[发明专利]一种冷冻复合铸型3D打印成形方法及装置

权利要求书

1.一种冷冻复合铸型3D打印成形方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：开启调压装置，调压装置与成形室内压力调节器相连，将负压低温成形室压力调定到合适的压力状态；开启制冷装置，制冷装置与特制的制冷腔壁相联，通过逆热机循环将负压低温成形室温度调定至合适的低温状态；

步骤2：将原砂通过上料机上料，一部分原砂送入混砂装置中，与固化剂进行搅拌；其余原砂送入另一混砂装置中，与干冰或液氮等制冷剂混合预冷至所需温度；

步骤3：分别将两个混砂装置中的型砂送入两个相同的铺砂装置中，将工作台下移一段距离后控制铺砂装置铺设一层预冷原砂作为底砂，底砂铺设完后，铺砂装置移动回初始位置；

步骤4：工作台下移一个层厚，铺砂装置将在控制系统的控制下，根据当前层的砂型截面信息按需铺设预混固化剂型砂或预混制冷剂型砂；

步骤5：型砂铺设完后，铺砂装置移动回初始位置，控制系统控制多粘结剂打印喷头根据砂型当前层截面信息按需喷射树脂粘结剂及水基粘结剂，完成当前层砂型的打印；

步骤6：重复步骤4、步骤5，每当铺砂装置中的储砂量不足以铺设一个层厚的型砂时，铺砂装置回到上砂位置，自混砂料斗中装填型砂；

步骤7：重复步骤6,层层打印，直至最终逐层堆叠完成砂型打印；

步骤8：视打印砂型的形性要求，将成形砂型在负压低温成形室中静置数分钟至数小时不等时间，使砂型达到所要求形性指标；

步骤9：清理回收未粘结型砂，取出砂型。

2.根据权利要求1所述的冷冻复合铸型3D打印成形方法，其特征在于，所述负压低温成形室的压力状态可以根据打印工艺进行调整，保证成形砂型具有一定的紧实度；所述负压低温成形室的温度状态可以根据打印工艺进行调整至+5℃及以下范围，避免外部环境温度对成形过程的干扰，并可通过改变所述成形室的温度来实现冷冻砂型的性能调控。

3.根据权利要求1所述的冷冻复合铸型3D打印成形方法，其特征在于，所述制冷剂可以是液氮、干冰等制冷物质，将型砂预冷至+5℃及以下范围，并可通过调整制冷剂的加入量来改变型砂预冷温度。

4.根据权利要求1所述的冷冻复合铸型3D打印成形方法，其特征在于，所述水基粘结剂为包含丙三醇、十六烷基三甲基溴化铵等改性溶质的适用于冷冻砂型打印的水基溶液。

5.根据权利要求1所述的冷冻复合铸型3D打印成形方法，其特征在于，所述多粘结剂打印喷头，由两组或多组打印喷头及其供墨系统组成，可实现多类型粘结剂的喷射。

6.根据权利要求1所述的冷冻复合铸型3D打印成形方法，其特征在于，所述制冷腔壁、铺砂装置等由低温钢、聚四氟乙烯等具有优良耐低温性能的金属或非金属材料制作，也可以由经过特殊表面处理的其他高强度材料制作。

7.根据权利要求1所述的冷冻复合铸型3D打印成形方法，其特征在于，所述原砂为铸造用耐火型砂，为石英砂、陶粒砂(宝珠砂)、铬铁矿砂、错英石砂、石灰石砂、刚玉砂、镁砂、耐火熟料砂、橄榄石砂中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的冷冻复合铸型3D打印成形方法，其特征在于，所述铺砂装置，可设置两个或多个；所述铺砂装置具有一定分辨率，且各个铺砂装置间开闭互补，可实现同一平面上同材质或多材质型砂的按需铺设。

9.根据权利要求1所述的冷冻复合铸型3D打印成形方法，其特征在于，根据目标砂型切片信息，针对同一截面层上不同区域的性能要求，实现多种类型砂多品类粘结剂复合铸型的常温或低温打印成形。

10.根据权利要求1所述的冷冻复合铸型3D打印成形方法，其特征在于，砂型打印完成后，需根据形性要求，在负压低温成形室中静置数分钟至数小时不等的时间，完全固化后，再取出成形砂型并清理回收其余散砂。