CN106626380A - 一种成型设备及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种成型设备及成型方法。成型设备包括成型粉末分散装置、喷射装置、成型腔、控制装置和驱动装置；所述成型粉末分散装置包括成型粉末仓、成型粉末输送装置和成型粉末推刮装置；所述成型粉末推刮装置包括与所述驱动装置连接的滚筒；所述喷射装置设置在成型腔的开口的上部；所述成型粉末仓和成型腔内分别设有升降装置；所述喷射装置至少包括第一喷头和第二喷头。

Description

一种成型设备及成型方法

技术领域

本发明属于粉末成型的技术领域，尤其涉及一种成型设备及成型方法。

背景技术

现有技术中，美国发明专利US5,204,055公开了一种由粉末逐层结合形成立体实体的方法。虽然该专利给出了几个有效的实施方法，但是这些方法比较基本，在成本、速度和精度上还有待进一步改善。

美国发明专利US5,902,441公开了一种粉末含有粘合剂并通过添加液体激活粘合剂使所需粉末逐层粘合成实体的方法。这种方法需要在基础粉末里添加粘合剂，降低了基础粉末的含量，增加成本，而且会使合成粉末不稳定，例如受热或受潮会使粉末发生固化，不利于保存。

中国实用新型专利CN204095145U公开了一种光固化立体成型装置，包括喷粉末材料的长条型喷口、弹性刮片、喷液态光敏树脂的喷嘴、紫外光灯和支撑系统，计算机控制系统和置于粉末给料系统中的粉末，粉末给料系统、液态光敏树脂给料系统和可调紫外光输出系统均与计算机控制系统相连，弹性刮片固定在长条型喷口的下方，支撑系统位于弹性刮片、喷液态光敏树脂喷嘴和紫外光灯的下方。该装置要额外的紫外光照系统，增加成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种成型设备，包括成型粉末分散装置、喷射装置、成型腔、控制装置和驱动装置；所述成型粉末分散装置包括成型粉末仓、成型粉末输送装置和成型粉末推刮装置；所述成型粉末推刮装置包括与所述驱动装置连接的滚筒；所述喷射装置设置在成型腔的开口的上部；所述成型粉末仓和成型腔内分别设有升降装置；所述喷射装置至少包括第一喷头和第二喷头。

在某些实施方式中，所述成型粉末仓和成型腔为开口向上的筒状结构，所述筒状结构的开口并排设置在同一水平面，所述滚筒设置在成型粉末仓和成型腔的开口的上部，所述成型粉末仓的升降装置为固装在第二推杆上沿成型粉末仓内侧壁做往返运动的料板，所述成型腔的升降装置为固装在第一推杆上沿所述成型腔内侧壁做往返运动的成型平台，所述喷射装置包括第一喷头和第二喷头。

在某些实施方式中，所述成型腔或成型平台设有加热装置。

在某些实施方式中，所述成型腔或成型平台设有冷却装置。

本发明还提供了一种成型设备的成型方法，所述方法包括：

步骤1：将立体模型按照预先设定厚度做切片分层，得到立体模型的若干个具有二维形状的层叠结构图层；

步骤2：在所述成型平台上按照步骤1所述预先设定厚度铺设一层成型粉末层；

步骤3：根据步骤1中底层的所述具有二维形状的层叠结构图层，所述第一喷头和第二喷头分别将第一固化液和第二固化液喷在步骤2所述成型粉末层上，所述第一固化液在步骤2中所述成型粉末层上的形状与所述第二固化液在所述成型粉末上的形状重叠；所述第一固化液和第二固化液相遇后发生固化反应，并将所述第一固化液和第二固化液所在部位的成型粉末结合在一起，得到所述成型粉末层的形状模型层；

步骤4：在已完成的前一个步骤中所述模型层上再铺设一层成型粉末，得到待完成的后续成型粉末层；

步骤5：根据步骤1中所述层叠结构图层的待完成后续层的二维形状，所述第一喷头和第二喷头分别将所述第一固化液和第二固化液喷在步骤4中所述后续成型粉末层上，所述第一固化液在所述成型粉末上的形状与所述第二固化液在所述成型粉末上的形状重叠；所述第一固化液和第二固化液相遇后发生固化反应，并将所述第一固化液和第二固化液所在部位的成型粉末结合在一起，得到所述成型粉末层的后续模型层；以所述第一固化液和第二固化液的喷量足够多为条件，使得上、下相邻的两层图层重叠部分牢固固化在一起；

步骤6：重复步骤4和步骤5若干次，得到全部成型粉末层叠结构图层的模型层，整体固化后得到立体模型坯体；

步骤7：去除所述立体模型坯体上未结合的成型粉末，得到立体模型实体。

在某些实施方式中，所述第一固化液含有凝胶单体，所述凝胶单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺的一种或几种混合物，所述第二固化液包括过硫酸铵、四甲基乙二胺或者双氧水的一种或几种混合物。

在某些实施方式中，所述第一固化液为质量百分比2％至10.5％的亚甲基双丙烯酰胺和质量百分比9％至21％的甲基丙烯酰胺的水溶液。

在某些实施方式中，所述第二固化液含有引发剂，所述引发剂为过硫酸铵，所述过硫酸铵的添加量为质量百分比0.1％至3.0％。

在某些实施方式中，所述第二固化液含有催化剂，所述催化剂为四甲基乙二胺，所述四甲基乙二胺的添加量为质量百分比不超过0.3％。

在某些实施方式中，所述成型粉末包括50％以上的陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末和玻璃粉末中的一种或几种。

本发明所提供的成型设备及成型方法与现有技术相比，具有以下优势：

相比现有技术，本发明的成型方法降低了生产成本。

本发明提供的成型设备能够根据计算机提供的立体模型的数据构造出立体模型实体，方便了产品设计初期的试制、客户专有模型定制、以及展示打样的过程，降低了成本。本立体模型实体成型设备及方法尤其适合形状复杂模型的成型。本发明使用的成型粉末简单，成本低、能根据不同材料实时调整第一固化液和第二固化液的比例，实现最优的成型效果。

综上所述，本发明特殊结构的成型设备，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，产生了好用且实用的效果，较现有的成型设备具有增进的多项功效，从而较为适于实用，并具有广泛的产业价值。

附图说明

应当理解的是，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请成型设备的结构示意图；

图2为本发明所述立体模型的成型设备第一工作状态示意图；

图3为本发明所述立体模型的成型设备第二工作状态示意图；

图4为本发明所述立体模型的成型设备第三工作状态示意图；

图5为本发明所述立体模型的成型设备第四工作状态示意图；

图6为本发明所述立体模型的成型设备第五工作状态示意图。

附图标记

1成型平台，2成型腔，3成型粉末，4成型粉末仓，5第一推杆，6第二推杆，7滚筒，8喷射装置，9固化液液滴，10立体模型，11第一喷头，12第一固化液的液滴，13第一混合点，14第二喷头，15第二固化液的液滴，16第二混合点，17结合点，18料板。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合实施例的方式对本发明的技术方案做详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。

但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

如本文所用之术语：

“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量分数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。

“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)；

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，井且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。

实施例1

本发明提供了一种成型设备，包括成型粉末分散装置、喷射装置、成型腔、控制装置和驱动装置；所述成型粉末分散装置包括成型粉末仓、成型粉末输送装置和成型粉末推刮装置；所述成型粉末推刮装置包括与所述驱动装置连接的滚筒；所述喷射装置设置在成型腔的开口的上部；所述成型粉末仓和成型腔内分别设有升降装置；所述喷射装置至少包括第一喷头和第二喷头。

可以理解的是，成型粉末3可以含有引发剂或者催化剂，这样能够减少液体数量或者加快固化速度。同类的固化液，能使用若干种，每种包含不同的颜色元素，并且由各自设置的喷头喷出，成型出彩色的立体模型实体。所述颜色元素是直接染料，例如，添加在第一固化液的凝胶单体中，直接成型出彩色的立体模型实体；也能是间接染料，例如，重金属盐，添加在第一固化液或者第二固化液中，并且成型粉末3为陶瓷粉末，经烧结后能呈现不同颜色。同时，可以设置紫外线照射装置，紫外线照射装置发出的紫外线能促进胶体的固化反应，在每一层成型后，通过紫外光照射进一步促进所述固化反应。温度影响固化液的固化时间及强度，加热与冷却装置的设置，导致其中所述成型平台能够将所述成型平台加热到室温以上温度和将成型平台1冷却到室温以下温度，所以适当控制成型平台以及成型腔的温度，例如，加热或冷却，能够改善成型质量。以上实施例介绍的装置是基于笛卡尔直角坐标系，实际装置还能按极坐标系分层，并按照相同的方法构造立体模型实体。

在本发明某些实施例中，所述成型粉末仓和成型腔为开口向上的筒状结构，所述筒状结构的开口并排设置在同一水平面，所述滚筒设置在成型粉末仓和成型腔的开口的上部，所述成型粉末仓的升降装置为固装在第二推杆上沿成型粉末仓内侧壁做往返运动的料板，所述成型腔的升降装置为固装在第一推杆上沿所述成型腔内侧壁做往返运动的成型平台，所述喷射装置包括第一喷头和第二喷头。

在本发明某些实施例中，所述成型腔或成型平台设有加热装置。

在本发明某些实施例中，所述成型腔或成型平台设有冷却装置。

本发明还提供了一种成型设备的成型方法，所述方法包括：

步骤1：将立体模型按照预先设定厚度做切片分层，得到立体模型的若干个具有二维形状的层叠结构图层；

步骤2：在所述成型平台上按照步骤1所述预先设定厚度铺设一层成型粉末层；

步骤3：根据步骤1中底层的所述具有二维形状的层叠结构图层，所述第一喷头和第二喷头分别将第一固化液和第二固化液喷在步骤2所述成型粉末层上，所述第一固化液在步骤2中所述成型粉末层上的形状与所述第二固化液在所述成型粉末上的形状重叠；所述第一固化液和第二固化液相遇后发生固化反应，并将所述第一固化液和第二固化液所在部位的成型粉末结合在一起，得到所述成型粉末层的形状模型层；

步骤4：在已完成的前一个步骤中所述模型层上再铺设一层成型粉末，得到待完成的后续成型粉末层；

步骤5：根据步骤1中所述层叠结构图层的待完成后续层的二维形状，所述第一喷头和第二喷头分别将所述第一固化液和第二固化液喷在步骤4中所述后续成型粉末层上，所述第一固化液在所述成型粉末上的形状与所述第二固化液在所述成型粉末上的形状重叠；所述第一固化液和第二固化液相遇后发生固化反应，并将所述第一固化液和第二固化液所在部位的成型粉末结合在一起，得到所述成型粉末层的后续模型层；以所述第一固化液和第二固化液的喷量足够多为条件，使得上、下相邻的两层图层重叠部分牢固固化在一起；

步骤6：重复步骤4和步骤5若干次，得到全部成型粉末层叠结构图层的模型层，整体固化后得到立体模型坯体；

步骤7：去除所述立体模型坯体上未结合的成型粉末，得到立体模型实体。

上述，本实施例提供的立体模型的成型方法中，所述步骤1的具体操作为：立体模型10的立体模型数据经过计算机分层切片处理后得到若干平面的具有二维形状的层叠结构图层数据，所述切片分层并不是物理切片过程，而是由计算机将立体模型数据分割成逐层重叠的平面图层数据，这些平面图层叠加后能够还原出原来的立体模型；所述切片分层的具体算法有多种，这里不过多重复，基本操作是先确定一个切片的高度Z，也就是确定某个切片的水平面，立体模型数据通常为三维的包络面，由若干三角型构成，立体模型与该平面相切，形成在该平面的二维的包络曲线，即所述的层叠结构图层；必要时根据立体模型对应实体部分对包络曲线进行填充，，其中圆形的内部对应立体模型实体，可以进行填充，填充后各结构图层能更充分地表示所述立体模型；立体模型10成型时，第一推杆5带动成型平台1下降一层的距离，第二推杆6上升，使成型粉末3溢出成型粉末仓4，滚筒7自左向右运动，将成型粉末3平推至成型腔2，在成型平台1上平铺一层成型粉末层，滚筒7平推也能逆着推动方向转动，使成型粉末3平铺得更加均匀。喷射装置8包括第一喷头11和第二喷头14，所述成型腔2或成型平台1设有加热或者冷却装置，所述成型腔2上还能设有紫外线照射装置，所述加热装置或冷却装置使得成型粉末3保持在设定的温度，所述第一固化液的液滴12和第二固化液的液滴15相遇的固化反应为化学反应过程，温度对其反应速度会产生影响，通常温度升高会加快反应速度，降低温度能减慢反应速度，如果该固化反应的速度过快，固化液还未完全浸入所述成型粉末3，降低最终的成型强度，如果该固化反应的速度过慢，会直接降低成型速度，最佳的温度要根据具体的所述成型粉末3内容以及所述固化液的液滴成分确定，通常以不使任何一种所述固化液在未进行所述固化反应前结冰或沸腾为宜。

在本发明某些实施例中，所述第一固化液含有凝胶单体，所述凝胶单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺的一种或几种混合物，所述第二固化液包括过硫酸铵、四甲基乙二胺或者双氧水的一种或几种混合物。

在本发明某些实施例中，所述第一固化液为质量百分比2％至10.5％的亚甲基双丙烯酰胺和质量百分比9％至21％的甲基丙烯酰胺的水溶液。

在本发明某些实施例中，所述第二固化液含有引发剂，所述引发剂为过硫酸铵，所述过硫酸铵的添加量为质量百分比0.1％至3.0％。

在本发明某些实施例中，所述第二固化液含有催化剂，所述催化剂为四甲基乙二胺，所述四甲基乙二胺的添加量为质量百分比不超过0.3％。

在本发明某些实施例中，所述成型粉末包括50％以上的陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末和玻璃粉末中的一种或几种。

为了便于理解本发明，实施例对本发明的技术方案进行了进一步说明。申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种成型设备，其特征在于，包括成型粉末分散装置、喷射装置、成型腔、控制装置和驱动装置；所述成型粉末分散装置包括成型粉末仓、成型粉末输送装置和成型粉末推刮装置；所述成型粉末推刮装置包括与所述驱动装置连接的滚筒；所述喷射装置设置在成型腔的开口的上部；所述成型粉末仓和成型腔内分别设有升降装置；所述喷射装置至少包括第一喷头和第二喷头。

2.根据权利要求1所述的成型设备，其特征在于，所述成型粉末仓和成型腔为开口向上的筒状结构，所述筒状结构的开口并排设置在同一水平面，所述滚筒设置在成型粉末仓和成型腔的开口的上部，所述成型粉末仓的升降装置为固装在第二推杆上沿成型粉末仓内侧壁做往返运动的料板，所述成型腔的升降装置为固装在第一推杆上沿所述成型腔内侧壁做往返运动的成型平台，所述喷射装置包括第一喷头和第二喷头。

3.根据权利要求1所述的成型设备，其特征在于，所述成型腔或成型平台设有加热装置。

4.根据权利要求1所述的成型设备，其特征在于，所述成型腔或成型平台设有冷却装置。

5.根据权利要求1所述成型设备的成型方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：将立体模型按照预先设定厚度做切片分层，得到立体模型的若干个具有二维形状的层叠结构图层；

步骤2：在所述成型平台上按照步骤1所述预先设定厚度铺设一层成型粉末层；

步骤3：根据步骤1中底层的所述具有二维形状的层叠结构图层，所述第一喷头和第二喷头分别将第一固化液和第二固化液喷在步骤2所述成型粉末层上，所述第一固化液在步骤2中所述成型粉末层上的形状与所述第二固化液在所述成型粉末上的形状重叠；所述第一固化液和第二固化液相遇后发生固化反应，并将所述第一固化液和第二固化液所在部位的成型粉末结合在一起，得到所述成型粉末层的形状模型层；

步骤4：在已完成的前一个步骤中所述模型层上再铺设一层成型粉末，得到待完成的后续成型粉末层；

步骤5：根据步骤1中所述层叠结构图层的待完成后续层的二维形状，所述第一喷头和第二喷头分别将所述第一固化液和第二固化液喷在步骤4中所述后续成型粉末层上，所述第一固化液在所述成型粉末上的形状与所述第二固化液在所述成型粉末上的形状重叠；所述第一固化液和第二固化液相遇后发生固化反应，并将所述第一固化液和第二固化液所在部位的成型粉末结合在一起，得到所述成型粉末层的后续模型层；以所述第一固化液和第二固化液的喷量足够多为条件，使得上、下相邻的两层图层重叠部分牢固固化在一起；

步骤6：重复步骤4和步骤5若干次，得到全部成型粉末层叠结构图层的模型层，整体固化后得到立体模型坯体；

步骤7：去除所述立体模型坯体上未结合的成型粉末，得到立体模型实体。

6.根据权利要求5所述的成型方法，其特征在于，所述第一固化液含有凝胶单体，所述凝胶单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺的一种或几种混合物，所述第二固化液包括过硫酸铵、四甲基乙二胺或者双氧水的一种或几种混合物。

7.根据权利要求6所述的成型方法，其特征在于，所述第一固化液为质量百分比2％至10.5％的亚甲基双丙烯酰胺和质量百分比9％至21％的甲基丙烯酰胺的水溶液。

8.根据权利要求5所述的成型方法，其特征在于，所述第二固化液含有引发剂，所述引发剂为过硫酸铵，所述过硫酸铵的添加量为质量百分比0.1％至3.0％。

9.根据权利要求5所述的成型方法，其特征在于，所述第二固化液含有催化剂，所述催化剂为四甲基乙二胺，所述四甲基乙二胺的添加量为质量百分比不超过0.3％。

10.根据权利要求5所述的成型方法，其特征在于，所述成型粉末包括50％以上的陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末和玻璃粉末中的一种或几种。