負(fù)壓對3DP 砂型打印機(jī)噴墨影響的研究

楊小平，郭永斌，劉 軼

（共享智能鑄造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，寧夏銀川 750021）

增材制造與減材制造互相對應(yīng)，是當(dāng)前兩大主流制造技術(shù)。目前已知的有多種增材制造技術(shù)，3DP 噴墨砂型打印是目前多種增材制造技術(shù)中的一種，打印成型的砂型是鑄造用鑄型（芯）的理想替代產(chǎn)品，成型過程無需鑄模和混砂機(jī)，是一項(xiàng)新技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)的完美契合。利用3D 打印技術(shù)生產(chǎn)鑄型（芯）既是對3D 打印新產(chǎn)業(yè)的推廣，又是對目前鑄型（芯）成型的落后技術(shù)的更新，可解決目前鑄造行業(yè)造型工序勞動(dòng)強(qiáng)度高、工作環(huán)境差、尺寸控制難、砂箱堆積如山、模具制造成本高、產(chǎn)品生產(chǎn)周期長等問題。

1 試驗(yàn)方法

壓電式打印頭噴墨時(shí)的主要原理為壓電式陶瓷片張弛作用擠壓墨腔，將墨水?dāng)D出打印頭形成墨滴，未噴墨時(shí)依靠墨盒內(nèi)與外界作用產(chǎn)生的壓力差控制墨水保留在打印頭墨腔內(nèi)。在打印頭規(guī)格型號和墨水型號不變時(shí)，影響壓電式打印頭噴墨的主要因素有電壓、電脈沖波、墨管氣泡、墨盒內(nèi)部負(fù)壓等。本次試驗(yàn)主要研究墨盒內(nèi)部負(fù)壓對噴墨的影響，因此采用固定變量法，將電壓、電脈沖波、墨管氣泡等恒定，單獨(dú)改變墨盒負(fù)壓驗(yàn)證噴墨狀態(tài)，將墨滴觀測儀安裝到噴墨砂型打印機(jī)上，利用砂型打印機(jī)自身負(fù)壓控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)負(fù)壓。

研究用器材及試劑為：壓電式噴墨打印頭12個(gè)，墨滴觀儀1 套，3DP 噴墨砂型打印機(jī)1 臺，砂型打印粘結(jié)劑10L，清洗劑5L。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

利用墨滴觀測儀測試打印機(jī)初始參數(shù)噴墨墨滴狀況，初始參數(shù)為打印機(jī)出廠時(shí)內(nèi)置參數(shù)，經(jīng)觀測發(fā)現(xiàn)打印機(jī)初始參數(shù)下噴墨墨滴整齊規(guī)律，如圖1 所示；初始參數(shù)及噴墨測量結(jié)果如表1 所示。

圖1 噴墨墨滴

2.1 降低負(fù)壓對噴墨的影響

在其他噴墨參數(shù)不變的情況下，降低負(fù)壓，測試結(jié)果如表2 所示，降低負(fù)壓對噴墨有較大影響，負(fù)壓降低幅度較大時(shí)無法正常噴墨，隨著負(fù)壓逐漸增高，墨滴噴射速度、墨滴體積、噴出率、持續(xù)噴墨時(shí)間均會相應(yīng)增加。測量過程中發(fā)現(xiàn)負(fù)壓降低到一定程度墨水將在重力作用下自然滴落，自然滴出的墨水在噴孔口形成墨滴。

表1 初始噴墨參數(shù)

表2 降低負(fù)壓對噴墨影響

2.2 升高負(fù)壓對噴墨的影響

在其他噴墨參數(shù)不變的情況下，升高負(fù)壓，測試結(jié)果如表3 所示。

表3 升高負(fù)壓對噴墨影響

由表3 可見，升高負(fù)壓對噴墨有較大影響，負(fù)壓升高幅度較大時(shí)無法正常噴墨，隨著負(fù)壓逐漸增高，墨滴噴射速度、墨滴體積、噴出率、持續(xù)噴墨時(shí)間均會相應(yīng)降低。

2.3 微調(diào)負(fù)壓對噴墨的影響

在其他噴墨參數(shù)不變的情況下，微調(diào)負(fù)壓，測試結(jié)果如表4 所示。

表4 微調(diào)負(fù)壓對噴墨影響

由表4 可見，負(fù)壓在35～36 mbar 之間微調(diào)時(shí)未體現(xiàn)出噴墨各項(xiàng)參數(shù)明顯的規(guī)律性的變化，變化值均在測量誤差范圍內(nèi)，由此可知負(fù)壓控制精度精確至小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)即可。

3 結(jié)論

本次試驗(yàn)研究表明，負(fù)壓對3DP 砂型打印機(jī)噴墨具有較大影響，降低或升高負(fù)壓均會影響噴墨效果，負(fù)壓大小應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，負(fù)壓的調(diào)節(jié)原則如下：

（1）負(fù)壓不能過高或過低，原則為壓電陶瓷片在張弛作用時(shí)產(chǎn)生的力大于墨盒內(nèi)部與外界大氣壓力差產(chǎn)生的力，墨盒內(nèi)部與外界大氣壓強(qiáng)差產(chǎn)生的力大于或等于墨水自身重力。

（2）墨盒內(nèi)部與外界大氣壓力差產(chǎn)生的負(fù)壓壓力與墨水自身重力越接近噴墨效果越理想，壓電陶瓷片在張弛作用時(shí)產(chǎn)生的力與墨盒內(nèi)部與外界大氣壓負(fù)壓力差產(chǎn)生的力差值越大噴墨效果越理想。

（3）負(fù)壓調(diào)節(jié)精度可控制在5%mbar 以內(nèi)。