[发明专利]一种水玻璃砂挤出微锤三维打印微波固化方法及装置

说明书

本发明涉及一种水玻璃砂挤出微锤三维打印微波固化方法及装置，所述装置包括xy两轴移动机构、喷嘴机构、微波发射机构和升降工作台，喷嘴机构包括壳体、橡胶喷嘴、升降机构、凹凸导柱和梨形微锤头，壳体下端设置有橡胶喷嘴，空腔内设置有凹凸导柱，凹凸导柱下方设置有微锤头，微锤头设置在橡胶喷嘴内，凹凸导柱固定在升降机构上，升降机构用于通过带动凹凸导柱上下移动，使得空腔内的混合浆料由橡胶喷嘴流到升降工作台上，并通过带动凹凸导柱带动微锤头上下移动，对升降工作台上的混合浆料进行锤击，微波发射机构用于向升降工作台上的混合浆料发射微波，对混合浆料进行靶向固化。可实现直接挤出混砂料(免清理)、微锤击造型和微波靶向固化。

技术领域

本发明涉及一种水玻璃砂绿色铸造领域，具体涉及一种水玻璃砂挤出微锤三维打印微波固化方法及装置。

背景技术

砂型三维打印技术是目前国际上成型工艺中备受关注的焦点。传统的砂型流程一般是：CAD设计→预处理→工装夹具制造→砂型制造→铸造，周期在4周甚至更长；而三维打印的流程是：CAD设计→预处理→砂型打印→铸造，最快的话5天就可以完成，交货期按“天”计算而不是按“周”，省去了大量昂贵、繁琐的中间环节，还可加工传统方法难以制造的零件材质，如梯度材质零件、多材质零件等，有利于新材料的设计。

传统砂型铸造零件的结构越复杂，砂型制作的难度也会越复杂，这时候只有通过精巧的设计才能在不互相干涉的情况下拼出来一个需要的型腔进行铸造，极度依赖工人的水平。三维砂型打印技术制造模具不再需要制作模样和芯盒，同时可以自动化、高精度地制造砂型，避免了组装带来的精度误差，砂型质量稳定，工艺周期被大大地缩短，降低了制造成本。

常见的砂型或砂芯主要采用了激光立体光刻、选择性激光烧结、微滴喷射等三维打印工艺，其中激光立体光刻主要用于陶瓷壳型和型芯的直接成形，选择性激光烧结成形基于有机树脂的覆膜砂壳型及型芯，微滴喷射可喷射树脂制备树脂砂型。微滴喷射的方案是一层一层堆叠砂子，再通过喷嘴按照零件截面的形状喷射树脂(例如冷成型呋喃树脂、酚醛树脂等)，就可以将砂子粘结在一起，通过反复的铺砂和选择性喷射粘结用树脂的操作，实现了极为复杂的几何结构的造型，是最有代表性的砂型三维打印方法。

微喷射粘结三维打印技术从成形陶瓷壳型开始，慢慢地扩展到了成形砂型。早在1990年，Sachs等人就首次采用微滴喷射技术喷射溶胶分层粘结氧化铝粉末，成功的制备氧化铝陶瓷壳型和型芯。Moon对微喷射粘结快速成形陶瓷的过程进行了研究，发现除了粘结剂溶液的粘度和表面张力外，粉末颗粒表面粗糙度和粉层孔隙尺寸对粘结剂在粉屋屮的渗透深度也有影响，当粘结剂渗透深度小于分层厚度时，则制件强度明显降低。Vaezi通过实验察了分层原度和粘结剂喷射量对制件的整性、力学性能、表面质量和尺寸精度的影响。美国Z Corp公司针对陶瓷壳型开发的工艺，该工艺使用的材料为公司自行研制的淀粉基粉末和石膏基粉末，工艺主要用于有色金属铸造；美国Soligen Technology公司开发的DSPC工艺，该工艺的粉末材料为陶瓷基粉末，粘结剂为硅溶胶，主要用于中小型陶瓷壳型的快速成形，成形的壳型不适用于饶注高温合金；德国Generis公司开发的GS工艺主要用于砂型的快速制造，该工艺首先对粉层喷射粘结剂，然后经喷头选择性喷射催化剂固化型砂成形，这给后期清理带来较大的困难，且材料的回收利用率低。

国内方面，清华大学与北京殷华激光快速成形及模具技术有限公司共同研发的工艺，该工艺主要用于大中型树脂砂型的快速成形，其喷射系统采用两个喷嘴，一个用于喷射呋喃树脂，另一个用于喷射固化剂，该工艺成形的砂型精度偏低，发气量大；佛山峰华卓立制造技术有限公司与清华大学合作研究的系列快速成形设备主要用于砂型的快速制造其基本工艺是采用气动式喷头按先后顺序喷射树脂粘结剂体系(普通商业呋喃树脂粘结剂和配套的酸性固化剂)，从而使硅砂粘结成形；李晓燕等人利用自行开发的微喷射粘结快速成形系统进行了石膏基粉末材料的成形试验，并分析了喷射参数和铺粉参数对制件组织和性能的影响。