3D打印组合砂模
技术领域
本发明涉及铸造用模具制造技术领域，特别涉及一种具有支撑骨架的3D打印组合砂模。
背景技术
国内外围绕砂型铸造的大多数模具以木模和金属模为主，木模的制造劳动强度大、效率低、周期长，在使用过程中易变形、开裂等，使用寿命较短；金属模模具强度好、寿命长，但加工费用高，且质量较大不宜现场操作。
使用3D打印增材制造技术打印砂型，并使用AB胶水渗透进行表面硬化处理制作成砂模，可代替木模和金属模。砂模相对于木模和金属模省去下料、毛坯、加工三个工序，尤其适用于具有复杂结构的模具制作。同时，通过3D打印技术替代人工作业，有效减少制作工序，节约大量制作时间和成本，实现模具制造数字化、绿色化和智能化。
然而，受3D打印机成型尺寸的影响，一些大体积砂模没有办法直接打印完成，而且全部由砂型制成的模具质量较大，同样不适宜现场操作。
发明内容
本发明提供了一种具有支撑骨架的3D打印组合砂模，用于解决上述现有技术问题中的一个或多个。
为实现上述目的，本发明提供了一种具有精度高、实用性强性、制作周期短、制作成本低的优点的3D打印组合砂模。本发明所采用的技术方案是：一种3D打印组合砂模，包括砂模外型、支撑骨架和定位板；所述砂模外型具有开口，所述支撑骨架填充于所述开口内部并用于支撑所述砂模外型；所述砂模外型和所述定位板固定连接并使所述开口和所述定位板贴合。
进一步地，所述开口内表面至所述砂模外型外表面的最小厚度不小于100mm，以保证所述砂模外型的基本强度。
进一步地，所述砂模外型表面渗透有成胶化层。
进一步地，所述胶化层厚度不小于5mm，增加所述砂模外型的强度，延长3D打印组合模具的使用寿命。
进一步地，所述开口内部形状与所述支撑骨架形状相匹配，所述支撑骨架与所述开口内部具有多个接触面。
进一步地，所述支撑骨架包括若干相互交错镶嵌的多层板，在所述多层板相互交错镶嵌部位固定有木质板条，在所述多层板的边缘沿周固定有平板。
进一步地，所述支撑骨架具有由若干首尾相互固定连接的木质板条构成的多面体结构。
进一步地，所述砂模外型外表面设有若干竖直沉孔，在竖直方向与定位板的对应位置设有数量对应的螺纹孔，螺栓依次通过所述竖直沉孔和所述螺纹孔使所述砂模外型与所述定位板固定连接。
进一步地，所述开口的开口面设有定位孔，所述定位板的对应位置设有凸台，所述定位孔和所述凸台相互配合使所述砂型外型与所述定位板的相对位置固定。
本发明的有益效果在于：提供一种3D打印组合砂模，用于代替木模和金属模，使用3D打印机打印砂模零件替代人工制模，有效减少制作模具制作工序，降低制模成本与制模时间。
3D打印组合砂模的砂模外型内部使用支撑骨架进行替换，有效减轻了砂模的质量。砂模外型采用3D打印技术制成，保证了砂模精度，其表面进行硬化处理，保证了砂模的使用强度。支撑骨架采用多层板或木质板条制作，与砂模外型内表面采用面接触，有效保障了砂模整体稳定性。砂模外型与定位板之间通过螺栓与螺纹孔配合以及定位孔与凸台配合的方式，保证了3D打印组合砂模的稳定性。本发明提供的3D打印组合砂模，不但解决了木模在使用过程中易变形、开裂、使用寿命较短的问题，而且解决了金属模具制作成本高、制作周期长、质量大不易操作的问题。
附图说明
图1为一实施例的整体示意图；
图2为一实施例的砂模零件与支撑骨架配合示意图；
图3为一实施例的支撑骨架结构示意图；
图4为另一实施例的支撑骨架结构示意图。
其中，10-砂模外型，11-竖直沉孔，12-砂模零件；20-支撑骨架，21-多层板，22-木质板条，23-A平板，24-B平板；30-定位板，31-凸台。
具体实施方式
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。
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”、“竖直的”、“顶面”、“底面”、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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种3D打印组合砂模，包括砂模外型、支撑骨架和定位板；砂模外型具有开口，支撑骨架填充于开口内部并用于支撑砂模外型；砂模外型和定位板固定连接并使开口的开口面和定位板贴合。
值得注意的是，砂模外型采用工业级砂型3D打印机打印而成，制作的砂模外型成型周期短，尺寸精度高，不受形状限制。砂模外型内部具有空腔并使用支撑骨架代替，可减轻砂模外型的质量。通过砂模外型与支撑骨架配合，并固定在模具领域用的定位板上，制成3D打印组合砂模，满足模具的使用要求。3D打印组合砂模提供了一种新的制模方案，并可用于代替木模或者金属模，缩短了制模周期，降低模具制作成本。
下面结合具体实施例对所述3D打印组合砂模进行说明，以进一步理解本发明的构思。
本发明的一实施例如图1所示，为一种形状较为复杂的3D打印组合砂模，包括砂模外型10、支撑骨架20和定位板30。砂模外型10截面大体为半圆弧状，支撑骨架20填充在砂模外型10与定位板30之间，用于支撑砂模外型10。砂模外型10和定位板30贴合的部位为砂模外型10的开口。砂模外型10的外表面还设有若干竖直沉孔11，在竖直方向与定位板30的对应位置设有数量对应的螺纹孔，螺栓依次通过竖直沉孔和螺纹孔使砂模外型10与定位板30固定连接。竖直沉孔11的位置尽可能均匀，在竖直方向上避开支撑骨架20的实体结构。当装配螺栓后，砂模外型10的竖直沉孔11位置会存在缺陷，此时用专用材料修复即可，如使用腻子修复，使竖直沉孔11被覆盖，保持砂模外型表面光滑。
需要说明的是，3D打印组合砂模整体使用三维软件设计，根据模具结构设计结构合理的砂模外型10和支撑骨架20。砂模外型10包含一个砂模零件。在实际的模具制造过程中，模具体积不尽相同，受砂型3D打印机成型尺寸及砂型强度限制，砂型3D打印机无法直接生产出大体积的砂模外型10，需要将砂模外型10分割为至少两个砂模零件，分别用砂型3D打印机生产。砂模外型10分割为多个砂模零件后，单体质量下降后便于3D打印组合砂模的组装。多个砂模零件彼此之间应能够相互定位拼装，如两个相邻的砂模零件分别设置两组可配合的限位孔与凸起块，或两组可配合的燕尾槽与凸起块，以保证砂模外型10的整体精度。每个砂模零件都应至少设置两个竖直沉孔11，使用砂型3D打印机直接打印制成。为保证砂模外型10的强度，砂模外型10的开口内表面至砂模外型10外表面的最小厚度不小于100mm。相对于砂模外型10的体积，砂模外型10具有更大的表面积，大体积的3D打印砂模的砂模外型10相对较脆，难以满足模具的使用要求。因此，砂模外型10通常需要硬化处理，以增加3D打印组合砂模的强度及使用寿命。砂模外型10表面使用AB胶水渗透进行经过硬化处理并形成胶化层，优选地，胶化层厚度不小于5mm。当砂模外型10具有多个砂模零件时，则依次对砂模零件进行强化处理。
请再结合图2，在本发明的一实施例中，砂模外型10被设计成多个砂模零件12。为保证3D打印组合砂模的整体稳定性，砂模外型10的开口内部形状与支撑骨架20的形状相匹配。支撑骨架20与开口内部具有多个接触面。优选地，开口内表面均为平面，即砂模外型10与支撑骨架20的接触面均为平面，使3D打印组合砂模制作更为方便。在砂模外型10的开口的开口面上还设有定位孔(图中未示出)，定位板30的对应位置设有凸台31，通过定位孔和凸台31相互配合，砂型外型10与定位板30的相对位置固定。
请再结合图3，在本发明的一实施例中，支撑骨架20主要包括多层板21、木质板条22和平板。支撑骨架20整体为木质结构，有效减轻了3D打印组合砂模的质量。在多层板21上设有切槽，多层板21通过切槽相互交错镶嵌制成网格式木质骨架。在多层板21相互交错镶嵌部位固定木质板条22以加固木质骨架，保证木质骨架的强度。可使用直接钉制的方式在多层板21的边缘沿周固定平板，平板与砂模外型接触以支撑砂模外型。在本实施例中，A平板23固定在木质骨架的各个侧面，B平板24固定在木质骨架的前后两面。支撑骨架20与砂模外型10面接触，增加了3D打印砂模的稳定性。
当砂模外型10的外表面具平面时，砂模外型10的前后两侧还可以开设有如图1所示的前后两个开口，骨架支撑20的前后两个B平板24分别填充上述两个开口，并保证3D打印砂模整体的光滑性。如此在制作3D打印砂模的过程中，可以更加容易装配砂模外型10骨架支撑20。
在本发明的另一个实施例中，如图4所示，支撑骨架20由首尾相互固定连接的若干木质板条22构成，具有多面体结构。上述支撑骨架20适用于配合开口内部规则的砂模外型10。上述支撑骨架20制作更为简单快捷。
需要说明的是，构成骨架支撑20的多层板21、木质板条22和平板，需要使用机床加工，以保证骨架支撑20的尺寸精度。制作完成的3D打印组合砂模经过三维测量仪检验合格后，即可正常使用。
本发明提供的3D打印组合砂模，可代替木模或金属模，不但解决了木模在使用过程中易变形、开裂、使用寿命较短的问题，而且解决了金属模具制作成本高、制作周期长、质量大不易操作的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
