[发明专利]一种大型多曲面高精度铸造砂型的高效增材成形设备及方法

权利要求书

1.一种大型多曲面高精度铸造砂型的高效增材成形方法，基于一种大型多曲面高精度铸造砂型的高效增材成形设备，包括：

一打印平台，打印平台水平设置，打印平台的上部设有一铺砂小车以及第一直线位移机构，所述铺砂小车通过第一直线位移机构可在打印平台上方沿X轴方向来回逐层铺设原砂；

一升降机构，设置在打印平台的底部，用于带动所述打印平台相对所述铺砂小车沿Z方向移动；

激光固化系统，用于对所铺设完的原砂进行逐层烧结固化；

还包括设置在铺砂小车上的铣砂头机构，所述铣砂头机构用于对每一层经激光固化系统固化好结构的台阶边缘进行打磨去除，包括：铣砂头平台和第二直线位移机构，其中，所述铺砂小车顶部固定设置有所述第二直线位移机构，所述第二直线位移机构上连接所述铣砂头平台，所述铣砂头平台通过第二直线位移机构在铺砂小车上沿Y轴方向来回移动，铣砂头平台上位于铺砂小车的左、右两侧对称设置两个铣砂头机构；

控制器，与所述第一直线位移机构、铺砂小车、升降机构、激光固化系统、第二直线位移机构以及铣砂头机构控制连接；

其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立三维数据模型，并对三维数据模型进行合理切片分层得到GCode格式文件，将切片后的数据导入到设备中；

步骤2：设置打印参数，激光功率5-100w、扫描速度1-1000mm/s、光斑直径0.01-1mm、升降机构运动速度0.1-10mm/s和打印层厚0.2-0.8mm；

步骤3：将一定量原砂装入上送砂系统，进入3D打印成形装置；

步骤4：打开上送砂系统使原砂进入铺砂小车，将打印平台下降一个层厚；

步骤5：控制器控制铺砂小车在打印平台上沿X轴方向从左往右均匀铺设一层原砂，原砂铺设好后，通过激光固化系统在打印平台内对铺设好的一层原砂进行固结成型；

步骤6：当所述一层原砂固结成型后，打印平台下降一个层厚，此时，铺砂小车位于打印平台最右侧，当铺砂小车从右向左进行二层铺砂的同时，左侧的铣砂头机构工作，对已经固结成型的一层结构进行台阶消除；

步骤7：当铺砂小车运动到最左侧后，通过激光固化系统在打印平台内对铺设好的二层原砂进行固结成型；

步骤8：当所述二层原砂固结成型后，打印平台再次下降一个层厚，此时，铺砂小车位于打印平台最左侧，当铺砂小车从左向右进行三层铺砂的同时，右侧的铣砂头机构工作；

步骤9：当铺砂小车运动到最右侧后，通过激光固化系统在打印平台内对铺设好的三层原砂进行固结成型；

步骤10：重复步骤6-9，直到完成所有分层切片的打印，得到成型坯体；

步骤11：将打印平台恢复到初始位置，取下成型坯体，清理工作平台；

所述铣砂头为圆锥形铣砂头；

所述第一直线位移机构包括第一滑块、第一同步带以及第一伺服电机，其中，所述铺砂小车通过所述第一滑块与第一同步带连接，第一同步带上的轮轴通过轴承座与外部壳体的内壁固定连接，第一同步带上的轮轴上连接第一伺服电机；

所述第二直线位移机构包括第二滑块、第二同步带以及第二伺服电机，其中，所述铣砂头平台通过第二滑块与第二同步带连接，第二同步带上的轮轴通过轴承座与铺砂小车的顶部固定连接，第二同步带上的轮轴连接第二伺服电机。

2.根据权利要求1所述的大型多曲面高精度铸造砂型的高效增材成形方法，其特征在于，所述激光固化系统包括激光器、光路调控模块和转镜/振镜，其中，所述控制器控制所述激光器发射的激光经光路调控模块和转镜/振镜处理后，对打印平台上的3D模型进行多区域高精度的激光选区烧结。

3.根据权利要求1所述的大型多曲面高精度铸造砂型的高效增材成形方法，其特征在于，所述铣砂头机构均包括铣砂头以及设置在铣砂头上部，用于带动铣砂头自转的电机。

4.根据权利要求1所述的大型多曲面高精度铸造砂型的高效增材成形方法，其特征在于，还包括上送砂系统，设置在铺砂小车的上方，用于向铺砂小车内补充原砂，包括储砂箱，储砂箱的底部设有出料口，出料口上设有可开合或关闭出料口电磁阀门，所述铺砂小车内部的储砂腔内设有原砂余量检测模块，所述原砂余量检测模块与所述控制器信号连接。

5.根据权利要求1所述的大型多曲面高精度铸造砂型的高效增材成形方法，其特征在于，所述激光固化系统包括激光器、光路调控模块、转镜/振镜和光学保护镜，其中，激光器发射的激光经光路调控模块和转镜/振镜处理后，在打印平台进行多区域高精度的激光选区烧结。