本實用新型涉及3D打印技術領域，特別是涉及一種一次性完成高精度砂型制作的激光3D打印機。

背景技術：

激光快速成型技術能很快地將產品零件的計算機輔助設計模型(CAD模型)轉換為物理模型、零件原型或零件。激光快速成型由CAD模型直接驅動，只需改變CAD模型，就可獲得相應的物理實體，大大縮短了從概念模型設計到生產出產品或樣品的生產周期。

目前的激光快速成型方法主要有：薄型材料選擇性切割LOM(Laminating Object Manufacturing)、選擇性激光燒結SLS(Selected Laser Sintering)及光固化成型SL(Stereo Lithography)等。

薄型材料選擇性切割LOM(Laminating Object Manufacturing)，主要以薄膜為材料，激光沿著所需二維輪廓進行切割，將切割后所得薄膜層疊起來，即得到成型件。這種方法除加工輪廓信息外，還需要對輪廓外的肥料部分進行激光網格劃分以便于去除，材料浪費較大，一般只能采用紙張等連續的薄型材料，且厚度不可調整，所制作的成型件尺寸有限。

選擇性激光燒結SLS(Selected Laser Sintering)，又稱激光選區燒結。該方法采用具有燒結性能的粉末材料，由計算機對三維CAD模型進行分層，得到一系列截面信息，激光光束根據每一層的界面信息對該層粉末材料進行選擇性區域掃描，燒結出二維截面，相鄰的兩層截面之間燒結相連，如此循環，即可得到與CAD模型形狀一直的三維實體。這種方法需要對每一個層面的面域進行激光掃描，使得成型時間較長，而且激光燒結件普遍存在致密度低、強度低、尺寸精度差等不足。

光固化成型SL(Stereo Lithography)方法，又稱立體光刻、光成型等，SL技術是基于液態光敏樹脂的光聚合遠離工作的，這種液態材料在一定波長和強度的紫外光照射下能迅速發生光聚合反應，相對分子質量急劇增大，材料也就從液態轉變成固態。但這種方法成型工藝復雜，成型時間長，而且材料選擇面窄。

因此，有必要設計一種更好的三維模型成型裝置，以解決上述問題。

技術實現要素：

針對現有技術存在的問題，本實用新型提供一種有效提高成型速度及效率，尺寸精度高的一次性完成高精度砂型制作的激光3D打印機。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一次性完成高精度砂型制作的激光3D打印機，包括打印裝置、上料裝置、布料裝置以及烘干裝置，所述打印裝置包括底座，所述底座上設有升降裝置控制升降平臺升降，所述升降平臺上設有鋪砂平臺，所述鋪砂平臺的上方設有激光打印頭，所述上料裝置包括砂箱及上料管道，所述布料裝置包括料斗和推砂板，所述料斗位于所述上料管道的末端，用于將所述上料裝置提供的砂布置于所述鋪砂平臺，所述推砂板用于將砂均勻推平，所述激光打印頭用于在砂面上打印圖案，所述烘干裝置用于烘干打印完成的砂型。

進一步，所述升降裝置包括螺旋升降器和伺服電機，所述螺旋升降器連接于所述升降平臺，所述伺服電機驅動所述螺旋升降器以控制所述升降平臺的升降位移量。

進一步，所述底座上設有光軸，所述升降平臺套設于所述光軸，沿所述光軸上下移動。

進一步，所述底座的周圍設有立柱，所述立柱的項部設有框架，所述框架的底部設有箱體，所述箱體圍設于所述鋪砂平臺的四周。

進一步，所述箱體由多塊鋼板組合形成，所述鋼板的項部通過螺栓可拆卸的固定于所述框架。

進一步，所述鋪砂平臺的四周設有毛氈，用于密封所述鋪砂平臺與所述箱體之間的間隙。

進一步，所述升降平臺上設有砂型移位車，所述砂型移位車上固定有支架，所述鋪砂平臺固定于所述支架的項部，打印完成的砂型與所述鋪砂平臺、所述支架及所述砂型移位車共同移出所述打印裝置。

進一步，所述打印裝置與所述烘干裝置之間設有連接軌道，打印完成的砂型于所述連接軌道上被送入所述烘干裝置。

進一步，所述料斗與所述推砂板在所述鋪砂平臺所在的平面內沿相互垂直的方向運動。

進一步，所述砂箱內設有加熱裝置，為其中的砂提供一定的溫度。

本實用新型的有益效果：

本實用新型采用上料裝置將砂提供到鋪砂平臺，推砂板則將砂均勻推平，打印裝置對鋪砂平臺的每層砂面進行打印，采用升降裝置控制升降平臺升降，從而使得鋪砂平臺在打印一層后下降一個砂層厚度，繼續打印下一個層面，實現分層打印，可有效提高成型速度和效率，且打印尺寸可嚴格控制，使成型件尺寸精度高，采用本實用新型的打印機可以打印各種尺寸以及復雜曲面的砂型，適用范圍廣。

附圖說明

圖1為本實用新型一次性完成高精度砂型制作的激光3D打印機的結構示意圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖中，1-底座、2-螺旋升降器、3-伺服電機、4-光軸、5-升降平臺、6-砂型移位車、7-支架、8-鋪砂平臺、9-立柱、10-框架、11-箱體、12-激光打印頭、13-料斗、14-推砂板、15-砂箱、16-上料管道、17-上料筒、18-連接軌道、19-烘干箱、20-第一橫向軌道、21-第一縱向軌道、22-第二橫向軌道、23-第二縱向軌道、24-加熱管。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

需要說明，本實用新型實施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)僅用于解釋在某一特定姿態(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關系、運動情況等，如果該特定姿態發生改變時，則該方向性指示也相應地隨之改變。

另外，在本實用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。另外，各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本實用新型要求的保護范圍之內。

如圖1及圖2，本實用新型提供一種一次性完成高精度砂型制作的激光3D打印機，包括打印裝置、上料裝置、布料裝置以及烘干裝置，上料裝置將砂提供到上料筒17內，本實用新型所指的砂是具有樹脂材料的覆膜砂，通過布料裝置將砂鋪設于鋪砂平臺8上，并均勻推平，然后通過打印裝置在砂面上打印圖案，最后將打印完成的砂型運送至烘干裝置內烘干，得到所需的砂型。本實用新型3D打印機可打印各種尺寸的砂型，打印成型的砂型尺寸精度高，滿足更精密的使用要求。

打印裝置包括底座1，底座1上設有升降裝置，升降裝置項部設有升降平臺5，升降平臺5上設有砂型移位車6，砂型移位車6上固定有支架7，支架7的項部固定有鋪砂平臺8，打印完成的砂型與鋪砂平臺8、支架7及砂型移位車6共同移出打印裝置。升降裝置包括螺旋升降器2和伺服電機3，螺旋升降器2連接于升降平臺5，伺服電機3驅動螺旋升降器2以控制升降平臺5的升降位移量，在打印一層砂面后，升降裝置控制升降平臺5下降一個砂層的厚度，然后繼續打印，通過升降裝置來控制升降位移，實現精確控制。底座1上設有光軸4，升降平臺5通過軸套套設于光軸4，沿光軸4上下移動。

底座1的周圍設有立柱9，立柱9的項部設有框架10，框架10的底部設有箱體11，箱體11圍設于所述鋪砂平臺8的四周，擋止于鋪砂平臺8的四周，可防止鋪砂平臺8邊緣的砂直接漏下去。在本實施例中，箱體11由多塊鋼板組合形成，鋼板的項部通過螺栓可拆卸的固定于框架10，在打印完成之前，鋪砂平臺8在箱體11內由上向下移動，從箱體11的項部移動至底部，打印完成后，先將箱體11從框架10上拆除，然后再移出砂型。鋪砂平臺8的四周設有毛氈，用于密封鋪砂平臺8與箱體11之間的間隙，防止漏沙。

如圖2，框架10的其中一側設有激光打印頭12，激光打印頭12位于鋪砂平臺8的上方，用于在砂面上打印圖案。框架10的項部外側設有互相垂直的第一橫向軌道20和第一縱向軌道21，第一橫向軌道20和第一縱向軌道21位于與鋪砂平臺8相平行的平面內，第一橫向軌道20設有兩條，分別位于第一縱向軌道21的兩端，激光打印頭12設于第一縱向軌道21上可沿第一縱向軌道21移動，且第一縱向軌道21可沿第一橫向軌道20移動，使得激光打印頭12可以在鋪砂平臺8的任意位置打印。框架10項部還設有互相垂直的第二橫向軌道22和第二縱向軌道23，第二橫向軌道22也設有兩條，分別位于第一橫向軌道20的內側，且與第一橫向軌道20相平行，第二縱向軌道23與第一縱向軌道21相對設置，分別設置于框架10相對的兩邊緣。

上料裝置包括砂箱15、上料管道16及上料筒17，砂箱15內填裝有砂，為了使砂具有更好的結合性能，砂箱15內設有加熱裝置，為其中的砂提供一定的溫度。上料管道16優選的為氣動上料系統控制的管道，上料筒17設置于上料管道16的末端，通過氣動控制系統將砂箱15內的砂通過上料管道16提升到上料筒17內，并同時控制每次上料筒17漏出的砂的量。

布料裝置包括料斗13和推砂板14，料斗13位于上料筒17的下方，推砂板14則位于料斗13的下方，且位于料斗13遠離鋪砂平臺8的一側。料斗13設于第二縱向軌道23上，可沿第二縱向軌道23移動，推砂板14設于第二橫向軌道22上，可沿第二橫向軌道22移動，由于第二橫向軌道22與第二縱向軌道23互相垂直，則料斗13和推砂板14在鋪砂平臺8所在的平面內沿相互垂直的方向運動。料斗13用于接上料筒17內下漏的料，并沿縱向移動，將砂沿縱向鋪設成一條，然后推砂板14沿橫向推砂，將砂均勻鋪平。推砂板14上設有加熱管24，在鋪砂的同時對砂進行加熱，使得砂先略微固化，防止散亂。

布料完成后，控制激光打印頭12在砂面上進行打印，激光打印頭12在控制系統的控制下，沿設定軌跡進行掃描，先掃描稍一個輪廓帶形成砂型硬化區，然后再掃描輪廓線即切割，掃描砂型硬化區的溫度接近砂子的固化溫度，而掃描切割線的溫度遠大于砂子的固化溫度，使分割線處的砂子失效，形成與輪廓線相一致的失效分割線，通過激光打印頭12打印的輪廓線處的砂則由固化狀態變成散砂，而中間砂型硬化區則是固化砂，單層打印完畢后，料斗13、推砂板14及激光打印頭12均回到原位，然后升降裝置控制升降平臺5下移一個砂層的厚度，然后重復下一次布料、推砂及打印的過程，直至砂型打印完成。

打印裝置與烘干裝置之間設有連接軌道18，打印完成的砂型于連接軌道18上被送入所述烘干裝置，砂型移位車6位于連接軌道18上，通過砂型移位車18將支架7、鋪砂平臺8、箱體11及砂型共同運動至烘干裝置中。烘干裝置為烘干箱19，烘干箱19內烘干溫度為170℃～200℃左右，在高溫加熱下砂型固化，砂型以失去固結性能的三維輪廓為界分離，得到最終所需的砂型。

本實用新型通過分層打印的方式，采用上述3D打印機可以打印各種尺寸以及復雜曲面的砂型，適用范圍廣。且采用上述裝打印置每層砂面時，激光打印頭12行走軌跡為砂型輪廓線，行走路徑短，加工面積小，可有效提高成型速度和效率，且打印尺寸可嚴格控制，使成型件尺寸精度高。且砂型鑄造用途完成后，進行高溫加熱就可以將砂型還原成散沙，回收利用，可節省成本。

以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍內。