一种温湿度控制装置及3D打印系统的制作方法

一种温湿度控制装置及3d打印系统
技术领域
1.本发明涉及打印设备技术领域，特别是涉及一种温湿度控制装置及3d打印系统。


背景技术：

2.铸造用砂型3d打印机是基于3dp成型技术研发，具有成型精度高、可制造复杂内腔表面砂型、效率高等优点，其关键成型材料为铸造用硅砂、陶粒砂等。铸造3d打印机技术有着传统砂芯生产技术难以比拟的优势，但在实际应用中也有着诸多的制约条件，尤其是对环境温湿度、砂温等参数极为敏感，有着很高的要求，这些参数的细微变化会严重影响砂芯的强度、密度、表面纹路等。为了保证打印机的正常打印，一般需要针对打印机专门建造恒温恒湿车间或保温房，来保证打印机所处环境温湿度的恒定，以满足打印条件。对于砂子、液料等原辅材料，受季节影响，其温湿度波动较大、不可控，如果不做特殊处理，难以满足打印的条件。
3.打印过程中首先在砂子中均匀的掺入固化剂，待砂子被铺到工作箱表面后，打印头根据每一层图像的轮廓形状在砂面喷射树脂，当树脂与砂子中的固化剂接触反应后将砂子进行固化，固化速度的快慢会影响砂芯的整体质量，固化速度过快，层与层之间粘接的不牢固，容易分层；固化速度过慢，打印效率太低，砂芯强度不高。因此，合适的固化速度对砂芯生产来说至关重要。通常来讲，影响固化速度的因素有很多，如：固化剂与树脂的配比、环境温度、砂温等，在固化剂与树脂的配比一定的条件下，环境温度和砂温起到了决定性作用，尤其，在不同的季节，受温度影响，砂芯固化速度的波动更加明显，因此，需要通过一定的技术手段来调节环境的温度、湿度及砂温，从而实现砂芯固化的速度的可控。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对目前的打印设备较难满足打印工件对环境的苛刻要求等问题，提供一种温湿度控制装置及3d打印系统。
5.为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
6.第一方面，本发明实施例公开一种温湿度控制装置，包括控制模块、液料温度调节模块、砂温调节模块、环境温湿度调节模块、工作箱温度调节模块和砂面温度调节模块，所述液料温度调节模块、所述砂温调节模块、所述环境温湿度调节模块、所述工作箱温度调节模块和所述砂面温度调节模块均与所述控制模块通信相连，所述液料温度调节模块设置于液料箱内用于控制液料温度；所述砂温调节模块设置于砂处理设备中用于加热原砂，所述环境温湿度控制模块与打印腔室相连通用于调节打印腔室的温湿度，所述工作箱温度调节模块设置于工作箱内以调节工作箱内的温度，所述砂面温度调节模块设置于铺砂器用于加热每一层铺砂面。
7.在其中一种实施例中，所述砂面温度调节模块包括第一加热单元和反射灯罩，所述第一加热单元和所述反射灯罩均设置于所述铺砂器上，所述第一加热单元处于反射灯罩内，且反射灯罩的开口朝向铺砂面。
8.在其中一种实施例中，所述反射灯罩包括相对连接的隔热层和反射层，所述反射层处于所述反射灯罩的内侧。
9.在其中一种实施例中，所述隔热层与所述反射层之间填充有隔热棉。
10.在其中一种实施例中，所述第一加热单元通过驱动单元设置于所述铺砂器上，所述驱动单元可驱动所述第一加热单元沿朝向或远离所述铺砂面的方向移动。
11.在其中一种实施例中，所述第一加热单元包括多个红外灯管，多个所述红外灯管采用并联方式盘踞于所述铺砂器上，所述红外灯管沿所述铺砂器的长度方向延伸，且所述红外灯管的长度不小于所述铺砂器的长度。
12.在其中一种实施例中，所述液料温度调节模块包括第二加热单元和第一温度传感器，所述第二加热单元为螺旋结构件，所述第二加热单元和所述第一温度传感器均处于所述液料箱内，且所述第二加热单元沿液料箱的高度方向延伸，所述第一温度传感器用于检测液料温度。
13.在其中一种实施例中，所述环境温湿度调节模块包括恒温恒湿装置、输送管道和第二温度传感器，所述输送管道的第一端与所述恒温恒湿装置相连通，所述输送管道的第二端延伸至所述打印腔室内的各个内侧壁，且所述输送管道的第二端间隔开设有沿其长度方向间隔分布的多个出气孔，所述第二温度传感器用于检测所述打印腔室内的温度。
14.在其中一种实施例中，所述工作箱包括五个内侧面，五个所述内侧面中均埋设有所述工作箱温度调节模块。
15.第二方面，本发明实施例公开一种3d打印设备，包括上文所述的温湿度控制装置。
16.本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
17.本发明实施例公开的温湿度控制装置中，通过对打印机液料温度、砂温、环境温湿度、工作箱温度、砂面温度这五个参数的温湿度控制，从而将铸造砂型3d打印机构建为一个相对独立封闭的恒温恒湿系统，能够满足打印机在打印过程中对各种参数的需求，进而无需过多关注外界环境变化对打印过程的影响，解决了打印机对厂房环境的苛刻要求，有效降低了设备的投资运营成本。
附图说明
18.图1为本发明实施例公开的3d打印系统的结构示意图；
19.图2和图3分别为本发明实施例公开的3d打印系统的两个部分结构示意图。
20.附图标记说明：
21.100-液料温度调节模块、110-第二加热单元、120-第一温度传感器、200-环境温湿度调节模块、210-恒温恒湿装置、220-输送管道、300-砂面温度调节模块、310-第一加热单元、320-反射灯罩、321-隔热层、322-反射层、323-隔热棉、400-液料箱、500-打印腔室、600-工作箱。
具体实施方式
22.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更
加透彻全面。
23.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“底端”、“顶端”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
24.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
25.如图1-图3所示，本发明实施例公开一种温湿度控制装置，所公开的温湿度控制装置包括控制模块、液料温度调节模块100、砂温调节模块、环境温湿度调节模块200、工作箱温度调节模块和砂面温度调节模块300。
26.液料温度调节模块100、砂温调节模块、环境温湿度调节模块200、工作箱温度调节模块和砂面温度调节模块300均与控制模块通信相连，控制模块用于控制各个调节模块，以使各个调节模块实现相应的调节功能，具体地，根据反馈的各个调节模块所对应的装置的温度情况，以及所需要达到的温度，从而控制各个调节模块将所对应的装置的温度调节至预设温度。
27.具体地，液料温度调节模块100设置于液料箱400内用于控制液料温度；砂温调节模块设置于砂处理设备中用于加热原砂，可选地，可以在混砂前、混砂中、混砂后中所涉及的各个砂处理设备中的至少一个中设置砂温调节模块，具体地，砂温调节模块可以采用多种加热形式，安装在容器外部或内部均可，例如，砂温调节模块可以安装在砂库、定量斗、储砂斗内部以及安装在混砂罐外壁。为保证整个砂库、定量斗、储砂斗内所有砂子受热的均匀性，在其深度方向交错安装多组砂温调节模块，砂温调节模块与原砂直接接触，考虑到混有固化剂的砂子具有强腐蚀性，砂温调节模块可以选用耐腐的材质，同时在砂库、定量斗、储砂斗侧壁安装温度传感器，实时检测其内部的砂温情况，并将温度信号反馈到控制系统中，通过闭环pid调节，达到各个环节砂温控制的目的。
28.当然，在上述情况下，砂温调节模块可以为红外加热管道，从而在不影响砂子的情况下，还能够具备较好且稳定的加热效果。
29.环境温湿度控制模块与打印腔室500相连通用于调节打印腔室500的温湿度，工作箱温度调节模块设置于工作箱600内以调节工作箱600内的温度，砂面温度调节模块300设置于铺砂器用于加热每一层铺砂面，即可以在铺粉过程中实现对砂子的实时加热，以便于打印工件的成型。
30.通过上述内容可知，本发明实施例公开的温湿度控制装置中，通过对打印机液料温度、砂温、环境温湿度、工作箱温度、砂面温度这五个参数的温湿度控制，从而将铸造砂型3d打印机构建为一个相对独立封闭的恒温恒湿系统，能够满足打印机在打印过程中对各种参数的需求，进而无需过多关注外界环境变化对打印过程的影响，解决了打印机对厂房环境的苛刻要求，有效降低了设备的投资运营成本。
31.本发明公开的实施例中，砂面温度调节模块300可以包括第一加热单元310和反射
灯罩320，第一加热单元310和反射灯罩320均可以设置于铺砂器上，第一加热单元310可以处于反射灯罩320内，且反射灯罩320的开口可以朝向铺砂面。此种情况下，通过反射灯罩320的反射作用，从而有效减少了能量的浪费，能够保证第一加热单元310发出的大部分热量集中照射在铺砂面上，提高了加热效率。
32.进一步地，反射灯罩320可以包括相对连接的隔热层321和反射层322，反射层322可以处于反射灯罩320的内侧。即反射灯罩可以有隔热层321和反射层322构成，隔热层321处于反射灯罩320外侧，从而在起到隔热的同时，也能够防止热量损失，反射层322处于反射灯罩320的内侧，反射层322进行了特殊的镜面处理，从而有效减少了能量的浪费，能够保证第一加热单元310发出的大部分热量集中照射在铺砂面上，提高了加热效率。
33.同时，隔热层321与反射层322之间可以填充有隔热棉323，隔热棉323能够起到更好的隔热作用，从而能够更好地保证第一加热单元310发出的大部分热量集中照射在铺砂面上，减少了能量的浪费，提高了加热效率。
34.在一种可选的实施例中，在铺砂器朝向铺粉面的方向上，反射灯罩320的开口可以逐渐增大，此种情况下，第一加热单元310产生的热量能够更好地通过反射灯罩320照射于铺砂面上，从而提高加热效率。当然，反射灯罩320可以为梯形结构，亦可制作成半圆形、多边形等其它形式，本发明实施例对此不做限制。
35.本发明公开的实施例中，第一加热单元310可以通过驱动单元设置于铺砂器上，驱动单元可驱动第一加热单元310沿朝向或远离铺砂面的方向移动，即第一加热单元310可移动。此种情况下，第一加热单元310的安装高度和辐射角度可调节，实际使用过程中可以进行微调，从而保证第一加热单元310辐射出的能量最大限度的被砂面吸收。
36.进一步地，第一加热单元310可以包括多个红外灯管，多个红外灯管可以采用并联方式盘踞于铺砂器上，红外灯管可以沿铺砂器的长度方向延伸，且红外灯管的长度可以不小于铺砂器的长度。此种方式能够保证第一加热单元310辐射出的能量最大限度的被砂面吸收，以提高铺砂面的加热效果。
37.同时，红外灯管可以由合金电阻丝、石英玻璃管、导线组成。在工作时，当合金电阻丝外加激励电压后，产生高温并向外辐射红外电磁波，红外灯管的温度通过功率调节器来进行调节，具体的通过改变功率调节器中可控硅控制端的激励电压，来调节可控硅的导通角，改变电流的大小，实现红外灯管功率的控制，红外波长与红外灯管功率的大小相关，通过调节功率使红外灯管向外辐射特定波长的红外线，匹配砂芯材质最佳的吸收波长，可以提高加热效率。在砂面的上方安装有温度检测传感器，温度实时反馈至控制系统中，通过pid调节实时调整红外灯管的输出功率，使砂面达到恒定的设定温度，实现砂面温度的闭环控制。
38.本发明公开的实施例中，液料温度调节模块100可以包括第二加热单元110和第一温度传感器120，第二加热单元110可以为螺旋结构件，第二加热单元110和第一温度传感器120均可以处于液料箱400内，且第二加热单元110可以沿液料箱400的高度方向延伸，第一温度传感器120用于检测液料温度。此种方式能够更好地实现对液料的加热效果。
39.可选地，环境温湿度调节模块200可以包括恒温恒湿装置210、输送管道220和第二温度传感器，输送管道220的第一端可以与恒温恒湿装置210相连通，输送管道220的第二端可以延伸至打印腔室500内的各个内侧壁，且输送管道220的第二端可以间隔开设有沿其长
度方向间隔分布的多个出气孔，第二温度传感器用于检测打印腔室500内的温度。此种情况下，恒温恒湿装置210通过输送管道220使恒温恒湿气体能够有效扩散至打印腔室500内的各个位置，从而有效调节打印腔室500内的温湿度。
40.第二温度传感器实时检测打印腔室500内部的温度和湿度参数，并将数据采集到控制系统，恒温恒湿装置210根据打印腔室500内的温湿度情况进行自动控温控湿调节，实现环境温湿度的可控。同时，为了防止打印腔室500内部的温度通过设备防护表面进行热量交换，在设备防护的内外表面可以涂刷保温涂层，该涂层可以具备反射热辐射及隔绝热交换的双重作用，起到了良好的隔热保温效果。
41.本发明公开的实施例中，工作箱600可以包括五个内侧面，五个内侧面中均可以埋设有工作箱温度调节模块。此种方式能够保证工作箱600各个位置均能够实现一定的温度加热，从而实现均匀加热。同时，也可以设置温度传感器，温度传感器可以实时的采集各个侧板的温度，并将温度数据反馈至控制系统，控制系统根据反馈的温度值，进行闭环pid调节，最终使工作箱600各个侧板的温度达到设定值，为了减少加热过程中热量的散失，在每个侧板的外部覆盖了保温棉，以此来提高热传导效率。
42.基于本发明实施例公开的温湿度控制装置，本发明实施例还公开一种3d打印设备，包括上文任意实施例所述的温湿度控制装置。
43.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。