CN101883895A - 物品的模制 - Google Patents

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CN101883895A CN2008801071223A CN200880107122A CN101883895A CN 101883895 A CN101883895 A CN 101883895A CN 2008801071223 A CN2008801071223 A CN 2008801071223A CN 200880107122 A CN200880107122 A CN 200880107122A CN 101883895 A CN101883895 A CN 101883895A
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大卫·布赖恩·约翰逊
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Abstract

一种用于纸纤维物品的模制机具有由被烧结的颗粒制成的模具。通过使用处于另一侧的活塞将经计量的液化纸浆射流抽吸穿过模具。通过加压的热空气对物品进行现场干燥。可以通过将烧结的部分焊接在一起来制造大的模具。还公开了也就是通过液化来准备纤维的新方法。

Description

物品的模制
技术领域
本发明涉及由纤维或其它颗粒的悬浮液模制物品、以及用于该过程的模具和模制机。
背景技术
过去，由纤维纸浆模制而成的物件通常是像盛蛋箱和垫盘等那样的物件，这种物件可以极大量地生产、且形状简单并且不要求很高标准的表面光洁度。这些局限性是由物品模制中所采用的技术产生的，传统上通过使用金属网形成的可渗透模具(permeable moulds)来模制物品。这种模具的制作是漫长且昂贵的过程，从而将该技术局限于以极大数量生产的物件。采用这种网式模具(mesh moulds)而获得的低水平的表面光洁度限制了在脱模之前可从堆积在模具中的纸纤维中排出的液体量，而这然后又限制了产品在脱模时的强度。因此，只有像盛蛋箱那样的低深度物件才能以这种方式进行制作而不会在干燥之前因其自身重量作用而毁坏。存留在产品中的水量使产品的干燥成为高能耗过程。
目前行业中使用的常规纸浆模制工具一般采用铸造磷青铜制成。对其轮廓和外形进行适当设置以适应于待生产的产品，并且在整个表面上大致每1cm设置一个小型3mm孔进行通风以允许空气穿过该工具。在铸造表面上覆盖有细丝网以通过真空从吸附于其表面的水中过滤和分离出纸浆纤维。
这种现有方法仅允许应用低压，一般是真空，因为任何较大的力将使丝网的相交处与支撑铸件分离或升起，从而夹住纸浆纤维，导致工具表面的堵塞或堵死。
人们已经提出了用其它材料来制作多孔渗水模具，例如，日本专利公开JP60009704公开了一种用于对纤维料浆进行湿成形的透气模具，该模具由用结合剂如环氧树脂或聚酯树脂结合在一起的颗粒如玻璃珠子或塑料珠子制成。但是实际上，用于采用纸纤维料浆制作物品的模具仍然使用传统丝式模具(wire mould)方法制成。这可能是因为根据该教导，模具的制作要求：玻璃珠子与树脂结合剂以精确的比例进行混合，而树脂结合剂因其粘度而难以或无法与玻璃珠子完全地混合；对有些难以处理的混合物进行成型从而形成为定型模具；以及长时间加热对模具进行固化。这样的模具制造方法具有很多实践困难。
发明内容
本发明在其不同方面旨在克服某些或全部的上述问题。
本发明提供了一种形成模制物品的方法，该方法包括：
将处于悬浮液形式的悬浮颗粒给送至多孔模具的模制表面，所述多孔模具由结合的颗粒构成；以及
通过所述多孔模具的微孔将所述悬浮液去除，以在所述模具表面上将所述悬浮颗粒积淀为成形的物品。
悬浮颗粒可以是纤维，例如纤维质纤维。悬浮颗粒可以是纸纤维。
结合的颗粒可以通过粘合剂结合。结合的颗粒可以是玻璃或由塑料材料制成。结合的颗粒可以是金属。结合的颗粒可以被烧结在一起。结合的颗粒可以是磷青铜或镀镍的铜。
可以通过在横跨模具的两侧形成压力差以使悬浮液穿过模具。可以通过在多孔模具的、与给送悬浮颗粒一侧相反的一侧进行抽吸以使悬浮液穿过模具。可以通过活塞在由模具所封闭的腔室中的作用实施该抽吸。该方法可以包括通过向物品施加压力以抵靠所述多孔模具的表面将悬浮液从所述模制物品进一步排出，向物品施加的该压力可以抵靠所述多孔模具的表面。可以用橡胶成形体施加该压力。
该方法可以包括使空气在高于环境温度的情况下从多孔模具积淀有颗粒的一侧穿过所积淀的悬浮颗粒和多孔模具。穿过的空气优选地在模具积淀侧处于比大气压高1至2巴的压力并处于400℃至500℃的温度。可替换地，穿过的空气可以在模具积淀侧处于比大气压高7至10巴的压力并处于60℃至70℃的温度。
该方法可以包括将模制物品置于两个多孔模具之间并使加热的压缩空气穿过模具和物品。
该方法可以包括：通过将更多处于悬浮液形式的悬浮颗粒给送至模具积淀有第一层积淀颗粒的一侧，在第一层积淀颗粒的顶部积淀第二层颗粒；以及经由所述多孔模具的微孔将悬浮液去除以积淀第二层。
该方法可以包括将添加剂添加至悬浮液。添加剂可以包括颜料或除草剂或杀菌剂或蜂蜡或装饰性颗粒、或以上的组合。
该方法可以包括使回洗液沿与悬浮液穿过模具的方向相反的方向穿过模具。该方法可以包括将超声波引入到穿过模具的回洗水中。
该方法可以包括通过使纤维状材料液化来准备颗粒悬浮液。
该方法可以包括使用在挠性不可渗透膜后侧施加的压力使所述挠性不可渗透膜压靠物品。挠性不可渗透膜例如可以在物品中形成内螺纹。
本发明还提供了一种多孔模具，该多孔模具由结合的颗粒构成。
结合的颗粒可以通过粘合剂结合。
结合的颗粒可以是玻璃或由塑料材料制成。
结合的颗粒可以是金属。
结合的颗粒可以被烧结在一起。
结合的颗粒优选地为磷青铜或可以为镀镍的铜。
模具颗粒的颗粒尺寸优选地在0.5与0.7mm之间。
本发明还提供了一种模制机，该模制机包括所述模具。
该模制机可以包括用于将颗粒悬浮液给送至模具一侧的孔口。该模制机还可以包括：凹腔，通向模具的另一侧；以及用于向所述凹腔施加抽吸的孔口。该模制机可以包括：凹腔，通向模具另一侧并接纳模具；以及活塞，用于向凹腔施加抽吸并因此向模具施加抽吸。模具可移除地接纳在凹腔中。
该模制机可以包括用于将回洗水供应到凹腔中的孔口。
该模制机可以包括用于向模具的所述一侧供应压缩空气的孔口。
所要求保护的模制机可以包括成形体，所述成形体可在该一侧前行到模具的表面中。
模具可以呈至少两个可分离部分的形式。
该模制机可以包括液化器，所述液化器被连接以将悬浮液供应至模具的一侧。
本发明还提供了一种制造多孔模具的方法，该方法包括：
在阳主模具与阴主模具之间提供空间；
以金属颗粒填充所述空间；以及
对颗粒进行烧结以使其结合在一起，其中，阳模具由可压缩材料制成。
可压缩材料可以是可弹性压缩的、或者可压缩材料可以是可变形压缩的。可压缩材料可以是粘土或石膏。
本发明还提供了一种制造多孔模具的方法，该方法包括：
由结合的颗粒形成多孔部分；以及
将这些部分激光焊接在一起。
所述部分可以由结合的金属颗粒形成，该金属颗粒例如可以由磷青铜或镀镍的铜构成。
本发明还提供了一种制造多孔模具的方法，该方法包括：
将颗粒与粘合剂混合；
将混合物形成为模型；以及
使粘合剂凝固。
可以通过紫外光使粘合剂凝固。颗粒可以透紫外光。颗粒可以由玻璃制成或可以由丙烯酸制成。
以下陈述本发明的各个另外的方面。
在第一方面中，本发明提供用于形成多孔模具表面的方法，该方法包括：在成形表面上积淀一层颗粒；在积淀所述层之前或之后将所述颗粒与光固化粘合剂进行初步混合；以及通过暴露在光下使所述粘合剂固化从而使所述颗粒结合在一起，粘合剂的量被设置为使得颗粒的结合层是多孔的。
颗粒优选为珠子，优选为球形珠子。优选地，颗粒的最小尺寸小于2mm，或更优选地小于1mm，例如0.2到0.8mm。
适用于珠子的材料包括玻璃和塑料。使用丙烯酸材料尤其是优选的。
当采用玻璃时，玻璃可以优选地涂覆有适于改善珠子与光固化粘合剂结合的材料。适当材料在现有技术中是已知的。
颗粒可以包括优选为小数量的不是珠子的颗粒。这些颗粒可以是针、纤维、管或中空球体。与上述珠子相同，这些颗粒可以由玻璃或塑料制成。优选地，这些颗粒相对于珠子以特定材料的重量计的比例小于50％，更优选地以重量计小于10％。
尽管珠子优选地由丙烯酸塑料制成如聚甲基丙烯酸甲酯，但该珠子还可由聚酯、聚苯乙烯或聚烯烃(polyalkylene)(例如，聚乙烯或聚丙烯)或其它塑料材料制成，可选地由这些材料的混合物制成。
优选地，所采用的颗粒的全部或基本上全部对用于固化的光是透明的，该用于固化的光优选为UV光。
成形表面可以是模具成形体，在粘合剂固化前在模具成形体上散布一层颗粒。可以采用很多方法在成形表面上形成珠子的层。颗粒可以与粘合剂混合然后作为糊状物散布在成形表面上。可替换地，可以通过多种方法之一将珠子积淀在成形表面上，然后通过粘合剂对珠子进行处理例如进行喷洒以形成所需的珠子与粘合剂的混合。
可以通过向所述层的表面应用第二模具成形体使位于成形表面上的珠子和粘合剂混合的层进行进一步成形和紧密。这可以采取实心模具成形体的形式或可以采取膜的形式，通过液压或气压使该膜抵靠着层的表面。在阳成形体是透明的情况下可以穿过直接抵靠层的表面的阳成形体施加固化光，或穿过用于对层的表面进行挤压的任何构件施加固化光。因此用于压紧层的膜或成形表面自身优选为透明的。
在使颗粒层固化后，优选地在该颗粒层上积淀一个或多个较大颗粒的层，并且每个较大颗粒的层优选通过使用光固化粘合剂结合以对表面层形成多孔加强。
粘合剂优选为丙烯酸粘合剂。优选地考虑被结合的颗粒直径对粘合剂的粘度进行选择，但是该粘度优选为低粘度如从30到150mPa(Brookfield@25℃)，例如约70mPa。
在将多孔模具从成形体移除后，可以将粘度优选低至5mPa的UV固化粘合剂穿过模具排出以薄薄地涂覆全部的颗粒和颗粒之间的连接处。多余的可以在进行UV固化前通过真空排干。可以重复该过程以根据需要调整模具的强度和多孔性。需要考虑颗粒的特性和尺寸对相对于特定材料量的粘合剂量进行选择，但作为指导，该相对于特定材料量的粘合剂量优选处于粘合剂重量：珠子重量为1∶3至1∶8的范围内，更优选地处于1∶4至1∶5的范围内。
本发明在第二方面包括一种多孔模具，该多孔模具包括由通过光固化粘合剂彼此结合的颗粒构成的模制表面，该多孔模具的优选特性如上所述。
本发明在第三方面包括用于形成多孔模具的表面的方法，该方法包括在成形表面上积淀一层可熔的塑料颗粒以及对所述层进行烧结。颗粒可以是塑料珠子，例如聚丙烯珠子，并且所采用的热输入优选地被控制以产生所需程度的多孔性。
如此形成的表面层的厚度优选从2mm到8mm。优选材料为聚乙烯或聚丙烯珠子。优选的颗粒为直径从0.2mm到2mm。
在此类典型工序中，可将经计量的量的塑料微粒与可溶微粒如氯化钠混合，并且可将该混合物压缩在两个导热(例如，金属的)成形体之间。可以适当地在炉子中对该组件进行加热，以使塑料充分地融化从而以形成包含容纳可溶颗粒的连接多孔结构(linked porosities)的连续结构的程度在介于其间的可溶颗粒之间流动。然后可将可溶微粒滤出以留下无平滑表面的多孔结构。一般地，所得到的模具材料可以是约55％的塑料对45％的空隙(以体积计)。可以进行该工序以形成越远离模具表面多孔性越增大的层。
可以将较大颗粒结合至烧结层的表面以在将该烧结层从其得以成形的表面去除前对该层进行加强。
在第四方面，本发明提供用于形成多孔模具的表面的方法，该方法包括：将多孔的烧结塑料颗粒片置于成形表面；以及通过施加热而将该片形成至该表面。为了用于本发明的此方面中，可以利用通过对塑料珠子进行烧结而形成的片，其具有适当的多孔性。可以将这些片应用于阳式形状上，并且可以对这些片进行热成形以获得该阳式的形状。如上所述，可以对所得到的烧结颗粒的成形层进行加强以形成多孔模具。
在该工序的变体中，可将这种多孔的片材的部分彼此结合成壁以制造出3维模具形状，例如箱形模具。该模具例如可以通过在模具壁的非模制表面侧结合肋部、隔板、或框架来进行加强。
在第五方面中，本发明包括形成模制物品的方法，该方法包括：将处于悬浮液形式优选为纤维的颗粒悬浮液给送至以上根据本发明的任一方面所述模具的模制表面；以及经由所述多孔模具抽吸所述悬浮液以将所述颗粒在所述模具表面上积淀为成形的物品。
优选地，该方法包括通过向物品施加压力以抵靠所述多孔模具的表面将悬浮液从所述成形的物品进一步排出。这可以通过适当地在挠性不可渗透膜后侧施加气动或液压压力使该膜压靠物品来实现。该膜通常还将使模制产品紧密并赋予该产品更加平顺的非模制表面，如果该膜具有表面图案，那么该非模制表面可以具有纹理。在希望通过膜进行成形的情况下，在纸浆为半湿的时候即在纸浆通过真空完全吸附在褶皱的表面上之前采用膜。此外，可以在去除膜之后并在脱模之前进行干燥。
待模制的处于悬浮液形式的颗粒优选为纤维质纤维，例如，纸纤维。可选地，可将第一层高等级纸纤维进行积淀以形成模制物品的表面，然后通过使用较低等级的纸纤维对如此形成的表面层进行加强以形成物品的主体。第二层可包含如玻璃纤维、塑料纤维或草纤维等纤维以提高强度并减少收缩。可选地，最后可以积淀另一层高等级纸纤维以形成物品的另一表面。
用于对物品在其处于湿状态下进行进一步处理的材料可以从模具的内部向外部或在相反的方向上穿过多孔模具作为回洗。这些材料可以包括用于封死颗粒或使物品不可透过液体的树脂。为了便于在将模制物品取出后对模具进行清洁，可以再次采用回洗。优选地，模具的多孔性使得模具不是非常能透过液体流而水在不施加压力的情况下将以相当大的速率排出，否则可能难以在压力下用回洗液填充位于模具之后的空间。如果模具表面是疏水的，那么在给定多孔性的情况下可以实现对水流的更好抵抗。
空气可以在任何方向上穿过多孔模具以对物品在其脱模前进行干燥。在模具中对物品进行一些热空气干燥可能起到对湿的物品进行加强并减小在脱模后进行干燥期间出现的任何后续变形的作用。
空气可以与回洗液同时或自身在回洗方向上流动以有助于将残留颗粒从模具表面上提起。而且，可以在将残留颗粒从模具表面上清除时在模具表面上使用压力清洗喷射。
本发明在第六方面包括模制机，该模制机包括：模具箱，该模具箱具有限定用于接纳模具插入体的凹腔的基部和侧部；多孔模具插入体，可移除地接纳在所述凹腔中并封闭所述凹腔，并且多孔模具插入体的模制表面朝向所述模具箱外侧，所述模具箱内的空间由所述模具插入体覆盖并封闭，所述模具箱具有穿过其基部或侧部到达所述空间的至少一个管道；用于覆盖多孔模具插入体的所述模制表面以限定模制凹腔的装置；以及用于将处于液体形式的颗粒悬浮液供应至所述模制凹腔的内部以将该颗粒悬浮液积淀在所述模制表面上从而形成模制物品的装置。
多孔模具插入体优选为以上根据本发明前述或以下方面所限定的多孔模具。在模具箱中使用单独的模具插入体在对将要通过该一般类型的模制机生产的物品进行改变方面提供了灵活性。
优选地，模具箱包括：进入所述空间的管道，用于施加抽吸以穿过模具插入体抽回空气和液体；以及一个或多个单独的管道，用于将液体或空气注入所述空间中以使该液体或空气在相反方向上穿过多孔模具插入体。
当然，用于封闭多孔模具以形成模具凹腔的装置可以是容纳在第二模具箱中的第二模具插入体，两个多孔模具插入体共同限定待模制物品的形状，如在两个多孔模具插入体之间轴向分割开的瓶子。然后，可以将纤维或其它颗粒的悬浮液经过瓶子或类似模制物品的颈部方便地供应到模具凹腔中。
在第七方面，本发明提供一种多孔模具，该多孔模具具有通过烧结金属颗粒形成的模制表面。优选地，颗粒的形状基本为球形。适当地，颗粒由磷青铜制成。通常，人们发现可以在多孔模具的整个深度范围采用单一尺寸的金属颗粒。一般认为3至8mm厚度的模具具有充足的强度。
球体优选地具有从0.25至1.00mm的直径。
优选地，通过多孔模具对纸纤维原料进行过滤以在该多孔模具上积淀出模制形式，通过包括施加压力以将水从模制形式挤出步骤的工序对该模制形式进行干燥，优选地通过将加热的高压空气应用至模具对该模制形式进行干燥。
附图说明
参照附图对本发明进行进一步地描述和说明，其中：
图1以剖切立体图示出了根据本发明的模具；
图2示出了穿过用于制造根据本发明的模具的阳模具形式的横截面，包括使用透明的膜使所采用的颗粒与光固化粘合剂的混合物紧密；
图3示出了穿过用于制作根据本发明的多孔模具的阳式表面的横截面，包括使用透明的阴形式使颗粒与光固化粘合剂和混合物紧密；
图4示出了根据本发明的模制机的模具箱和模具插入体；
图5A至5D示出了穿过在模制内螺纹物品中使用的根据本发明的模制机的模具凹腔的横截面；
图6A至6C示出了用于制作模具的可替换过程，其适用于深模具；
图7图示了将过滤体的部分焊接在一起以制作模具的过程；
图8是对于根据本发明的模具的关于颗粒直径对微孔尺寸的曲线图；
图8A至8C图示了由球体制成的模具的特点和优点；
图9是第一操作阶段中的穿过本发明的模制设备的横截面；
图10是图9的设备处于第二操作阶段的类似横截面；
图11至15示意性地图示了在图9和10的模具中制成的模制物体的干燥和移除；
图16是参照图9至15所描述的完整模制操作的示意性流程图；
图17示出了根据本发明的模制设备的可替换形式；
图17a示出了用于由活塞产生压缩空气和/或真空的装置；
图18示出了用于封闭模具的模制设备的可替换形式，如瓶子；
图19示出了根据本发明的用于供应纸浆的液化设备；
图20a示出了带槽孔液化器(liquidiser)；
图20b示出了带槽孔液化器的头部的斜向视图；
图20c示出了具有同轴的带槽孔部分的带槽孔液化器。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的模具包括表面层12，表面层12由使用光固化粘合剂相互结合的小直径珠子(例如3mm)构成，其中该光固化粘合剂不会填充珠子之间的所有间隙，使得所得到的层为多孔的。在该表面层12后侧示出了由以类似方式结合的较大直径的珠子构成的层14，该层14起到加强表面层12的作用。更较大直径的珠子16在层14后侧形成又一加强。为了便于穿过模具排出液体，设置了穿过较大直径珠子层的凹腔31。
图1模具的厚的多层构造12、14、16提供了相当大的强度。在许多应用中，小直径珠子5到10mm厚度的单一层可以提供充分的强度。图6、7、9至15、17和18所示的模具被示出为具有在大多数应用中为优选的这种单一层。
多孔模具作为模具插入体10支撑在模具箱20中，模具箱20具有侧部和基部22。多孔模具插入体10的底部25在模具箱的基部22前停止从而留下凹腔24。孔口26与用于施加抽吸的凹腔24相通以将液体从模具中去除。
图1所示的模具插入体用于瓶子并设置为两个半部，这两个半部可以分离以移除内部形成的瓶子。可以提供用于所有种类物品的模具。如果物品是敞开的，如蛋托盘，那么模具插入体也可以是敞开的，即无需为两个半部。
如图1所示在例如用于瓶子的封闭模具的情况下，管子27被设置以经过颈部引入纸浆。虚线示出了延伸到离瓶子底部几厘米位置的可替换长管。在供应纸浆混合物以填充模具并应用抽吸以将纤维吸附到模具上之后，经过管子引入另外的纸浆混合物、洁净水、或由水跟随的另外的纸浆，使得混合物的水平保持一会儿从而在施加真空时在不供应纸浆纤维的情况下使模具的上部不遗留，这可以在那里仅产生薄的纤维涂层。
在将瓶子从模具中移除后，可以通过在瓶子上布满乳胶来使其防水。这可以通过在瓶子中填充液体乳胶并将多余的倒出来实现。
图2和3中图示了制造模具插入体10的第一示例。在图2中，使用成形体30以限定模具插入体10的表面12的形状。将一层小直径珠子与光固化粘合剂的混合物作为层12涂在模具成形体30上。该层例如可以通过将直径约0.3mm的玻璃珠子或丙烯酸珠子与粘度处于70mPa(Brookfield@15℃)范围内的光固化粘合剂按对于丙烯酸珠子而言粘合剂重量与珠子重量之比为1∶4.5的比例(对于玻璃或其它材料而言，根据丙烯酸与该材料的相对密度对该比率进行调整)进行充分混合来形成。该比例确保了珠子仅涂覆有正确量的粘合剂，从而确保了珠子之间的微孔保持敞开。这种混合物具有湿砂糖的稠度并且容易作为糊状物而涂覆在成形体30上。为了使糊状物层平坦，设置挠性膜32。将该挠性膜32在其边缘处固定于围绕成形体30的壁34的顶部。在膜32与位于膜32上方的顶部36之间限定气体空间35，将气体注入该气体空间中以在层12上方向下推动膜32。膜32是透明的，顶部36也是透明的，应用穿过顶部36和膜32的UV光几秒钟以使层12固化。
之后，如果需要更坚固的模具，那么将与粘合剂类似混合的较大直径珠子作为后续层涂覆在层12上并以类似的方式进行固化，在这些之后的阶段中通常需要更长的固化时间。
在图3所示的可替换设置中，将成形体30设置为与之前相同，并以相同的方式构成层12。将表面形状与成形体32的表面形状互补的透明塑料(例如光亮的丙烯酸)块体38压在层12上以使层紧密和平坦，并应用穿过块体38的UV光以使层12固化。
阳成形体30、膜32和块体38均可以涂覆有离型材料(releasematerial)以便于层12从阳成形体30、膜32和块体38上移除，适当的离型材料已众所周知，如硅酮蜡、有机蜡和PTFE。而且，如果成形体30的各部分非常陡峭使得珠子-粘合剂混合物在其凝固前向下流动，那么这可以通过在成形体30、膜32和块体38上涂覆油脂或粘合剂来减轻以降低该混合物的流动。
作为丙烯酸的可替换方案，珠子可由玻璃制成。
在图4所示的模制机的部分中，设置有模具插入体40，模具插入体40是参照图1至3所述而准备的多孔模具。模具插入体40被成形为每个角具有一个肩部42，如下所述，通过肩部42模具插入体40可以保持就位，并且模具插入体40具有由光固化的珠子形成的表面12。
插入体40装配到具有侧部44和基部48的模具箱44的开口顶部中。侧部46包括向内突出的凸条50以提供与位于模具插入体外部的向外突出的凸缘52抵靠的抵接部，从而使模具插入体外部的底部位于模具箱底部48的上方以在其中限定出凹腔54。模具箱设置有多个通向其内部的孔口。第一孔口56用于将材料注入凹腔54中并设置有阀，通过该阀可以关闭孔口56。位于模具箱相反端的孔口(未示出)用于将材料抽吸出凹腔54。
模具箱44具有配装面58，可以将容纳类似模具插入件40的类似模具箱配装抵靠在该配装面58上(例如以生产封闭的物品，如瓶子)。设置围绕配装面58延伸的密封条60。如图中的放大细节所示，模具插入体40的边缘部62通过充满随后将采用UV光固化的粘合剂而成为非多孔的。这是为了防止纸纤维积淀在两个模具插入体半部之间的连接处。
模具箱44在一个侧部壁中具有切除部64，在切除部64中接纳有颈部-定位衬块66。颈部-定位衬块66接纳模具插入体40的颈部。为了模制不具有颈部的物品(例如敞开的物品)，衬块66可由实心块体替代，模具半部40可由具有适当形状的模具插入体替代。然后可通过位于抵靠模具插入体40表面的封闭板(或腔室-参见之后的示例)中的孔洞实现纸纤维料浆的供应。
模具插入体40通过夹紧构件70(为了清晰而仅在图中示出一个)保持在模具箱中，夹紧构件70通过螺栓72(旋进位于模具箱中的螺纹孔73中)保持在模具箱中并支撑在肩部42上。因此，模具插入体40可容易地从其各自的模具箱中移除，并且可以通过使用可替换的模具插入体快速地构造模制设备以生产具有不同形状的物品。
在使用中，供应的纸纤维料浆被泵送到模具的内部。例如，对于贯通的封闭模具而言，所要铸造的是由模具形状所限定的瓶子颈部，对于敞开模具，纸纤维料浆被泵送到腔室中或经过紧靠模具密封的封闭板被泵送到腔室中。对模具凹腔54施加抽吸以经过多孔模具抽出液体，从而在模具内部积淀纤维以限定物品。(对于封闭模具，对两个模具半部的凹腔54施加抽吸)如果具有微孔的模具在模具上的通风是平顺的，那么通常形成平顺的纤维涂层。
可以利用孔口56来注入回洗液。在封闭物品中经过颈部提供干燥气体，或者在敞开物品的情况下通过56进行通风将干燥气体提供到腔室中或密封在模具上的板中。
由于在模具插入体的表面层12中可获得精细的纹理加工，因而可以制成要求良好质量的表面光洁度的物品。此外，表面光洁度可以提供一种或多种效果如模拟的木头纹理或皮革纹理，只要简单地将这些纹理并入用于制成表面层12的阳成形体30上刻出的图案中即可。
另外，由于模具插入件40的精细纹理加工，在模制物品中为成功脱模而所需要的水量远低于采用丝网模具。这又允许生产出具有深得多的凹腔的物品，该物品在干燥前不会毁坏(对于传统的丝网模制而言会出现这种情况)，而且这还允许使用设计用于在脱模之前将液体从模具中生产出的物品中排出的技术。为了向模制物品的内部施加压力以经过多孔模具将水排出，人们可能采用通常与图2所示的类似的膜。在图4所示的瓶子模具或任何其它封闭物品的情况下，人们可通过瓶子颈部引入气球并使该气球膨胀以将瓶子内侧压靠在模具插入体表面上。
如图5A至5D所示，通过这种技术人们可以以过去不可能的方式制成具有成形内表面的物品，这里的示例是用于瓶子的螺纹盖。因而，图5A示出了具有模具表面12的多孔模具，在表面12上积淀有包括纸纤维料浆层72的物品，并且可缩回中空心轴74插入到表面12中。可缩回中空心轴74在其外侧带有呈成形橡胶(例如胶乳或硅橡胶)杯形式的挠性成形体76，挠性成形体76在其嘴部密封至心轴74的外部但在其内部限定用于接收流体的空间78，流体例如可以是加压气体或不能压缩的流体如水。当从多孔模具的后侧施加抽吸时，流体被泵送经过中空心轴并进入空间79中以推动橡胶杯76抵靠纸浆物品的内表面。杯76具有限定螺纹80的形状，螺纹80被压印在模制物品72的内表面中。优选地，使杯内部的压力振荡(但优选地保持为正)；这使物品的纸纤维紧密、使其更好地符合物品的形状并有助于将水从纤维去除。
之后，将不能压缩的流体78从心轴收回，将杯抽吸回到心轴上以使杯可从模制物品上移除而不会损坏压制的螺纹形式。可替换地或另外，通过经由与杯和模制物品之间的区域相通的孔口77引入另一流体优选为压缩空气而使杯76缩陷。这有助于将模制物品保持在邻近模具表面的位置而不会因粘杯上从其所处的位置被拉离该表面。
之后，可将模制物品72从多孔模具移除并可对其进行干燥。
可替换地，可对物品在原地进行干燥。优选地，首先通过处于环境温度下的压力振荡的压缩空气进行干燥操作。这样将水含量从75％减少到30-35％。这种振荡作用对于将水从内部中空的纸浆纤维中去除是相当有效的。第二干燥步骤应用加压热空气，通常为1-2巴(bar)，该加压热空气穿过模制纤维材料以将水含量减少到5-8％。
存在可制造适当纸浆模制纤维的各种可利用的球形材料，玻璃、塑料、铁类金属和有色金属，后者由于其抗拉强度和腐蚀特性而被认为是最适当的。
每种球形材料可能需要不同的结合技术，这些技术将确保均匀的机械结构和多孔性。
为了其它目的，过滤体的制造已经是商业上公知的技术，通过使用磷青铜球体制作这种过滤体以提供小型的简单几何形状(如用于气动空气过滤体)，并且一般采用简单的单一“主模具(master mould)”部件以在热处理过程中容纳球体。
通过采用振动以在“主模具”中使磷青铜球体紧密来实现这种多孔过滤体的制作，“主模具”通常由具有低膨胀系数和熔点明显高于磷青铜材料的材料制成。
为了对更复杂和精密的多孔过滤体形状进行商业生产，提出了如图6A至6C所示的不同技术。根据本发明的“主模具”60包括“阳”(或“型芯”)部件61和“阴”(或“凹腔”)部件62，阳部件61和阴部件62被形成为所希望的3维轮廓以提供在磷青铜球体保持抵靠的、且发生热处理的两个面之间具有均匀距离的凹腔。(由此制成的模具的均匀厚度确保了使用模具时所制成的纸纤维层的均匀厚度。)
该过程开始于使主模具夹在一起并振动(图6A)，并通过连接到内部凹腔的适当定位的孔洞64将磷青铜球体63倒入。这将使球形材料紧密，从而在完成该过程时确保均匀的结构和多孔性。
然后对容纳磷青铜球体的“主模具”均匀地逐渐加热到一般处于600℃与700℃之间的受控温度。球体的紧密和加热使球体熔合或烧结在一起。然后在球体进入液态之前，模具被逐渐冷却(图6B)。图6C示出了最终的模具，其中箭头指示模制表面。
热处理过程导致球体些许的轻微变形但并不明显，热处理过程对用于该应用的过滤材料的性能几乎不产生影响。可由碳块机械加工出模具的凹腔部分，碳是热的良导体并且在用于烧结的约650℃温度下是稳定的。图6B中指示出了完成的模具在冷却后相对于主模具的相对收缩。因此，主模具的阳部件61由可压缩材料制成(无论是可弹性压缩的还是可变性压缩的(例如，软质粘土或石膏))。
图7示出了可由零件组装模具的方法。零件67、68可通过上述方法中的任一种制成。如图所示，每个零件可预成型为具有处于不同角度的过滤体表面，或可以是简单的平坦零件。零件抵靠在一起然后例如通过激光焊接或等离子焊接(对于磷青铜零件而言后者是优选的)而焊接在一起。这种制造模具的方法克服了烧结过程的缺点，在烧结过程中，很多烧结炉是小型的，仅允许制造尺寸为10-15cm的零件。其还克服了烧结较大物体的问题，其中可能因不均匀加热或烧结过程中下压的模具颗粒重量而引起微孔尺寸不均匀(这可能导致厚度不均匀的纸浆积淀)。
如图7的放大部分所示，对于激光焊接而言，焊接的宽度(深色部分)通常为1.0-1.5mm。优选地从外侧表面进行焊接以使对模具的内侧模制表面的损伤最小化。
对于形成因过深而无法通过上述技术制成的模具时，该方法相当有用。(图6的技术也可能具有其局限性，因为如果模具过深，那么铜质球体的重量可能使封闭球体之间微孔的下层压紧。)
一般，由这种球体形成的过滤体的表面提供了均匀的通风区域，这是确保最终形成的纤维涂层具有均匀的密度和厚度的重要要求。
可以通过相应增加或减小所使用球体的直径对在任何3个球体相会的位置处形成的孔洞的尺寸进行选择。图8示出了描绘磷青铜球体的直径相对于烧结之后球体之间的空气通道横截面积的曲线图。图8A示出了孔洞81在过滤体中的位置。
一般应当对该孔洞的尺寸进行适当选择以适应更高的过滤压力(高达10巴)、被过滤的纤维材料的尺寸和长度、纤维质量对水的比率(通常分别为1∶99)、细粒和通常在再生纸浆纤维材料中发现的其它杂物。(“细粒”是造纸领域的用语并包括如粘土、墨颗粒等物质。)通常，0.6与0.7之间的球体尺寸是适当的。更小的微孔可能被阻塞，而较大的微孔可能对物品形成粗糙的表面光洁度，这可能并非总是令人满意的。
以此方式由球体制成的表面还提供了坚固的稳定区域而不会产生可能将纤维材料卡在或夹在过滤体表面上的任何底切(undercut)或锋利边缘。图8C示出了位于传统丝网过滤体上的纸纤维层和将纸质物品锁定在丝网上的底切82。(我们的试验显示，如果对物品如本发明中所优选地施加超过压力0.8巴的压力，那么在传统丝线过滤体上可能形成底切。)由于纤维质量吸附在根据本发明的过滤体的球形颗粒表面上(图8B)，因此在通向位于任何3个球体相会处的每个孔洞81入口处使纤维质量压缩。
每个球体所形成的凸形表面或圆顶效果允许在较深和较复杂的模制表面上获得更陡的出模角(draft angle)。(“出模”角是为了从模具脱离物品的相对竖直侧面所需的离开竖直方向的角度。)过滤体的表面结构非常有助于将完成的部件从模具中移除，因为部件的竖直面压紧球体表面、并在球体表面上上缩(ride up)和滑动。
使用这种过滤体材料对纸浆纤维成形和定形提供了显著的节能效益、显著地改善了常规丝线网过程并省略了导致常规纸浆模制过程需要使用过度能量的3个主要因素。这3个主要因素是(a)液力碎浆机的使用、(b)真空、和(c)干燥炉。
(注意：一些球体通过将镀镍铜丝切成与其直径相似的长度而制成，这将产生呈短圆柱体形式的材料；这里所使用的用语“球体”涵盖材料的那种形式。然而与制造球体的一些可替换方法相比，这可以产生尺寸和形状更一直的颗粒。)
用于常规模制过程中的液力碎浆机将纸张或纸板破碎成纸浆模制原料，将材料分离为单独的纤维。在纸浆适用于在丝网模具上真空成形之前这需要约10-15分钟来实现。
在本发明中所使用的纤维水混合物优选地相应具有1∶99的比率。任何比此大得多的比率，材料流动特性将降低并且难以输送悬浮的纤维材料以及在模具上获得均匀的涂层。(处于0.5∶99.5至1.5∶98.5之间的比率应该是纤维对水的优选范围。)
为了使用球体模具，已经研制了一种新形式的模制设备。(对于进行生产而言，一般采用烧结的磷青铜模具，但是对于原型设计而言，尽管不太耐久可以采用由玻璃球体或丙烯酸球体制成的模具。)图9至15示出了这种设备的示例。所示设备包括模制腔室组件，该模制腔室组件包括通过图9和10中所示的点划线区分的上部腔室114和下部腔室110。这两个腔室的相对面通过压紧设备或类似设备保持夹紧并密封在一起。
上部腔室114具有由带孔洞的板104分隔的环绕侧壁。盖板通过螺栓连接至侧壁的上表面并通过O形圈113密封至侧壁的上表面。在盖板中设置有供应孔口101，还设置有流出孔口102，盖板与带孔洞的板104之间的空间形成集流腔103。
下部腔室110由一般为圆筒形的、顶部敞开的杯形成，在下部腔室110中活塞109安装在连接至液压缸112的轴上。活塞109通过另一O形圈113a与杯的内部形成液密密封。回洗液流入孔口111由穿过所述杯的基部中的孔且与活塞109中的孔螺纹接合而终止的管形成。
在活塞109上方，模具107被接纳在位于所述杯的顶部中的环形凸条上，并且模具107通过卡在上部腔室114与下部腔室110之间的环形件105夹紧就位并通过上部和下部O形圈113b密封。
活塞109与模具107之间的空间形成回洗腔室108，而模具与带孔洞的板104之间的空间形成模制腔室105。
在活塞119处于位置“B”、纸浆流入孔口111关闭且允许流入/流出孔口102排出的情况下以“回洗”开始循环，经由流入/流出孔口111使回洗腔室108充注“洁净”水到过滤体107的基部。在流入/流出孔口111关闭的情况下，活塞109通过液压缸112快速地伸展到位置“A”，迫使压力均匀的“洁净”水经过模具或过滤体107的整个表面并立即进入上方的模制腔室115中。
通过关闭流入/流出孔口102和111以及打开纸浆供应孔口101开始模制部件。当活塞109通过缸112从位置“A”缓慢地缩回到位置“B”时，进来的纸浆经由纸浆分配集流腔103进入模制腔室105，从而与回洗的水混合，活塞使纸浆纤维均匀地吸附到模具表面上。
通过使用活塞109并结合在活塞行程中以合适时间打开和关闭流入/流出孔口101和102来重复该模制工序，可以使另外的纸浆纤维材料层均匀地吸附在模具表面上，直到实现希望的纤维堆积。如图16中示意性地所示，可以经过同一流入孔口101吸附由可替换的原料形成的另外的纸浆纤维层。
能够改变后续的纸浆纤维材料层的成分提供了采用现有模具技术不可能实现的额外益处。例如，积淀在模具表面上的初始纤维涂层可以是具有良好的光洁度、外观为“白色”的原浆材料，其之后可使用“灰色”不太昂贵的再生材料以提供所需强度。
由于能够改变纸浆原料的类型和尺寸，因此其厚度和颜色也可以产生一些非常令人满意的结构性和装饰性结果。
当部件仍保留在模具中时，启动第一阶段的干燥或水的抽出，从而在最终将部件顶出以进行最终干燥以及模制循环再次以回洗程序开始之前能够抽出50-60％的水。
在纸浆供应孔口101关闭、活塞109处于位置“B”以及流入/流出孔口111打开以排干水的情况下，依据部件的厚度，使加热的压缩空气(在该示例中处于7-10巴并处于60-70℃)经由集流腔103进入模制腔105中约3-10秒。这将使水离开模制部件并同时对其进行加热，从而在模具腔室打开时产生进一步的蒸发。
然而，最近在较高温度下进行的试验表明，通过将压缩空气加热到400-500℃并在1-2巴范围内进行供应可以获得更有效的操作。这减少了进行干燥所需的能量，并且由于温度高得多，因此干燥更快且减少了用于制作物品的循环时间。(注意，如果模具由胶合在一起的球体制成，那么这样的温度太高，因为该温度可能会损坏模具)
在回洗腔室108完全排干、活塞109仍处于位置“B”、流入/流出孔口111关闭以及容纳流入/流出组件101和102的腔室114的顶部去除的情况下(图11)，启动成品部件的顶出。活塞109通过缸112快速地伸展，对成品模制部件之后的空气进行压缩，从而使该成品模制部件从过滤体表面顶出。与此同时，如图11所示，成品模制部件由运送头115收集并传送以进行后续干燥。
该模制系统的一个优点在于，物品在模具上进行现场干燥。这样将不存在任何收缩或存在非常小的收缩。这使得模具设计更加简单，因为可以将模具的形状和尺寸直接确定为所希望物品的形状和尺寸而无需考虑收缩。
图11到15图示了顶出工序和最终的干燥过程的完成。顶出的部件117(图11)通过类似定型的互补模型116被运送离开模制腔室，类似定型的互补模型116也由具有0.5-1.0mm直径的一般球尺寸的多孔球体过滤体材料制成。经由流入/流出孔口118进行抽吸，从而将模制部件在其运送到图12的干燥腔室119的过程中倚靠运输头115。在此位置，通过将经由流入/流出孔口118的压力从吸入反转为吹出而使模制部件顶出，从而将成品模制部件117转移到干燥腔室119中。
图13示出了夹在分别位于上腔室组件120和下腔室组件119中的两个相对的模具过滤体116与107之间的模制部件117。穿过流入/流出孔口121施加加热的压缩空气，该加热的压缩空气被迫穿过模制部件117的纤维，对模制物进行干燥直到实现5-7％的水含量。同样，物品在成形模具上的该干燥排除了成品部件的任何误成形或收缩，而在常规的模制和干燥过程中出现这种误成形或收缩却是主要问题，只能通过使用昂贵的机械和额外的工具克服这种主要问题。
图14示出了通过使用上部组件并经由流入/流出孔口121施加抽吸从干燥腔室移除的成品干燥部件117。
图15示出了正被运送并被顶出到传送带122上以进行包装和运输的成品干燥部件117。
在最近测试中发现，在模具107中以400-500℃的温度和1-2巴的压力使用第一阶段干燥，将使水含量减少到足以满足大多数目的的水平(5-8％)，图12-14的单独干燥阶段未采用，因而不提供任何额外的益处。
如上所述，在“液力碎浆机”内开始常规的纸浆准备。该设备包括直径达8米、深度达4-5米的大圆筒形腔室，并在其底部具有缓慢转动的两个大的刀片转子。该转子在水的辅助下将废纸一般以预定粘性破碎为单独纤维，该预定粘性在常规造纸中通常为5份纸对95份水。在材料可适于通过疏解机(de-flaker)进行加工之前该过程可能需要10-12分钟完成，疏解机是用于在使用纸浆纤维料浆前对其进行精制的设备。
需要具有这种物理尺寸的设备以能够加工大量的纸，通过使转子的速度和运动能够粉碎固体纸团，当固体纸团搅动并自身摩擦时使固体纸团破碎为单独的纸浆纤维。
这种常规的液力碎浆机可用于向本发明的模制装置供应纸浆，但是对于图16所示的示例性设备，以下稍后所述的液化过程是优选的。
图17示出了模制设备的可替换形式1700。为了便于与图9的设备进行比较，相似的部件被赋予相似的标号，即具有相同的最后两位。该设备具有容纳往复活塞1709的缸体1710，缸体和活塞限定下部腔室或回洗腔室1708。活塞通过液力压头1712移动。
对于活塞通常优选的是，活塞和缸体的横截面是圆形的。与缸体横截面类似的缸头1714在缸体上方安装在液力压头1530上，缸头1714的端部附接至接近缸头上端的板1731。缸头和缸体的相对面可以通过由压头1730所施加的力夹紧并密封在一起，或者压头可使缸头缩回以便移除模制物品或更换模具。
在缸头的侧壁中设置有纸浆供应孔口1701，还设置有热空气流入/排出孔口1702和冷空气流入孔口1732。通向孔口1702的集流腔1733分支为分别用于供应热空气和通向排气口的管道1735和1734。从30kW的热交换器1743供应热空气，该热交换器1743的kW功率可以变化并可与进行干燥的模制产品的表面积成比例。
在下腔室1708中，活塞1709是杯形的并通过O形圈1713与缸体的内壁形成液密密封。回洗液流入孔口1711由位于所述杯的基部中的孔形成，并且所述杯具有从活塞下侧通向回洗液流入孔口1711的管道。类似地，活塞设置有排干流出孔口1744和从排干流出孔口1744引出的管道。
在活塞1709上方，模具1707被接纳在位于缸体1701顶部的环形凸条上并通过缸头1714侧壁的下缘夹紧就位。下缘设置在位于缸头侧壁的下端的环形突起部上，该环形突起部装配在缸体侧壁的上端内。
缸头还设置有硅橡胶成形体1737。该成形体1737的形状与模具1707的形状互补或至少大致互补。成形体可通过安装在缸头板1731的顶部上的成对气动缸1738移动以与模具接合，成对气动缸1738的轴穿过位于板中的孔直到位于缸头内部的成形体1737。
活塞1709与模具1707之间的空间形成回洗腔室1708，而缸头内部处于模具1707与成形体1737之间的空间形成模制腔室1705。
纸浆供应孔口1701通过管道连接至压射腔室1739，该压射腔室1739具有用于对其充填纸浆(例如从液化器)的孔口1740和用于引入添加剂的孔口1742。
添加剂可包括颜料、除草剂、杀菌剂和蜂蜡(用于防水)等。
该设备以如下方式进行操作。
在“回洗”之前开始循环，缸头1714降低以与模具密封模制腔室1705接合。此时，活塞1709处于其下侧位置B，并且除排气口1702/1734外所有孔口关闭。回洗流入孔口1711打开，回洗腔室1708充填有“洁净”水直到模具1707的基部。然后流入/流出孔口1711关闭，通过使用液力压头1712使活塞1709快速地伸展到其上侧位置A，从而迫使压力均匀的“洁净”水穿过模具1707的整个表面并立即进入上方的模制腔室1705中，该洁净水使任何的纤维或细小物从模具表面脱离，否则可能会阻塞模具表面。当活塞处于其上侧位置A时，使用恰好足够的回洗液覆盖模具。例如在较大模具上，使回洗具有超声波脉冲以有助于去除任何污染物也可能是令人期待的。
当此情况出现时，压射腔室1739经由孔口1740充填有用于物品的正确量的纸浆，该量通过重量传感器1741确定。如果需要，可经由孔口1742将如上所述的添加剂添加到纸浆射流中。
通过关闭孔口1711并打开纸浆供应孔口1701开始进行部件的模制。在排气孔口1702仍然打开的情况下，纸浆料浆进入模制腔室并与包含从模具上洗下的物质的回洗水混合。(不需要倒掉回洗水；回洗已经起到清通模具的作用，并且其容纳物可与纸浆射流混合而不产生有害作用。
然后当活塞109通过压头1712从其上侧位置缩回到其下侧位置时，这将在过滤体模具下方产生真空以使纸浆纤维均匀地吸附在模具表面上，纸浆中的大部分水穿过模具进入回洗腔室1708中。然后缸中的排干孔口1744打开一段时间以将回洗腔室的水去除。
通过重复该模制工序，可使另外的纸浆纤维材料层均匀地吸附在模具表面上直到实现所希望的纤维堆积。该另外的纸浆纤维材料层可由可替换的原料源吸附而成。在层之间可通过在排气孔口1744打开的情况下使活塞前行而将活塞重新定位至其上侧位置，使得回洗腔室1708中的空气经由排气孔口1744排出，而不是被推着通过模具使纸浆层从模具脱离。
同样，能够改变后续纸浆纤维材料层的成分提供了使用现有模制技术不能实现的额外益处。例如，积淀在模具表面上的初始纤维涂层可以是具有良好的光洁度、外观为“白色”的原浆材料，在其之后可使用“灰色”不太昂贵的再生材料以提供所需强度。
由于能够改变纸浆原料的类型和尺寸，因此其厚度和颜色也可以产生一些极为令人期待的结构性和装饰性结果。
一旦所需数量的层(一个或多个)积淀在模具上，则通过气动缸1738将硅橡胶成形体1737压入纸浆表面中以产生所希望的光滑表面光洁度或装饰性纹理。
然后在部件保持在模具中的情况下进行空气干燥或水的抽取。如上所述，试验已经表明通过将压缩空气加热至400-500℃并在1-2巴范围内供应该加热空气能够实现有效的最终干燥。经由热交换器1743和集流腔1733供应压缩空气；压缩空气从热交换器1743和集流腔1733起穿过物品和模具1707，然后经由孔口1744排出。这使用较少的能量，并且由于温度高，因此干燥更快且减少了用于制作物品的循环时间。此外通过在环境加压空气优选地使其振荡的条件下进行上述高温干燥可以节省能量。这可用于在最终的热空气干燥前将水含量减少到30-35％，使得最终的热空气干燥可具有更短的持续时间并且将水含量减少到5-8％。
尽管已经发现400-500℃的空气干燥温度是有利的，但是500-600℃的更高温度干燥得更快。一般，400-800℃的范围是优选的。
如上所述，干燥空气的优选压力并非如一开始所想的那么高，这可能是因为在高压下迫使空气穿过得太快而无法实现有效；一般，0.5-2巴的范围是优选的。
在回洗腔室1708完全排干、活塞1709仍处于位置“B”、孔口1744和1711关闭并且腔室1714的顶部去除的情况下启动成品部件的顶出。活塞1709通过缸1712快速地伸展，对成品模制部件之后的空气进行压缩，从而使该成品模制部件从过滤体表面顶出。与此同时，成品模制部件由运送头(图17中未示出但在图13中可见)收集并传送。一般，高温模内干燥是足够的，在叠置之前将物品置于环境空气中让其完全干燥。
依据物品的不同情况，在模制设备中进行的干燥还可以包括冷空气干燥阶段。用于冷空气干燥的冷压缩空气经由孔口1532供应。
模制循环再次以回洗程序开始。
图17还示出了可用于图17的设备中的拼合模具1707′(在该具体情况下用于瓶子)。该拼合模具1707′具有用于安装在位于缸体1710顶部的凸条上的一对半圆形板。该模具的两个半部从各自的板垂下并在模制和干燥过程中通过锁闩1740保持在一起。以手动方式将该模具从设备中移除并打开，然后以手动方式将模制物品取出。图17B示出了分离的模具两半部以及同样以手动方式取出的模制物件。
图17a示出了用于产生真空和/或压缩空气的活塞布置。该活塞布置将液力压头1712用作动力源，从而将该动力源与上述用于活塞功能的动力源有效地结合。通过端板1751从模具在活塞的另一侧形成有另一腔室1750，端板1751被安装以封闭由圆筒形缸体1710所围绕的空间。当然，回洗腔室1708保留在活塞的另一侧。(在图17a所示的具体布置中，活塞水平安装，并且图17a所示的回洗腔室的一部分缩窄成连接管1761，尽管未示出，但是该连接管1761直角转向，然后扩大并连接到回洗腔室的另一部分，在回洗腔室中以与图17相同方式安装有模具1707。)
当活塞向模具1707移动时产生真空，然后通过短暂打开通向腔室1752的阀1753使真空传递至真空容器1752。然后使空气经由通向外部大气的阀1754进入腔室1750。使该阀关闭，然后当活塞远离模具移动时使将腔室1750连接至压缩空气容器1756的阀1755打开，腔室1750中的空气被泵送到容器中。
同时在活塞的另一侧以如上所述方式进行模制操作。在该布置中，与图17的布置相比，孔口1711和1744已从穿过活塞改变为穿过缸体1710的壁。通常如上所述，缸体的活塞部分一般以直角的方式安装到缸体容纳模具的部分，以使孔口1744定位在用于排干的最低点。
如上所述，供应存储在容器中的真空和压缩空气以进行模制循环操作。如果在一些具体布置中可以立即使用所产生的真空或压缩空气(要么在产生了该真空或压缩空气的活塞的模制机中，要么在并行的模制机中)，那么无需用于该真空或压缩空气的容器。
图18示出了模制设备的另一形式，其适用于例如封闭物品，如瓶子。该模制设备与图4的类似，其为成两个半部的模具。使用与图16的设备的孔口类似的孔口，使得它可以用在整个模制机中，而不是圆筒形腔室。人们认为通过自动打开和关闭两个模具半部使用这种模具比通过图17所示的拼合模具本身而为此进行设置更为简单。
该模具包括成两个半部1852，1853的模具箱20′，每个半部包括多孔模具(在该情况下用于瓶子)的一半。一个半部1853安装在液力压头(未示出)上使得该半部1853可以移动以与另一模具半部接合或脱开。当箱的两个半部闭合在一起时，模具1707′的两个半部也闭合在一起。头部1850向下偏转到位于箱顶部中的孔口1754上，孔口1754与由模具1707′的模制表面围绕的空间相连通。(为此，头部可安装在压头1730上(图17)。)在瓶子的情况下，这种连通经由从孔口1754引下的瓶子颈部实现。头部提供了经由孔口1701′与纸浆压射腔室1739的连接和经由孔口1702′和集流腔1733′与冷压缩空气供应的连接。
在该示例中，不存在任何活塞，因此一旦将纸浆射流引入瓶子模具内部，那么通过经由孔口1744′在另一侧应用真空将来自纸浆混合物的水抽吸穿过模具。通过在压力下经由孔口1711′引入回洗水进行回洗(而不是通过活塞提供压力)。与图17的设备一样，通过使用经由孔口1702′供应的具有类似优选温度和压力的压缩空气将水去除。
通过打开两个半部将模制物品从模具移除。优选地，模具在一个半部(优选地为远离具有大部分管路的静止半部1852的1853)的形状中具有底切，这意味着该半部保持住模制物品。然后通过使用压缩空气爆冲使物品顶出(压缩空气经由与位于箱与模具之间的空间连接的孔口1851供应，箱与模具之间的间隙通过靠近与另一半部配接的箱和模具边缘的壁封闭—在模具半部1853中复制出孔口1711′和1744′)。可替换地，可以通过手动方式顶出物品。
现在我们已经确定，为了作好使用纸浆的类似准备，通过使用液化过程来转换废纸和废纸板是极为高效的。该过程更快速并且更有效，因为可以较快地准备和供应材料以适合正在模制的部件的尺寸和厚度。
液化过程以首先将废纸/废纸板破碎为通常5-10mm宽的线绳，并且在过程的该初始阶段中，以磁方式将所有铁质材料去除。通过使用水以纸和水约1∶99的优选比例将纸/纸板材料输送至液化腔室。此时，通过以高速转动的2-4个刀片将该混合物快速地破碎为单独的纤维，依据正在准备的材料的密度和成分，通常每分钟5,000-10,000转。
图19详细示出了液化设备的示例，其可与上述任一个模制设备示例一起使用。通过十字切割破碎器1901使纸破碎，然后将破碎的纸分批计量投入一组并列的液化器1902中，液化器1902使用刀片使纸液化。然后以所需比率将水添加到液化器中。(这里可以循环使用来自模制腔室的废水。)一旦纸浆纤维达到所希望的尺寸，那么打开阀1903，然后穿过滤网1904的混合物进入储罐1907。在此，该混合物通过空气搅动而保持混合，而且还使纤维保持在悬浮状态。通过空气管路1906供应用于搅动的空气，空气管路1906在压射腔室底部附近穿过压射腔室，并且在空气管路1906中具有一组孔以提供气泡。(这里可以循环使用来自模制腔室的干燥空气。)打开阀1905以向压射腔室139提供纸浆。作为将添加剂向压射腔室139添加的可替换方案，可将添加剂经由孔口1742′添加到位于储罐中的纸浆中。
图20a示出了液化器的可替换形式，以替换图19所示使用刀片使纸浆液化的液化器。在图20a的液化器中不存在锋利的刀片，取而代之的是包括一段管2005的液化头2000，该段管2005具有形成于其中的槽孔阵列。尽管该装置作为混合器用于其它目的是已知的，但是将其用作纸浆纤维的液化器却是创新的。
穿透形成有槽孔的管壁的厚度为2.5mm，槽孔为3mm乘4mm。而且从管向外延伸的凸缘被设置为在槽孔上方附接至管并具有贯穿凸缘的一系列孔。十字形桨(见图20b和图20a中的切除部分)设置在液化头内部。液化头以约400rpm的转速在破碎纸(以与附图…中相同的方式给送)的容器2010内转动。依据材料的情况，优选的转速可以是200rpm到500rpm。
液化头相对于容器运动以确保处理悬浮液的所有部分。如图20c所示，可以设置两段或更多带槽孔的管2005，2005′以增加搅动物与纸浆之间的相互作用。
这种形式的液化产生弯的纸浆纤维，并且应该注意，所产生的纤维保持悬浮状态至少24小时。(这与带刀片的液化器形成对照，刀片式液化器产生直纤维，如采用传统的液力碎浆机那样，直纤维容易沉淀，从而需要搅动以保持纤维悬浮。)弯的纤维在成品物品的纸浆层上产生比直纤维强的结合。
由带槽孔液化器产生的弯纤维的一个优点在于，弯纤维可能对模具产生较少的阻塞，因为通过其它技术产生的直纤维在模制过程中倾向于与液体流对齐，从而液体将使纤维端部吸到模具的微孔中。
由带槽孔混合器产生的纤维还可用于生产如美术纸和吸墨纸等纸张，因此该技术可用于除本文所述之外的其他造纸和纸浆物品制作过程。
在上述示例中仅示出了单一模制腔室。为了更大的生产量，可以设置通过共同的纸浆液化器和热空气和冷空气供应而进行给送的若干缸。然后在错开的阶段中对这些缸进行操作，这是有效的，因为可以绕着缸依次进行纸浆和空气的供应，从而使缸的输出更加连续。
不同的物品将有不同的模具，而且还需要不同的纸浆量、层数量、添加剂类型、干燥方式等。为便利起见，设备可以通过计算机控制。此外，可以通过ID(要么是机器可读的，如RFID标签或条码，要么是键入的人类可读的)对每个模具进行标记，计算机通过操作该设备对ID进行响应以适应待由模具制作的物品。在多缸机器中，不同的缸可以生产不同的物品。
为了生产包覆用的结构性部件应用于建筑、汽车和航空工业，这些部件质轻和具有内在强度，可以采用可替换方法来生产这些部件。
除了覆盖纤维表面之外，原理类似于上述的原理。在较大部件的情况下，使用抽吸来覆盖纤维表面不一定实际，该问题的可替换解决方案可以是使用适当改装的常规喷涂设备来喷涂纤维材料。这可以通过手动或采用机器人供应模具材料来实现，从而使各相容成分的材料分层以提供所希望的强度和表面光洁度。
例如：将第一层纸浆材料应用至模具或过滤体表面。与用于制作大的玻璃纤维部件的过程类似，将第二层湿的自然材料如粗麻布或黄麻在仍为湿的情况下射到该表面上。由于应用交替的层，因此部件的厚度和强度可以增大以产生所希望的结果。
还可以在将纸浆应用到纤维表面上之前向纸浆添加其它添加剂，如颜料、防水物、阻燃物等。
将最终合成的构造夹在两个形状互补的纤维之间以进行最终干燥。
尽管已经参照具体说明的实施方式对本发明进行了描述，但是可以在本发明范围内对本发明进行许多变体和修改。

Claims (87)

1.一种形成模制物品的方法，包括：
将处于悬浮液形式的悬浮颗粒给送至多孔模具的模制表面，所述多孔模具由结合的颗粒构成；以及
经由所述多孔模具的微孔将所述悬浮液去除，以在所述模具表面上将所述悬浮颗粒积淀为成形的物品。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述悬浮颗粒为纤维。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述悬浮颗粒为纤维质纤维。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中，所述悬浮颗粒为纸纤维。
5.如前述权利要求任一项所述的方法，其中，所述结合的颗粒通过粘合剂结合。
6.如前述权利要求任一项所述的方法，其中，所述结合的颗粒为玻璃。
7.如权利要求1至5任一项所述的方法，其中，所述结合的颗粒由塑料材料制成。
8.如权利要求1至5任一项所述的方法，其中，所述结合的颗粒为金属。
9.如权利要求1至4任一项或权利要求8所述的方法，其中，所述结合的颗粒被烧结在一起。
10.如权利要求8或9所述的方法，其中，所述结合的颗粒为磷青铜。
11.如权利要求8或9所述的方法，其中，所述结合的颗粒为镀镍的铜。
12.如前述权利要求任一项所述的方法，其中，通过在横跨模具的两侧形成压力差以使所述悬浮液穿过模具。
13.如权利要求12所述的方法，其中，通过在所述多孔模具的、与给送所述悬浮颗粒一侧相反的一侧进行抽吸以使所述悬浮液穿过模具。
14.如权利要求13所述的方法，其中，通过活塞在由模具所封闭的腔室中的作用进行抽吸。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中，所述方法包括通过向物品施加压力以抵靠所述多孔模具的表面将悬浮液从所述模制物品进一步排出。
16.如权利要求15所述的方法，其中，向物品施加的压力抵靠所述多孔模具的表面。
17.如权利要求16所述的方法，其中，通过橡胶成形体施加压力。
18.如前述权利要求任一项所述的方法，包括：使空气在高于环境温度的情况下从所述多孔模具积淀有颗粒的一侧穿过所积淀的悬浮颗粒和所述多孔模具。
19.如权利要求18所述的方法，其中，提供给模具的空气经由密封至模具的腔室进行施加。
20.如权利要求18或19所述的方法，其中，穿过的空气在模具积淀侧处于比大气压高1至2巴的压力并处于400℃至500℃的温度。
21.如权利要求18或19所述的方法，其中，穿过的空气在模具积淀侧处于比大气压高7至10巴的压力并处于60℃至70℃的温度。
22.如权利要求18或19所述的方法，其中，穿过的空气处于400℃至800℃的温度。
23.如权利要求18或19所述的方法，其中，穿过的空气处于400℃至500℃的温度。
24.如权利要求18或19所述的方法，其中，穿过的空气处于500℃至600℃的温度。
25.如权利要求18或19或权利要求22至24任一项所述的方法，其中，穿过的空气在模具积淀侧处于比大气压高0.5至2巴的压力。
26.如权利要求18或19或权利要求22至24任一项所述的方法，其中，穿过的空气在模具积淀侧处于比大气压高1至2巴的压力。
27.如前述权利要求任一项所述的方法，包括：将所述模制物品置于两个多孔模具之间并使加热的压缩空气穿过模具和物品。
28.如前述权利要求任一项所述的方法，包括：通过将更多处于悬浮液形式的悬浮颗粒给送至模具积淀有第一层积淀颗粒的一侧，在第一层积淀颗粒顶部积淀第二层颗粒；以及经由所述多孔模具的微孔将悬浮液去除以积淀所述第二层。
29.如前述权利要求任一项所述的方法，包括：将添加剂添加至悬浮液。
30.如权利要求29所述的方法，其中，所述添加剂包括颜料或除草剂或杀菌剂或蜂蜡或装饰性颗粒、或以上的组合。
31.如前述权利要求任一项所述的方法，包括：使回洗液在与悬浮液穿过模具的方向相反的方向上穿过模具。
32.如权利要求31所述的方法，包括：将超声波引入到穿过模具的回洗水中。
33.如前述权利要求任一项所述的方法，包括：通过使纤维状材料液化来准备颗粒悬浮液。
34.如权利要求33所述的方法，其中，液化步骤使用带刀片的液化器使纤维状材料液化。
35.如权利要求33所述的方法，其中，液化步骤使用带槽孔的构件使纤维状材料液化。
36.如权利要求35所述的方法，其中，所述带槽孔的构件为圆筒形并绕该圆筒的轴线转动。
37.如前述权利要求任一项所述的方法，包括：使用在挠性不可渗透膜后侧施加压力使所述挠性不可渗透膜压靠物品。
38.如权利要求37所述的方法，其中，膜在物品中形成内螺纹。
39.一种多孔模具，由结合的颗粒构成。
40.如权利要求39所述的模具，其中，结合的颗粒通过粘合剂结合。
41.如权利要求39或40所述的模具，其中，所述结合的颗粒为玻璃。
42.如权利要求39至41任一项所述的模具，其中，所述结合的颗粒由塑料材料制成。
43.如权利要求39至41任一项所述的模具，其中，所述结合的颗粒为金属。
44.如权利要求43任一项所述的模具，其中，所述结合的颗粒被烧结在一起。
45.如权利要求43或44所述的模具，其中，所述结合的颗粒为磷青铜。
46.如权利要求43或44所述的模具，其中，所述结合的颗粒为镀镍的铜。
47.如权利要求39至46任一项所述的模具，其中，颗粒尺寸在0.5与0.7mm之间。
48.一种模制机，包括如权利要求39至47任一项所述的模具。
49.如权利要求48所述的模制机，包括在模具的模制侧密封的腔室。
50.如权利要求49所述的模制机，包括用于将颗粒悬浮液给送至模具的模制侧的孔口。
51.如权利要求49或50所述的模制机，包括：
凹腔，通向模具另一侧；以及
用于向所述凹腔施加抽吸的孔口。
52.如权利要求48至50任一项所述的模制机，包括：
凹腔，通向模具另一侧并接纳模具；以及
活塞，用于向所述凹腔施加抽吸并因此向模具施加抽吸。
53.如权利要求52所述的模制机，包括泵凹腔，所述泵凹腔从模具所处的一侧位于活塞的另一侧，所述泵凹腔连接至供应的真空、或连接至供应的压缩空气、或连接至供应的真空和压缩空气。
54.如权利要求51至53任一项所述的模制机，其中，模具可移除地接纳在通向模具另一侧的所述凹腔中。
55.如权利要求51至54任一项所述的模制机，包括用于将回洗水供应到所述凹腔中的孔口。
56.如权利要求48至55任一项所述的模制机，包括用于向模具的所述一侧供应压缩空气的孔口。
57.如权利要求48至56任一项所述的模制机，包括成形体，所述成形体能够在一侧前行到模具的表面中。
58.如权利要求48至56任一项所述的模制机，其中，模具呈至少两个可分离部分的形式。
59.如权利要求48至58任一项所述的模制机，包括液化器，所述液化器被连接以将悬浮液供应至模具的一侧。
60.如权利要求59所述的模制机，所述液化器包括液化刀片。
61.如权利要求59所述的模制机，其中，所述液化器包括液化带槽孔的构件。
62.如权利要求61任一项所述的模制机，其中，带槽孔的构件为圆筒形并能够绕该圆筒的轴线转动。
63.一种制造多孔模具的方法，包括：
在阳主模具与阴主模具之间设置空间；
以金属颗粒填充所述空间；以及
对颗粒进行烧结以使其结合在一起，
其中，阳模具由可压缩材料制成。
64.如权利要求63所述的方法，其中，所述可压缩材料是可弹性压缩的。
65.如权利要求63所述的方法，其中，所述可压缩材料是可变形压缩的。
66.如权利要求65所述的方法，其中，所述可压缩材料为粘土。
67.如权利要求65所述的方法，其中，所述可压缩材料为石膏。
68.一种制造多孔模具的方法，包括：
由结合的颗粒形成多孔部分；以及
将这些部分焊接在一起。
69.如权利要求68所述的制造多孔模具的方法，其中，焊接为激光焊接。
70.如权利要求68所述的制造多孔模具的方法，其中，焊接为等离子焊接。
71.如权利要求68至70任一项所述的制造多孔模具的方法，其中，这些部分由结合的金属颗粒形成。
72.如权利要求68至71任一项所述的方法，其中，金属颗粒为磷青铜。
73.如权利要求68至71任一项所述的方法，其中，金属颗粒为镀镍的铜。
74.一种制造多孔模具的方法，包括：
将颗粒与粘合剂混合；
将混合物成形为模型；以及
使所述粘合剂凝固。
75.如权利要求74所述的方法，其中，通过紫外光使所述粘合剂凝固。
76.如权利要求75所述的方法，其中，颗粒透紫外光。
77.如权利要求74至76任一项所述的方法，其中，颗粒由玻璃制成。
78.如权利要求74至76任一项所述的方法，其中，颗粒由丙烯酸制成。
79.一种制作片状材料或模制物品的方法，其中，所述方法包括：通过使处于悬浮液形式的纤维状材料液化来准备纤维悬浮液。
80.如权利要求79所述的方法，其中，悬浮的纤维为纤维质纤维。
81.如权利要求79或80所述的方法，其中，悬浮的纤维为纸纤维。
82.一种形成模制物品的方法，包括：
通过使处于悬浮液形式的纤维状材料液化准备纤维悬浮液；
将所述纤维悬浮液给送至多孔模具的模制表面；以及
经由所述多孔模具的微孔去除悬浮液，以将悬浮的纤维在所述模具表面上积淀为成形的物品。
83.如权利要求82所述的方法，其中，液化步骤使用带刀片的液化器使纤维状材料液化。
84.如权利要求82所述的方法，其中，液化步骤使用带槽孔的构件使纤维状材料液化。
85.如权利要求84所述的方法，其中，所述带槽孔的构件为圆筒形并绕该圆筒的轴线转动。
86.如权利要求82至85任一项所述的方法，其中，悬浮的纤维为纤维质纤维。
87.如权利要求82至85任一项所述的方法，其中，悬浮的纤维为纸纤维。
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