[发明专利]一种3D打印粘土型砂铸型的装置及方法

说明书

一种3D打印粘土型砂铸型的装置及方法，包括：计算机及控制系统、成形系统、铺粉系统、粘土型砂铸型；计算机及控制系统与成形系统和铺粉系统相连接，成形系统设置在铺粉系统上部，粘土型砂铸型设置在铺粉系统中部。成形系统中溶液喷射系统、溶剂喷射系统与溶液喷射系统移动装置相连接，溶液喷射系统、溶液喷射系统移动装置和烘干系统与成形系统移动装置相连接。铺粉系统中粉末位于成形区底板和补粉区底板上方，成形区底板升降装置与成形区底板连接，补粉区底板升降装置与补粉区底板连接，铺粉装置安装在溶液喷射系统和烘干系统之间，并与成形系统移动装置连接。该铸型采用的方法，能保持低透气性和低发气量的特点，降低铸件中出现气孔的可能性。

技术领域

本发明属于铸造技术领域，涉及一种3D打印粘土型砂铸型的装置及方法。

背景技术

目前，在现有技术中，基于3D打印（分层制造技术）快速制造铸型的常用方法，基本都是通过喷射树脂粘结剂和固化剂，然后将型砂粘结在一起，形成树脂砂铸型。

这种树脂砂铸型分层制造的具体方法，是将被加工对象分解为多个平行的薄层，将这些薄层逐层制造并叠加从而完成整个铸型的制造过程。常用的制造方法主要有以下两种：一种是用激光对树脂覆膜砂进行选择性烧结。采用的基本方法是：在工作台上铺一层树脂覆膜砂，并加热至略低于树脂膜熔点温度，然后使用激光束按照薄层形状进行扫描。被扫描到的覆膜砂表层树脂膜先熔化后凝固后将覆膜砂粘接成一体，从而形成与扫描形状一致的薄层实体。然后在该实体上方再铺一层覆膜砂，厚度与薄层厚度一致，再进行下一层薄层的激光选择性烧结。新形成的薄层与之前的薄层也是通过烧结过程粘结成一体，通过薄层逐层的制造直至完成整个树脂砂铸型的制造。该方法的缺点是树脂砂铸型发气量大，制造成本高，制造效率低，铸件清理去砂难度高，且树脂会对环境造成固体和气体污染。

另一种是采用喷头对覆有树脂或固化剂的型砂喷射固化剂或树脂后选择性固化成形。其基本方法是：在工作台上铺一层覆有树脂或固化剂的型砂，使用喷头按照薄层形状在型砂表面喷射固化剂或树脂，被喷射到的型砂发生固化反应后粘接成一体，从而形成与扫描形状一致的薄层实体。然后在该实体上方再铺一层覆有树脂或固化剂的型砂，其厚度与薄层厚度一致，再进行下一层薄层的选择性喷射成形，新形成的薄层与之前的薄层也是通过固化作用粘结成一体，通过薄层逐层的制造直至完成整个树脂砂铸型的制造。该方法的缺点是树脂砂铸型发气量大，原材料成本高，铸件清理去砂难度高，且树脂会对环境造成固体和气体污染。

由于以上方法使用树脂进行铸型的制造，存在原材料成本高，溃散性差和铸件不易清理等问题，而且对于表面质量要求较高的铸件，往往要求制造铸型过程使用更为细小的型砂，需要加入更多的树脂，制造的细砂铸型树脂含量高，不但进一步增加了铸件清理的难度，而且这种铸型透气性差，内部的树脂会分解产生更多的气体，这些气体进入液态金属形成气孔缺陷，铸件因气孔缺陷报废问题十分突出。

粘土型砂铸型目前通过模具制作的方法制造，存在发气量小和原材料成本低的优点，采用细砂制造表面质量高的铸型，能保持低透气性和低发气量的特点，降低铸件中出现气孔的可能性。通过模具制造粘土型砂铸型的方法需要将型砂、粘土和水等混合后固化成形。目前已公开的树脂砂3D打印设备仅仅针对树脂砂铸型，固化手段采用树脂和固化剂，而不是粘土和水。采用树脂砂3D打印设备，将树脂和固化剂更换成粘土和水来打印粘土型砂铸型，不能满足正常的固化过程，所打印的铸型强度会很低，而且除设备的不足以外，还缺少粘土型砂铸型3D打印成形方法。

发明内容

针对3D打印树脂砂铸型所存在的问题，本发明目的在于提出一种3D打印粘土型砂铸型的装置，以及提出采用3D打印粘土型砂铸型的方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下所述技术方案：

一种3D打印粘土型砂铸型的装置，包括：计算机及控制系统、成形系统、铺粉系统、粘土型砂铸型；计算机及控制系统分别与成形系统和铺粉系统相连接，成形系统设置在铺粉系统上部，成形系统能够沿着铺粉系统的铺粉方向移动，粘土型砂铸型设置在铺粉系统中部。