)，具有非常高的噴射固化效率，能夠滿足快速制造的要求。
[0017]另外，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，由于通過該設(shè)備獲得的鋳型具有更為合理的エ藝性能，如透氣性好，散熱均勻，易于實現(xiàn)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(xué)性能和使用性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)ー步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
圖1為本發(fā)明的型砂噴射固化增材制造設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的噴射裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例
[0019]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0020]參見圖1，示意性示出了根據(jù)本發(fā)明提供的ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)備的優(yōu)選實施例，該型砂噴射固化增材制造設(shè)備包括:可移動式工作臺，位于設(shè)備正中間；噴砂裝置6，噴粘結(jié)劑裝置10，噴固化劑裝置11以及噴鉄粉裝置9，皆固定于設(shè)備上方；該型砂噴射固化增材制造設(shè)備還包括集成控制系統(tǒng)14、通風(fēng)裝置12和防護(hù)外罩I。
[0021]優(yōu)選地，可移動式工作臺包括升降裝置2、伺服電機(jī)15、墊板3以及工作臺面13，由伺服電15機(jī)驅(qū)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(jī)15與集成控制系統(tǒng)14相連接。
[0022]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。
[0023]具體地，各專用儲料罐(型砂儲料罐6、鐵粉儲料罐9、粘結(jié)劑儲料罐10以及固化劑儲料罐11)具有不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)。各專用噴頭(型砂噴頭7、粘結(jié)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(jī)械結(jié)構(gòu)。
[0024]具體地，該型砂噴射固化增材制造設(shè)備還包括固定于設(shè)備上方四角布置的通風(fēng)裝置12以及安裝于設(shè)備四周的防護(hù)外罩I。
[0025]為了清楚地表達(dá)出本發(fā)明的型砂噴射固化增材制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點，以下通過圖1圖2列舉ー個鋳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。
[0026]待生產(chǎn)的鋳型結(jié)構(gòu)示意圖如圖1中鋳型4所示，對鑄型4的CAD三維模型進(jìn)行離散化處理，得到分層截面輪廓數(shù)據(jù)和分層掃描路徑。分析每個層，獲得每層的詳細(xì)層面信息，然后確定出最終控制信息。
[0027]根據(jù)整個鋳型所需材料信息，準(zhǔn)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)。
[0028]工作臺面13通過伺服電機(jī)15驅(qū)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(xì)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以一定壓カ和速度沿當(dāng)前層掃描路徑進(jìn)行普通20目原砂的噴射，噴射完畢后控制閥5關(guān)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(jié)劑噴頭17和固化劑噴頭18以一定壓カ和速度精準(zhǔn)地將酚醛樹脂和固化劑噴射在每層型砂上。
[0029]每噴射完ー層，工作臺面13移動ー個層高，在層高到達(dá)D區(qū)域之前，重復(fù)上述步驟。當(dāng)層高到達(dá)D區(qū)域之后，集成控制系統(tǒng)14采集到當(dāng)前層面詳細(xì)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以一定壓カ和速度沿當(dāng)前層掃描路徑進(jìn)行鉄粉的噴射，噴射完畢后控制閥5關(guān)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(jié)齊U噴頭17和固化劑噴頭18以一定壓カ和速度精準(zhǔn)地將酚醛樹脂和固化劑噴射在每層型砂上。
[0030]每噴射完ー層，工作臺面13移動ー個層高，當(dāng)層高超過D區(qū)域之后，集成控制系統(tǒng)14采集到當(dāng)前層面詳細(xì)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以一定壓カ和速度沿當(dāng)前層掃描路徑進(jìn)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(guān)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(jié)劑噴頭17和固化劑噴頭18以一定壓カ和速度精準(zhǔn)地將酚醛樹脂和固化劑精確在每層型砂上。
[0031]每噴射完ー層，工作臺面13移動ー個層高，當(dāng)層高超過型腔表面之后即達(dá)到A區(qū)域，集成控制系統(tǒng)14采集當(dāng)前層面詳細(xì)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以一定壓カ和速度沿當(dāng)前層掃描路徑進(jìn)行普通20目原砂的噴射，噴射完畢后控制閥5關(guān)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(jié)劑噴頭17和固化劑噴頭18以一定壓カ和速度精準(zhǔn)地將酚醛樹脂和固化劑噴射在每層型砂上。
[0032]每噴射完ー層，工作臺面13移動ー個層高，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。
[0033]綜上所述，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:采用本發(fā)明提供的型砂噴射固化增材制造設(shè)備獲得鑄型，可以根據(jù)鋳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(jié)劑和固化劑。集成度高，自適應(yīng)性強(qiáng)，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(shè)備獲得的鋳型具有更為合理的エ藝性能，如透氣性好，散熱均勻，易于實現(xiàn)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(xué)性能和使用性能。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均`應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)備，包括: 可移動式工作臺，位于設(shè)備正中間； 噴砂裝置(7)，噴粘結(jié)劑裝置(17)，噴固化劑裝置(18)以及噴鉄粉裝置(16)，皆固定于設(shè)備上方； 其特征在于，該型砂噴射固化增材制造設(shè)備還包括集成控制系統(tǒng)(15)、通風(fēng)裝置(12)和防護(hù)外罩(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)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(jī)(15)、墊板(3)以及工作臺面(13);所述伺服電機(jī)(15)驅(qū)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(jī)(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(jù)權(quán)利要求1所述的ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)備，其特征在于，所述各噴射裝置(8)可以由集成控制系統(tǒng)(14)控制上下移動一定距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)備，其特征在于，所述各儲料罐:型砂儲料罐(6)、鐵粉儲料罐(9)、粘結(jié)劑儲料罐(10)以及固化劑儲料罐(11)具有各自不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)備，其特征在于，所述各專用噴頭:型砂噴頭(7)、鐵粉噴頭(16)以及粘結(jié)劑噴頭(17)和固化劑噴頭(18)必須具有適合各自原料的不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)備，其特征在于，所述各專用噴頭:型砂噴頭(7)、粘結(jié)劑噴頭(17)和固化劑噴頭(18)以及鐵粉噴頭(16)在集成控制系統(tǒng)(14)控制下，可具有不同的噴射速度和噴射壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)備，其特征在于，所述集成控制系統(tǒng)(14)必須具有一定的控制精度，必須能夠保證在噴射時具有精確的噴射范圍和噴射劑量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)備，其特征在于，所述通風(fēng)裝置(12)固定于設(shè)備上方，四周各ー套。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種型砂噴射固化增材制造設(shè)備，其特征在于，所述防護(hù)外罩(I)安裝于設(shè)備外部四周。
【文檔編號】B22C23/00GK103600039SQ201210589246
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)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(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心