一种砂芯3D打印方法及铸造砂芯3D打印机
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种砂芯3D打印方法及铸造砂芯3D打印机。
背景技术
3D打印技术中的砂芯数模打印技术，其打印工作具体为：打印机的喷头在软件系统的控制下，按照模型截面的二维数据运行，选择性地在砂表面相应位置喷射特制墨水，在每一层粘结完毕后，工作箱的底板下降一个等于层厚的距离，如此循环，直至完成整个打印产品的粘结。其中，特制墨水能够增加3D打印砂芯强度的同时，墨水量大会导致砂芯发气量过大而不能满足铸造需求。所以，解决砂芯强度和发气量之间的矛盾对于砂芯数模的3D打印生产就显得尤为重要。
发明内容
基于此，有必要针对3D打印机针对砂芯强度和发气量之间存在矛盾的问题，提供一种能够有效克服砂芯强度和发气量之间的矛盾的砂芯3D打印方法及铸造砂芯3D打印机。
一种砂芯3D打印方法，所述的砂芯3D打印方法包括下述步骤：对砂芯数模进行切片处理并获取切片数据；解析切片数据并选取砂芯数模的表面轮廓进行喷墨加量处理；确认砂芯数模的其他区域轮廓，并对其他区域轮廓进行喷墨减量处理；将喷墨处理后的砂芯数模的切片数据转换成打印数据；根据打印数据进行砂芯打印。
在其中一实施例中，所述解析切片数据的步骤中还包括下述步骤：对切片数据进行逐层分析，判断切片数据是否改变，当切片数据改变时则标记对应图层号；根据标记的图层号分析获取新构造的砂芯数模。
在其中一实施例中，所述对砂芯数模的表面轮廓进行喷墨加量处理的步骤包括：沿垂直于砂芯数模的中轴线的方向解析获取砂芯数模的顶面与底面的喷墨加量数据。
在其中一实施例中，所述对砂芯数模的表面轮廓进行喷墨加量处理的步骤还包括：将砂芯数模的外表面轮廓缩小预设加量比例，对砂芯数模的外表面的原始轮廓与缩小轮廓之间的区域进行喷墨加量处理。
在其中一实施例中，所述对砂芯数模的表面轮廓进行喷墨加量处理的步骤还包括：将砂芯数模的内表面轮廓扩大预设加量比例，对砂芯数模的内表面的原始轮廓与扩大轮廓之间的区域进行喷墨加量处理。
在其中一实施例中，所述预设加量比例根据砂芯数模的体积确定。
在其中一实施例中，所述预设加量比例为砂芯数模原始轮廓的20％。
在其中一实施例中，所述喷墨加量处理后的喷墨点间距为0.04～0.12。
在其中一实施例中，所述喷墨减量处理的喷墨量为原始喷墨量的1/3。
一种铸造砂芯3D打印机，采用上述任一项所述的砂芯3D打印方法进行打印。
上述通过采用砂芯3D打印方法进行打印的铸造砂芯3D打印机，通过对砂芯数模的切片数据进行解析，选取砂芯数模的表面轮廓进行喷墨加量处理，从而使得打印后的砂芯其表面强度得到提升，同时通过并对砂芯数模的其他区域轮廓进行喷墨减量处理，从而可降低打印后的砂芯内部的喷墨量以便整体降低砂芯的发气量，这样通过将经过喷墨处理后的砂芯数模的切片数据转换成打印数据已完成砂芯打印，有效克服砂芯强度和发气量之间的矛盾的问题。
附图说明
图1为一实施例的砂芯3D打印方法的流程示意图。
图2为一实施例的砂芯数模的结构示意图。
图3为一实施例的砂芯数模的另一视角的结构示意图。
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。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。
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。
在一实施方式中，一种砂芯3D打印方法，所述的砂芯3D打印方法包括下述步骤：
对砂芯数模进行切片处理并获取切片数据；
解析切片数据并选取砂芯数模的表面轮廓进行喷墨加量处理；
确认砂芯数模的其他区域轮廓，并对其他区域轮廓进行喷墨减量处理；
将喷墨处理后的砂芯数模的切片数据转换成打印数据；
根据打印数据进行砂芯打印。
在一实施方式中，一种铸造砂芯3D打印机，采用所述砂芯3D打印方法进行打印。
上述通过采用砂芯3D打印方法进行打印的铸造砂芯3D打印机，通过对砂芯数模的切片数据进行解析，选取砂芯数模的表面轮廓进行喷墨加量处理，从而使得打印后的砂芯其表面强度得到提升，同时通过并对砂芯数模的其他区域轮廓进行喷墨减量处理，从而可降低打印后的砂芯内部的喷墨量以便整体降低砂芯的发气量，这样通过将经过喷墨处理后的砂芯数模的切片数据转换成打印数据已完成砂芯打印，有效克服砂芯强度和发气量之间的矛盾的问题。
下面结合具体实施例对所述砂芯3D打印方法进行说明，以进一步理解所述砂芯3D打印方法的发明构思。
请参阅图1和图2，一种砂芯3D打印方法，所述的砂芯3D打印方法包括下述步骤：
S110:对砂芯数模进行切片处理并获取切片数据；
在该步骤中，砂芯数模是三维软件设计的砂芯模型，通过切片软件将砂芯模型按照3D打印标准进行切片处理。即，将砂芯模型切割成若干层，3D打印机打印时逐层进行堆叠打印，最终形成立体砂芯结构。需要说明的是，切片处理后的砂芯数模其切片数据是矢量图数据，也就是行业内统称的CLI数据。可以理解的是，要想按照层层打印方式执行3D打印需要将这些矢量图数据转换成位图的打印数据，即BMP图片，3D打印机按照BMP图片执行层层打印。
S120:解析切片数据并选取砂芯数模的表面轮廓进行喷墨加量处理；
在该步骤中，切片数据的解析需要用到数据解析软件，通过对CLI数据进行解析，以便得到砂芯模型整体结构的数据(高度、长度以及各部分轮廓尺寸等数据)、打印层的厚度以及砂芯模型的喷墨数据等。需要强调的是，为了提高砂芯打印强度，需要增加砂芯的喷墨量使得墨水与砂子充分反应固化成形，然而如果采用对砂芯整体结构均匀增加喷墨量，则必然带来其发气量的提升，为了克服该问题，需要对砂芯的部分结构进行喷墨加量处理。对于本领域技术人员而言，面对该技术问题能够想到通过部分增加砂芯喷墨量的方式处理，但是对于选取砂芯何处结构进行增加喷墨量成为行业内目前无法攻克的技术难点。在本步骤中，发明人针对该技术问题通过反复实验分析创造性地得出：仅仅对砂芯数模的表面轮廓进行喷墨加量处理，这样不仅可以解决喷墨量增加点不易选择的问题，且该方式在保证砂芯强度的同时适用于所有结构类型的砂芯的喷墨加量简便化操作。另外值得一提的是，喷墨时打印机的打印头中各个喷孔是有间距的，且喷墨时会根据情况选择部分喷孔打开喷墨，这样在各层打印时喷墨的轨迹实际上是若干相互间隔的喷墨点。如果增加喷墨量则意味着喷墨点的间距变密集，所以增加喷墨量的处理实际也可以概括理解成喷墨加密处理。
在其中一实施例中，请参阅图2，所述对砂芯数模的表面轮廓进行喷墨加量处理的步骤包括；沿垂直于砂芯数模10的中轴线的方向解析获取砂芯数模的顶面100与底面200的喷墨加量数据。应该理解的是，砂芯数模的表面轮廓包括其顶面100与底面200。即，砂芯的顶面100与底面200分别增加喷墨量。具体关于如何进行喷墨量增加处理，在一优选实施例中，解析砂芯数模的顶面100与底面200的喷墨加量数据的步骤中包括：选取砂芯数模的顶面100的若干切片层与底面200的若干切片层增加喷墨量。例如，选择砂芯数模的顶面100部分的20层切片层增加喷墨量，选择砂芯数模的底面200部分的20层切片层增加喷墨量。即，选择砂芯数模的顶面100与底面200的部分高度进行增加喷墨量。这样可以保证打印出的砂芯的两端强度提升。
在其中一实施例中，请参阅图3，所述对砂芯数模的表面轮廓进行喷墨加量处理的步骤还包括：将砂芯数模的外表面轮廓缩小预设加量比例，对砂芯数模的外表面的原始轮廓300与缩小轮廓400之间的区域进行喷墨加量处理。具体而言就是对每一图层的外轮廓进行缩小一定比例，然后在缩小的轮廓与原始外轮廓之间的部分进行喷墨增量处理，也就是对砂芯的一定厚度的边缘位置增加喷墨量，加密处理砂芯外边沿。
在其中一实施例中，所述对砂芯数模的表面轮廓进行喷墨加量处理的步骤还包括：将砂芯数模的内表面轮廓扩大预设加量比例，对砂芯数模的内表面的原始轮廓500与扩大轮廓600之间的区域进行喷墨加量处理。本实施例是针对具有中空结构的砂芯而言，对于中空的结构的砂芯其不仅具有外表面还具有内表面，在提升砂芯强度时需要内外表面的边沿均加强，这样才可保障整体砂芯强度。具体而言就是对每一图层的内轮廓进行缩小一定比例，然后在缩小的轮廓与原始外轮廓之间的部分进行喷墨增量处理，也就是对砂芯的一定厚度的边缘位置增加喷墨量，加密处理砂芯内边沿。
在其中一实施例中，所述预设加量比例根据砂芯数模的体积确定。即，加量比例的选择是根据砂芯的体积确定，可以理解的是，如果砂芯结构足够大可以考虑选择更大的加量比例，如果砂芯体积较小则选择较小比例的加量比例。在其中一优选实施例中，所述预设加量比例为砂芯数模原始轮廓的20％。即，将砂芯数模的外表面轮廓缩20％，然后对缩小后的轮廓与原始轮廓之间所形成的区域进行喷墨加量处理。对于具有内腔的砂芯而言将内表面轮廓扩大20％，然后对扩大后的轮廓与原始轮廓之间所形成的区域进行喷墨加量处理。实验数据表明，选择20％的加量比例，再综合考虑发气量的控制所得到的砂芯强度最佳，发气量相对较低。当然对于不同体积结构的砂芯关于加量比例可以是5％、10％、30％等，具体根据实际情况进行分析获取。
在其中一实施例中，所述喷墨加量处理后的喷墨点间距为0.04～0.12。即加密喷墨点后各个喷墨点之间的间距为0.04～0.12时，所得到的砂芯强度相对较强。在其中一优选实施例中，所述喷墨加量处理后的喷墨点间距为0.04或0.10。综合打印机的喷孔之间的设计间距及喷墨量的控制，当进行喷墨量增加处理时，选择喷墨点间距为0.04或0.10时所得到的砂芯质量则最佳。
S130:确认砂芯数模的其他区域轮廓，并对其他区域轮廓进行喷墨减量处理；
在该步骤中通过对砂芯的表面轮廓进行喷墨加量处理后，使得砂芯的顶面、底面、外表面以及内表面均得到加强处理，使得砂芯强度提升。然后由于喷墨量的增加会导致砂芯发气量增大，因此需要综合喷墨加量的处理对砂芯没有喷墨加量处理的其他轮廓区域进行喷墨减量处理，从而保证砂芯整体发气量降低。在其中一优选实施例中，所述喷墨减量处理的喷墨量为原始喷墨量的1/3。即对于砂芯没有进行加密处理的区域将喷墨点间距调整变大，整体喷墨量降低为原始的1/3。对于具有内腔的砂芯而言，通过对边沿轮廓加大喷墨量，内外边沿夹层区域降低喷墨量，从而使得整体砂芯喷墨量降低继而发气量降低，而边沿部分的强化可保证砂芯强度得到有效提升。
S140:将喷墨处理后的砂芯数模的切片数据转换成打印数据；
由于对砂芯的喷墨量加量处理和减量处理是通过对切片数据解析中进行的，因此要实现打印操作要将切片数模的矢量图数据转换成打印数据的BMP图片。
S150:根据打印数据进行砂芯打印。
在该步骤中，打印机按照转化后的打印数据执行打印即可得到喷墨处理后的砂芯，使得打印出的砂芯既满足强度提升的要求，且可同时降低发气量。
为了实现对异性结构的砂芯进行有效地喷墨量处理，在其中一实施例中，所述解析切片数据的步骤中还包括下述步骤：对切片数据进行逐层分析，判断切片数据是否改变，当切片数据改变时则标记对应图层号；根据标记的图层号分析获取新构造的砂芯数模。应该理解的是，砂芯的结构有规则的结构和不规则的结构或者多种结构组合的结构，因此在进行喷墨量处理前需要分析砂芯的结构，将其结构拆分成不同形状后再确认各结构部分的内外表面轮廓及顶面和底面进行喷墨处理。如何进行砂芯结构在砂芯数模的切片数据中解析中实现则可以根据每层的切片数据是否变化进行确定。以附图2为例，当解析切片数据时发现突然有切片数据变化，则意味着切片分析从小圆柱700解析到了大圆柱体800处，此时从变化数据的该切片层进行标记，直到全部数据解析完毕，然后根据标记的图层号可分析获取新构造的大圆柱砂芯模具。然后按照上述实施例中喷墨量加减处理方式进行相应的喷墨处理。这样有效针对不同的异性结构砂芯进行砂芯硬度和发气量矛盾问题的解决。
上述通过砂芯3D打印方法，通过对砂芯数模的切片数据进行解析，选取砂芯数模的表面轮廓进行喷墨加量处理，从而使得打印后的砂芯其表面强度得到提升，同时通过并对砂芯数模的其他区域轮廓进行喷墨减量处理，从而可降低打印后的砂芯内部的喷墨量以便整体降低砂芯的发气量，这样通过将经过喷墨处理后的砂芯数模的切片数据转换成打印数据已完成砂芯打印，有效克服砂芯强度和发气量之间的矛盾的问题。
一种铸造砂芯3D打印机，采用上述任一实施例所述的砂芯3D打印方法进行打印。
上述铸造砂芯3D打印机机，采用上述任一实施例的所述砂芯3D打印方法进行打印时通过对砂芯数模的切片数据进行解析，选取砂芯数模的表面轮廓进行喷墨加量处理，从而使得打印后的砂芯其表面强度得到提升，同时通过并对砂芯数模的其他区域轮廓进行喷墨减量处理，从而可降低打印后的砂芯内部的喷墨量以便整体降低砂芯的发气量，这样通过将经过喷墨处理后的砂芯数模的切片数据转换成打印数据已完成砂芯打印，有效克服砂芯强度和发气量之间的矛盾的问题。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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。
