申请/专利权人：南京航空航天大学

申请日：2022-03-03

公开（公告）日：2022-12-02

公开（公告）号：CN114558990B

主分类号：B22C9/02

分类号：B22C9/02;B33Y30/00;B33Y10/00;B33Y40/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.12.02#授权;2022.06.17#实质审查的生效;2022.05.31#公开

摘要：本发明公开了冷冻打印液滴超声辅助渗透及均质化成形装置及方法，包括超声波发生器、换能器、变幅杆，超声波发生器选择20KHz的低频超声波，变幅杆节面设置有法兰盘，采用螺纹连接低温成形室外腔壁。该冷冻打印液滴超声辅助渗透及均质化成形方法，在铺砂过程中，通过调节超声波发生器频率使得预铺型砂颗粒受到超声波振动而均质化分布；在喷射纯水粘结剂时，液滴喷射至预混型砂表面，在低频超声波的辅助下渗透至预冷型砂底部结冰凝固成形。采用本方法进行砂型冷冻3D打印，铺砂致密均匀，液滴渗透充分，实现砂型冷冻打印成形精度精确可控。

主权项：1.冷冻打印液滴超声辅助渗透及均质化成形方法，其特征在于：采用冷冻打印液滴超声辅助渗透及均质化成形装置，该装置包括阵列喷头（2）、铺砂装置（1）、超声波发生器（3）、换能器（4）、变幅杆（5）和低温成形室（6）；所述阵列喷头（2）位于二维运动系统上，用于按需喷射纯水溶液，凝固型砂；所述铺砂装置（1）位于低温成形室（6）的上方，用于铺设型砂；所述超声波发生器（3）位于低温成形室（6）的外部并接通电源，所述换能器（4）安装在冷冻砂型打印装置侧面，通过变幅杆（5）与所述低温成形室（6）连接；所述变幅杆（5）的端面位置加工一个法兰盘，采用螺纹连接将其与低温成形室（6）的外腔壁结合在一起；并按照如下步骤：S1、根据铸件特点选择合适型砂，将被打印的砂型材料与液氮或干冰进行搅拌，使预混型砂冷却至温度-40℃～0℃；S2、开启超声波发生器，将交流电源转换成超声频电振荡信号，由换能器将其转换成超声频机械振动，再由与低温成形室连接的变幅杆将振动幅度进行放大并传递给工作台；S3、在低温成形环境中，铺砂装置铺设一层冷冻的预混型砂，调节超声波发生器频率使得预铺型砂颗粒受到超声波振动而均质化分布；S4、控制系统驱动阵列喷头根据砂型当前层截面信息按需喷射纯水粘结剂，液滴喷射至预混型砂表面，在超声波的辅助下渗透至预冷型砂底部凝固成形；重复步骤3和4，逐层堆叠完成砂型的打印；所述铺砂装置单次铺设冷冻型砂厚度为0.4～0.5mm，阵列喷头喷射单个液滴容量40～80pL，液滴渗透至最下层型砂颗粒结冰将砂型凝固；所述超声波发生器选择20KHz的低频超声波，低频超声波因其机械作用、制热效应、空化作用而具有良好的促渗作用，可以显著提高液滴在冷冻型砂中的渗透速率；所述换能器和变幅杆固定时选择变幅杆振幅为零的截面与低温成形室连接，以减小超声振动能量的损失。

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