一种FDM打印型腔类模具的方法与流程

本发明涉及铸件模具的3D打印技术领域，特别涉及一种FDM打印型腔类模具的方法。

背景技术：

FDM 就是熔融沉积成型，是一种利用3D打印设备将热熔性材料在半流动状态时挤压出来，材料瞬时凝固形成有轮廓形状的薄层的打印工艺。利用FDM成型技术打印出来的产品，具有加工后表面质量好，尺寸精度高，使用寿命长，制作周期短等优点。因此，随着3D打印技术的不断提高，FDM成型技术越来越广泛地应用到铸造行业中。

FDM成型技术的制造工艺是一个逐层涂抹累加过程，在打印类似于图1所示的型腔模具时，传统的打印方法需要在模具型腔内部打印支撑骨架，才能完成顶部结构的打印。具体打印时，先从底部开始，逐层打印模具外轮廓，并每打印完成一层模具外轮廓后，随之逐层打印支撑骨架。直到完成模具外轮廓和支撑骨架的打印，才开始进行顶层结构的打印。这样一来，不仅制约了设备的打印效率，同时，由于支撑骨架的打印，大大增加了打印材料的使用，导致模具生产成本高昂。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中FDM打印型腔类模具方法中需要专门打印支撑骨架造成的打印材料浪费的问题，提供一种FDM打印型腔类模具的方法，以提高打印效率，降低打印材料成本。

本发明的目的是这样实现的，一种FDM打印型腔类模具的方法,包括如下步骤：

1）将需要打印的型腔类模具的三维图输入切片软件用于生成FDM打印的G代码程序，然后将G代码程序导入FDM打印机中；

2）型腔壁的打印：通过FDM打印机以模具的敞开端为底部开始逐层打印型腔类模具的外轮廓壁，并且交替分层向外轮廓壁围成的内腔填充支撑颗粒，直至逐层打印至模具外轮廓壁顶部并填充满支撑颗粒；

3）顶部的打印：FDM打印机根据模具顶部的G代码程序完成模具顶部结构的打印。

本发明的FDM打印型腔类模具的方法，模具内部的型腔用支撑颗粒代替，并且分层交替边打印边填加，提高打印效率，省去了支撑骨架的打印过程，节约打印时间，节省打印料材料用量。同时，本发明的方法，模具型腔填充的支撑颗粒清理方便，并可重复使用。

为进一步实现本发明的交替打印和填充支撑颗粒的目的，上述步骤2）型腔壁的打印，包括如下分步骤：

a) FDM打印机根据生成的G代码程序，借助FDM打印头将熔融的热塑性材料逐层涂抹在工作台上，每涂抹一层，工作台下降相应的高度，打印头继续返程涂抹下一层，直至形成高度为D的型腔类模具的外轮廓壁；

b)执行完a) 步动作后，暂停FDM打印机，利用设有震动机构的填料装置将支撑颗粒均匀填充在a) 分步打印的外轮廓壁围成的内腔内，所述支撑颗粒的填充厚度为D；

c) FDM打印头继续工作，反复重复a)分步继续打印下一高度为D的外轮廓壁和b)分步填充厚度为D的支撑颗粒，直至完成模具高度方向外轮廓壁的打印和内腔支撑颗粒的填充。

本发明的型腔壁打印过程，FDM打印一层外轮廓，再通过震动填料装置填充同高度的支撑颗粒，打印和震动填料反复交替进行，以完成型腔壁的打印过程，填充的支撑颗粒为模具顶部的打印提供支撑。此过程减少FDM打印成本的同时，提高打印效率。

作为本发明的优选方案，所述支撑颗粒为粒径均匀的沙子、玻璃珠子、金属粉或塑料颗粒，所述支撑颗粒的粒径为1—5mm。

进一步地，所述热塑性材料为ABS、PLA、HIPS、PC或尼龙。

为便于实现震动填料过程，所述分步骤b)中的填料装置包括储料装置,所述储料装置通过滑枕机构与机身连接，所述储料装置下部设有出料口，所述出料口一侧的储料装置壁上设有刮砂板，储料装置外壁还连接有震动装置，进行支撑颗粒填充时，储料装置的出料口位于待打印模具的正上方通过滑枕机构驱动在模具正上方往复移动，并边振动填料边将支撑颗粒通过刮砂板刮平。本发明的储料装置，填加支撑颗粒时，储料装置可以实现边填料边将填加的料层刮平，操作方便，效率高。

附图说明

图1为现有技术中FDM打印的型腔类模具的示意图。

图2为本发明的FDM打印型腔类模具的示意图。

图3为本发明的FDM打印型腔类模具的立体示意图。

其中，1工作台；2模具外轮廓壁；3支撑骨架；4模具顶部；5储料装置；6震动装置；7支撑颗粒；8刮砂板；9 FDM打印头；10滑枕。

具体实施方式

本发明的FDM打印型腔类模具的方法中,打印的型腔类模具如图1所示，由轮廓壁2和模具顶部4组成。采用本发明的方法的打印该类模具如图2和图3所示，具体包括如下步骤：

1）将需要打印的型腔类模具的三维图输入切片软件用于生成FDM打印的G代码程序，然后将G代码程序导入FDM打印机中；

2）型腔壁的打印：通过FDM打印机以在工作台1上模具的敞开端为底部开始逐层打印型腔类模具外轮廓壁2，并且交替分层向模具外轮廓壁2围成的内腔填充支撑颗粒7，直至逐层打印至模具外轮廓壁2顶部并填充满支撑颗粒7；其中，填充的支撑颗粒7可选用粒径均匀且粒径范围为1-5mm的沙子、玻璃珠子、金属粉或塑料颗粒，支撑颗粒的粒径为；热塑性材料可以选用ABS、PLA、HIPS、PC或尼龙。本步中型腔壁的打印具体包括如下分步骤：

a) FDM打印机根据生成的G代码程序，借助FDM打印头9将熔融的热塑性材料逐层涂抹在工作台1上，每涂抹一层，工作台1下降相应的高度，FDM打印头9继续返程涂抹下一层，直至形成高度为D的模具外轮廓壁2；

b)执行完a) 步动作后，暂停FDM打印机，利用设有震动机构6的填料装置将支撑颗粒均匀填充在a) 分步打印的模具外轮廓壁2围成的内腔内，每层支撑颗粒的填充厚度与a)分步中FDM打印的厚度D相同；本分步中所用的填料装置包括储料装置5,储料装置5通过滑枕机构10与机身连接，可在待打印的模具上方水平滑动，每填充一层支撑颗粒，滑枕机构10滑动一个来回，可以边填料边刮平填料；储料装置5下部设有出料口，出料口一侧的储料装置壁上设有刮砂板8，储料装置5外壁还连接有震动装置6，进行支撑颗粒填充时，储料装置5的出料口位于待打印模具的正上方通过滑枕机构10驱动在模具正上方往复移动，并边震动填料边将支撑颗粒通过刮砂板8刮平。本发明的储料装置，填加支撑颗粒时，储料装置可以实现边填料边将填加的料层刮平，操作方便，效率高。

c) FDM打印头9继续工作，反复重复a)分步继续打印下一高度为D的外轮廓壁和b)分步填充厚度为D的支撑颗粒，直至完成模具外轮廓壁2高度方向的打印和内腔支撑颗粒的填充。

3）顶部的打印：FDM打印机根据模具顶部的G代码程序完成模具顶部结构的打印。

本发明的FDM打印型腔类模具的方法，模具内部的型腔用支撑颗粒代替，并且分层交替边打印边填加，提高打印效率，省去了支撑骨架的打印过程，节约打印时间，节省打印料材料用量。同时，本发明的方法，模具型腔填充的支撑颗粒清理方便，并可重复使用。

为便于实现震动填料过程，所述分步骤b)中的填料装置包括储料装置,所述储料装置通过滑枕机构与机身连接，所述储料装置下部设有出料口，所述出料口一侧的储料装置壁上设有刮砂板，储料装置外壁还连接有震动装置，进行支撑颗粒填充时，储料装置的出料口位于待打印模具的正上方通过滑枕机构驱动在模具正上方往复移动，并边振动填料边将支撑颗粒通过刮砂板刮平。本发明的储料装置，填加支撑颗粒时，储料装置可以实现边填料边将填加的料层刮平，操作方便，效率高。