一种高效砂型三维打印机的制作方法

本实用新型属于砂型三维打印机领域，特别是一种高效砂型三维打印机。

背景技术：

3D打印技术在砂型打印中的应用越来越广泛，现有的砂型三维打印机一般采用扫描机构和铺砂机构放置于两个平行导轨上，工作时铺砂动作和扫描动作交替进行，这种方案的不足在于：由于铺砂和扫描需要交替进行，打印效率始终存在瓶颈；另一方面放置扫描机构和铺砂机构的平行导轨造价高，平行导轨的放置平面要求高，导致其制造成本也很高。

名称为“旋转式砂型三维打印机”、专利号为“201610150660.7”的发明专利申请公开了一种铺砂、打印、工作台下降同时进行的三维打印机，其存在的缺点是，1、打印过程并非连续进行，而是每次铺砂机构铺完一个小扇形后，扫描机构摆动扫描打印一个小扇形，如此往复，实质上该发明公开的方案同样是铺砂和扫描交替进行，因此打印效率并没有得到提高；2、圆形砂型台转动的同时还要进行升降，这就要求切片软件对物体分层的时候采取螺旋式切割，此算法非常复杂，难以实现；3、空心杆的设计限定了该打印机的成型空间是圆环形，严重限制了其所能容纳的打印物体的形状和数量；4、打印过程中，圆形工作台与工作箱存在持续的相对运动，使得两者之间的密封无法实现，导致工作箱容易漏砂，从而造成打印平面无法铺平，因此该设计方案难以得到实现。

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高效砂型三维打印机，不但打印效率高，而且成本低。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：

一种高效砂型三维打印机，包括扫描机构、铺砂机构和供料机构，还包括圆形工作箱、铺砂扫描传动机构、升降机构、圆形砂型台和电气液柜，圆形砂型台设置在圆形工作箱内，铺砂扫描传动机构固定在机架上，带动扫描机构和铺砂机构转动，升降机构设置在圆形砂型台的下方，带动圆形砂型台上下运动；在铺砂扫描传动机构的正中间设置旋转转换头，电气液柜通过电气液输送管道与旋转转换头连接，供料机构通过供料管与旋转转换头连接，旋转转换头分别与扫描机构和铺砂机构连接。

进一步地，铺砂扫描传动机构通过第一电机驱动，升降机构通过第二电机驱动。

进一步地，铺砂扫描传动机构固定在机架上，包括相互啮合连接的主动轮和从动轮，主动轮与第一电机固定连接，从动轮与转动架固定连接。

进一步地，升降机构包括升降丝杆、导向柱和减速机，升降丝杆和导向柱的上部分别与圆形砂型台底部固定连接，减速机固定在底座内部，在所述底座上设置通孔，升降丝杆的下部穿过通孔和减速机，在底座上设置与导向柱相配合的导套，导向柱的下部穿过导套；底座的内部中空，中空的高度大于升降丝杆的长度。

具体地，扫描机构固定在转动架的下端面，包括沿圆形工作箱的半径设置的喷头组，喷头组固定在喷头架上，喷头架与转动架固定连接，喷头组的扫描宽度与圆形砂型台的成型空间半径相等。

具体地，扫描机构固定在转动架的下端面，包括喷头、喷头架、丝杆和螺母，喷头与喷头架固定连接，喷头架与所述螺母固定连接，螺母与丝杆滑动连接，丝杆通过丝杆座与转动架固定连接，丝杆通过第三电机驱动；喷头组的扫描宽度为圆形砂型台的成型空间半径的1/n倍，n为非零自然数。

具体地，铺砂机构固定在所述转动架的下端面，铺砂机构包括接砂斗、载砂仓和送砂轴，送砂轴设置在所述载砂仓内，接砂斗设置在载砂仓的端部上方，在载砂仓的底部设置放砂闸板和刮砂板，送砂轴通过第四电机驱动。

特别地，刮砂板靠近扫描机构的一侧延伸至扫描机构的下方。

特别地，在圆形工作箱与所述圆形砂型台之间设置密封条。

本实用新型由于铺砂和打印同步进行，既突破了常规砂型3D打印机的效率瓶颈，使得打印效率有极大地提高，又取消了放置扫描机构和铺砂机构的导轨，大幅度降低了设备成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的剖面示意图；

图3为升降机构的剖面示意图；

图4为扫描机构和铺砂机构的仰视图；

图5为铺砂机构的剖面示意图；

图6为实施例二扫描机构和铺砂机构的仰视图。

具体实施方式

实施例一

图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的剖面示意图，结合图1和图2所示，一种高效砂型三维打印机，包括扫描机构6、铺砂机构7和供料机构8，还包括圆形工作箱1、铺砂扫描传动机构2、升降机构3、圆形砂型台4和电气液柜5，圆形砂型台4设置在圆形工作箱1内，铺砂扫描传动机构2固定在机架10上，带动扫描机构6和铺砂机构7转动，升降机构3设置在圆形砂型台4的下方，带动圆形砂型台4上下运动；在铺砂扫描传动机构2的正中间设置旋转转换头12，电气液柜5通过电气液输送管道11与旋转转换头12连接，供料机构8通过供料管9与旋转转换头12连接，旋转转换头12分别与扫描机构6和铺砂机构7连接。

本实用新型具有以下优点：1、可连续打印，即供料、送砂、铺砂和打印动作连续不断的进行，每转一圈，升降平台下降一层，相比于现有的砂型打印机设计方案，本实用新型的打印效率可提高5～10倍；2、铺砂机构、扫描机构的转动与圆形砂型台的升降由两个动力控制，分开进行，使打印操作更简单；3、本实用新型的成型空间是圆形的，相比于环形，较少限制所打印物体的形状和数量。

铺砂扫描传动机构2固定在机架10上，包括相互啮合连接的主动轮2.1和从动轮2.2，主动轮2.1与第一电机13固定连接，从动轮2.2与转动架15固定连接。

旋转转换头12设置在转动架15上方的正中间，旋转转换头12是一种360°旋转输送介质的密闭旋转连接器，其作用是在旋转的状态下给扫描机构6供电、供气和供液，以及给铺砂机构7供料。铺砂扫描传动机构2通过第一电机13驱动，升降机构3通过第二电机14驱动，在圆形工作箱1与圆形砂型台4之间设置密封条19，确保圆形砂型台4不漏砂。

图3为升降机构的剖面示意图，如图3所示，升降机构包括升降丝杆3.1、导向柱3.2和减速机3.3，升降丝杆3.1和导向柱3.2的上部分别与圆形砂型台4底部固定连接，减速机3.3固定在底座16内部，底座16设置在圆形工作箱1的下方，在底座16上设置通孔17，升降丝杆3.1的下部穿过通孔17和减速机3.3，在底座16上设置与导向柱3.2相配合的导套18，用以保证圆形砂型台4升降过程中不倾斜，避免卡死，导向柱3.2的下部穿过导套18穿向底座16内；底座16的内部中空，中空的高度H大于升降丝杆3.1的长度。

图4为扫描机构和铺砂机构的仰视图，图5为铺砂机构的剖面示意图，结合图4和图5所示，铺砂机构7固定在转动架15的下端面，铺砂机构7包括接砂斗7.1、载砂仓7.2和送砂轴7.3，送砂轴7.3设置在载砂仓7.2内，接砂斗7.1设置在载砂仓7.2的端部上方，在载砂仓7.2的底部设置放砂闸板7.5和刮砂板7.4，送砂轴7.3通过第四电机7.6驱动，放砂闸板7.5通过气缸7.7驱动，刮砂板7.4靠近扫描机构6的一侧延伸至扫描机构6的下方，即延伸至圆形砂型台4的成型空间的圆心处，其作用是保证圆心处也能铺到砂。供料机构8通过供料管9向接砂斗7.1供料，接砂斗7.1中的料通过送砂轴7.3传送至载砂仓7.2内。

如图4所示，扫描机构6固定在转动架15的下端面，包括沿圆形工作箱1的半径设置的喷头组6.1，喷头组6.1固定在喷头架6.2上，喷头架6.2与转动架15固定连接，喷头组6.1的扫描宽度与圆形砂型台4的成型空间半径相等，圆形砂型台4的成型空间半径小于圆形砂型台4的半径，这样多余的砂将落在圆形砂型台4的周围，不影响成型空间的打印。本实用新型使用的喷头组6.1由多个喷头组成，实施例一的喷头组6.1由六个喷头组成。

本实用新型实施例一的工作过程如下：

供料机构8通过供料管9向接砂斗7.1供料，接砂斗7.1中的料通过送砂轴7.3传送至载砂仓7.2内，第一电机13驱动转动架15匀速转动，从而带动扫描机构6、铺砂机构7同步匀速转动，放砂闸板7.5打开，将载砂仓7.2内的砂下落至圆形砂型台4上，刮砂板7.4随着转动将砂铺平，为了保证圆心能铺到砂，利用喷头组6.1的底部离铺砂平面尚有2mm～7mm的高度，铺砂机构的刮砂板7.4延伸至圆心处，利用刮砂板7.4将砂刮过去，可保证圆心处也能铺到砂；与此同时，控制系统控制扫描机构6将图案打印在砂平面上，本实用新型保证扫描机构和圆心同心，以保证扫描能扫一个完整的圆，转动架15每转一圈，完成一层的打印，然后第二电机14驱动升降丝杆3.1转动，使圆形砂型台4下降一个层高，本实施例的层高为0.2mm～0.5mm，然后接着进行下一层铺砂和打印，如此循环，直至完成整个砂型的打印。

实施例二

图6为实施例二扫描机构和铺砂机构的仰视图，如图6所示，本实用新型实施例二的扫描机构6固定在转动架15的下端面，包括喷头组6.1、喷头架6.2、丝杆6.3和螺母(图中未示出)，喷头组6.1与喷头架6.2固定连接，喷头架6.2与螺母固定连接，螺母与丝杆6.3滑动连接，丝杆6.3通过丝杆座6.4与转动架15固定连接，丝杆6.3通过第三电机6.5驱动；喷头组6.1的扫描宽度为圆形砂型台4的成型空间半径的1/n倍，n为非零自然数。实施例二的喷头组6.1由两个喷头组成，为了保证喷头组6.1能够扫描到圆心，丝杆6.3的一端设置在圆心上，为了保证圆心铺到砂，利用喷头组的底部离铺砂平面尚有2mm～7mm的高度，铺砂机构的刮砂板7.4延伸至圆心处，利用刮砂板7.4将砂刮过去，可保证圆心处也能铺到砂。实施例二的其他设置与实施一相同，在此不再赘述。

本实用新型实施例二的工作过程如下：

供料机构8通过供料管9向接砂斗7.1供料，接砂斗7.1中的料通过送砂轴7.3传送至载砂仓7.2内，第一电机13驱动转动架15匀速转动，从而带动扫描机构6、铺砂机构7同步匀速转动，放砂闸板7.5打开，将载砂仓7.2内的砂下落至圆形砂型台4上，刮砂板7.4随着转动将砂铺平，与此同时，控制系统控制扫描机构6将图案打印在砂平面上，由于圆形砂型台4的成型空间半径为喷头组6.1的扫描宽度的整数倍，每转一圈打印一个环形，第三电机6.5驱动喷头组6.1沿着丝杆6.3移动一段距离，此距离正好等于已完成打印的圆环的内外环半径之差，在喷头组移动时，喷头组停止打印，等喷头组移动到位到位后再打印，与此同时铺砂机构7停止下砂，等待扫描机构6完成整个圆形的打印后，第三电机6.5驱动喷头组6.1复位；与此同时第二电机14驱动升降丝杆3.1转动，使圆形砂型台4下降一个层高，然后接着进行下一层铺砂和打印，如此循环，直至完成整个砂型的打印。实施例二的方案可大幅度降低设备制造成本。

总之，本实用新型由于铺砂和打印同步进行，既突破了常规砂型3D打印机的效率瓶颈，使得打印效率有极大地提高，又取消了放置铺砂机构和扫描机构的导轨，大幅度降低了设备成本。

本实用新型所述的高效砂型三维打印机，相关技术人员通过变换、组合等得出的其他方案，均应在本专利保护范围内。