在砂床上喷射粘结剂的3D打印是铸造用砂型的增材制造技术,已经在铸造新产品试制中大量应用,迅速发展,该方法缩短了传统铸造流程并且为砂型设计提供了更大的灵活性。然而,砂型在制备过程中存在着强度和发气性的主要矛盾,是制约3D打印砂型技术发展的关键因素。对材料进行计算断层扫描分析CT及其三维重构是研究材料内部结构的新方法。本文采用断层扫描技术和三维重构技术,对3D打印砂型微观结构和特性进行了分析研究,开发了砂型CT扫描图像的三维重构技术,论文主要进行了以下方面的研究。在Python平台上使用VTK库及Open CV库开发了针对砂型CT切片图像的三维重构程序。针对砂型CT图像分辨率高、噪点多、灰度区分不明显的特点,开发了图像预处理功能,包含开运算、闭运算、膨胀、腐蚀、中值模糊等组合滤波处理;采用图像整体的灰度值分布分析方法实现了砂型中难区分组分的阈值确定。针对砂型内部微观结构研究需求开发了系列切片图像的三维重构模块,包括堆叠重构、轮廓重构以及体绘制重构。可通过任意剖切重构模型观察砂型微观结构,通过改变阈值实现了砂型不同组分的提取、重构和表面离散模型STL格式文件输出。为与3D打印砂型微观结构进行对比分析,采用工业CT对铸造用热芯盒制得的砂芯进行断层扫描,得到各断层的图像1200张,每张1200×1200像素。使用开发的砂型三维重构程序对其进行了三维重构,得到了砂芯微观结构的三维模型。在重构的砂芯模型中,发现每个砂粒被粘结剂均匀包裹,圆整度高,砂粒接触处粘结剂形成粘结点。采用工业CT对3D打印砂型微观结构进行了断层扫描,提取了砂粒、粘结剂和空隙分别进行了三维重构。与热芯盒制作的砂芯不同,3D打印砂型中粘结剂膜随砂粒形貌而呈凹凸变化,不光滑,厚度不均匀,有很多细小缺口,不能完整包覆每个砂粒。紧密接触砂粒之间粘结剂不能渗入。3D打印砂型砂粒排布不够紧密,同时存在方向性,垂直打印方向上砂粒排布有疏松。这是由3D打印砂型层层铺砂喷射粘结剂的工艺特点造成的,这些特征导致3D打印砂型强度降低并且存在各向异性。通过3D打印砂型与热芯盒砂芯的对比分析,提出提高3D打印砂型质量的方法:为了使粘结剂尽量覆盖到每个砂粒上,在3D打印时加热砂床,或对3D打印砂型进行烘烤,使得粘结剂液化,在表面张力作用下包裹砂粒,实现砂粒间粘结剂的均匀化,提高砂型强度。