一种砂型三维打印机用的套叠式砂箱的制作方法

本实用新型属于砂型三维(3D)打印机领域，特别涉及一种砂型三维打印机用的套叠式砂箱。

背景技术：

现有砂型三维打印机的砂箱设置在打印机的内部，一般为拉门结构，在砂型打印时，虽然砂箱的门是关闭的，但砂箱内的砂仍容易从砂箱门的缝隙泄露出来，导致设备内砂尘积聚，严重影响设备的正常运行及寿命；如果采用密封胶将缝隙密封，使用一两个月后密封胶会被磨损，仍然不能有效解决砂粒外泄问题。而且现有砂箱是一体式结构，箱体的高度是固定不变的，再加上相应的升降机构的高度，使砂型三维打印机的整体高度比较大，不利于打印操作和成本节约。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型提出一种砂型三维打印机用的套叠式砂箱，不但密封性好，而且能有效降低设备高度，有利于设备维护和生产操作，提高生产效率。本实用新型所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种砂型三维打印机用的套叠式砂箱，包括箱体、底座、支撑架，箱体设置在底座上，箱体与底座可拆卸连接，底座设置在支撑架的底部上面；箱体包括内箱体和外箱体，内箱体设置在外箱体内，内箱体包括1个内上部件和n个(n大于或等于1)内下部件，内下部件套叠在内上部件的外侧；外箱体包括1个外上部件和n个(n大于或等于1)外下部件，外下部件套叠在外上部件的外侧；内上部件通过连杆与外上部件固定连接，第n个内下部件的下边沿通过下固定块与第n个外下部件的下边沿固定连接，外上部件通过把杆架设在支撑架上；在内上部件、内下部件、外上部件和外下部件的下部分别固定设置内上限位件、内下限位件、外上限位件和外下限位件；在内下部件和外下部件的上边沿分别固定设置内下承托件和外下承托件。

进一步地，内上部件和内下部件分别用金属板围成矩形的内箱体，相应地，外上部件和外下部件分别用金属板围成矩形的外箱体；内上部件与内下部件之间的距离，以及外上部件与外下部件之间的距离均为5mm～9mm；内箱体的周边和外箱体的周边之间的间距为80mm～200mm。

进一步地，内上部件、内下部件、外上部件和外下部件的上边沿分别具有水平向外的内上突沿、内下突沿、外上突沿和外下突沿；连杆设置在内上突沿的下面，连杆的两端与外上部件的上边沿固定连接；把杆设置在外上突沿的下面，把杆的伸出端架设在支撑架上；内下承托件和外下承托件分别固定设置在内下突沿和外下突沿的上面。

具体地，下固定块为若干个金属条形块，均布连接第n个内下部件的下边沿和第n个外下部件的下边沿。内上限位件、内下限位件、外上限位件和外下限位件均为长度为60mm～80mm、宽度为4mm～8mm、高度为6mm～10mm的若干个金属块，均布在内上部件、内下部件、外上部件和外下部件的下部四周。内下承托件和外下承托件均为长度为60mm～80mm、宽度为15mm～25mm、高度为6mm～10mm的若干个金属块，均布在内下部件和外下部件的四周上边沿。内下承托件与内上限位件抵住时的重叠距离和外下承托件与外上限位件抵住时的重叠距离均为3mm～5mm。内下承托件的伸出端的长度小于内上部件与内下部件之间的距离，外下承托件的伸出端的长度小于外上部件与外下部件之间的距离。

具体地，内上限位件、内下限位件、外上限位件和外下限位件的下端面与相应的内上部件、内下部件、外上部件和外下部件的下端面之间的距离均为10mm～15mm；在内下承托件和外下承托件的下端面分别设置尼龙或塑料垫片，垫片伸出端的长度分别大于内下承托件和外下承托件伸出端的长度1mm～2mm。

具体地，在把杆的下端面设置定位杆，在支撑架上设置与定位杆相配合的定位座；在底座的下面设置定位块，在支撑架上设置与定位块相配合的定位槽；在底座上设置插销，在第n个外下部件上设置与插销相配合的插座；在支撑架下面设置轨道；在底座四周的边缘设置突边；在底座上设置砂型台，砂型台设有让叉车的货叉穿入的通孔。

特别地，还包括砂型三维打印机的升降机构、高位传感器、低位传感器和自动控制系统，升降机构设置在底座的两侧，分别用托钩钩住底座的下端面，带动内箱体和外箱体随升降机构作套叠和展开运动；自动控制系统分别与升降机构和高位传感器、低位传感器电连接。

本实用新型套叠式的结构，不但密封性好、砂箱清砂方便，保证了设备良好运行环境的同时，大大提高了设备的寿命；而且砂型三维打印机的升降结构对工作空间高度需求不高，从而解除了设备对厂房高度的制约，使砂型三维打印机能普及大、中、小规模生产，便于推广应用。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的俯视图；

图2为图1的A-A面内部结构示意图；

图3为图1的B-B面内部结构示意图；

图4为本实用新型实施例一内箱体的结构示意图；

图5为本实用新型实施例一外箱体的结构示意图；

图6为图2的G部放大图；

图7为本实用新型实施例一内箱体的另一结构示意图；

图8为本实用新型实施例二套叠式砂箱展开时的结构示意图；

图9为本实用新型实施例二套叠式砂箱套叠时的结构示意图；

图10为本实用新型实施例二箱体与支撑架分离示意图。

具体实施方式

实施例一

实施例一的套叠式砂箱为两层。

图1为本实用新型实施例一的俯视图，图2为图1的A-A面内部结构示意图，图3为图1的B-B面内部结构示意图，图4为本实用新型实施例一内箱体的结构示意图，图5为本实用新型实施例一外箱体的结构示意图。

结合图1至图5所示，一种砂型三维打印机用的套叠式砂箱，包括箱体、底座1、支撑架2，箱体设置在底座1上，箱体与底座1可拆卸连接，底座1设置在支撑架2的底部上面；箱体包括内箱体3和外箱体4，内箱体3设置在外箱体4内，内箱体3包括内上部件3a和1个(n等于1)内下部件3b，内下部件3b套叠在内上部件3a的外侧。外箱体4包括外上部件4a和1个(n等于1)外下部件4b，外下部件4b套叠在外上部件4a的外侧。

内上部件3a和内下部件3b分别用金属板围成矩形的内箱体3，相应地，外上部件4a和外下部件4b分别用金属板围成矩形的外箱体4；内箱体3的周边和外箱体4的周边之间的间距D2(参见图3所示)为80mm～200mm，D2的数值是根据铺一层砂的下砂量确定的，如果下砂机构精准，砂的流动型好，下砂量取铺满一层砂量的1.03倍，反之，下砂量取铺满一层砂量的1.12倍；根据目前设备规格的不同，下砂量取1.03倍时，D2的数值为80mm，下砂量取1.12倍时，D2的数值为200mm。下砂量较小时可能的溢砂量较少则D2取较小值，下砂量较大时可能的溢砂量较多则D2取较大值。

内上部件3a、内下部件3b、外上部件4a和外下部件4b的上边沿分别具有水平向外的内上突沿3.1、内下突沿3.2、外上突沿4.1和外下突沿4.2。内上部件3a通过连杆5与外上部件4a固定连接，实施例一的连杆5为两条平行的连杆，分别设置在所述内上突沿3.1的下面，连杆5的两端分别与外上部件4a的上边沿固定连接。第1个内下部件3b的下边沿通过下固定块6与第1个外下部件4b的下边沿固定连接，实施例一的下固定块6为十二块均布在内下部件3b和外下部件4b下边沿之间的金属条形块。从而通过连杆5和下固定块6把内箱体3和外箱体4连接在一起。

外上部件4a通过把杆7架设在支撑架2上，实施例一的把杆7设置在外上突沿4.1的下面，把杆7为两条平行的把杆，两条把杆7的伸出端分别架设在支撑架2上。在把杆7的下端面设置定位杆7.1，在支撑架2上设置与定位杆7.1相配合的定位座2.2，便于箱体架设在支撑架2时的定位。

如图4和图5所示，在内上部件3a、内下部件3b、外上部件4a和外下部件4b的下部分别固定设置内上限位件9、内下限位件10、外上限位件11和外下限位件12。实施例一的内上限位件9、内下限位件10、外上限位件11和外下限位件12的长度L1均为60mm～80mm、宽度E1均为4mm～8mm、高度H1均为6mm～10mm的金属块，均布在内上部件3a、内下部件3b、外上部件4a和外下部件4b下部四周，每一个面上的限位件的数量为三块。

在内下部件3b和外下部件4b的上边沿分别固定设置内下承托件13和外下承托件14，实施例1的内下承托件13和外下承托件14分别固定设置在内下突沿3.2和外下突沿4.2的上面。它们均为长度L为60mm～80mm、宽度E为15mm～25mm、高度H为6mm～10mm的金属块，均布在内下部件3b和外下部件4b的上边沿四周，每边的承托件的数量为三块。

如图2和图3所示，在底座1的突边1.3上设置插销1.1，在外下部件4b上设置插座8，在插座8上设置与插销1.1相配合的凹槽8.1，实现箱体与底座的固定和可拆卸连接。实施例一的插座8为四个，均布在箱体的四个角上，相应的插销1.1的数量也为四个。在底座1的下端面设置定位块1.2，在支撑架2上设置与定位块1.2相配合的定位槽2.1，便于底座1的定位。在底座1四周的边缘设置突边1.3，以防止底座上的砂外泄，实施例一突边1.3的高度H2为15mm。在支撑架2下面设置轨道70，便于支撑架2移入和移出打印机。

在底座1上设置砂型台20，其高度略低于内上部件的高度，使得开始铺砂时不过多浪费砂。砂型台20设有让叉车的货叉穿入的通孔21，当砂型30在砂型台20上打印完成，把内、外箱体移走后，可以利用叉车的货叉穿入砂型台20的通孔21把砂型30取走。

内箱体3和外箱体4的下端面与底座1的上端面紧密接触，能够很好地防止砂子泄露。设置外箱体4的作用是，在铺砂打印时，铺砂表面过高时，砂子会从内箱体3的上端面泄露出来落在内箱体3和外箱体4之间，外箱体4能够防止这些砂子进一步泄露出去，从而起双重保障的作用。

图6为图2的G部放大图。如图6所示，内上部件3a与内下部件3b之间的距离以及外上部件4a与外下部件4b之间的距离均为D。当下层箱体(即内下部件或外下部件)和上层箱体(即内上部件或外上部件)内布满型砂，在下层箱子与上层箱子之间的缝隙处(即内上部件与内下部件之间以及外上部件与外下部件之间的距离D处)会有砂子挤入，为防止砂从缝隙处反冒外溢出箱体，通过对各种不同流动性的砂的实验确定：内上部件与内下部件之间的距离以及外上部件与外下部件之间的距离D均为5mm～9mm。内上限位件9、内下限位件10、外上限位件11和外下限位件12的下端面与相应的内上部件3a、内下部件3b、外上部件4a和外下部件4b的下端面之间的距离D1均为10mm～15mm。(参见图4、图5所示)。

如图6所示，内下承托件13伸出端的长度S1小于内上部件3a与内下部件3b之间的距离D，以确保内上部件3a与内下部件3b的上下相对运动。当内下部件3b下降至极限位置时，内下承托件13抵住内上限位件9，内下限位件9和内下承托件13之间的重叠距离S2的数值为3mm～5mm，以确保内下部件3b被内下限位件9抵住不脱出，当内下部件3b上升至极限位置时，内下承托件13抵住内上突沿3.1(参见图4)。同理，外下承托件14伸出端的长度S1小于外上部件4a与外下部件4b之间的距离D，当外下部件4b下降至极限位置时，外下承托件14抵住外上限位件11，当外下部件4b上升至极限位置时，外下承托件14抵住外上突沿4.1(参见图5)。

如图6所示，在内下承托件13的下端面设置尼龙或塑料垫片15，垫片15为长度为62mm～82mm、宽度为15mm～25mm、高度为3mm～6mm的塑料块。垫片15伸出端的长度大于内下承托件13伸出端的长度1mm～2mm，其可以顶住内上部件3a的外表面，以确保金属材质的内下承托件13不与内上部件3a的外表面接触以及内下限位件9不与内下部件3b的内表面接触，以免对内上部件和内下部件的相对运动造成一定阻力，影响箱体的顺利套叠或展开。同理，在外下承托件14下端面也设置尼龙或塑料垫片15。

图7为本实用新型实施例一内箱体的另一结构示意图。如图7所示，实施例一的限位件也可以是长条形，如内下限位件10，其长度与下部件3b的边长一致，均布在下部件3b的四周。同样地，内上限位件9、外上限位件11和外下限位件12也可以分别为与内上部件3a、外上部件4a和外下部件4b的长度一致的长条形，分别均布在内上部件3a、外上部件4a和外下部件4b的四周。

实施例二

图8为实施例二套叠式砂箱展开时的结构示意图，图9为实施例二套叠式砂箱套叠时的结构示意图。

如图8所示(图8相当于实施例一的A-A向)，实施例二为本实用新型的一个最佳实施例，实施例二的内箱体3和外箱体4的下部件的数量n分别为3，分别为内箱体3的第1内下部件3b₁、第2内下部件3b₂、第3内下部件3b₃，外箱体4的第1外下部件4b₁、第2外下部件4b₂、第3外下部件4b₃。第1内下部件3b₁套叠在内上部件3a的外侧，第2内下部件3b₂套叠在第1内下部件3b₁的外侧，第3内下部件3b₃套叠在第2内下部件3b₂的外侧。

同样地，第1外下部件4b₁套叠在外上部件4a的外侧，第2外下部件4b₂套叠在第1外下部件4b₁的外侧，第3外下部件4b₃套叠在所述第2外下部件4b₂的外侧。多层套叠砂箱可以充分满足制作不同高度砂型的要求。

实施例二的内箱体3和外箱体4的板厚为2mm～3.5mm，从而确保整体刚性，内箱体3设置在外箱体4内，外上部件4a与内上部件3a之间的间距D2为200mm。内箱体3的内上部件3a、第1内下部件3b₁、第2内下部件3b₂和第3内下部件3b₃之间的距离D均为6mm，可以有效防止内箱体3内的型砂反溢到内箱体外。同样地，外箱体4的外上部件4a、第1外下部件4b₁、第2外下部件4b₂、第3外下部件4b₃之间的距离D均为6mm，可以有效防止外箱体4内的型砂反溢出箱体外，从而实现砂箱的良好密封性。

如图9所示(图9相当于实施例一的B-B向)，还包括砂型三维打印机的升降机构40、高位传感器50、低位传感器51和自动控制系统，升降机构40设置在底座1的两侧，分别用托钩41钩住底座1的下端面，带动内箱体3和外箱体4随升降机构作套叠和展开运动。自动控制系统分别与升降机构40、高位传感器50和低位传感器51电连接。由于升降机构设置在砂箱箱体两侧，其升降空间高度与套叠砂箱的升降空间高度是重合的，因此使砂型打印机设备的整体高度低于现有的采用一体式砂箱的砂型打印机的高度，不但有利于打印操作，而且可以提高砂型打印机对不同高度车间的适用性。

实施例二的其他设置与实施例一相同，在此不再赘述。

以下以实施例二为例(参见图8、图9)，说明本实用新型砂型三维打印机用的套叠式砂箱的工作方法，包括如下步骤：

步骤1，砂箱就位：将底座1连同砂型台20放置在支撑架2的底部上面，外上部件4a通过把杆7架设在支撑架2的顶部，定位杆7.1插入定位座2.2内；内箱体第3内下部件3b₃和外箱体第3内下部件4b₃的下端面放置在底座1上，将底座1上的插销1.1插入插座8的凹槽8.1中，将支撑架2沿轨道70送至砂型三维打印机内。

步骤2，进行箱体套叠：自动控制系统发送信号至升降机构40，使得托钩41钩住底座1水平上升，从而带动第3外下部件4b₃和第三内下部件3b₃上升，在上升过程中，各个外下部件和内下部件的承托件依次抵住上一个外下部件和内下部件的突沿，从而完成套叠，如图9所示。

当第三外下部件4b₃上升至高位极限位置时，高位传感器50检测到第三外下部件4b₃，高位传感器50发送信号至自动控制系统，自动控制系统发送信号至升降机构40，使升降机构40停止上升。然后打印机开始进行铺砂和喷墨打印工作。

步骤3，箱体逐步展开：在铺砂和喷墨打印过程中，根据每层铺砂厚度要求，自动控制系统控制升降机构40带动底座1逐层下降，从而带动内箱体的内下部件和外箱体的外下部件逐步下降展开。在下降过程中，各个外下部件和内下部件的承托件依次被相应的限位件抵住，直到打印和铺砂完毕时自动控制系统发送信号至升降机构使其停止下降。或者套叠起来的箱体完全展开至低位极限位置时，低位传感器51发送信号至自动控制系统使升降机构停止下降。

根据实际生产需要，每层打印时在内箱体3的内部打印厚度为5mm～20mm的围墙60，围墙60的外表面与内箱体3的内表面之间的距离大于等于5mm。由于套叠砂箱呈上小下大的塔式结构，在逐层铺砂下降的过程中，砂箱下部逐渐展开，下层空间逐渐加大，型砂逐渐向外摊开，因而会影响顶层的稳定铺砂，甚至使整体的砂型产生塌陷，因此在打印程序中需设置厚度为5mm～20mm的围墙60，使围墙60内的型砂保持稳定，从而使铺砂和打印稳定进行，保证产品质量。步骤4，移出砂箱：将支撑架2连同内箱体3和外箱体4沿轨道从砂型三维打印机内移出。

步骤5，砂箱与砂型脱离：将底座上的插销1.1从第3外下部件4b₃的插座8中拔出，以解除对外下部件4b₃的固定，然后利用升降叉车的专用叉从外箱体两侧托住外下部件4b₃的突沿使外箱体4连同内箱体3向上升起至足够高度脱离砂型，以便进行后续的清砂工作。图10为实施例二箱体与支撑架分离示意图。如图10所示，当打印好的砂型30过高，内箱体3和外箱体4套叠升起后都无法取出时，由于箱体是通过把杆7架设在支撑架2上，没有与支撑架2固定在一起，所以可以利用龙门架之类的大型吊具吊住把杆7，使内箱体3和外箱体4同时向上吊起至足够高度脱离砂型。

而留在底座1的砂型台20上的砂型，可以利用叉车的货叉直接穿入砂型台20的通孔21，连同砂型30和砂型台20一起移走。

步骤6，清砂：在内箱体3和外箱体4脱离砂型后，直接将余砂从底座1的各个方向同时铲除，比起现有设备只能打开一边的箱门在单个方向进行清砂的时间节约20％～50％。在底座清理干净后，可以返回步骤1。

总之，本实用新型套叠式的结构，不但密封性好、砂箱清砂方便，保证了设备良好运行环境的同时，大大提高了设备的寿命；而且砂型三维打印机的升降结构对工作空间高度需求不高，从而解除了设备对厂房高度的制约，使砂型三维打印机能普及大、中、小规模生产，便于推广应用。