一种3D打印砂型的空间网格化打印方法与流程

本发明涉及铸造生产技术领域中的一种3d打印砂型的空间网格化打印方法。

背景技术：

目前，3d打印技术的出现，在增材制造方面有一定的优势。目前，3d技术在砂型铸造领域的应用有着非常好的应用前景。首先，造型、制芯在铸造行业内被认为是一个劳动强度大，生产环境恶劣的环节之一，应用3d技术进行砂型的生产代替了手工操作的环节，由于3d打印砂型原材料的特殊性，打印过程不会出现扬尘的现象，而砂型硬化所添加的黏合剂也是在相对封闭的箱体内进行，减少了对环境的排放，大幅度改善了劳动环境；首先，造型、制芯在铸造行业内被认为是一个劳动强度大，生产环境恶劣的环节之一，应用3d技术进行砂型的生产代替了手工操作的环节，由于3d打印砂型原材料的特殊性，打印过程不会出现扬尘的现象，而砂型硬化所添加的黏合剂也是在相对封闭的箱体内进行，减少了对环境的排放，大幅度改善了劳动环境。其次，3d打印技术在砂型铸造领域的应用省略了制作模具的环节，不但节约了生产成本，还为产品试制提升了速度与灵活性，铸造企业不用再花费大量资金建设模具储存车间和专业的模具维护人员。再次，3d打印技术在砂型铸造的应用大幅提高了产品尺寸精度，增强了砂型尺寸的控制能力，成为一个精准受控的环节，3d打印将复杂的产品砂型变简单，精准的尺寸控制系统可以精细化地控制产品加工量，保证产品加工面在设计时可以留取少量的加工余量，为后续产品加工提升效率。最后，3d打印技术在砂型铸造领域的应用对产品设计的灵活性提供了充足的保障，由于3d打印砂型不受产品尺寸形状的约束，产品生产过程中可以随时改变参数进行局部或整体修正，提升产品研发验证效率。

在现有技术中，铸造砂型3d打印采用将砂型完全实心打印的方法。此方法生产铸件用铸造砂型普遍存在如下问题：

（1）由于没有紧实方法，紧实效果不理想，只能通过添加粘结剂的方法增加强度，粘结剂加入量大，导致砂型发气量大；

（2）3d打印的砂型透气性差，容易出现气孔、夹杂等等缺陷；

（3）大型砂型使用粘结剂量大，需要烘干时间长，导致使用成本高。

（4）3d打印砂型是通过喷涂、浸润的方式加入粘结剂，无法达到传统的混砂效果；

（5）目前3d打印砂型所用原砂粒度较低，很难满足大型铸件对型砂的透气性要求。

因此，研制开发一种3d打印砂型的空间网格化打印方法是目前急待解决的新课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种3d打印砂型的空间网格化打印方法，该发明是大型铸件用铸造砂型3d打印制造方法，在对铸造用砂型三维建模时，将原有实心砂型进行空间网格状化分，使砂型内从原来的实心状态，变为由多组空间骨架作为支撑，内部有为喷涂粘结剂的散沙的空间网格组成，在砂型满足铸造所需要的强度的同时，大幅度降低了砂型的发气量，提升了砂型透气性，降低了粘结剂的使用，可达到改善了铸型性能，同时降低成本。

本发明的目的是这样实现的：一种3d打印砂型的空间网格化打印方法，针对大型铸件用单材质铸造砂型，在对铸造用砂型三维建模时，将原有实心砂型留有足够尺寸的实心壁厚，作为抵挡浇注时金属液的冲刷的“面砂层”，其余部分进行空间网格状化分，使砂型内从原来的实心状态，变为由多组空间骨架作为支撑，内部有未喷涂粘结剂的散沙的空间网格组成，利用3d打印直接完成对复杂结构的一次性成型的特点，提出了一种空间网格化砂型3d打印方法（如图1所示），通过改变网格区结构，打印出“背砂层的替代品”；在砂型满足铸造所需要的强度的同时，大幅度降低了砂型的发气量，提升了砂型透气性，降低了粘结剂的使用；通过这种方法，达到改善了铸型性能的同时，还降低成本的目的；

在对铸造用砂型三维建模时，将砂型边界根据砂型大小及铸件尺寸留出20-100mm实心壁厚，表面实心部分正常打印，保证铸件的表面精度,其余部分进行空间网格化划分，用边长为3-20mm的正方体，将砂型内部空间分割成各个空间网格空腔，各个空间网格空腔之间留有2-10mm的缝隙做为砂型支撑部分，对整个砂型内部空间起到支撑作用；

在对铸造用砂型三维建模时，将砂型边界根据砂型大小及铸件尺寸留出20-100mm实心壁厚，表面实心部分正常打印，保证铸件的表面精度,其余部分进行空间网格化划分，用直径为4-25mm的球，（使用其他空间几何体，或将多种空间几何体组合）将砂型内部空间分割成各个空间网格空腔，各个空间网格空腔之间留有2-10mm的缝隙做为砂型支撑部分，对整个砂型内部空间起到支撑作用；

提出一种在对铸造用砂型三维建模时，将砂型边界根据砂型大小及铸件尺寸留出20-100mm实心壁厚，表面实心部分正常打印，保证铸件的表面精度，其余部分进行空间网格化划分，由于铸件在浇铸时对铸型表面强度要求高，芯部透气性要求高的特点，用不同大小空间网格（如正方体、球、六棱柱、正四面体）在空间从中心部有大到小呈放射状排列，将砂型内部空间分割成各个大小不一的空间网格空腔；各个空间网格空腔之间留有2-10mm的缝隙做为砂型支撑部分，而缝隙处进行喷涂粘结剂，对整个砂型内部空间起到支撑作用。

本发明的要点在于它的3d打印砂型的空间网格化打印方法。

一种3d打印砂型的空间网格化打印方法与现有技术相比，具有降低砂型的发气量，提升了砂型透气性，砂型内部网格化，可以降低粘结剂加入量，缩短砂型烘烤时间，节约成本等优点，将广泛地应用于铸造生产技术领域中。

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明砂型尺寸示意图。

图2是本发明球体空腔剖面结构示意图。

图3是本发明正方体空腔剖面结构示意图。

图4是本发明渐变网格剖面结构示意图。

具体实施方式

参照附图，一种3d打印砂型的空间网格化打印方法，针对大型铸件用单材质铸造砂型，在对铸造用砂型三维建模时，将原有实心砂型留有足够尺寸的实心壁厚，作为抵挡浇注时金属液的冲刷的“面砂层”，其余部分进行空间网格状化分，使砂型内从原来的实心状态，变为由多组空间骨架作为支撑，内部有未喷涂粘结剂的散沙的空间网格组成，利用3d打印直接完成对复杂结构的一次性成型的特点，提出了一种空间网格化砂型3d打印方法（如图1所示），通过改变网格区结构，打印出“背砂层的替代品”；在砂型满足铸造所需要的强度的同时，大幅度降低了砂型的发气量，提升了砂型透气性，降低了粘结剂的使用；通过这种方法，达到改善了铸型性能的同时，还降低成本的目的。

在对铸造用砂型三维建模时，将砂型边界根据砂型大小及铸件尺寸留出20-100mm实心壁厚，表面实心部分正常打印，保证铸件的表面精度,其余部分进行空间网格化划分，用边长为3-20mm的正方体，将砂型内部空间分割成各个空间网格空腔，各个空间网格空腔之间留有2-10mm的缝隙做为砂型支撑部分，对整个砂型内部空间起到支撑作用。

在对铸造用砂型三维建模时，将砂型边界根据砂型大小及铸件尺寸留出20-100mm实心壁厚，表面实心部分正常打印，保证铸件的表面精度,其余部分进行空间网格化划分，用直径为4-25mm的球，（使用其他空间几何体，或将多种空间几何体组合）将砂型内部空间分割成各个空间网格空腔，各个空间网格空腔之间留有2-10mm的缝隙做为砂型支撑部分，对整个砂型内部空间起到支撑作用。

提出一种在对铸造用砂型三维建模时，将砂型边界根据砂型大小及铸件尺寸留出20-100mm实心壁厚，表面实心部分正常打印，保证铸件的表面精度，其余部分进行空间网格化划分，由于铸件在浇铸时对铸型表面强度要求高，芯部透气性要求高的特点，用不同大小空间网格（如正方体、球、六棱柱、正四面体）在空间从中心部有大到小呈放射状排列，将砂型内部空间分割成各个大小不一的空间网格空腔；各个空间网格空腔之间留有2-10mm的缝隙做为砂型支撑部分，而缝隙处进行喷涂粘结剂，对整个砂型内部空间起到支撑作用。

实施例一

所述的一种3d打印砂型的空间网格化打印方法的操作过程与参数如下：

砂型幅面尺寸800mm×800mm，高150mm，上部为r=500mm弧面结构，如图1所示。

第一步，将砂型边界根据砂型大小留出80mm实心壁厚，其余部分进行空间网格化划分，用直径为6mm的球体，将砂型内部空间分割成各个球体空间网格空腔，各个球体空间网格空腔之间留有2mm的缝隙做为砂型支撑部分（具体见图2）。

第二步，将砂型三维实体导入3d打印设备计算机中。

第三步，利用3d打印完整砂型。

第四步，对砂型进行烘烤加热（150℃下3小时保温）。烘烤完成后，进行型砂性能检验。

第五步，经检测，砂型内部网格部分抗拉强度为1.102mpa，抗压强度4.250mpa，抗弯强度1.342mpa，透气性150，粘结剂使用降低了约45%.

第六步，经过试浇铸实验，铸件表面无气孔缺陷。

实施例二

所述的一种3d打印砂型的空间网格化打印方法的操作过程与参数如下：

砂型幅面尺寸800mm×800mm，高150mm，上部为r=500mm弧面结构，如图1所示。

第一步，将砂型边界根据砂型大小留出80mm实心壁厚，其余部分进行空间网格化划分，用直径为6mm的正方体，将砂型内部空间分割成各个正方空间网格空腔，各个正方体空间网格空腔之间留有2mm的缝隙做为砂型支撑部分（具体见图3）。

第二步，将砂型三维实体导入3d打印设备计算机中。

第三步，利用3d打印完整砂型。

第四步，对砂型进行烘烤加热（150℃下3小时保温）。烘烤完成后，进行型砂性能检验。

第五步，经检测，砂型内部网格部分抗拉强度为0.958mpa，抗压强度3.59mpa，抗弯强度1.108mpa，透气性180，粘结剂使用降低了约42%。

第六步，经过试浇铸实验，铸件表面无气孔缺陷。

实施例三

所述的一种3d打印砂型的空间网格化打印方法的操作过程与参数如下：

砂型幅面尺寸800mm×800mm，高150mm，上部为r=500mm弧面结构，如图1所示。

第一步，将砂型边界根据砂型大小留出80mm实心壁厚，其余部分进行空间网格化划分，采用外接球直径从4mm以0.2mm每层依次递减的正方体网格，在空间从中心部由大到小呈放射状排列，将砂型内部空间分割成各个大小不一的渐变网格。（具体见图4）。

第二步，将砂型三维实体导入3d打印设备计算机中。

第三步，利用3d打印完整砂型。

第四步，对砂型进行烘烤加热（150℃下3小时保温）。烘烤完成后，进行型砂性能检验。

第五步，经检测，抗拉强度为1.178mpa，抗弯强度为1.314mpa，抗压强度为5.121mpa，透气性为165，粘结剂加入量较实心试样降低42.2%。

第六步，经过试浇铸实验，铸件表面无气孔缺陷。

图2和图3中的a表示边缘实体；b表示球体空腔；c表示填充缝隙；图4中的d表示渐变网格。