劉 涵，劉 軼，王佳明

（共享智能裝備有限公司，寧夏銀川 750001）

0 引言

將3D 砂型打印技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，并且實(shí)現(xiàn)規(guī)?；纳a(chǎn)，目前已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。3D 打印具有人工投入少、高效、智能、便捷，以及工作環(huán)境干凈整潔的特點(diǎn)，更加適合現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。為更好的服務(wù)于工業(yè)領(lǐng)域，砂型3D 打印技術(shù)也在向著更高效率、更大規(guī)模的方向發(fā)展。與此同時(shí)，效率的提升需要結(jié)合各個(gè)工序的特點(diǎn)，進(jìn)行整體的優(yōu)化考慮，本文針對(duì)下料口效率提升進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

1 技術(shù)背景

砂型3D 打印技術(shù)屬于快速成型技術(shù)中的一種，它的工作原理是，砂型3D 打印設(shè)備由鑄型CAD 模型的STL 文件選擇厚度分層，得到截面圖形。當(dāng)打印機(jī)工作時(shí)，固化劑與原砂在混料倉均勻地?cái)嚢?，噴頭按照截面圖形精確地噴射粘結(jié)劑，粘結(jié)劑與固化劑發(fā)生膠聯(lián)反應(yīng)，一層層固化型砂堆積成形。粘結(jié)劑和固化劑共同作用的型砂被固化在一起，固化一層后再粘結(jié)下一層，所有的層粘結(jié)完之后就得到一個(gè)空間實(shí)體。型砂在固化劑沒有噴射的地方仍是散砂，比較容易清除。清理出中間未固化的散砂就可以得到一個(gè)有一定壁厚的鑄型，在鑄型的表面涂敷或浸漬涂料之后就可用于澆注金屬。3D 打印機(jī)利用吸砂泵將砂子吸入到儲(chǔ)砂罐中，利用安裝在儲(chǔ)砂罐下部的稱重傳感器反饋當(dāng)前下砂量，當(dāng)達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定砂量時(shí)，反饋PLC信號(hào)使下砂口蝶閥關(guān)閉進(jìn)而停止供應(yīng)原材料。設(shè)備接收到下砂信號(hào)后，下砂蝶閥打開，通過稱重傳感器檢測(cè)下砂量并反饋給PLC 信號(hào)，控制蝶閥的關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)所需下砂量的控制。砂子流到混砂罐后，需要添加與實(shí)際下砂量所對(duì)應(yīng)的固化劑（固化劑加入量通過實(shí)際下砂重量計(jì)算得出），下砂量的準(zhǔn)確性會(huì)影響到混砂的均勻性，最直觀的表現(xiàn)為打印出來的砂型表面色差明顯，影響砂型的表面質(zhì)量，現(xiàn)從下砂量入手去解決下砂不準(zhǔn)確的問題。

2 提升下砂口工作效率及精度

2.1 考慮方向

由于現(xiàn)用下砂口無法控制下料口大小，只能通過稱重傳感器反饋值控制下砂時(shí)間從而控制下砂量。在控制下砂量時(shí)，受到稱重傳感器和變送器自身誤差與反應(yīng)時(shí)間、蝶閥關(guān)斷反應(yīng)時(shí)間等因素影響，實(shí)際下砂量往往超出設(shè)定下砂量，偏差較大，會(huì)造成在加入固化劑后，混砂罐中砂子與固化劑攪拌不均勻，實(shí)際需求的固化劑加入比例與加入的固化劑量不符合計(jì)算結(jié)果，打印出的砂型表面色差明顯，嚴(yán)重影響到砂型的表面質(zhì)量。目前常采用的方法是更換較小口徑的變徑部，從而減小實(shí)際下砂量，縮小實(shí)際下砂量與設(shè)定值的偏差值，改善打印質(zhì)量。同時(shí)，考慮到混砂罐自身結(jié)構(gòu)問題，混砂罐內(nèi)部空間的利用率往往很高，剩余空間的內(nèi)部可操作性較差，造成在需要更換變徑部時(shí)，拆除四角固定螺栓進(jìn)行變徑的更換存在一定的困難和局限性，拆除和安裝較為費(fèi)事，并且更換部件的采購成本及人工成本會(huì)大大提高。現(xiàn)急需一種下料方式能夠解決此類問題。本文所提方案可在工作過程中自由調(diào)節(jié)口徑進(jìn)而改變下料量，無需重新拆裝機(jī)械部件，施工由繁化簡(jiǎn)，并且在一定程度上節(jié)約了成本。

2.2 技術(shù)方案

本文所表述內(nèi)容是為了當(dāng)砂型打印結(jié)束時(shí)，砂型表面出現(xiàn)嚴(yán)重色差時(shí)，需要調(diào)節(jié)下砂量及固化劑加入量，需要更換變徑，解決變徑因更換困難的問題。使用過程中不需要更換小口徑的變徑就可快速調(diào)節(jié)變徑口徑，以此達(dá)到更換變徑的目的。

在混砂罐變徑設(shè)計(jì)之初，確定混砂罐所要求使用最大口徑的變徑，并在變徑管外側(cè)進(jìn)行開絲?？紤]到下砂重量較大，需要根據(jù)變徑管外側(cè)直徑的大小，以此確定快速變徑鎖緊套的直徑并對(duì)鎖緊套內(nèi)側(cè)開絲，要求變徑管外側(cè)開絲與鎖緊套內(nèi)側(cè)開絲相互嚙合，能夠使得快速變徑鎖緊套與原變徑管擰緊，防止下砂過程中下砂口漏砂甚至掉落。

將鎖緊套固定在變徑管上后，通過皮帶將調(diào)節(jié)套與步進(jìn)電機(jī)的皮帶輪相互連接，在需要調(diào)節(jié)下砂口口徑時(shí)通過PLC 反饋信號(hào)直接控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)從而調(diào)節(jié)下砂口徑大小。

所述落料口調(diào)節(jié)裝置的簡(jiǎn)要運(yùn)行過程如下：

（1）當(dāng)實(shí)際下砂量大于設(shè)定下砂量時(shí)，通過PLC 反饋信號(hào)給電機(jī)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)套隨皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，下砂口縮小口徑，以減少下砂量。

（2）實(shí)際下砂量小于設(shè)定下砂量時(shí)，通過PLC反饋信號(hào)給電機(jī)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)套隨皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，下砂口增大口徑，從而增大下砂量。

進(jìn)一步地，將鎖緊環(huán)調(diào)節(jié)到最大口徑時(shí)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，以正轉(zhuǎn)3 圈為例，測(cè)量鎖緊環(huán)此時(shí)的口徑直徑，以此計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈口徑縮小多少。

以此值為基準(zhǔn)值，通過軟件寫入算法，自動(dòng)計(jì)算實(shí)際下砂量與設(shè)定下砂量之間的差值，當(dāng)實(shí)際下砂量與設(shè)定的下砂量差值為正值M 時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)N 圈，再次測(cè)量實(shí)際下砂量與設(shè)定的下砂量的差值，當(dāng)差值M 趨近于0 時(shí)，此時(shí)的N 為當(dāng)前最適合的圈數(shù)。當(dāng)兩項(xiàng)差值為負(fù)值時(shí)，多次測(cè)試，確定電機(jī)反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)。例如：當(dāng)設(shè)定下砂量為1 kg，實(shí)際稱重顯示為3 kg，此時(shí)差值M=2 kg，電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)N=2 圈；再次進(jìn)行混砂測(cè)試時(shí)，設(shè)定下砂量為1 kg，實(shí)際稱重顯示為2 kg，此時(shí)差值M=1 kg,電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)N=3；再次進(jìn)行混砂測(cè)試，設(shè)定下砂量為1 kg，實(shí)際稱重顯示為0.8 kg，此時(shí)差值為0.2 kg，差值M 在誤差的允許范圍內(nèi)，即此時(shí)的電機(jī)正轉(zhuǎn)圈數(shù)N=3 圈為當(dāng)前合適圈數(shù)，并且此口徑為合適口徑。

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)某個(gè)圈數(shù)后，調(diào)試套調(diào)節(jié)口徑達(dá)到合適的口徑，實(shí)際下砂量與設(shè)定的下砂量偏差值達(dá)到設(shè)備要求的誤差范圍內(nèi)時(shí)，PLC 反饋此信號(hào)，電機(jī)不再進(jìn)行動(dòng)作，此口徑為合適口徑，此方案通過稱重變送器反饋信號(hào)使步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，解決了下砂量不均勻時(shí)更換變徑困難的問題。

3 結(jié)束語

本文通過對(duì)3D 打印技術(shù)背景及下料口存在的問題進(jìn)行全方面的闡述，直觀明了的提出了一種新型下料口的技術(shù)方案，在各種打印方式下皆可以沿用此種下料方式。

本文所述調(diào)節(jié)裝置，相對(duì)于先前的變徑方式而言結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過步進(jìn)電機(jī)能夠直接控制口徑大??；響應(yīng)速度塊，通過PLC 信號(hào)控制口徑變換，無需人工拆換下料口，操作簡(jiǎn)單實(shí)用、局限性小、可操作性高，能夠?qū)崿F(xiàn)變徑快速變化，減少了因混砂罐內(nèi)部空間小，更換變徑操作不方便的問題；同時(shí)縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間，提升打印效率，并且從一定程度上節(jié)約了人工成本及采購成本。

3D 打印作為新的科技領(lǐng)域，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)砂型的打印，目前打印砂型在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用十分成功。未來的發(fā)展方向，也將是更高效，更智能化。隨著3D 打印技術(shù)的不斷發(fā)展，在以后的鑄造領(lǐng)域會(huì)逐漸替換原有的生產(chǎn)模式。摒棄傳統(tǒng)工業(yè)的笨重和對(duì)環(huán)境的污染，轉(zhuǎn)而變?yōu)檩p巧、智能和環(huán)保的方式。相信未來3D 打印技術(shù)，一定能在工業(yè)領(lǐng)域得到大力推廣。