CN103978207A - 一种选择性施胶的增材制造方法 - Google Patents

Abstract

一种选择性施胶的增材制造方法，根据待成形件的形状要求，构建其三维模型，并按照加工方向进行分层离散化处理；打开微气孔吸附盘上所有气孔的气阀，均匀地吸附一层球形颗粒原料；胶池中均布多根可独立升降的细小施胶棒；移动微气孔吸附盘，连同吸附的颗粒原料到胶池液位上方，施胶棒的上端设有凹槽，根据切片图形，根据是否需要施胶控制胶棒升降，直到充分接触颗粒原料，以完成选择性施胶；将颗粒层移至工作平台或已有的颗粒层上，施胶颗粒的粘接、固化，未施胶颗粒的可作支撑使用；重复以上过程，直到最后一层，实现层间的叠加，清理多余的颗粒原料，形成最终的待成形件，本发明具有成型速度快、节约材料、无需另外设置支撑等优点。

Description

一种选择性施胶的增材制造方法

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，特别涉及一种选择性施胶的增材制造方法。

背景技术

与传统的制造相比，增材制造技术是在平面的X轴和Y轴之上增加了Z轴，用材料堆积的方法实现了立体化的逐层制造技术。该技术以金属、塑料和陶瓷等为主要原料，遵循“分层固化，层层累加”技术原理，根据层内固化的方式，可将常见的增材制造技术可分为三类：第一类是光固式，如立体光刻技术(SL)，受紫外线等的逐点照射扫描，使液态光敏聚合物因光聚合，硬化成薄层；第二类是热固式，包括熔丝沉积造型(FDM)、选区激光烧结(SLS)、电子束熔融(EBM)，均以熔化再凝固为基本原理，使材料逐点熔化并固化在一起形成薄层；第三类是粘固式，如三维喷涂粘接(3DP)、分层实体制造(LOM)，是将粉末材料选择性地逐点粘结成为一个整体，或将薄层材料粘结后沿边缘逐点切割形成所需的截面形状。

如上所述，无论是哪种具体的实现方法，还是哪类的固化形式，现有的绝大多数增材制造技术均采用特殊光线或能量的逐点扫描方式进行，通过点的移动逐步形成线条，达到边缘后转向，继续扫描，最终形成一个平面。显而易见，在每个单层平面上均为逐点扫描，这种扫描方式的最大缺点是成型速度慢，效率有待提高。另外，对一些产品中悬空的部分，熔丝沉积造型(FDM)等技术必须提前设计“支撑”，既浪费材料又增加了后续清除成本。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种选择性施胶的增材制造方法，在微气孔均匀吸附原料层下方，根据离散出的切片图形，在对应位置，有选择地施胶后一次可直接堆积出一个平面，具有成型速度快、节约材料、无需另外设置支撑等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种选择性施胶的增材制造方法，包括：

1)根据待成形件的形状要求，构建其三维模型，并按照加工方向进行分层离散化处理；

2)打开微气孔吸附盘上所有气孔的气阀，均匀地吸附一层球形颗粒原料；

3)在胶池中均布多根可独立升降的细小施胶棒，所述施胶棒的下方设置有独立的微气囊，充气则可升起对应的施胶棒，不充气则保持该施胶棒浸入胶池状态，根据离散出切片图形的需要，进行施胶棒升降，从而实现精确控制粘接剂在平面的分布点阵；

4)移动微气孔吸附盘，连同吸附的颗粒原料到胶池液位上方，施胶棒的上端设有凹槽，根据切片图形，当某位置不需要施胶时，位于施胶棒的下方的独立微气囊不充气，对应的施胶棒保持浸入胶池状态，而当某位置需要施胶时，微气囊充气，该处的施胶棒从胶池中升起，粘接剂便会随之升起，直到充分接触颗粒原料，以完成选择性施胶；

5)将颗粒层移至工作平台或已有的颗粒层上，施胶颗粒的粘接、固化，未施胶颗粒的作支撑使用；

6)重复以上逐层的吸附、选择性施胶和粘接、堆放过程，直到最后一层，实现层间的叠加，清理多余的颗粒原料，形成最终的待成形件。

所述的微气孔吸附盘上均布有一定数量和孔径的气孔点阵。

所述施胶棒根据单层图形的形状，可实现单独的升降。

所述施胶棒上端设有凹槽，可将粘接剂从胶池中提升到一定高度。

所采用的原料为金属、塑料或陶瓷等。

所采用的原料要求颗粒的粒度均匀、圆度好。

与现有技术相比，本发明提供的基于选择性施胶技术的增材制造方法，采用面成型的方法进行零件的制造，可实现一次直接成形一个平面，具有成型速度快、节约材料、无需另外设置支撑的优点。

附图说明

图1是本发明微气孔吸附盘的工作位置剖切示意图。1为吸附盘上的微气孔，其中向上的箭头表示打开的气阀产生向上的吸附力，可吸附颗粒原料，2为颗粒原料，3为升起的施胶棒，41为施胶棒上端凹槽中的粘接剂，5为胶池，6为独立的施胶棒升降微气囊，充气(如下方的箭头所示)则可升起对应的施胶棒，不充气则保持该施胶棒浸入胶池状态。

图2是实施例提供的选择性施胶的增材制造方法的实现过程示意图。1为微气孔，21为新叠加颗粒原料，22为已叠加颗粒原料，42为固化的粘接剂，7为工作平台。

图3是实施例提供的选择性施胶的增材制造方法某层的材料分布点阵示意图。8为不需要施胶的位置，9为需要施胶的位置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明包括如下步骤：

1)根据待成形件的形状要求，构建其三维模型，并按照加工方向进行分层离散化处理；

2)打开微气孔吸附盘上所有气孔的气阀，均匀地吸附一层原料，该原料为金属、塑料或陶瓷的球形颗粒；

3)胶池中布置有多根可独立升降的施胶棒，这些施胶棒可根据离散出的切片图形进行升降，从而实现精确控制粘接剂在平面的分布点阵；

4)移动微气孔吸附盘，连同吸附的颗粒原料到胶池液位上方，施胶棒的上端设有凹槽，根据切片图形，当某位置不需要施胶时，位于施胶棒的下方的独立微气囊不充气，对应的施胶棒保持浸入胶池状态，而当某位置需要施胶时微气囊充气，该处的施胶棒从胶池中升起，粘接剂便会随之升起，直到充分接触颗粒原料，以完成选择性施胶；

5)将颗粒层移至工作平台或已有的颗粒层上，施胶颗粒的粘接、固化，未施胶颗粒的可作支撑使用；

6)重复以上逐层的吸附、选择性施胶和粘接、堆放过程，直到最后一层，实现层间的叠加，清理多余的颗粒原料，形成最终的待成形件。

其中，如图1所示，本发明微气孔吸附盘由许多微小的管道按一定规律整齐排列，固定在一起形成盘状。每个管道的上端均接有气阀，微气孔1向上的箭头表示气阀打开，产生向上的吸附力，可吸附颗粒原料2。

施胶棒的具体说明如下：确定的位置有无颗粒原料2，在每个单层上都是有明显区别的(如图3所示)，这些区别被计算机识别后，图形信号便可转化为数字信号，该数字信号可精确控制每个施胶棒3的升降：需要颗粒原料时，与该点对应的施胶棒3升起，将上端的粘接剂带出并涂抹在颗粒原料2上；不需要颗粒原料时，该处的施胶棒不升起，对应位置的颗粒原料2上将不会施胶。

实施例：参见图1、图2和图3，选择性施胶制备颗粒的零件，包括以下步骤：

1、利用三维软件完成该零件的建模，并储存成STL文件格式；

2、对模型进行离散化处理，获得模型分层截面信息；

3、对离散出的每个切片图形，再次逐层离散为每个平面上材料的点阵模型，得到材料的平面分布。对该零件，第三层的材料分布如图3所示，其中阴影部分为理想的切片图形，有“√”标记的圆表示需要材料的对应位置，有“×”标记的圆表示不需要材料的位置。如果缩小颗粒材料的粒度，可有效提高图形的拟合度；

4、将微气孔吸附盘置于颗粒容器的上方，打开微气孔吸附盘上的所有微气孔1的气阀，均匀地吸附一层颗粒，在需要材料的对应位置，如图3的有“√”标记处，位于施胶棒的下方的独立微气囊充气，升起施胶棒，粘接剂便会随之升起，直到充分接触颗粒原料，以完成选择性施胶，其余位置处的施胶棒保持浸入胶池状态，即可控制粘接剂在平面的分布，实现颗粒的选择性施胶过程，如图1所示；

5、将颗粒层21移至工作平台7或已有的颗粒层22上，已施胶的颗粒将会粘接、固化，未施胶颗粒的可作支撑使用；

6、重复以上逐层的吸附、选择性施胶和粘接、堆放过程，直到最后一层，实现层间的叠加，清理多余的颗粒原料，形成最终的待成形件。

Claims (5)

1.一种选择性施胶的增材制造方法，包括：

1)根据待成形件的形状要求，构建其三维模型，并按照加工方向进行分层离散化处理；

2)打开微气孔吸附盘上所有气孔的气阀，均匀地吸附一层球形颗粒原料；

3)在胶池中均布多根可独立升降的细小施胶棒，所述施胶棒的下方设置有独立的微气囊，充气则可升起对应的施胶棒，不充气则保持该施胶棒浸入胶池状态，根据离散出切片图形的需要，进行施胶棒升降，从而实现精确控制粘接剂在平面的分布点阵；

4)移动微气孔吸附盘，连同吸附的颗粒原料到胶池液位上方，施胶棒的上端设有凹槽，根据切片图形，当某位置不需要施胶时，位于施胶棒的下方的独立微气囊不充气，对应的施胶棒保持浸入胶池状态，而当某位置需要施胶时，微气囊充气，该处的施胶棒从胶池中升起，粘接剂便会随之升起，直到充分接触颗粒原料，以完成选择性施胶；

5)将颗粒层移至工作平台或已有的颗粒层上，施胶颗粒的粘接、固化，未施胶颗粒的作支撑使用；

6)重复以上逐层的吸附、选择性施胶和粘接、堆放过程，直到最后一层，实现层间的叠加，清理多余的颗粒原料，形成最终的待成形件。

2.根据权利要求1所述选择性施胶的增材制造方法，其特征在于，所述的微气孔吸附盘上均布有一定数量和孔径的气孔点阵，固定在一起形成盘状，每个气孔通过管道接一个单独的气阀。

3.根据权利要求1所述选择性施胶的增材制造方法，其特征在于，所述施胶棒根据单层图形的形状，可实现单独的升降。

4.根据权利要求1所述选择性施胶的增材制造方法，其特征在于，所述施胶棒上端设有凹槽，从而将粘接剂从胶池中提升至一定高度。

5.根据权利要求1所述选择性施胶的增材制造方法，其特征在于，所采用的原料为金属、塑料或陶瓷。