本實用新型涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種一次性完成高精度砂型制作的激光3D打印機(jī)。

背景技術(shù)：

激光快速成型技術(shù)能很快地將產(chǎn)品零件的計算機(jī)輔助設(shè)計模型(CAD模型)轉(zhuǎn)換為物理模型、零件原型或零件。激光快速成型由CAD模型直接驅(qū)動，只需改變CAD模型，就可獲得相應(yīng)的物理實體，大大縮短了從概念模型設(shè)計到生產(chǎn)出產(chǎn)品或樣品的生產(chǎn)周期。

目前的激光快速成型方法主要有：薄型材料選擇性切割LOM(Laminating Object Manufacturing)、選擇性激光燒結(jié)SLS(Selected Laser Sintering)及光固化成型SL(Stereo Lithography)等。

薄型材料選擇性切割LOM(Laminating Object Manufacturing)，主要以薄膜為材料，激光沿著所需二維輪廓進(jìn)行切割，將切割后所得薄膜層疊起來，即得到成型件。這種方法除加工輪廓信息外，還需要對輪廓外的肥料部分進(jìn)行激光網(wǎng)格劃分以便于去除，材料浪費(fèi)較大，一般只能采用紙張等連續(xù)的薄型材料，且厚度不可調(diào)整，所制作的成型件尺寸有限。

選擇性激光燒結(jié)SLS(Selected Laser Sintering)，又稱激光選區(qū)燒結(jié)。該方法采用具有燒結(jié)性能的粉末材料，由計算機(jī)對三維CAD模型進(jìn)行分層，得到一系列截面信息，激光光束根據(jù)每一層的界面信息對該層粉末材料進(jìn)行選擇性區(qū)域掃描，燒結(jié)出二維截面，相鄰的兩層截面之間燒結(jié)相連，如此循環(huán)，即可得到與CAD模型形狀一直的三維實體。這種方法需要對每一個層面的面域進(jìn)行激光掃描，使得成型時間較長，而且激光燒結(jié)件普遍存在致密度低、強(qiáng)度低、尺寸精度差等不足。

光固化成型SL(Stereo Lithography)方法，又稱立體光刻、光成型等，SL技術(shù)是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合遠(yuǎn)離工作的，這種液態(tài)材料在一定波長和強(qiáng)度的紫外光照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，相對分子質(zhì)量急劇增大，材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。但這種方法成型工藝復(fù)雜，成型時間長，而且材料選擇面窄。

因此，有必要設(shè)計一種更好的三維模型成型裝置，以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型提供一種有效提高成型速度及效率，尺寸精度高的一次性完成高精度砂型制作的激光3D打印機(jī)。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：

一次性完成高精度砂型制作的激光3D打印機(jī)，包括打印裝置、上料裝置、布料裝置以及烘干裝置，所述打印裝置包括底座，所述底座上設(shè)有升降裝置控制升降平臺升降，所述升降平臺上設(shè)有鋪砂平臺，所述鋪砂平臺的上方設(shè)有激光打印頭，所述上料裝置包括砂箱及上料管道，所述布料裝置包括料斗和推砂板，所述料斗位于所述上料管道的末端，用于將所述上料裝置提供的砂布置于所述鋪砂平臺，所述推砂板用于將砂均勻推平，所述激光打印頭用于在砂面上打印圖案，所述烘干裝置用于烘干打印完成的砂型。

進(jìn)一步，所述升降裝置包括螺旋升降器和伺服電機(jī)，所述螺旋升降器連接于所述升降平臺，所述伺服電機(jī)驅(qū)動所述螺旋升降器以控制所述升降平臺的升降位移量。

進(jìn)一步，所述底座上設(shè)有光軸，所述升降平臺套設(shè)于所述光軸，沿所述光軸上下移動。

進(jìn)一步，所述底座的周圍設(shè)有立柱，所述立柱的項部設(shè)有框架，所述框架的底部設(shè)有箱體，所述箱體圍設(shè)于所述鋪砂平臺的四周。

進(jìn)一步，所述箱體由多塊鋼板組合形成，所述鋼板的項部通過螺栓可拆卸的固定于所述框架。

進(jìn)一步，所述鋪砂平臺的四周設(shè)有毛氈，用于密封所述鋪砂平臺與所述箱體之間的間隙。

進(jìn)一步，所述升降平臺上設(shè)有砂型移位車，所述砂型移位車上固定有支架，所述鋪砂平臺固定于所述支架的項部，打印完成的砂型與所述鋪砂平臺、所述支架及所述砂型移位車共同移出所述打印裝置。

進(jìn)一步，所述打印裝置與所述烘干裝置之間設(shè)有連接軌道，打印完成的砂型于所述連接軌道上被送入所述烘干裝置。

進(jìn)一步，所述料斗與所述推砂板在所述鋪砂平臺所在的平面內(nèi)沿相互垂直的方向運(yùn)動。

進(jìn)一步，所述砂箱內(nèi)設(shè)有加熱裝置，為其中的砂提供一定的溫度。

本實用新型的有益效果：

本實用新型采用上料裝置將砂提供到鋪砂平臺，推砂板則將砂均勻推平，打印裝置對鋪砂平臺的每層砂面進(jìn)行打印，采用升降裝置控制升降平臺升降，從而使得鋪砂平臺在打印一層后下降一個砂層厚度，繼續(xù)打印下一個層面，實現(xiàn)分層打印，可有效提高成型速度和效率，且打印尺寸可嚴(yán)格控制，使成型件尺寸精度高，采用本實用新型的打印機(jī)可以打印各種尺寸以及復(fù)雜曲面的砂型，適用范圍廣。

附圖說明

圖1為本實用新型一次性完成高精度砂型制作的激光3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖中，1-底座、2-螺旋升降器、3-伺服電機(jī)、4-光軸、5-升降平臺、6-砂型移位車、7-支架、8-鋪砂平臺、9-立柱、10-框架、11-箱體、12-激光打印頭、13-料斗、14-推砂板、15-砂箱、16-上料管道、17-上料筒、18-連接軌道、19-烘干箱、20-第一橫向軌道、21-第一縱向軌道、22-第二橫向軌道、23-第二縱向軌道、24-加熱管。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

需要說明，本實用新型實施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關(guān)系、運(yùn)動情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。

另外，在本實用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。另外，各個實施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無法實現(xiàn)時應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本實用新型要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。

如圖1及圖2，本實用新型提供一種一次性完成高精度砂型制作的激光3D打印機(jī)，包括打印裝置、上料裝置、布料裝置以及烘干裝置，上料裝置將砂提供到上料筒17內(nèi)，本實用新型所指的砂是具有樹脂材料的覆膜砂，通過布料裝置將砂鋪設(shè)于鋪砂平臺8上，并均勻推平，然后通過打印裝置在砂面上打印圖案，最后將打印完成的砂型運(yùn)送至烘干裝置內(nèi)烘干，得到所需的砂型。本實用新型3D打印機(jī)可打印各種尺寸的砂型，打印成型的砂型尺寸精度高，滿足更精密的使用要求。

打印裝置包括底座1，底座1上設(shè)有升降裝置，升降裝置項部設(shè)有升降平臺5，升降平臺5上設(shè)有砂型移位車6，砂型移位車6上固定有支架7，支架7的項部固定有鋪砂平臺8，打印完成的砂型與鋪砂平臺8、支架7及砂型移位車6共同移出打印裝置。升降裝置包括螺旋升降器2和伺服電機(jī)3，螺旋升降器2連接于升降平臺5，伺服電機(jī)3驅(qū)動螺旋升降器2以控制升降平臺5的升降位移量，在打印一層砂面后，升降裝置控制升降平臺5下降一個砂層的厚度，然后繼續(xù)打印，通過升降裝置來控制升降位移，實現(xiàn)精確控制。底座1上設(shè)有光軸4，升降平臺5通過軸套套設(shè)于光軸4，沿光軸4上下移動。

底座1的周圍設(shè)有立柱9，立柱9的項部設(shè)有框架10，框架10的底部設(shè)有箱體11，箱體11圍設(shè)于所述鋪砂平臺8的四周，擋止于鋪砂平臺8的四周，可防止鋪砂平臺8邊緣的砂直接漏下去。在本實施例中，箱體11由多塊鋼板組合形成，鋼板的項部通過螺栓可拆卸的固定于框架10，在打印完成之前，鋪砂平臺8在箱體11內(nèi)由上向下移動，從箱體11的項部移動至底部，打印完成后，先將箱體11從框架10上拆除，然后再移出砂型。鋪砂平臺8的四周設(shè)有毛氈，用于密封鋪砂平臺8與箱體11之間的間隙，防止漏沙。

如圖2，框架10的其中一側(cè)設(shè)有激光打印頭12，激光打印頭12位于鋪砂平臺8的上方，用于在砂面上打印圖案。框架10的項部外側(cè)設(shè)有互相垂直的第一橫向軌道20和第一縱向軌道21，第一橫向軌道20和第一縱向軌道21位于與鋪砂平臺8相平行的平面內(nèi)，第一橫向軌道20設(shè)有兩條，分別位于第一縱向軌道21的兩端，激光打印頭12設(shè)于第一縱向軌道21上可沿第一縱向軌道21移動，且第一縱向軌道21可沿第一橫向軌道20移動，使得激光打印頭12可以在鋪砂平臺8的任意位置打印?？蚣?0項部還設(shè)有互相垂直的第二橫向軌道22和第二縱向軌道23，第二橫向軌道22也設(shè)有兩條，分別位于第一橫向軌道20的內(nèi)側(cè)，且與第一橫向軌道20相平行，第二縱向軌道23與第一縱向軌道21相對設(shè)置，分別設(shè)置于框架10相對的兩邊緣。

上料裝置包括砂箱15、上料管道16及上料筒17，砂箱15內(nèi)填裝有砂，為了使砂具有更好的結(jié)合性能，砂箱15內(nèi)設(shè)有加熱裝置，為其中的砂提供一定的溫度。上料管道16優(yōu)選的為氣動上料系統(tǒng)控制的管道，上料筒17設(shè)置于上料管道16的末端，通過氣動控制系統(tǒng)將砂箱15內(nèi)的砂通過上料管道16提升到上料筒17內(nèi)，并同時控制每次上料筒17漏出的砂的量。

布料裝置包括料斗13和推砂板14，料斗13位于上料筒17的下方，推砂板14則位于料斗13的下方，且位于料斗13遠(yuǎn)離鋪砂平臺8的一側(cè)。料斗13設(shè)于第二縱向軌道23上，可沿第二縱向軌道23移動，推砂板14設(shè)于第二橫向軌道22上，可沿第二橫向軌道22移動，由于第二橫向軌道22與第二縱向軌道23互相垂直，則料斗13和推砂板14在鋪砂平臺8所在的平面內(nèi)沿相互垂直的方向運(yùn)動。料斗13用于接上料筒17內(nèi)下漏的料，并沿縱向移動，將砂沿縱向鋪設(shè)成一條，然后推砂板14沿橫向推砂，將砂均勻鋪平。推砂板14上設(shè)有加熱管24，在鋪砂的同時對砂進(jìn)行加熱，使得砂先略微固化，防止散亂。

布料完成后，控制激光打印頭12在砂面上進(jìn)行打印，激光打印頭12在控制系統(tǒng)的控制下，沿設(shè)定軌跡進(jìn)行掃描，先掃描稍一個輪廓帶形成砂型硬化區(qū)，然后再掃描輪廓線即切割，掃描砂型硬化區(qū)的溫度接近砂子的固化溫度，而掃描切割線的溫度遠(yuǎn)大于砂子的固化溫度，使分割線處的砂子失效，形成與輪廓線相一致的失效分割線，通過激光打印頭12打印的輪廓線處的砂則由固化狀態(tài)變成散砂，而中間砂型硬化區(qū)則是固化砂，單層打印完畢后，料斗13、推砂板14及激光打印頭12均回到原位，然后升降裝置控制升降平臺5下移一個砂層的厚度，然后重復(fù)下一次布料、推砂及打印的過程，直至砂型打印完成。

打印裝置與烘干裝置之間設(shè)有連接軌道18，打印完成的砂型于連接軌道18上被送入所述烘干裝置，砂型移位車6位于連接軌道18上，通過砂型移位車18將支架7、鋪砂平臺8、箱體11及砂型共同運(yùn)動至烘干裝置中。烘干裝置為烘干箱19，烘干箱19內(nèi)烘干溫度為170℃～200℃左右，在高溫加熱下砂型固化，砂型以失去固結(jié)性能的三維輪廓為界分離，得到最終所需的砂型。

本實用新型通過分層打印的方式，采用上述3D打印機(jī)可以打印各種尺寸以及復(fù)雜曲面的砂型，適用范圍廣。且采用上述裝打印置每層砂面時，激光打印頭12行走軌跡為砂型輪廓線，行走路徑短，加工面積小，可有效提高成型速度和效率，且打印尺寸可嚴(yán)格控制，使成型件尺寸精度高。且砂型鑄造用途完成后，進(jìn)行高溫加熱就可以將砂型還原成散沙，回收利用，可節(jié)省成本。

以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍內(nèi)。