本發明涉及3D打印技術領域，尤其是一種基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統。

背景技術：

由于鈦及鈦合金材料具有低密度、高強比、耐腐蝕強、線脹系數小等特點，從20世紀50年代開始，在航空航天技術的迫切需要下，鈦工業得到了迅速的發展。現在，鈦及鈦合金不僅是航空航天工業中不可缺少的結構材料，在造船、化工、冶金、醫療等方面也獲得了廣泛的應用。

在鈦及鈦合金的鑄造工藝中，由于其化學活性高，在高溫下易與常規鑄造造型材料均發生較為劇烈的化學反應，影響成型鑄件的使用性能，而石墨具有耐高溫（熔點3850℃，沸點4250℃），其導電、潤滑、化學性質穩定、疏水性、可塑性好等特點，是鑄造鈦及鈦合金鑄件相對適合是鑄型材料，因此鈦及鈦合金鑄造工藝均采用加工石墨型、搗實石墨型及熔模精密鑄造工藝，機加工石墨型具有表面光滑、空隙度小、強度較高、硬度低、易于切削加工成型、比重小、易于搬運操作等特點。

石墨型具有較高的導熱系數和熱容量使得液體太和鈦合金在石墨型中冷卻較快，致使合金組織變細，從而提高了鈦鑄件的致密性和力學性能；較高的熔化溫度不會受熔融金屬的侵蝕，具有較好的抗熱沖擊性，在高溫的鈦液中表現出良好的高溫穩定性，能抵抗液體鈦液的侵蝕；石墨型線膨脹系數低，抗變形能力強，可保證鑄件具有較高的精度和表面光潔度。然而石墨由于其可塑性比較強且結合鈦及鈦合金鑄件的結構復雜性，為了保證鈦及鈦合金鑄件的鑄型尺寸和生產成本可控，搗實石墨型為常用的鑄型手段。搗實石墨型主要是根據石墨型圖紙通過人工全手工搗實，然后通過對其進行烘烤或真空除氣處理，再組裝用于澆鑄鑄件成型，上述鑄型的制備雖然能相對的保證鑄件的尺寸精確度和材料的節約，從而控制生產成本，但該過程中人工勞動成本較高且使得生產效率低。

技術實現要素：

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統，其結構簡單易于操作，通過利用3D打印制備鑄件砂型，大大的節約了砂型的制備時間，提高了生產效率的同時大大的節約了勞動成本。

本發明采用的技術方案如下：

本發明的基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統，包括控制組件和打印設備，所述控制組件與打印設備連接并控制器完成打印動作；所述打印設備包括打印底座、打印平臺、行位支架、打印噴頭和打印材料；所述打印底座上設有四軸運動機構，打印平臺通過四軸運動機構設置在打印底座上；所述行位支架固定安裝在打印底座上；所述打印噴頭設置在行位支架上，并可相對行位支架移動。

由于采用上述結構，該3D打印系統通過打印噴頭和活動的打印底座相互配合動作，大大的節約了打印設備的走位時間，提高了打印效率。

本發明的基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統，所述打印平臺為輸送結構平臺，其輸送行程通往打印系統外。

又或者，所述打印平臺為水平擺動平臺，包括工作平臺和轉動軸；所述工作平臺為矩形平臺，該矩形平臺內為通槽結構，其上下內壁上均設有嚙合齒；所述轉動軸上設有傳動齒，與矩形平臺內壁嚙合齒相配合。

由于采用上述結構，當砂型打印成型后，控制組件控制打印平臺啟動輸送動作，將成型后的砂型送出打印系統外，然后打印平臺返回打印工作位置進行后續打印動作，保證了打印工作的連續性的同時節約了打印時間。

本發明的基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統，所述傳動齒包裹在轉動軸表面，傳動齒包裹范圍為傳動軸截面圓圓弧總弧長的1/4至1/3。

由于采用上述結構，使得矩形平臺可在轉動軸的同向轉動下實現打印平臺來回水平移動，降低轉動軸對電機的轉動要求，提高了打印平臺的回位時間，有效的加快了打印效率。

本發明的基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統，所述打印噴頭的內側壁上部分設有矩形凸條或者螺旋狀凸條，打印噴頭內側壁下部分為光滑曲面；所述凸條端面截面為弧形；所述矩形凸條沿打印噴頭出料方向豎直或傾斜設置。

由于采用上述結構，將打印噴頭分為兩個不同結構的部分，對噴頭內大材料具有攪拌作用，噴頭設有加熱裝置時，使得材料受熱均勻，保證了材料的性能，同時采用上述結構，能有效的提高噴頭的出料壓力值，避免了噴頭堵塞，益于了打印效果。

本發明的基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統，所述打印材料為石墨粉末和粘結劑，所述石墨粉末粒度為50-120目；所述粘結劑為無機粘結劑。

進一步地，所述粘結劑為硅酸鈉粘結劑。

由于采用上述結構，砂型粘結劑一般分為有機粘結劑和無機粘結劑，有機粘結劑主要是樹脂類粘結劑，缺點是鑄型在燒結過程中會生產大量的有毒有害氣體。無機粘結劑主要是硅酸化合物，選用硅酸鈉（水玻璃）作為砂型粘結劑，保證了后續鑄造鈦及鈦合金鑄件的成本和工藝的穩定性。

一種上述基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統的打印方法，包括以下步驟：

步驟1、三維建模：根據說要鑄造的鈦及鈦合金鑄件的形狀和尺寸，設計砂型形狀、分型面和澆鑄口等；在計算機中作出設計好的砂型的三維模型圖，并將該三維模型圖進行二維切片處理；

步驟2、制備打印材料：將石墨粉末或石墨粉末與超細粉高爐渣和/或高鈦渣粉末按照10:1制備成粉末砂型材料；將石英砂和氧化鈉按照比例配制得到模數為1.5-3.0的硅酸鈉粘結劑；

步驟3、將步驟1中建模圖形按格式輸入本發明的3D打印系統中設置打印程序，步驟2中的制備的打印材料送入打印設備中，打印設備中打印噴頭與打印平臺相互配合動作將步驟2中制備的砂型材料和粘結劑交替打印堆疊成型；

步驟4、控制組件啟動打印平臺的輸送動作，打印平臺將步驟3中打印成型的鑄件砂型輸送出打印系統外，打印完成。

進一步，步驟3粘結劑與砂型材料的交替打印堆疊過程中，所述粘結劑的用量占砂型材料用量的3%-5%。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：

1、 采用3D打印系統代替傳統的人工搗實石墨型，大大的節約了制型時間和勞動成本；

2、該打印系統結構簡單，打印效率高，節約了制型耗材，降低了生產成本；

3、基于該3D打印系統，對于結構復雜的鈦或鈦合金鑄件也能快速完成鑄件砂型制作，操作方便，實用性強。

說明書附圖

圖1是本發明的基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統簡圖；

圖2是打印平臺為水平擺動結構的結構示意簡圖；

圖3是打印噴頭內側壁設有矩形凸條的結構局部示意圖；

圖4是打印噴頭內側壁設有矩形凸條的截面示意圖；

圖5是打印噴頭內側壁設有螺旋狀凸條的結構局部示意圖；

圖中標記：1-打印平臺，2-嚙合齒，3-轉動軸，4-傳動齒，5-打印噴頭，6-矩形凸條，7-光滑曲面，8-螺旋狀凸條。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作詳細的說明。

為了使發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

實施例1

如說明書各附圖所示，一種基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統，包括控制組件和打印設備，所述控制組件與打印設備連接并控制器完成打印動作；所述打印設備包括打印底座、打印平臺1、行位支架、打印噴頭5和打印材料，所述打印底座上設有四軸運動機構，打印平臺1通過四軸運動機構設置在打印底座上，通過四軸運動機構實現了打印平臺在平面上各個方向的移動，配合打印噴頭5動作，提高了該打印系統的打印速度；所述行位支架固定安裝在打印底座上；所述打印噴頭5設置在行位支架上，并可相對行位支架移動。所述打印平臺1為輸送結構平臺，其輸送行程通往打印系統外，當打印完成時，控制組件啟動打印平臺1的輸送動作，將砂型送出打印系統外。

該基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統，所述打印噴頭5的內側壁上部分設有矩形凸條6或者螺旋狀凸條8，打印噴頭5內側壁下部分為光滑曲面7；所述凸條端面截面為弧形；所述矩形凸條6沿打印噴頭5出料方向豎直或傾斜設置。

該基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統，所述打印材料為石墨粉末和粘結劑，所述石墨粉末粒度為50-120目；所述粘結劑為無機粘結劑。所述粘結劑為硅酸鈉粘結劑。

實施例2

如說明書各附圖所示，一種基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統，包括控制組件和打印設備，所述控制組件與打印設備連接并控制器完成打印動作；所述打印設備包括打印底座、打印平臺1、行位支架、打印噴頭5和打印材料，其特征在于：所述打印底座上設有四軸運動機構，打印平臺1通過四軸運動機構設置在打印底座上；所述行位支架固定安裝在打印底座上；所述打印噴頭設置在行位支架上，并可相對行位支架移動。

該基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統，所述打印平臺1為水平擺動平臺，如圖2所示，它包括工作平臺和轉動軸3；所述工作平臺為矩形平臺，該矩形平臺內為通槽結構，其上下內壁上均設有嚙合齒2；所述轉動軸3上設有傳動齒4，與矩形平臺內壁嚙合齒2相配合。所述傳動齒4包裹在轉動軸3表面，傳動齒4包裹范圍為傳動軸3截面圓圓弧總弧長的1/4至1/3，該轉動軸3在驅動裝置的固定轉向作用下，能實現打印平臺1水平來回動作，降低了對驅動裝置的要求，提高了工作效率減低了使用成本。

該基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統，所述打印噴頭5的內側壁上部分設有矩形凸條6或者螺旋狀凸條8，打印噴頭5內側壁下部分為光滑曲面7；所述凸條端面截面為弧形；所述矩形凸條6沿打印噴頭5出料方向豎直或傾斜設置。

該基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統，所述打印材料為石墨粉末和粘結劑，所述石墨粉末粒度為50-120目；所述粘結劑為無機粘結劑。所述粘結劑為硅酸鈉粘結劑。

實施例3

一種基于上述實施例1和實施例2所述的基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統的打印方法，包括以下步驟：

步驟1、三維建模：根據說要鑄造的鈦及鈦合金鑄件的形狀和尺寸，設計砂型形狀、分型面和澆鑄口等；在計算機中作出設計好的砂型的三維模型圖，并將該三維模型圖進行二維切片處理；

步驟2、制備打印材料：將石墨粉末或石墨粉末與超細粉高爐渣和/或高鈦渣粉末按照10:1制備成粉末砂型材料，該材料的選擇降低了鑄型的用材成本；將石英砂和氧化鈉按照比例配制得到模數為1.5-3.0的硅酸鈉粘結劑；

步驟3、將步驟1中建模圖形按格式輸入本發明的3D打印系統中設置打印程序，步驟2中的制備的打印材料送入打印設備中，打印設備中打印噴頭與打印平臺相互配合動作將步驟2中制備的砂型材料和粘結劑交替打印堆疊成型；

步驟4、控制組件啟動打印平臺的輸送動作，打印平臺將步驟3中打印成型的鑄件砂型輸送出打印系統外，打印完成。

該基于鈦及鈦合金鑄件砂型的3D打印系統的打印方法，在步驟3粘結劑與砂型材料的交替打印堆疊過程中，所述粘結劑的用量占砂型材料用量的3%-5%。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。