本發(fā)明屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種3d打印的裝置及使用方法，尤其涉及一種3d打印精密鑄造模殼的裝置及使用方法。

背景技術(shù)：

精密鑄造模殼，是精密鑄造過程用于金屬液澆注的鑄型，一般是完成鑄件的熔模原型制造后，最后采用陶瓷型制殼工藝、逐層制殼工藝和硅溶膠制殼工藝等傳統(tǒng)制殼工藝制造而成。目前，最快的精密鑄造模殼的制作方法是先采用熔融沉積制造法（fdm）、選擇性激光燒結(jié)法（sls）和立體光刻法（sl）等3d打印技術(shù)快速制造出熔模原型后，再采用傳統(tǒng)的制殼工藝制作精密鑄造模殼，最后將鑄模原型熔掉后得到精密鑄造模殼。例如一種常用的快速制造蠟?zāi)＞荑T造模殼方法如下：

1、快速制造蠟?zāi)＃翰捎胹ls技術(shù)快速制造ps模，然后在模樣表面進(jìn)行滲蠟處理得到表面光滑的蠟?zāi)＃?/p>

2、傳統(tǒng)模殼制作：通過復(fù)雜的傳統(tǒng)制殼工藝，經(jīng)過反復(fù)涂掛陶瓷漿料和烘干等過程在蠟?zāi)１砻娴玫骄荑T造模殼，該過程工藝繁瑣，需要相關(guān)的精密鑄造模殼成形設(shè)備；

3、脫蠟得到模殼：通過加熱脫蠟處理得到空的精密鑄造模殼。

以上過程首先利用3d打印技術(shù)快速制造出ps模后滲蠟得到蠟?zāi)?，然后采用傳統(tǒng)的制殼工藝進(jìn)行精密鑄造模殼的制作，最后將蠟?zāi)Ｈ刍鬂沧⒌玫借T件。這種制作精密鑄造模殼的方法需要較多的設(shè)備和工序，例如3d打印機(jī)、滲蠟裝置和傳統(tǒng)的制殼裝置等，而且精密鑄造模殼的制作過程繁瑣，制造周期較長(zhǎng)。

目前采用的砂型砂芯成形裝置，補(bǔ)粉裝置與成形裝置水平分布，成形區(qū)域僅占50%左右，成形范圍受到限制，且不方便向設(shè)備中補(bǔ)充新的粉末；制造過程采用先成形后整體加熱烘干的方法，制造效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服背景技術(shù)中所述的不足，本發(fā)明提供了一種3d打印精密鑄造模殼的裝置和方法，通過直接打印出精密鑄造模殼，省去熔模的制作過程，節(jié)省設(shè)備和工序，縮短模殼制造周期。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述的發(fā)明目的，可通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種3d打印精密鑄造模殼的裝置，包括：計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)、移動(dòng)裝置、溶液噴射系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、加粉盒、補(bǔ)粉盒和成形臺(tái)；計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)分別與移動(dòng)裝置、溶液噴射系統(tǒng)和烘干系統(tǒng)相連接；加粉盒和補(bǔ)粉盒設(shè)置在成形臺(tái)上方，加粉盒、補(bǔ)粉盒和成形臺(tái)之間相互獨(dú)立，溶液噴射系統(tǒng)設(shè)置在加粉盒與烘干系統(tǒng)之間。

所述移動(dòng)裝置包括：加粉盒移動(dòng)裝置、溶液噴射系統(tǒng)移動(dòng)裝置和成形臺(tái)底板升降裝置；補(bǔ)粉盒包括：補(bǔ)粉固定盒、補(bǔ)粉活板和彈簧；成形臺(tái)包括：成形臺(tái)粉盒和成形臺(tái)底板；加粉盒與加粉盒移動(dòng)裝置連接，加粉盒可通過加粉盒移動(dòng)裝置水平移動(dòng)；溶液噴射系統(tǒng)移動(dòng)裝置固定在加粉盒上，溶液噴射系統(tǒng)通過溶液噴射系統(tǒng)移動(dòng)裝置與加粉盒連接，溶液噴射系統(tǒng)可通過溶液噴射系統(tǒng)移動(dòng)裝置水平移動(dòng)；成形臺(tái)底板與成形臺(tái)底板升降裝置連接，成形臺(tái)底板可通過成形臺(tái)底板升降裝置上下移動(dòng)，工作過程中加粉盒、補(bǔ)粉盒和成形臺(tái)內(nèi)部填充有精密鑄造模殼粉末。

所述溶液噴射系統(tǒng)包括：溶液噴射噴頭和陶瓷涂料容器；溶液噴射噴頭與陶瓷涂料容器連接，陶瓷涂料容器內(nèi)部填充有陶瓷涂料。

所述烘干系統(tǒng)為加熱裝置，烘干系統(tǒng)固定在加粉盒上。

所述的3d打印精密鑄造模殼的裝置，其使用方法如下：

【1】、鋪平模殼粉末平面：在補(bǔ)粉盒中加入精密鑄造模殼粉末，通過成形臺(tái)底板升降裝置將成形臺(tái)底板升至距離加粉盒最底部2mm以上，加粉盒移動(dòng)裝置控制加粉盒向補(bǔ)粉盒方向移動(dòng)，直至頂開補(bǔ)粉活板，補(bǔ)粉盒中的精密鑄造模殼粉末向加粉盒內(nèi)部補(bǔ)充，完成補(bǔ)粉過程；加粉盒背向補(bǔ)粉盒移動(dòng)，部分活板在彈簧作用下關(guān)閉，加粉盒內(nèi)部的精密鑄造模殼粉末向成形臺(tái)內(nèi)部補(bǔ)充，完成加粉過程；接著，加粉盒向補(bǔ)粉盒方向移動(dòng)，直至頂開補(bǔ)粉活板，再次進(jìn)行補(bǔ)粉過程；通過幾次循環(huán)的補(bǔ)粉和加粉過程，直至加粉盒將成形臺(tái)上方的精密鑄造模殼粉末鋪成一個(gè)平面；

【2】、輸入輸出制殼參數(shù)：將三維實(shí)體模型輸入至計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)中，設(shè)置好移動(dòng)裝置的移動(dòng)參數(shù)，開始進(jìn)行第一個(gè)單層的制造，計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)將第一個(gè)單層的輪廓數(shù)據(jù)處理成指令，準(zhǔn)備輸送至溶液噴射系統(tǒng)和烘干系統(tǒng)；

【3】、形成模殼第一單層：加粉盒向補(bǔ)粉盒方向移動(dòng)，加粉盒移動(dòng)裝置和溶液噴射系統(tǒng)移動(dòng)裝置控制溶液噴射系統(tǒng)的移動(dòng)，溶液噴射系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)的指令，向成形臺(tái)表層平面上特定輪廓內(nèi)的精密鑄造模殼粉末噴射陶瓷涂料，被噴射區(qū)域的精密鑄造模殼粉末與陶瓷涂料粘接成形，形成精密鑄造模殼的第一個(gè)單層，隨加粉盒移動(dòng)的烘干系統(tǒng)對(duì)成形后的單層進(jìn)行烘干和進(jìn)一步固化，烘干系統(tǒng)的干燥過程與溶液噴射系統(tǒng)的噴射過程同步進(jìn)行；

【4】、機(jī)控粉末平面層級(jí)：計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)控制成形臺(tái)底板升降裝置，使成形臺(tái)底板和精密鑄造模殼粉末下降一個(gè)單層厚度，完成后補(bǔ)粉盒進(jìn)行一次如步驟【1】的部分和加粉過程，補(bǔ)粉和加粉的量需要滿足加粉完成后，加粉盒將成形臺(tái)上方的精密鑄造模殼粉末鋪成一個(gè)平面，該平面與步驟【1】中的平面位置重合，計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)將下一層的輪廓數(shù)據(jù)處理成指令，準(zhǔn)備輸送至溶液噴射系統(tǒng)和烘干系統(tǒng)；

【5】、形成模殼下一單層：按照步驟【3】完成下一個(gè)單層的制作，同時(shí)新的單層形成過程，與之前制造成形的單層粘接成一體，此時(shí)下一單層制造過程結(jié)束；

【6】、多層制造制作模殼：重復(fù)步驟【4】至步驟【5】，直至最終多層制造完成，得到完整的精密鑄造模殼；

【7】、取出模殼清理表面：從成形臺(tái)中小心取出精密鑄造模殼，將內(nèi)外表面未經(jīng)噴涂陶瓷涂料粘接的余砂去除，將清理好的精密鑄造模殼內(nèi)表面清理出光潔的表面后，得到精密鑄造模殼，其強(qiáng)度和表面光潔度滿足精密鑄造模殼的要求。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：

（1）用于精密鑄造模殼的快速成形，省去了蠟?zāi)Ｖ谱鳝h(huán)節(jié)，因而簡(jiǎn)化了模殼的制作流程，降低了產(chǎn)品的制造周期；

（2）替代了傳統(tǒng)的制殼過程，僅僅消耗了低成本的精密鑄造模殼粉末等原材料，節(jié)省了石蠟和制殼設(shè)備的使用；

（3）能夠直接得到內(nèi)表面光潔的精密鑄造模殼，省掉了反復(fù)掛涂料、烘干以及焙燒脫蠟等過程，成形速度快，制作工藝簡(jiǎn)單；

（4）補(bǔ)粉區(qū)域與成形區(qū)域上下分布，增加了模殼的成形尺寸，將補(bǔ)粉區(qū)域設(shè)置在上方，方便了向設(shè)備補(bǔ)充粉末；

（5）烘干過程與噴射過程同步進(jìn)行，較現(xiàn)有技術(shù)的先噴射成形后整體烘干的成形方法，提高了模殼的制造效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種3d打印精密鑄造模殼的裝置的工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種3d打印精密鑄造模殼的裝置的主視圖；

圖3是本發(fā)明一種3d打印精密鑄造模殼的裝置的b-b剖面視圖。

圖中：

1、計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)；2、移動(dòng)裝置；2-1、加粉盒移動(dòng)裝置；2-2、溶液噴射系統(tǒng)移動(dòng)裝置；2-3、成形臺(tái)底板升降裝置；3、溶液噴射系統(tǒng)；3-1、溶液噴射噴頭；3-2陶瓷涂料容器、；4、烘干系統(tǒng)；5、加粉盒；6、補(bǔ)粉盒；6-1、補(bǔ)粉固定盒；6-2、補(bǔ)粉活板；6-3、彈簧；7、成形臺(tái)；7-1、成形臺(tái)粉盒；7-2、成形臺(tái)底板；8、精密鑄造模殼粉末；9、陶瓷涂料。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

結(jié)合圖1~3，所述的3d打印精密鑄造模殼的裝置，包括：計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)1、移動(dòng)裝置2、溶液噴射系統(tǒng)3、烘干系統(tǒng)4、加粉盒5、補(bǔ)粉盒6和成形臺(tái)7；計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)1通過分別與移動(dòng)裝置2、溶液噴射系統(tǒng)3和烘干系統(tǒng)4相連接，用于控制三個(gè)系統(tǒng)工作的交替進(jìn)行以及向溶液噴射系統(tǒng)3傳輸輪廓數(shù)據(jù)；加粉盒5、補(bǔ)粉盒6和成形臺(tái)7之間相互獨(dú)立，加粉盒5和補(bǔ)粉盒6位于成形臺(tái)7上方；溶液噴射系統(tǒng)3位于加粉盒5與烘干系統(tǒng)4之間。

所述移動(dòng)裝置2包括：加粉盒移動(dòng)裝置2-1、溶液噴射系統(tǒng)移動(dòng)裝置2-2和成形臺(tái)底板升降裝置2-3；所述補(bǔ)粉盒6包括：補(bǔ)粉固定盒6-1、補(bǔ)粉活板6-2和彈簧6-3；所述成形臺(tái)7包括：成形臺(tái)粉盒7-1和成形臺(tái)底板7-2；加粉盒5與加粉盒移動(dòng)裝置2-1連接，加粉盒5可通過加粉盒移動(dòng)裝置2-1水平移動(dòng)；溶液噴射系統(tǒng)移動(dòng)裝置2-2固定在加粉盒5上，溶液噴射系統(tǒng)3通過溶液噴射系統(tǒng)移動(dòng)裝置2-2與加粉盒5連接，溶液噴射系統(tǒng)3可通過溶液噴射系統(tǒng)移動(dòng)裝置2-2水平移動(dòng)；成形臺(tái)底板7-2與成形臺(tái)底板升降裝置2-3連接，成形臺(tái)底板7-2可通過成形臺(tái)底板升降裝置2-3上下移動(dòng)，工作過程中加粉盒5、補(bǔ)粉盒6和成形臺(tái)7內(nèi)部填充有精密鑄造模殼粉末8。成形臺(tái)7是精密鑄造模殼的成形區(qū)域，補(bǔ)粉盒6用于為加粉盒5補(bǔ)充新的粉末，加粉盒5用于成形臺(tái)7中精密鑄造模殼粉末8的補(bǔ)充、推移和鋪平，使得成形臺(tái)7上方的精密鑄造模殼粉末8保持平面狀態(tài)；位于成形臺(tái)7底部的成形臺(tái)底板升降裝置2-3，用于控制成形臺(tái)7內(nèi)部精密鑄造模殼粉末8的升降；移動(dòng)裝置2的運(yùn)動(dòng)由計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)1控制，在精密鑄造模殼每個(gè)單層的制造前快速準(zhǔn)確的提供一個(gè)新的精密鑄造模殼粉末8平面。

所述溶液噴射系統(tǒng)3包括：陶瓷涂料容器3-2和溶液噴射噴頭3-1；陶瓷涂料容器3-2與溶液噴射噴頭3-1連接，工作過程中陶瓷涂料容器3-2內(nèi)部填充有陶瓷涂料9，溶液噴射噴頭3-1用于將陶瓷涂料9按照計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)1傳來的數(shù)據(jù)信息級(jí)及指令，噴至成形臺(tái)7表面特定輪廓的精密鑄造模殼粉末8上，被噴射的區(qū)域粘接成形后形成一個(gè)單層。

所述烘干系統(tǒng)4為加熱裝置，固定在加粉盒5上，在成形臺(tái)7的上方；在溶液噴射系統(tǒng)3和烘干系統(tǒng)4隨加粉盒5向補(bǔ)粉盒6方向移動(dòng)時(shí)，溶液噴射系統(tǒng)3將陶瓷涂料8噴射至成形臺(tái)7表面精密鑄造模殼粉末8上，被噴射的區(qū)域粘接成形后形成一個(gè)單層后，烘干系統(tǒng)4通過對(duì)所形成的單層加熱，進(jìn)行單層的干燥和強(qiáng)化；在溶液噴射系統(tǒng)3和烘干系統(tǒng)4隨加粉盒5背向補(bǔ)粉盒6方向移動(dòng)時(shí)，加粉盒5向成形臺(tái)7補(bǔ)充精密鑄造模殼粉末8并鋪成一個(gè)平面，溶液噴射系統(tǒng)3和烘干系統(tǒng)4不工作。

選擇某一三維模型13，結(jié)合圖1至圖3，具體說明3d打印精密鑄造模殼裝置的使用方法，其步驟如下：

【1】、鋪平模殼粉末平面：在補(bǔ)粉盒6中加入精密鑄造模殼粉末8，通過成形臺(tái)底板升降裝置2-3將成形臺(tái)底板7-2升至適當(dāng)?shù)母叨?，?yōu)選的，成形臺(tái)底板7-2距離加粉盒5最底部2mm以上，加粉盒移動(dòng)裝置2-1控制加粉盒5向補(bǔ)粉盒6方向移動(dòng)，直至頂開補(bǔ)粉活板6-2，補(bǔ)粉盒6中的精密鑄造模殼粉末8向加粉盒5內(nèi)部補(bǔ)充，完成補(bǔ)粉過程；加粉盒5背向補(bǔ)粉盒6移動(dòng)，部分活板6-2在彈簧6-3作用下關(guān)閉，加粉盒5內(nèi)部的精密鑄造模殼粉末8向成形臺(tái)7內(nèi)部補(bǔ)充，完成加粉過程；接著，加粉盒5向補(bǔ)粉盒6方向移動(dòng)，直至頂開補(bǔ)粉活板6-2，再次進(jìn)行補(bǔ)粉過程；通過幾次循環(huán)的補(bǔ)粉和加粉過程，直至加粉盒5將成形臺(tái)7上方的精密鑄造模殼粉末8鋪成一個(gè)平面，優(yōu)選的方式為：精密鑄造模殼粉末8采用石英粉等；

【2】、輸入輸出制殼參數(shù)：將三維實(shí)體模型輸入至計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)1中，設(shè)置好移動(dòng)裝置的移動(dòng)參數(shù)，開始進(jìn)行第一個(gè)單層的制造，計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)1將第一個(gè)單層的輪廓數(shù)據(jù)處理成指令，準(zhǔn)備輸送至溶液噴射系統(tǒng)3和烘干系統(tǒng)4；

【3】、形成模殼第一單層：加粉盒5向補(bǔ)粉盒6方向移動(dòng)過程，加粉盒移動(dòng)裝置2-1和溶液噴射系統(tǒng)移動(dòng)裝置2-2控制溶液噴射系統(tǒng)3的移動(dòng)，溶液噴射系統(tǒng)3根據(jù)計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)1的指令向成形臺(tái)7表層平面上特定輪廓內(nèi)的精密鑄造模殼粉末8噴射陶瓷涂料9，優(yōu)選的方式為：陶瓷涂料9采用硅溶膠溶液，被噴射區(qū)域的精密鑄造模殼粉末8與陶瓷涂料9粘接成形，形成精密鑄造模殼的第一個(gè)單層，隨加粉盒5移動(dòng)的烘干系統(tǒng)4對(duì)成形后的單層進(jìn)行烘干和進(jìn)一步固化，烘干系統(tǒng)4的干燥過程與溶液噴射系統(tǒng)3的噴射過程同步進(jìn)行，該步驟提出了一種由陶瓷涂料9將精密鑄造模殼粉末8選擇性粘接成形后形成一個(gè)模殼單層的方法，是精密鑄造模殼直接成形的關(guān)鍵技術(shù)，在設(shè)備尺寸和鋪粉速度相同的前提下，精密鑄造模殼單層成形的時(shí)間為1-1.5分鐘，成形尺寸更大，而使用傳統(tǒng)的3d打印裝置，僅蠟?zāi)螌映尚蔚臅r(shí)間為2-4分鐘，需要再進(jìn)行制殼后才能形成精密鑄造模殼，受限于補(bǔ)粉裝置與成形裝置水平分布的特點(diǎn)，成形尺寸減小50%；

【4】、機(jī)控粉末平面層級(jí)：計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)1控制成形臺(tái)底板升降裝置2-3，使成形臺(tái)底板7-2和精密鑄造模殼粉末8下降一個(gè)單層厚度，完成后補(bǔ)粉盒6進(jìn)行一次如步驟【1】的部分和加粉過程，補(bǔ)粉和加粉的量需要滿足加粉完成后，加粉盒5將成形臺(tái)7上方的精密鑄造模殼粉末8鋪成一個(gè)平面，該平面與步驟【1】中的平面位置重合，計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)1將下一層的輪廓數(shù)據(jù)處理成指令，準(zhǔn)備輸送至溶液噴射系統(tǒng)3和烘干系統(tǒng)4；

【5】、形成模殼下一單層：按照步驟【3】完成下一個(gè)單層的制作，同時(shí)新的單層形成過程，與之前制造成形的單層粘接成一體，此時(shí)下一單層制造過程結(jié)束；

【6】、多層制造制作模殼：重復(fù)步驟【4】至步驟【5】，直至最終多層制造完成，得到完整的精密鑄造模殼；

【7】、取出模殼清理表面：從成形臺(tái)7中小心取出精密鑄造模殼，將內(nèi)外表面未經(jīng)噴涂陶瓷涂料9粘接的余砂去除，將清理好的精密鑄造模殼內(nèi)表面清理出光潔的表面后，得到精密鑄造模殼，其強(qiáng)度和表面光潔度滿足精密鑄造模殼的要求。

以上技術(shù)方案能夠直接打印出精密鑄造模殼，替代了蠟?zāi)Ｖ谱骱秃罄m(xù)的傳統(tǒng)工藝制殼過程，與背景技術(shù)里先制作蠟?zāi)：笾谱骶荑T造模殼的方法相比，以上技術(shù)方案只有一個(gè)直接3d打印精密鑄造模殼的過程，模殼的成形時(shí)間更短，省去了傳統(tǒng)工藝制殼所需要的掛漿機(jī)等設(shè)備，且成形過程得到了簡(jiǎn)化。

用傳統(tǒng)方法中速度最快的先3d打印蠟?zāi)Ｔ僦茪さ姆椒ㄖ圃炷骋怀叽?00mm*50mm*50mm的模殼，所用時(shí)間13小時(shí)，裝置4套以上；采用本申請(qǐng)所述的3d打印精密鑄造模殼方法所用時(shí)間2小時(shí)，裝置1套。因此，精密鑄造模殼的整體制作時(shí)間減少，設(shè)備使用數(shù)量少。

與傳統(tǒng)制作精密鑄造模殼的先制作蠟?zāi)?、再進(jìn)行制殼方法相比，使用該裝置進(jìn)行精密鑄造模殼的制造，能夠在保證模殼強(qiáng)度和表面粗糙度的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步縮短了制作周期，簡(jiǎn)化了制作工藝，減少了裝置的總數(shù)量，而且向補(bǔ)粉盒中添加粉料更加方便，烘干過程與噴射過程同步進(jìn)行進(jìn)一步提高了模殼的制造效率。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的思路啟示之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。