一种可变角度移动打印的砂型3D打印成形装置的制作方法

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种可变角度移动打印的砂型3d打印成形装置。

背景技术：

砂型3d打印技术是一种基于分层制造原理的砂型快速制造技术。目前，砂型3d打印技术大都是基于粉床的快速成形方法，成形过程中需要先将型砂颗粒与一定量的固化剂进行混合搅拌，并将型砂装入铺砂料斗中，之后可升降工作平台下降固定高度，铺砂料斗在可升降工作平台上进行移动铺砂，铺砂完成后，计算机控制打印喷头根据砂型当前层轮廓信息在砂层表面按需喷射粘结剂，当喷射的树脂粘结剂遇到预混了固化剂的型砂后使砂粒粘结固化成当前层砂型，接着可升降工作平台下降固定层厚，重复铺砂和打印工序，层层制作最终打印成所需砂型。砂型制造完成后需要在常温下固化2到3小时以获得较高的砂型强度方可取出。

目前的砂型3d打印成形装置的打印喷头都是在移动过程中进行树脂粘结剂的喷射，而打印喷头在移动过程中是固定在移动装置上的，打印喷头喷射树脂粘结剂的喷射方向与重力方向一致，当喷头在运动过程中喷射粘结剂时，树脂粘结剂的速度方向是水平运动方向与重力方向的耦合，从而使得打印出的树脂微滴在进入砂层时速度方向并不是垂直于砂层表面的。而目前采用砂型3d打印技术制造的砂型在x方向、y方向存在明显的各向异性问题，该问题与树脂微滴在砂层中的渗透和扩散的速度方向有关，并且随着打印喷头移动速度的提高，制造的砂型在x方向和y方向的各向异性问题会越来越突出。

技术实现要素：

针对目前的砂型3d打印成形装置普遍存在的树脂微滴喷射速度方向不垂直于砂层表面造成的打印砂型x方向和y方向各向异性的问题，本发明提出了一种可变角度移动打印的砂型3d打印成形装置。

一种可变角度移动打印的砂型3d打印成形装置，其特征在于该装置包括：机架主体、成形砂箱、可升降的工作平台、型砂存储箱、真空上砂系统、移动铺砂系统、可变角度移动打印系统及控制系统。其中，所述机架主体为成形装置的主要承力结构，确保成形装置在工作过程中的稳定可靠；所述成形砂箱位于所述机架主体的中间位置，用于在成形过程中提供打印砂型成形所需空间；所述可升降的工作平台设置于所述成形砂箱内部，用于承托型砂；所述型砂存储箱位于所述机架主体旁边，与所述真空上砂系统连接，用于存储混合了固化剂的型砂；所述真空上砂系统位于机架主体上方，用于提供打印所需型砂；所述移动铺砂系统位于机架主体上方，用于在可升降的工作平台表面铺设混合了固化剂的型砂；所述可变角度移动打印系统位于机架主体上方，可根据移动打印速度调整打印喷头喷射角度，用于在铺设的型砂表面喷射粘结剂；所述控制系统与所述可升降的工作平台、真空上砂系统、移动铺砂系统、可变角度移动打印系统相连接。

优选地，所述可变角度移动打印系统包括：移动打印横梁，所述移动打印横梁位于机架主体上方，确保可变角度移动打印系统在机架主体上水平移动；组合式阵列喷头，所述组合式阵列喷头的阵列喷头呈品字形或一字形布局，用于喷射粘结剂；角度调整架，所述角度调整架与所述移动打印横梁固定连接；绕x方向转动的转轴，所述绕x方向转动的转轴与所述角度调整架和组合式阵列喷头固定连接，用于调整组合式阵列喷头绕x方向的转动角度；绕y方向转动的摆轴，所述绕y方向转动的摆轴与所述角度调整架和组合式阵列喷头固定连接，用于调整组合式阵列喷头绕y方向的转动角度。

优选地，所述绕x方向转动的转轴为角度调整电机与电机座的组合，角度调整电机与连杆的组合，角度调整电机与齿轮的组合中的一种，用于实现所述组合式阵列喷头在打印平面内绕x方向进行-10°至10°的角度调整。

优选地，所述绕y方向转动的摆轴为角度调整电机与电机座的组合，角度调整电机与连杆的组合，角度调整电机与齿轮的组合中的一种，用于实现所述组合式阵列喷头在打印平面内绕y方向进行-10°至10°的角度调整。

有益效果为：本发明提出的一种可变角度移动打印的砂型3d打印成形装置采用了可变角度移动打印系统可以根据喷头的移动打印速度进行喷头打印方向的角度微调，实现高性能砂型的打印成形。

附图说明

图1为一种可变角度移动打印的砂型3d打印成形装置结构示意图；

图2为可变角度移动打印系统结构示意图；

图中：1、机架主体；2、成形砂箱；3、可升降的工作平台；4、型砂存储箱；5、真空上砂系统；6、移动铺砂系统；7、可变角度移动打印系统；8、控制系统；9、移动打印横梁；10、组合式阵列喷头；11、角度调整架；12、x方向转轴；13、y方向摆轴。

具体实施方式

本发明提出的一种可变角度移动打印的砂型3d打印成形装置，如图1至图2所示，包括了机架主体1、成形砂箱2、可升降的工作平台3、型砂存储箱4、真空上砂系统5、移动铺砂系统6、可变角度移动打印系统7及控制系统8。其中，所述机架主体1为成形装置的主要承力结构，确保成形装置在工作过程中的稳定可靠；所述成形砂箱2位于所述机架主体1的中间位置，用于在成形过程中提供打印砂型成形所需空间；所述可升降的工作平台3设置于所述成形砂箱2内部，用于承托型砂；所述型砂存储箱4位于所述机架主体1旁边，与所述真空上砂系统5连接，用于存储混合了固化剂的型砂；所述真空上砂系统5位于机架主体1上方，用于提供打印所需型砂；所述移动铺砂系统6位于机架主体1上方，用于在可升降的工作平台3表面铺设混合了固化剂的型砂；所述可变角度移动打印系统7位于机架主体1上方，可根据移动打印速度调整打印喷头喷射角度，用于在铺设的型砂表面喷射粘结剂；所述控制系统8与所述可升降的工作平台3、真空上砂系统5、移动铺砂系统6、可变角度移动打印系统7相连接。

具体的，所述可变角度移动打印系统7包括：移动打印横梁9，所述移动打印横梁9位于机架主体1上方，确保可变角度移动打印系统7在机架主体1上水平移动；组合式阵列喷头10，所述组合式阵列喷头10的阵列喷头呈品字形或一字形布局，用于喷射粘结剂；角度调整架11，所述角度调整架11与所述移动打印横梁9固定连接；绕x方向转动的转轴12，所述绕x方向转动的转轴12与所述角度调整架11和绕y方向转动的摆轴13连接，用于调整组合式阵列喷头10绕x方向的转动角度；绕y方向转动的摆轴13，所述绕y方向转动的摆轴13与所述绕x方向转动的转轴12和组合式阵列喷头10连接，用于调整组合式阵列喷头10绕y方向的转动角度。

具体的，所述绕x方向转动的转轴11为角度调整电机与电机座的组合，角度调整电机与连杆的组合，角度调整电机与齿轮的组合中的一种，用于实现所述组合式阵列喷头在打印平面内绕x方向进行-10°至10°的角度调整。

具体的，所述绕y方向转动的摆轴12为角度调整电机与电机座的组合，角度调整电机与连杆的组合，角度调整电机与齿轮的组合中的一种，用于实现所述组合式阵列喷头在打印平面内绕y方向进行-10°至10°的角度调整。

工作原理：

本发明提出的一种可变角度移动打印的砂型3d打印成形装置，该装置工作时，首先将存放在型砂存储箱4中的混合了固化剂的型砂利用真空上砂系统5输送到移动铺砂系统6中。控制系统8根据工艺要求控制可升降的工作平台3下降固定层厚，之后控制系统8根据工艺要求控制移动铺砂系统6以一定的铺砂速度在可升降的工作平台3上进行移动铺砂，之后控制系统8根据工艺要求控制可变角度移动打印系统7以一定的移动打印速度在铺设的砂层表面喷射树脂粘结剂。与此同时，绕x方向转动的转轴12在角度调整电机的驱动下发生角度倾斜，带动组合式阵列喷头10在向前移动打印的过程中，组合式阵列喷头10的喷嘴平面相对水平面向后倾斜一定角度，该角度与移动打印速度有关，以保证喷射的树脂液滴速度方向与砂层表面垂直；绕y方向转动的转轴13在角度调整电机的驱动下发生角度倾斜，带动组合式阵列喷头10在向左移动打印的过程中，组合式阵列喷头10的喷嘴平面相对水平面向右倾斜一定角度，该角度与移动打印速度有关，以保证喷射的树脂液滴速度方向与砂层表面垂直。之后控制系统8控制可升降的工作平台3再次下降固定层厚，且移动铺砂系统6再次进行当前层砂层的铺设。重复该铺砂打印过程，最终完成砂型的制作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明。