一種砂型三維打印機用的套疊式砂箱的制作方法

本實用新型屬于砂型三維(3D)打印機領域，特別涉及一種砂型三維打印機用的套疊式砂箱。

背景技術：

現有砂型三維打印機的砂箱設置在打印機的內部，一般為拉門結構，在砂型打印時，雖然砂箱的門是關閉的，但砂箱內的砂仍容易從砂箱門的縫隙泄露出來，導致設備內砂塵積聚，嚴重影響設備的正常運行及壽命；如果采用密封膠將縫隙密封，使用一兩個月后密封膠會被磨損，仍然不能有效解決砂粒外泄問題。而且現有砂箱是一體式結構，箱體的高度是固定不變的，再加上相應的升降機構的高度，使砂型三維打印機的整體高度比較大，不利于打印操作和成本節約。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的缺陷，本實用新型提出一種砂型三維打印機用的套疊式砂箱，不但密封性好，而且能有效降低設備高度，有利于設備維護和生產操作，提高生產效率。本實用新型所要解決的技術問題是通過如下技術方案實現的：

一種砂型三維打印機用的套疊式砂箱，包括箱體、底座、支撐架，箱體設置在底座上，箱體與底座可拆卸連接，底座設置在支撐架的底部上面；箱體包括內箱體和外箱體，內箱體設置在外箱體內，內箱體包括1個內上部件和n個(n大于或等于1)內下部件，內下部件套疊在內上部件的外側；外箱體包括1個外上部件和n個(n大于或等于1)外下部件，外下部件套疊在外上部件的外側；內上部件通過連桿與外上部件固定連接，第n個內下部件的下邊沿通過下固定塊與第n個外下部件的下邊沿固定連接，外上部件通過把桿架設在支撐架上；在內上部件、內下部件、外上部件和外下部件的下部分別固定設置內上限位件、內下限位件、外上限位件和外下限位件；在內下部件和外下部件的上邊沿分別固定設置內下承托件和外下承托件。

進一步地，內上部件和內下部件分別用金屬板圍成矩形的內箱體，相應地，外上部件和外下部件分別用金屬板圍成矩形的外箱體；內上部件與內下部件之間的距離，以及外上部件與外下部件之間的距離均為5mm～9mm；內箱體的周邊和外箱體的周邊之間的間距為80mm～200mm。

進一步地，內上部件、內下部件、外上部件和外下部件的上邊沿分別具有水平向外的內上突沿、內下突沿、外上突沿和外下突沿；連桿設置在內上突沿的下面，連桿的兩端與外上部件的上邊沿固定連接；把桿設置在外上突沿的下面，把桿的伸出端架設在支撐架上；內下承托件和外下承托件分別固定設置在內下突沿和外下突沿的上面。

具體地，下固定塊為若干個金屬條形塊，均布連接第n個內下部件的下邊沿和第n個外下部件的下邊沿。內上限位件、內下限位件、外上限位件和外下限位件均為長度為60mm～80mm、寬度為4mm～8mm、高度為6mm～10mm的若干個金屬塊，均布在內上部件、內下部件、外上部件和外下部件的下部四周。內下承托件和外下承托件均為長度為60mm～80mm、寬度為15mm～25mm、高度為6mm～10mm的若干個金屬塊，均布在內下部件和外下部件的四周上邊沿。內下承托件與內上限位件抵住時的重疊距離和外下承托件與外上限位件抵住時的重疊距離均為3mm～5mm。內下承托件的伸出端的長度小于內上部件與內下部件之間的距離，外下承托件的伸出端的長度小于外上部件與外下部件之間的距離。

具體地，內上限位件、內下限位件、外上限位件和外下限位件的下端面與相應的內上部件、內下部件、外上部件和外下部件的下端面之間的距離均為10mm～15mm；在內下承托件和外下承托件的下端面分別設置尼龍或塑料墊片，墊片伸出端的長度分別大于內下承托件和外下承托件伸出端的長度1mm～2mm。

具體地，在把桿的下端面設置定位桿，在支撐架上設置與定位桿相配合的定位座；在底座的下面設置定位塊，在支撐架上設置與定位塊相配合的定位槽；在底座上設置插銷，在第n個外下部件上設置與插銷相配合的插座；在支撐架下面設置軌道；在底座四周的邊緣設置突邊；在底座上設置砂型臺，砂型臺設有讓叉車的貨叉穿入的通孔。

特別地，還包括砂型三維打印機的升降機構、高位傳感器、低位傳感器和自動控制系統，升降機構設置在底座的兩側，分別用托鉤鉤住底座的下端面，帶動內箱體和外箱體隨升降機構作套疊和展開運動；自動控制系統分別與升降機構和高位傳感器、低位傳感器電連接。

本實用新型套疊式的結構，不但密封性好、砂箱清砂方便，保證了設備良好運行環境的同時，大大提高了設備的壽命；而且砂型三維打印機的升降結構對工作空間高度需求不高，從而解除了設備對廠房高度的制約，使砂型三維打印機能普及大、中、小規模生產，便于推廣應用。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例一的俯視圖；

圖2為圖1的A-A面內部結構示意圖；

圖3為圖1的B-B面內部結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例一內箱體的結構示意圖；

圖5為本實用新型實施例一外箱體的結構示意圖；

圖6為圖2的G部放大圖；

圖7為本實用新型實施例一內箱體的另一結構示意圖；

圖8為本實用新型實施例二套疊式砂箱展開時的結構示意圖；

圖9為本實用新型實施例二套疊式砂箱套疊時的結構示意圖；

圖10為本實用新型實施例二箱體與支撐架分離示意圖。

具體實施方式

實施例一

實施例一的套疊式砂箱為兩層。

圖1為本實用新型實施例一的俯視圖，圖2為圖1的A-A面內部結構示意圖，圖3為圖1的B-B面內部結構示意圖，圖4為本實用新型實施例一內箱體的結構示意圖，圖5為本實用新型實施例一外箱體的結構示意圖。

結合圖1至圖5所示，一種砂型三維打印機用的套疊式砂箱，包括箱體、底座1、支撐架2，箱體設置在底座1上，箱體與底座1可拆卸連接，底座1設置在支撐架2的底部上面；箱體包括內箱體3和外箱體4，內箱體3設置在外箱體4內，內箱體3包括內上部件3a和1個(n等于1)內下部件3b，內下部件3b套疊在內上部件3a的外側。外箱體4包括外上部件4a和1個(n等于1)外下部件4b，外下部件4b套疊在外上部件4a的外側。

內上部件3a和內下部件3b分別用金屬板圍成矩形的內箱體3，相應地，外上部件4a和外下部件4b分別用金屬板圍成矩形的外箱體4；內箱體3的周邊和外箱體4的周邊之間的間距D2(參見圖3所示)為80mm～200mm，D2的數值是根據鋪一層砂的下砂量確定的，如果下砂機構精準，砂的流動型好，下砂量取鋪滿一層砂量的1.03倍，反之，下砂量取鋪滿一層砂量的1.12倍；根據目前設備規格的不同，下砂量取1.03倍時，D2的數值為80mm，下砂量取1.12倍時，D2的數值為200mm。下砂量較小時可能的溢砂量較少則D2取較小值，下砂量較大時可能的溢砂量較多則D2取較大值。

內上部件3a、內下部件3b、外上部件4a和外下部件4b的上邊沿分別具有水平向外的內上突沿3.1、內下突沿3.2、外上突沿4.1和外下突沿4.2。內上部件3a通過連桿5與外上部件4a固定連接，實施例一的連桿5為兩條平行的連桿，分別設置在所述內上突沿3.1的下面，連桿5的兩端分別與外上部件4a的上邊沿固定連接。第1個內下部件3b的下邊沿通過下固定塊6與第1個外下部件4b的下邊沿固定連接，實施例一的下固定塊6為十二塊均布在內下部件3b和外下部件4b下邊沿之間的金屬條形塊。從而通過連桿5和下固定塊6把內箱體3和外箱體4連接在一起。

外上部件4a通過把桿7架設在支撐架2上，實施例一的把桿7設置在外上突沿4.1的下面，把桿7為兩條平行的把桿，兩條把桿7的伸出端分別架設在支撐架2上。在把桿7的下端面設置定位桿7.1，在支撐架2上設置與定位桿7.1相配合的定位座2.2，便于箱體架設在支撐架2時的定位。

如圖4和圖5所示，在內上部件3a、內下部件3b、外上部件4a和外下部件4b的下部分別固定設置內上限位件9、內下限位件10、外上限位件11和外下限位件12。實施例一的內上限位件9、內下限位件10、外上限位件11和外下限位件12的長度L1均為60mm～80mm、寬度E1均為4mm～8mm、高度H1均為6mm～10mm的金屬塊，均布在內上部件3a、內下部件3b、外上部件4a和外下部件4b下部四周，每一個面上的限位件的數量為三塊。

在內下部件3b和外下部件4b的上邊沿分別固定設置內下承托件13和外下承托件14，實施例1的內下承托件13和外下承托件14分別固定設置在內下突沿3.2和外下突沿4.2的上面。它們均為長度L為60mm～80mm、寬度E為15mm～25mm、高度H為6mm～10mm的金屬塊，均布在內下部件3b和外下部件4b的上邊沿四周，每邊的承托件的數量為三塊。

如圖2和圖3所示，在底座1的突邊1.3上設置插銷1.1，在外下部件4b上設置插座8，在插座8上設置與插銷1.1相配合的凹槽8.1，實現箱體與底座的固定和可拆卸連接。實施例一的插座8為四個，均布在箱體的四個角上，相應的插銷1.1的數量也為四個。在底座1的下端面設置定位塊1.2，在支撐架2上設置與定位塊1.2相配合的定位槽2.1，便于底座1的定位。在底座1四周的邊緣設置突邊1.3，以防止底座上的砂外泄，實施例一突邊1.3的高度H2為15mm。在支撐架2下面設置軌道70，便于支撐架2移入和移出打印機。

在底座1上設置砂型臺20，其高度略低于內上部件的高度，使得開始鋪砂時不過多浪費砂。砂型臺20設有讓叉車的貨叉穿入的通孔21，當砂型30在砂型臺20上打印完成，把內、外箱體移走后，可以利用叉車的貨叉穿入砂型臺20的通孔21把砂型30取走。

內箱體3和外箱體4的下端面與底座1的上端面緊密接觸，能夠很好地防止砂子泄露。設置外箱體4的作用是，在鋪砂打印時，鋪砂表面過高時，砂子會從內箱體3的上端面泄露出來落在內箱體3和外箱體4之間，外箱體4能夠防止這些砂子進一步泄露出去，從而起雙重保障的作用。

圖6為圖2的G部放大圖。如圖6所示，內上部件3a與內下部件3b之間的距離以及外上部件4a與外下部件4b之間的距離均為D。當下層箱體(即內下部件或外下部件)和上層箱體(即內上部件或外上部件)內布滿型砂，在下層箱子與上層箱子之間的縫隙處(即內上部件與內下部件之間以及外上部件與外下部件之間的距離D處)會有砂子擠入，為防止砂從縫隙處反冒外溢出箱體，通過對各種不同流動性的砂的實驗確定：內上部件與內下部件之間的距離以及外上部件與外下部件之間的距離D均為5mm～9mm。內上限位件9、內下限位件10、外上限位件11和外下限位件12的下端面與相應的內上部件3a、內下部件3b、外上部件4a和外下部件4b的下端面之間的距離D1均為10mm～15mm。(參見圖4、圖5所示)。

如圖6所示，內下承托件13伸出端的長度S1小于內上部件3a與內下部件3b之間的距離D，以確保內上部件3a與內下部件3b的上下相對運動。當內下部件3b下降至極限位置時，內下承托件13抵住內上限位件9，內下限位件9和內下承托件13之間的重疊距離S2的數值為3mm～5mm，以確保內下部件3b被內下限位件9抵住不脫出，當內下部件3b上升至極限位置時，內下承托件13抵住內上突沿3.1(參見圖4)。同理，外下承托件14伸出端的長度S1小于外上部件4a與外下部件4b之間的距離D，當外下部件4b下降至極限位置時，外下承托件14抵住外上限位件11，當外下部件4b上升至極限位置時，外下承托件14抵住外上突沿4.1(參見圖5)。

如圖6所示，在內下承托件13的下端面設置尼龍或塑料墊片15，墊片15為長度為62mm～82mm、寬度為15mm～25mm、高度為3mm～6mm的塑料塊。墊片15伸出端的長度大于內下承托件13伸出端的長度1mm～2mm，其可以頂住內上部件3a的外表面，以確保金屬材質的內下承托件13不與內上部件3a的外表面接觸以及內下限位件9不與內下部件3b的內表面接觸，以免對內上部件和內下部件的相對運動造成一定阻力，影響箱體的順利套疊或展開。同理，在外下承托件14下端面也設置尼龍或塑料墊片15。

圖7為本實用新型實施例一內箱體的另一結構示意圖。如圖7所示，實施例一的限位件也可以是長條形，如內下限位件10，其長度與下部件3b的邊長一致，均布在下部件3b的四周。同樣地，內上限位件9、外上限位件11和外下限位件12也可以分別為與內上部件3a、外上部件4a和外下部件4b的長度一致的長條形，分別均布在內上部件3a、外上部件4a和外下部件4b的四周。

實施例二

圖8為實施例二套疊式砂箱展開時的結構示意圖，圖9為實施例二套疊式砂箱套疊時的結構示意圖。

如圖8所示(圖8相當于實施例一的A-A向)，實施例二為本實用新型的一個最佳實施例，實施例二的內箱體3和外箱體4的下部件的數量n分別為3，分別為內箱體3的第1內下部件3b₁、第2內下部件3b₂、第3內下部件3b₃，外箱體4的第1外下部件4b₁、第2外下部件4b₂、第3外下部件4b₃。第1內下部件3b₁套疊在內上部件3a的外側，第2內下部件3b₂套疊在第1內下部件3b₁的外側，第3內下部件3b₃套疊在第2內下部件3b₂的外側。

同樣地，第1外下部件4b₁套疊在外上部件4a的外側，第2外下部件4b₂套疊在第1外下部件4b₁的外側，第3外下部件4b₃套疊在所述第2外下部件4b₂的外側。多層套疊砂箱可以充分滿足制作不同高度砂型的要求。

實施例二的內箱體3和外箱體4的板厚為2mm～3.5mm，從而確保整體剛性，內箱體3設置在外箱體4內，外上部件4a與內上部件3a之間的間距D2為200mm。內箱體3的內上部件3a、第1內下部件3b₁、第2內下部件3b₂和第3內下部件3b₃之間的距離D均為6mm，可以有效防止內箱體3內的型砂反溢到內箱體外。同樣地，外箱體4的外上部件4a、第1外下部件4b₁、第2外下部件4b₂、第3外下部件4b₃之間的距離D均為6mm，可以有效防止外箱體4內的型砂反溢出箱體外，從而實現砂箱的良好密封性。

如圖9所示(圖9相當于實施例一的B-B向)，還包括砂型三維打印機的升降機構40、高位傳感器50、低位傳感器51和自動控制系統，升降機構40設置在底座1的兩側，分別用托鉤41鉤住底座1的下端面，帶動內箱體3和外箱體4隨升降機構作套疊和展開運動。自動控制系統分別與升降機構40、高位傳感器50和低位傳感器51電連接。由于升降機構設置在砂箱箱體兩側，其升降空間高度與套疊砂箱的升降空間高度是重合的，因此使砂型打印機設備的整體高度低于現有的采用一體式砂箱的砂型打印機的高度，不但有利于打印操作，而且可以提高砂型打印機對不同高度車間的適用性。

實施例二的其他設置與實施例一相同，在此不再贅述。

以下以實施例二為例(參見圖8、圖9)，說明本實用新型砂型三維打印機用的套疊式砂箱的工作方法，包括如下步驟：

步驟1，砂箱就位：將底座1連同砂型臺20放置在支撐架2的底部上面，外上部件4a通過把桿7架設在支撐架2的頂部，定位桿7.1插入定位座2.2內；內箱體第3內下部件3b₃和外箱體第3內下部件4b₃的下端面放置在底座1上，將底座1上的插銷1.1插入插座8的凹槽8.1中，將支撐架2沿軌道70送至砂型三維打印機內。

步驟2，進行箱體套疊：自動控制系統發送信號至升降機構40，使得托鉤41鉤住底座1水平上升，從而帶動第3外下部件4b₃和第三內下部件3b₃上升，在上升過程中，各個外下部件和內下部件的承托件依次抵住上一個外下部件和內下部件的突沿，從而完成套疊，如圖9所示。

當第三外下部件4b₃上升至高位極限位置時，高位傳感器50檢測到第三外下部件4b₃，高位傳感器50發送信號至自動控制系統，自動控制系統發送信號至升降機構40，使升降機構40停止上升。然后打印機開始進行鋪砂和噴墨打印工作。

步驟3，箱體逐步展開：在鋪砂和噴墨打印過程中，根據每層鋪砂厚度要求，自動控制系統控制升降機構40帶動底座1逐層下降，從而帶動內箱體的內下部件和外箱體的外下部件逐步下降展開。在下降過程中，各個外下部件和內下部件的承托件依次被相應的限位件抵住，直到打印和鋪砂完畢時自動控制系統發送信號至升降機構使其停止下降。或者套疊起來的箱體完全展開至低位極限位置時，低位傳感器51發送信號至自動控制系統使升降機構停止下降。

根據實際生產需要，每層打印時在內箱體3的內部打印厚度為5mm～20mm的圍墻60，圍墻60的外表面與內箱體3的內表面之間的距離大于等于5mm。由于套疊砂箱呈上小下大的塔式結構，在逐層鋪砂下降的過程中，砂箱下部逐漸展開，下層空間逐漸加大，型砂逐漸向外攤開，因而會影響頂層的穩定鋪砂，甚至使整體的砂型產生塌陷，因此在打印程序中需設置厚度為5mm～20mm的圍墻60，使圍墻60內的型砂保持穩定，從而使鋪砂和打印穩定進行，保證產品質量。步驟4，移出砂箱：將支撐架2連同內箱體3和外箱體4沿軌道從砂型三維打印機內移出。

步驟5，砂箱與砂型脫離：將底座上的插銷1.1從第3外下部件4b₃的插座8中拔出，以解除對外下部件4b₃的固定，然后利用升降叉車的專用叉從外箱體兩側托住外下部件4b₃的突沿使外箱體4連同內箱體3向上升起至足夠高度脫離砂型，以便進行后續的清砂工作。圖10為實施例二箱體與支撐架分離示意圖。如圖10所示，當打印好的砂型30過高，內箱體3和外箱體4套疊升起后都無法取出時，由于箱體是通過把桿7架設在支撐架2上，沒有與支撐架2固定在一起，所以可以利用龍門架之類的大型吊具吊住把桿7，使內箱體3和外箱體4同時向上吊起至足夠高度脫離砂型。

而留在底座1的砂型臺20上的砂型，可以利用叉車的貨叉直接穿入砂型臺20的通孔21，連同砂型30和砂型臺20一起移走。

步驟6，清砂：在內箱體3和外箱體4脫離砂型后，直接將余砂從底座1的各個方向同時鏟除，比起現有設備只能打開一邊的箱門在單個方向進行清砂的時間節約20％～50％。在底座清理干凈后，可以返回步驟1。

總之，本實用新型套疊式的結構，不但密封性好、砂箱清砂方便，保證了設備良好運行環境的同時，大大提高了設備的壽命；而且砂型三維打印機的升降結構對工作空間高度需求不高，從而解除了設備對廠房高度的制約，使砂型三維打印機能普及大、中、小規模生產，便于推廣應用。