CN105026132A

CN105026132A - 用于分层物体制造的粘性和粘结胶粘剂系统和方法

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Publication number: CN105026132A
Application number: CN201480010893.6A
Authority: CN
Inventors: 飞利浦·基南; 芬坦·麦科马克; 康纳·麦科马克
Original assignee: FINITE ENGINEERING SOLUTIONS
Current assignee: FINITE ENGINEERING SOLUTIONS
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: GB201303468D0; EP2961588B1; US20190039364A1; GB2511316B; BR112015020490A2; WO2014131848A3; CA2919741A1; CN105026132B; GB2511316A; JP2016511176A; RU2015140465A; WO2014131848A2; US20160009062A1; KR20150124974A; HK1197211A1; EP2961588A2; US10821661B2; JP6450327B2

Abstract

本发明提供一种点胶装置，在分层物体制造(LOM)系统中使用以形成三维(3D)物体，该点胶装置被配置为将胶粘剂施用于多个物体介质层，每个物体介质层包括临时区域(1)和永久区域(2)。在物体介质层的临时区域(1)施用第一胶粘剂，而在物体介质层的永久区域(2)施用第二胶粘剂。本发明进一步提供了第一胶粘剂和第二胶粘剂的配方、使用第一胶粘剂和第二胶粘剂来粘结多个单个物体介质层的粘结模块，和包括粘结模块的LOM系统。本发明还提供了一种用于LOM物体自除杂的方法。

Description

用于分层物体制造的粘性和粘结胶粘剂系统和方法

技术领域

本发明涉及层压或分层物体制造(LOM)领域，尤其涉及设备，特别是用于分层物体制造的粘性和粘结胶粘剂系统和方法。

背景技术

快速原型的定义是受计算机控制的增材制造，原因在于它是通过增加材料而不是通过去除或减少材料的常规加工方法来制造物体。必须理解，术语“快速”是一个相对术语，在本领域内具有特定含义，其原因在于构造一个三维物品成品要耗费几小时到几天不等，具体取决于所采用的方法以及模型的大小和复杂度。已知的在快速原型领域内采用的方法有许多种，分层物体制造(LOM)是快速原型(RP)的其中一种形式，涉及将涂有粘合剂的纸、塑料或金属层压板依次层叠，然后将它们依次地粘结在一起并且用刀具或激光切割机切割成形。

多个介质物体层形成之后，执行仿形和层粘结过程。将多个层粘结在一起，然后执行仿形或除杂过程，该过程包括：从打印的介质堆叠中去除不需要的支撑材料，从而使3D打印物体显露出来。

在LOM快速原型中，最初有LOM物体的两个区域。即，LOM物体包括永久区域和临时区域，其中永久区域的层被粘合在一起构成最终的3D对象，而临时区域随后“除杂”，将其从最后的3D物体中分离和删除。在典型的LOM制造中，胶粘剂被预先施加到卷筒上的介质上。图1示出了常规的LOM装配过程，其中胶粘剂预施加在卷筒1上的介质上。胶粘剂由加热辊2激活，以引起若干接触着的层6粘结在一起。激光单元5经由棱镜4发射激光光束3，以便于去除废料。

在现有的采用基于纸的原材料的LOM系统中，纸以卷的形式提供。提供的纸卷底面可以预先附有胶粘剂。在这种情况下，可以通过热和/或压力激活胶粘剂，从而在前一层上形成粘结。在另一种方法中，胶粘剂可以在材料从卷中抽出时施加于材料的底面上。然而，存在若干与卷材料的使用有关的缺点。例如，一台机器通常只能使用专门制造的材料卷，而获得和/或取代它的代价高昂。还存在一些与日常原材料卷的使用相关的缺点。例如，由于预先施加了胶粘剂在卷上，在给料机构中该卷可能会被卡住或堵塞。由于上述原因，废料去除非常困难，因为它与所制成的部件一样，以相同的粘结力粘结在一起。这可能导致在废料去除的“除杂”期间损坏所制成的部件，原因在于经常需要凿子和其他尖锐的工具将物体分离开。

在US 2011/0094441 A1中，胶粘剂通过使用带凹陷的轮并在该凹陷中填满胶粘剂而施用到介质上，然后通过轮与基底层接触，将控制量的胶粘剂转移到基底层的离散点上。该系统能够数字地在LOM装配的永久粘结区域施用高的胶点打印密度，以及在临时支撑区域中施用低的胶点打印密度。

在纸层之间施用胶粘剂的其他方法包括：涂布片材的整个工作区域，如上所述，这会造成在已完成部件的后处理过程中，当去除废料时产生严重的困难；还使用一种物质，当其放置在片材上的某些位置时，可以防止这些位置发生粘结。这种技术的缺点是严重浪费胶粘剂，这是由胶粘剂涂布片材的整个工作区域造成的。

还应该指出，目前LOM系统经常使用的胶粘剂为溶剂型，不具有水溶性，因此产生了环境问题，例如由于处置(排放)目的。然而，这样的溶剂型胶粘剂却不得不天天用在LOM中，因为使用具有高的湿含量的水基胶粘剂产生了进一步的问题，如纸张的翘曲和变形，这些问题妨碍了它们在LOM系统中的应用。

因此，在用于快速原型的LOM系统中，存在大量与粘结和废料去除有关的问题需要解决。

发明内容

综上，本发明提供了一种如权利要求1详细描述的点胶装置。

根据另一个方面，本发明提供了一种LOM系统，如权利要求10所述，其将第一和第二胶粘剂施用于物体介质层的不同区域。该施用过程还提供了一种粘结模块，如权利要求31所述。本发明还提供了一种包括配页机的LOM系统，如权利要求37所述。本发明还提供了一种根据权利要求40所述的方法。还提供与权利要求46相符的胶粘剂。有效特征在从属权利要求中提供。

包括粘性胶粘剂的胶粘剂，用于为应用该胶粘剂的层提供临时层粘结。

本发明提供一种在分层物体制造(LOM)系统中使用的点胶装置，通过将胶粘剂应用于多个物体介质层形成三维(3D)物体，每个物体介质层包括临时区域和永久区域，其中所述点胶装置配置为，在物体介质层的临时区域应用第一胶粘剂，而在物体介质层的永久区域应用第二胶粘剂。

在上述点胶装置的一种配置中，包括一个或多个打印头。该一个或多个打印头可以被配置为同时共同打印第一和第二胶粘剂。另外，该装置可以包括单个打印头。打印头(们)可以包括喷墨打印头。该装置可以配置为隔开三维物体介质层应用胶粘剂。每个打印头包括打印头滑架，配置为当打印胶粘剂时扫描物体介质层的宽度。每个打印头包括页宽阵列打印头。该装置可以配置为在物体介质层的特定位置上打印预定量的第一胶粘剂和第二胶粘剂。

在另一中配置中，还提供了形成三维(3D)物体的一种分层物体制造(LOM)系统，该系统包括点胶装置，其用于施用胶粘剂到物体的物体介质层，每个物体介质层包括临时区域和永久区域，其中点胶装置被配置为应用第一胶粘剂和第二胶粘剂到物体介质层的不同区域。

在一种配置中，第一胶粘剂是临时粘性胶粘剂，其点胶装置被配置为应用第一胶粘剂到物体介质层的临时区域。第二胶粘剂可以是永久粘结胶粘剂，并且点胶装置被配置为应用第二粘合剂到该物体介质层的永久区域。

第一胶粘剂可在粘结和仿形期间用于临时粘结物体介质层的临时区域。当已被应用的该胶粘剂被加热到高于预定温度时，第一胶粘剂可以被配置熔融并流出物体介质层的临时区域之间的界面。

根据另一种配置，提供了一种胶粘剂，其包含对应用该胶粘剂的层提供临时层粘结的粘性胶粘剂。

在一种LOM系统或胶粘剂的配置中，粘性胶粘剂包括单一的固体蜡。可选地，包括蜂蜡。可选地，粘性胶粘剂包括在去离子水中的蜡颗粒微乳液。可选地，所述蜡包括石蜡，蜂蜡或棕榈蜡。可选地，该胶粘剂进一步包括硬脂酸。可选地，粘性胶粘剂具有10到11之间的PH值。可选地，粘性胶粘剂是一种临时胶粘剂，被配置为可被释放和/或失活和/或移除。

在一个方面，第二胶粘剂包括一种粘结胶粘剂，用于将物体介质层的永久区域彼此永久地粘结。可选地，粘接胶粘剂包括在去离子水中的乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)共聚合物乳胶粒子微乳液。粘结胶粘剂可以包括大约在去离子水中的5％的EVA固体。该粘接胶粘剂可具有约1.66mPa.s的粘度。可选地，该粘性胶粘剂具有的表面张力约为53.65mN.m^-1。

在一种配置中，第一和第二胶粘剂的每个具有的粘度小于50mPa.s。另外，第一和第二胶粘剂的每个粘度范围在1到10mPa.s。第一和第二胶粘剂的每个可以具有大于34mN.m^-1的表面张力。第一和第二胶粘剂可配置为被喷墨打印。

根据另一方面，提供了一种粘结模块，用于在分层物体制造(LOM)系统中粘结多个单独的物体介质层以形成三维(3D)物体，每个物体介质层包括临时区域和永久区域，其中临时区域被施用第一胶粘剂，永久区域被施用第二胶粘剂，其中粘结模块包括加热元件，用于加热多个施用了胶粘剂的物体介质层。

加热元件可以被配置为加热多个施用了胶粘剂的物体介质层，使其温度高于预定温度，这将导致第一胶粘剂熔融后流出临时区域之间的界面，并导致第二胶粘剂将粘结区域永久地粘结在一起。所述粘结模块可以包括构造台，用于将多个物体介质层堆叠在上面，构造台被配置为可移动的，以使物体介质层与加热元件接触。加热元件可以包括热板。预定温度可以是至少80℃。

粘结模块可以包括本发明说明书中的点胶装置。

根据另一个方面，提供了一种分层物体制造(LOM)系统，其被配置为组装多个单独的打印介质层以形成一个三维(3D)物体，该系统包括：

配页机，配置为组装多个单独的打印介质层以形成3D物体。

该配页机包括权利要求1到9任一项所述的点胶装置和权利要求31至36所述的粘结模块。

该系统可以包括一种油墨打印模块，用于在配页前打印多个物体介质层中的每一层。配页机可以包括仿形模块，被配置为实际仿形多个物体介质层的单个层，以在3D物体内部生成所需的3D形状。

根据另一方面，提供了一种在分层物体制造(LOM)系统中，粘结多个单独物体介质层以形成三维(3D)物体的方法，每个物体介质层包括临时区域和永久区域，该方法包括：

应用第一粘性胶粘剂到多个物体介质层每一层的临时区域；

应用第二粘结胶粘剂到多个物体介质层每一层的永久区域；

在彼此之上放置物体介质层以形成物体；

加热物体介质层使其温度高于预定温度，导致第一粘合剂熔融，并在冷却时重新凝固以形成临时粘结区域；

加热物体介质层使其温度高于所述粘性胶粘剂的熔点，导致所述粘性胶粘剂从层间粘结区域通过毛细现象迁移；和

从LOM物体分离所述临时区域。

该方法可以包括加热物体介质层，使其温度高于预定温度，导致第二粘结胶粘剂将永久区域永久粘结以形成完成的LOM物体。该方法可以包括加热该物体介质层到高于在第一胶粘剂中使用的蜡的熔点。该方法可以包括加热该物体介质层至80℃以上，并保持温度在该水平一段时间，以保证上述粘性胶粘剂有充足的时间迁移走。

加热第一胶粘剂可导致第一胶粘剂的毛细流动，导致物体介质层的临时区域剥离。物体介质层可以包括纸张。

附图说明

下面参照附图描述本申请。附图中：

图1示出描述传统LOM装配过程的示意图，其中胶粘剂预先应用到卷筒的介质上，其中的胶粘剂通过加热辊激活，以使层接触并粘结在一起；

图2示出描述在LOM物体的介质层中的粘性和粘结区域的示意图；

图3示出根据本发明的一种分层物体制造(LOM)系统的框图；

图4示出根据本发明一个实施例的配页机模块的框图；

图5示出典型的打印头滑架非示意图，该打印头滑架被配置为在打印墨水或粘合剂时，扫描物体媒体层的宽度；

图6示出页宽阵列打印头；

图7示出根据本发明的一个实施例，在分层物体制造(LOM)系统中，描述粘结多个单独的物体介质层以形成三维(3D)物体的流程图；

图8示出打印在纸上的在水中的蜡微乳液的摄影图像；

图9示出打印在纸上的在水中的乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)微乳液的摄影图像；

图10示出尝试分离经粘结和热层压的两个层后，粘结区域纸张失效的一个例子的摄影图像。

具体实施方式

在本说明书中使用时，术语“包括/包含(comprises/comprising)”是指存在所陈述的特征、整体、步骤或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、部件或其组合。

首先参照附图2至4，提供了一种形成三维(3D)物体的分层物体制造(LOM)系统。该系统包括点胶装置560。

图2描述了在LOM物体的物体介质层100上的粘性和粘结胶粘剂区域。参考图2，LOM物体1000的物体介质层100包括不同区域即临时区域105和永久区域110，临时区域105在形成三维物体1000的过程中被移除或除杂，而永久区域110被层构造并粘结形成最终的三维物体1000。

在本说明书中，提供了在形成LOM物体过程中使用的两种不同类型的胶粘剂400。第一胶粘剂405应用于临时区域，用于粘结临时区域105(将被除杂的区域)，第二胶粘剂410应用于永久区域110，用于粘结多个3D物体介质层的永久区域110。

参照图2到4，系统和点胶装置被配置为应用胶粘剂到物体介质层100，包括应用第一胶粘剂405到物体介质层100的临时区域105和应用第二胶粘剂410到物体介质层100的永久区域110。

在用于形成三维(3D)物体的分层物体制造(LOM)系统中，第一胶粘剂405提供临时粘结或粘接多个物体介质层100的临时区域105。第一胶粘剂405在施胶时提供介质层100的粘接。第一胶粘剂405可在包括室温和系统设备的操作温度的温度范围内提供粘接。第一胶粘剂405在正常房间或气体或工作压力下提供粘接。第一胶粘剂是粘性胶粘剂405。使用临时或粘性胶粘剂使物体临时区域的除杂得以便利和容易。该粘性胶粘剂被配置为提供临时粘结。该粘性胶粘剂配置为可在需要时作为失去活性的胶粘剂，和/或释放粘结，和/或被移除。当不再需要临时区域105被粘结在一起时，粘性胶粘剂可停用和/或可释放和/或可移除。当粘性胶粘剂405失效或失活或释放或移除时，就不再提供临时区域的粘结。粘性胶粘剂405变得不活跃或可移除，是为了去除构造物体的临时区域105的步骤。

在本发明说明书具体实施例的一个优选示例设置中，当在预定温度以上加热应用时，粘性胶粘剂405被配置为被失效或被移除。当加热应用于多个已被应用胶粘剂的物体介质层100时，粘性胶粘剂405被配置为熔融后流出物体介质层100的临时区域105间的界面。当多个被胶粘剂打印的物体介质层被加热至超过预定温度时，粘接胶粘剂405被配置为熔融后流出物体介质层临时区域105之间的界面。

应该理解，当应用热或者预设温度的最低值来失活或移除粘性胶粘剂时，也可使用其他设置。例如，胶粘剂405可在应用低温或预定压力时失活。可以提供另一种合适的失效方法。

根据本发明说明书，第二胶粘剂用于提供多个物体介质层100永久粘结区域110的永久粘结。第二胶粘剂是粘结或永久胶粘剂。使用第二胶粘剂粘结在一起的粘结区域110当加热至预定温度以上时仍保持粘结。在一个设置中，第二永久粘结胶粘剂不受通过加热以释放粘性胶粘剂的粘结的影响。在另一种设置中，加热的应用可以加强胶粘剂的粘结。在应用高于预定温度的热量时，该粘结可能会变得更强。

参考图3，该系统包括层粘结模块550，用于粘结多个单独物体介质层以在LOM系统中形成三维物体。每个物体介质层包括施用了第一胶粘剂405的临时区域105和被施用了第二胶粘剂410的永久区域110。

参考图4，该层粘结模块550可以包括加热元件555，用于加热多个被胶粘剂打印的物体介质层100。

下面参照图2，3和4，说明根据本发明说明书的分层物体制造(LOM)系统的操作来组装多个单个打印介质层100，以形成所述的三维(3D)物体。该系统包括配页机，其被配置为组装多个单个打印的介质层，配页机包括点胶装置和粘结模块。LOM系统还可以进一步包括打印模块，例如在配页前用于打印多个物体介质层100的喷墨打印机。图3是根据本发明实施例的分层物体制造(LOM)系统500的框图。

在图3中，介质例如纸张可以通过纸进给机构510被供给到打印模块520。在打印模块520中，介质上可以打印油墨或其类似物。从而多个物体介质层100可在配页机模块530中被仿形切削和粘结，以制造出完成的彩色三维物体1000。

图4示出根据本发明实施例的配页机模块530的方框图。参照图4，配页机模块530可以分别包括分离的仿形模块540和层粘结模块550。该层粘结模块550可以包括根据本发明的点胶装置560和用于加热胶粘剂打印的物体介质层100的加热元件555。点胶装置560可以为一种喷墨分配装置。

在本发明的范围内，单个介质层100可以被视为不同的物理元素或实体。以这种方式，他们可能会被单独挑选，并放置或在系统内运输。LOM系统500可以包括打印模块510，其被配置为打印多个介质层100，配页机模块530被配置为组装多个单个介质层100以形成3D物体1000。单个介质层100中的每一个可以单独或独立地打印。配页机模块530可以包括仿形和层粘结模块540和550，用于切割单独3D物体介质层和将单个层粘接在一起以形成完成的3D物体1000。

打印模块520可在配页机模块530中分离提供或可集成提供。

整理模块530可包括层粘结模块550，其被配置为粘结多个介质层100中的单个层。层粘结模块550可被配置为使用胶粘剂400将层100粘结在一起。根据本发明，该胶粘剂使用点胶装置560分配。配页机模块530还包括仿形模块540，其被配置为生成物体介质层100中单独层的仿形切削，以在三维物体1000内生成所需的3D形状。仿形模块540和层粘结模块550可以在配页机模块530内集成为单个仿形和层粘结模块。

打印模块520可以是具有大容量输入和输出盘的办公打印机，并配有双面装置作为标准。打印模块520也可与配页机模块530集成，使得打印过程仅仅领先仿形和粘结过程。打印模块520可以是彩色打印模块。打印模块520也可以是作为点胶装置560的同一台打印机，从而使彩色油墨和胶粘剂油墨通过使用自己专用的打印渠道和油墨供应单独分配。然而，打印模块和点胶装置优选为是分离的打印设备。

本发明说明书提供了一种用于粘结和仿形的系统和方法，特别是将多个物体介质层100中的单独层彼此粘结的方法。如上所述，LOM快速原型中，最初有LOM物体的两个区域。即LOM物体包括永久粘结区域110，其中层被粘结在一起构成最终的3D物体1000，和临时的粘性区域105。粘性区域105随后“除杂”，从最终的三维物体1000分离或移除。本发明提供了不同的胶粘剂被应用到每一物体介质层110的临时区域105和永久区域110。

两种不同类型的胶粘剂400包括粘性胶粘剂405和粘结胶粘剂410。粘性胶粘剂405的目的是为了在层压和切割过程中将层100临时粘结或粘接在一起，这样切割过程的行为不打扰正被切割的层，即在切割过程中，防止切割层的抬起或撕裂。一旦LOM过程完成，粘性胶粘剂405可通过后续处理移除，后续处理会在下文解释。临时区域105在图3中标记为字符“1”。

粘结胶粘剂410的目的是要将物体介质层100彼此间永久粘结。优选地，该粘结足够强，使得层100在除杂过程中和3D物体1000的后续处理中不会彼此分离。永久区域110在图2中标记为字符“2”。

根据本发明，本说明书中提供的系统和方法中，通过使用点胶装置560，可同时打印临时的粘性胶粘剂405和永久的粘结胶粘剂410。

点胶装置560可以包括控制装置，使其在物体介质层100的特定位置上，胶粘剂410、405特定容量具有歧视性应用。这使得胶粘剂可以控制分配到具体位置上，可以有利减少胶粘剂的用量，同时可以确保胶粘剂具体应用到必需胶粘剂的位置上。

在这方面，点胶装置560可以包括胶粘剂打印机，其被配置为在物体介质层100的特定位置105、110打印粘性胶粘剂405和粘结胶粘剂410。该点胶装置560可以配置为应用或打印特定控制量的胶粘剂到目标位置105和110。上述量可以调节。

如上所述，本发明提供一种用于快速原型的分层物体制造(LOM)系统中使用的点胶装置。参照图4，根据本发明提供的点胶装置560可以包括在配页机模块530中。该点胶装置560将胶粘剂应用于3D物体介质层100。点胶装置560被配置为应用第一胶粘剂405到粘结3D物体介质层100的临时区域105和应用第二胶粘剂410到粘结3D物体介质层100的永久区域110。点胶装置560可以包括一个或多个喷墨打印头。该装置最好包括单独的打印头，其具有同时打印两种或多种流体的能力。打印头不接触物体介质层100，并可被高速地来回扫描，以迅速沉积一层或多层胶粘剂到基底层。打印头可包括打印头滑架，其被配置为点胶时扫描物体介质层100的宽度。或者，打印头可以包括页宽阵列打印头。图5示出了典型的打印头滑架600，其被配置为在打印墨水或胶粘剂时，扫描物体介质层100的宽度。参考图5，打印头滑架600可被配置为分配第一粘性胶粘剂605和第二粘结胶粘剂610。图6显示了页宽阵列打印头700，也可被配置为分配第一粘性胶粘剂605和第二粘结胶粘剂610。

用于暂时粘接和粘结的胶粘剂405和粘结胶粘剂410，最好按配方制造成可以适用于喷墨打印。胶粘剂可以被配置成粘度一般不超过50mPa.s，优选的范围为1至10MPa.s。所述胶粘剂表面张力优选地大于34mN.m^-1，因此它呈现出不易通过物体介质层的多孔表面以毛细作用方式渗透，而造成表面上只有少量胶粘剂能用于粘接的结果。表面张力的优选范围为34-50mN.m^-1。

应该了解，根据本说明书，可提供粘性胶粘剂的不同配方。

按配方制造粘性胶粘剂405考虑了以下方面的问题和特点：

·该胶粘剂配制为当加热至温度在其熔点以上时，该胶粘剂变成液体；

·该粘合剂具有足够低的粘度，以使其能够喷墨打印；

·该胶粘剂可包括蜡；

·蜡可以根据所需的后续处理温度选择；

·该胶粘剂可包括微乳液；

·该胶粘剂包括在去离子水中的蜡颗粒的微乳液；

·该胶粘剂可进一步包括硬脂酸；

·该粘性粘合剂可进一步包括乙二醇；

·当沉积到纤维素基纸上时，该粘性胶粘剂具有相对高的表面张力；

·该胶粘剂适用于打印；

·该胶粘剂适于使用喷墨打印头打印。

根据本发明具体实施例优选的示例性设置，可以使用包括下列不同类型的粘性胶粘剂：

一)100％固体蜡配方

粘性胶粘剂可以包括单一的固体蜡，例如蜂蜡。蜡可以按配方制造，使当它被加热到它的熔点以上时，它变成液体，并具有足够低的粘度，使其能用于喷墨打印。

二)在水中的蜡颗粒微乳液

粘性胶粘剂可选地包括在去离子水的蜡颗粒微乳液。此配方可以更简单地实现，因为它不需要升高的油墨温度。为了形成微乳液，需要加热去离子水100g至90℃和加入固体蜡片60克。然后可以使用60秒约10000rpm(转/分)的高速剪切混合刀片搅拌该混合物，然后使混合物冷却。蜡的含量可以多样，在10％的蜡90％的水至高达60％的蜡40％水的范围内变化。蜡片可用固体蜡代替，因蜡颗粒可代替蜡片。剪切速度可以从3000rpm到15000rpm，混合时间可以在10秒到300秒之间调整。蜡可以根据所需的后续处理的温度选择。对此，蜡可包括石蜡，蜂蜡或棕榈蜡。下表提供了这些蜡的熔点：

类型	熔点(℃)
		石蜡	46-68
蜂蜡	62-64
		棕榈蜡	82-86

结果就产生了以去离子水为基质的蜡粒子微乳液。

该微乳液可进一步包括硬脂酸。硬脂酸的加入可调节微乳液的pH值在10至11之间，从而稳定微乳液，防止蜡颗粒分层、结块或沉淀。

粘性胶粘剂可进一步包括乙二醇。乙二醇的添加效果是用于分配胶粘剂的打印头可以打开盖更长一段时间。乙二醇也提高了打印头中的粘性胶粘剂的性能。即，胶粘剂可以停留在打印头喷嘴更长一段时间而不干结。

实验中，对棕榈蜡乳液的喷墨打印性能进行了测量。乳液的粘度为4.76mPa.s，表面张力为35.42mN.m^-1。当沉积到纤维素基纸时，合成蜡微乳液胶粘剂有相对高的表面张力，并产生大约70℃的接触角。图8是在水中的蜡微乳液打印到纸形式的物体介质层的摄影图像。

如上所述，蜡微乳液可以使用传统的喷墨打印机打印，其设计为通过扫描跨过纸介质上的打印头具有两种油墨流体通路。蜡微乳液可以沉积在物体介质层上，那里它被保留为球体状滴状物。水分将立即开始从微乳液滴蜡粒子的蒸发，蜡将开始凝聚，并形成直径约50微米、高20微米(基于初始滴体积为28皮升)的小型盘状物。

粘结胶粘剂的配方可以通过用去离子水稀释乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)胶乳液得到。胶与水的比例可为1比9。然后彻底搅拌混合物。这形成EVA粒子在水中的微乳液，以及在水中大约5％EVA固体。测得该溶液的粘度为1.66mPa.s，其表面张力为53.65mN.m^-1。因此，所得到的微乳液具有高的表面张力，并当其打印在纤维素纸上时，产生了约80℃的润湿角。表面张力值的范围从34.5mN.m^-1到72mN.m^-1一系列这样的在水中的蜡微乳液已经实验室中制备。对于高表面张力值，它对于减少流体的保留背压可能是必要的，以协助流体的喷射。可产生范围从65℃到90℃的不同润湿角。图9是EVA微乳液打印到纸上的摄影图像。

图7示出根据本发明的一个实施例，示出了在分层物体制造(LOM)系统中粘结多个单个物体介质层以形成三维(3D)物体的方法或过程800的流程图。所述的多个物体介质层100，其可能先前已用油墨或类似物打印，每个物体介质层包括如前所述的粘性或临时区域105和如前所述的粘结区域110。参照图7，粘性胶粘剂405和粘结胶粘剂410在步骤810中分别应用到物体介质层n的临时区域105和永久区域110。胶粘剂可通过如前所述的喷墨点胶装置560而应用。物体介质层100在步骤820中被放置在彼此之上。物体介质层100可以随着胶粘剂应用到每一层而彼此叠放。以这种方式，物体介质层100可被放置在胶粘剂已被应用的物体介质层100的顶部。例如，物体介质层n+1可以被放置在粘性和粘结应用层的顶部，如步骤820所示。然后部分完成的LOM构造堆叠在步骤830中被加热板按压，导致最近应用层与下层进行亲密接触。加热导致粘性胶粘剂部分熔融，使得它流动，并被保留为较高和较低介质层之间的中间层。保持胶合层与加热至80℃的面亲密接触2秒，可以导致粘性胶粘剂605中的蜡部分熔融和流动。在从热源上移除该层，蜡可以重新凝固，形成层间的粗缝。粘结胶粘剂的层创造了更强大的粘结力。实验表明，如果粘结胶粘剂粘结层被拆开，纸纤维在粘结区域可能会撕裂，即，纸本身可能会在胶水粘结失败前破裂。图10是在粘结和加热层压后，试着分离2个物体介质层后的一个摄影图像。在步骤840后完成构造序列，整个LOM叠层放置在温度为5℃和30℃之间的加热炉中，炉内温度在粘性胶粘剂的熔点以上。参照步骤850，LOM叠层允许热浸在加热炉内，因此热可以完全穿透LOM叠层。这段时间依赖于一些变量，包括粘性胶粘剂用量，所使用的胶粘剂的水含量，LOM叠层的高度以及加热温度。然而，一般而言，小叠层物体加热时间可能短至十分钟，而大叠层物体肯能长达一个小时。

延长加热时间会使粘性胶粘剂熔化并从粘性区域基本流出，并通过毛细作用从粘结物体迁移。因此释放粘性层粘结力，从而分离粘性区域介质，造成物体或多或少更容易自除杂。以这种方式，物体介质层100的临时区域105不再粘结在一起，这有利于随后进行的分离或除杂过程。最后，完成的LOM物体包括永久粘结区110，在步骤840中，其被从粘性/释放临时粘结区域105分离。

通过保留LOM叠层的温度大约在90℃，那么LOM叠层内核和外部环境会实现温度均匀，永久粘结胶粘剂区域110倾向于升温时随着水分的进一步流失而加强。

另一方面，第一粘性胶粘剂405熔化成为低粘度液体，并通过毛细作用从已打印区域迁移。第一粘性胶粘剂405通常可以在远离已经被永久粘结胶粘剂410占据的永久粘结区101的方向上移动。

其结果是，在粘性区域105中的层100失去所有的结构完整性，并倾向于自动分离或自除杂，并从永久粘结物体1000分离。

本发明提供了一种在分层物体制造(LOM)系统中粘结多个单独物体介质层以形成三维(3D)物体的方法，该方法包括：

应用第一粘性胶粘剂到多个物体介质层中每一层的临时区域；

应用第二粘结胶粘剂到多个物体介质层中每一层的永久区域；

将物体介质层彼此叠放，以形成物体；

加热物体介质层至预定温度以上，使第一胶粘剂熔融，并在冷却时重新凝固形成临时的粘结区域；

加热物体介质层使其温度在粘性胶粘剂的熔点之上，导致粘性胶粘剂通过毛细作用从层间粘合区域迁移；和

从LOM物体分离临时区域。

加热物体介质层使其温度高于预定温度，造成第二胶粘剂永久地粘结永久区域以形成完成的LOM物体。

在第一胶粘剂中，加热物体介质层使其温度在所使用的蜡的熔点之上。在根据本发明的加热步骤的一个优选设置中，包括加热物体介质层使其温度高于80℃。第一胶粘剂的加热引起第一胶粘剂的毛细流动，造成物体介质层的临时区域剥离。在一个根据本发明实施例的优选设置中，第一胶粘剂是临时的胶粘剂，物体介质层包括纸张，加热会引起第一临时胶粘剂的毛细流动，由此使纸张剥离。

术语“介质”、“物体介质层”与“层”可交换使用。该术语指的是在三维制造过程中所使用的基底层。在本发明应用的优选配置中，为纸或纤维素纸。然而，必须理解，其它介质类型也可以采用，可以包括聚合物薄膜，金属箔，陶瓷粉末浸渍纸张，金属粉末浸渍片，聚合物粉末浸渍片，水溶性纸张，基板蜡等。

本发明克服了从永久粘结LOM物体去除临时支撑材料的问题。这是通过使用临时胶粘剂实现的，该临时胶粘剂配置为，当整个LOM叠层加热到其温度超过粘性胶粘剂的熔点时，释放构造物体的临时区域或临时支撑层。这会导致粘性胶粘剂流动，并离开临时支撑层的界面。本发明有利地消除了使用强力去除临时支撑结构以露出LOM物体的需要。进一步地，本发明的粘接模块的有利配置加快了从支撑材料分离出所需的LOM物体的过程。本发明还减少了在除杂过程中损坏LOM物体或不慎去除LOM物体材料的可能性。

尽管已经参考某些示例性设置对本发明进行了描述，但是，应该理解的是，并不能将本发明的教导局限于这类设置，因为，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出修改。这样，可理解的是，本发明只有必要受所附权利要求的限制。

Claims

1.一种点胶装置，在分层物体制造(LOM)系统中使用，通过将胶粘剂施用于多个物体介质层形成三维(3D)物体，每个物体介质层包括临时区域和永久区域，其中所述点胶装置配置为在所述物体介质层的临时区域施用第一胶粘剂，而在所述物体介质层的永久区域施用第二胶粘剂。

2.根据权利要求1所述的点胶装置，包含一个或多个打印头。

3.根据权利要求2所述的点胶装置，其中，所述一个或多个打印头被设置为共同同时打印第一和第二胶粘剂。

4.根据权利要求3所述的点胶装置，包含单个打印头。

5.根据权利要求2至4任一项所述的点胶装置，其中，所述打印头包括喷墨打印头。

6.根据前述任意一项权利要求所述的点胶装置，其中，所述点胶装置配置为隔开所述3D物体介质层施用胶粘剂。

7.根据权利要求2至6任一项所述的点胶装置，其中，每一个打印头包含打印头滑架，该打印头滑架被设置为打印胶粘剂时扫描物体介质层的宽度。

8.根据权利要求2至7任一项所述的点胶装置，其中，每一个打印头包括页宽阵列打印头。

9.根据权利要求1至8任一项所述的点胶装置，其被设置为在所述物体介质层的具体位置上打印预定量的第一胶粘剂和第二胶粘剂。

10.一种分层物体制造(LOM)系统，用于形成三维(3D)物体，该系统包括点胶装置，该点胶装置用于将胶粘剂施用到物体的物体介质层，每个物体介质层包括临时区域和永久区域，所述点胶装置被配置为施用所述第一胶粘剂和第二胶粘剂到物体介质层的不同区域。

11.根据权利要求10所述的LOM系统，其中，第一胶粘剂是临时粘性胶粘剂，所述点胶装置被配置为向所述物体介质层的临时区域施用第一胶粘剂。

12.根据权利要求10或11所述的LOM系统，其中，第二胶粘剂是永久粘结胶粘剂，所述点胶装置被配置为向所述物体介质层的永久区域施用第二胶粘剂。

13.根据权利要求10至12任一项所述的LOM系统，其中，第一胶粘剂用于在粘结和仿形期间临时粘接物体介质层的临时区域。

14.根据权利要求10至13任一项所述的LOM系统，其中，第一胶粘剂被配置为，当已被施用了胶粘剂的多个物体介质层被加热至高于预定温度时，第一胶粘剂熔融后流出物体介质层的临时区域之间的界面。

15.根据权利要求11至14所述的LOM系统，其中，所述粘性胶粘剂包括单一的固体蜡。

16.根据权利要求15所述的LOM系统，其中，所述蜡包括蜂蜡。

17.根据权利要求11至14所述的LOM系统，其中，所述粘性胶粘剂包括去离子水中的蜡颗粒微乳液。

18.根据权利要求15至17任一项所述的LOM系统，其中，所述蜡包括石蜡、蜂蜡或棕榈蜡。

19.根据权利要求11至18所述的LOM系统，其中，所述粘性胶粘剂进一步包括硬脂酸。

20.根据权利要求11至19任一项所述的LOM系统，其中，所述粘性胶粘剂的pH值在10和11之间。

21.根据权利要求11至20任一项所述的LOM系统，其中，所述粘性胶粘剂是临时粘合剂，可被释放和/或失效和/或移除。

22.根据权利要求10至21任一项所述的LOM系统，其中，第二胶粘剂包括用于将所述物体介质层的永久区域彼此永久粘结的粘结胶粘剂。

23.根据权利要求22所述的LOM系统，其中，所述粘结胶粘剂包括在去离子水中的乙烯乙酸乙烯酯(EVA)共聚合物乳胶颗粒微乳液。

24.根据权利要求22或23所述的LOM系统，其中，所述粘结胶粘剂包括在去离子水中约5％的EVA固体。

25.根据权利要求22至24任一项所述的LOM系统，其中，所述粘结胶粘剂具有约1.66mPa.s的粘度。

26.根据权利要求22至25任一项所述的LOM系统，其中，粘结粘合剂具有约53.65mN.m^-1的表面张力。

27.根据权利要求10至26任一项所述的LOM系统，其中，第一和第二胶粘剂都具有小于50mPa.s的粘度。

28.根据权利要求10至27任一项所述的LOM系统，其中，第一和第二胶粘剂都具有在1至10mPa.s范围内的粘度。

29.根据权利要求10至28任一项所述的LOM系统，其中，第一和第二胶粘剂的表面张力都大于34mN.m^-1。

30.根据权利要求10至29中任一项所述的LOM系统，其中，第一和第二胶粘剂都配置为能被喷墨打印。

31.一种粘结模块，用于粘结多个单个物体介质层，以在分层物体制造(LOM)系统中形成三维(3D)物体，每个物体介质层包括施用第一粘性胶粘剂的临时区域和施用第二粘结胶粘剂的永久区域，其中该粘结模块包括加热元件，用于加热所述多个被施用了胶粘剂的物体介质层。

32.根据权利要求31所述的粘结模块，其中，所述加热元件被配置为加热多个被施用了胶粘剂的物体介质层，使之高于预定温度，使所述第一粘接剂熔融后流出所述临时区域之间的界面，并使第二胶粘剂将所述粘结区域永久地粘结在一起。

33.根据权利要求31或32所述的粘结模块，其中，所述粘结模块包括构建台，用于在其上堆叠多个物体介质层，所述构建台被配置为可以移动，以使该物体介质层与所述加热元件接触。

34.根据权利要求31至33任一项所述的粘结模块，其中，所述加热元件包括加热板。

35.根据权利要求32至34任一项所述的粘结模块，其中，所述预定温度是至少80℃。

36.根据权利要求31至35任一项所述的粘结模块，包括权利要求1至9任一项所述的点胶装置。

37.一种分层物体制造(LOM)系统，被配置为组装多个单个被打印的介质层以形成三维(3D)物体，所述系统包括：

配页机，配置为组装多个单独被打印的介质层来形成三维物体，

所述配页机包括根据权利要求1到9任一项所述的点胶装置和权利要求31至36所述的粘结模块。

38.根据权利要求37所述的系统，包括配页前用于打印多个物体介质层每层的油墨打印模块。

39.根据权利要求37或38所述的系统，其中，所述配页机包括仿形模块，被配置为生成多个物体介质层的单个层的仿形，以生成在三维物体内部所需的三维形状。

40.一种在分层物体制造(LOM)系统中粘结多个单个物体介质层以形成三维(3D)物体的方法，所述每个物体介质层包括临时区域和永久区域，所述方法包括：

施用第一粘性胶粘剂到多个物体介质层每一层的临时区域；

施用第二粘结胶粘剂到多个物体介质层每一层的永久区域；

将所述物体介质层彼此叠放以形成物体；

加热所述物体介质层使其温度高于预定温度，导致第一粘合剂熔融，并在冷却时重新凝固成临时粘结区域；

加热物体介质层使其温度高于粘性胶粘剂的熔点，导致粘性胶粘剂从层间粘结区域通过毛细现象迁移；和

从LOM物体分离临时区域。

41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述加热物体介质层使其温度高于预定温度，导致第二粘结胶粘剂将永久区域永久粘结以形成完成的LOM物体。

42.根据权利要求40或41所述的方法，包括加热物体介质层使其温度高于在第一胶粘剂中使用的蜡的熔点。

43.根据权利要求40至42中任一项所述的方法，包括将物体介质层加热至80℃以上，并维持温度在这个水平上一段时间，以确保有足够的时间让粘性胶粘剂迁移。

44.根据权利要求40至43中任一项所述的方法，其中，第一胶粘剂的加热引起其毛细流动，导致物体介质层临时区域的剥离。

45.根据权利要求40至44中任一项所述的方法，其中，物体介质层包括纸张。

46.一种胶粘剂，包括粘性胶粘剂，用于对施用了该粘性胶粘剂的层提供临时粘结。