CN108778689B - 一种点胶装置 - Google Patents

Abstract

一种应用于三维(3D)物体的快速原型制作的用于分层实体制造(LOM)系统的点胶装置(100)，用于将胶粘剂施加到限定3D物体的层的目标基板S上，所述装置包括具有多个周向间隔开的凹槽的胶粘剂施加轮(150)，用于接收胶粘剂，点胶装置相对于目标基板可移动，以能够在目标基板上的选定位置沉积胶粘剂，其中，点胶装置设置为能够通过枢轴安装件(122)相对于目标基板进行平移，使得轮能够与其相对于目标基板的平移方向一致，以实现在特定位置沉积胶粘剂。

Description

一种点胶装置

技术领域

本发明涉及一种具有快速原型制作能力的分层实体制造（LOM）系统。在优选的设置中，本发明涉及一种点胶装置，特别地，涉及一种在用于快速原型制作（RP）的分层实体制造（LOM）系统中施加胶粘剂的点胶装置。

背景技术

快速原型制作被称为计算机控制的添加式制造，在该种制造中，通过添加材料而不是依赖于去除或减少材料的传统加工方法来制造物体。术语“快速”虽然应当被理解为一个相对的术语，但是在本领域中具有特定的含义，根据所使用的方法及模型的尺寸和复杂性，一个三维物体的制造完成需要花费几个小时到几天的时间。一般领域的快速原型制作有许多已知的方法，分层实体制造（LOM）是其中一种快速原型制作（RP）的方式，它涉及将涂有胶粘剂的纸、塑料或金属层压板连续地层叠，然后依次粘合并利用切刀或激光刀切割成型。

在现有采用纸基为原料的LOM系统中，纸基设置为卷状形式。纸卷可具有已存在于其下侧的胶粘剂。在这种情况下，可以通过加热和/或压力激活胶粘剂，以粘结到上一层。在另一种替代的方法中，当材料从纸卷中抽出时，可在材料的下侧涂上胶粘剂。然而，上述方法由于使用的卷料而存在一些缺陷。例如，机器通常只能对于专门制造的卷材进行操作，这些机器费用昂贵和/或难以替代。该方法由于长期使用原料卷而存在的一些缺陷。例如，由于在原料卷上预涂有胶粘剂，原料卷可能在进料装置中被卡住或发生堵塞。由于上述情况，产生废料的部件与废料因相同的粘附力而粘在一起，因此废料的去除是非常困难的。因为常常需要凿子和其他尖锐工具撬开物体，这可能导致在废料去除“除草（weeding）”过程中部分损坏。

对于适用于传统LOM系统的纸的类型还有进一步的限制。因为纸由随机粘接起来的纤维层组成，这导致其结构可能具有不同的孔隙度。纸是一种高孔隙度的材料，含有多达70%的空气。纸张或纸层的孔隙度可表征纸的吸湿性，或者表征某一纸张或纸层吸收油墨、水或本发明中的胶粘剂的能力。当选择用于LOM的具体纸张类型时，考虑纸张的孔隙度是很重要的。

纸的性能无疑与使用的胶粘剂类型密切相关，并对胶粘剂的种类进行了限制。关于将胶粘剂施加于纸上还有更多的问题和顾虑。在已知打印机中，比如依赖于计算机控制的机电设备（例如压电点胶头）的点胶系统，这些点胶头通常是精密的，并且长时间不使用这些装置可能会堵塞，可能需要经常维修、维护和更换。因此，这样的设置可能具有较高的维护和修理费用。

在纸层之间施加胶粘剂的其它方法包括：

涂覆基板或纸层的整个工作区域，如上所述，在对加工成品的后处理过程中去除废料时会产生很大的困难；

设置基板，该基板放置在纸层或纸张上特定位置并防止在此位置产生粘附。该技术通过最初涂覆整个纸层或纸张，然后利用一种“抗胶”的物质致使涂有胶粘剂的部分“无粘性”，具有浪费大量胶粘剂的缺点；或者，

使用静电系统将粘性调色剂，像传统打印机印刷油墨一样以静电复印的方式将其沉积在纸张表面上。

该方法具有技术复杂，并需要特殊制造的粘性调色剂的缺点。

需要进一步指出的是，目前LOM系统使用的是溶剂基的胶粘剂，为非水溶性，因此例如出于处理目的将会存在环境问题。然而，当前这种溶剂基的胶粘剂已用于LOM系统，因为使用具有高含湿量的水基胶粘剂存在进一步的问题，例如纸的翘曲和变形，这妨碍了它们在LOM系统中的应用。

请参阅申请人的早期PCT申请WO 2009/068672。该申请提供了一种点胶装置，该点胶装置控制胶粘剂在构建3-D物体方面的应用。所用的系统支持使用水基胶粘剂作为分层处理的粘合介质的方法。通过控制所点涂的胶粘剂的用量和/或位置，所述的LOM系统可以使用水基胶粘剂，同时最大程度的减少用于分层的纤维素纸基材的翘曲或变形。本说明书中的轮可以与早期的PCT申请WO 2009/068672的设置一起使用，本文通过引用与相应内容进行结合。本说明书的轮还可以与SDL或LOM系统的其他适配的设置一起使用。

随着3D打印系统和3D打印技术的发展，这些系统被用于制造越来越复杂、体积越来越庞大的物体。因而，考虑到构建的物体可能存在的复杂性、缩短构建的持续时间的需求、整体尺寸的大小以及系统的复杂性，需要一种改进的点胶装置。

发明内容

第一方面，提供了一种应用于三维（3D）物体的快速原型制作的用于分层实体制造（LOM）系统的点胶装置，用于将胶粘剂施加到限定3D物体的层的目标基板S上，所述装置包括具有多个周向间隔开、用于接收胶粘剂的凹槽的胶粘剂施加轮，点胶装置相对于目标基板可移动，以能够在目标基板上的选定位置沉积胶粘剂，其中，点胶装置设置为能够通过枢轴安装件相对于目标基板进行平移，使得轮能够与其相对于目标基板的平移方向一致，以实现在选定位置沉积胶粘剂。

在一种设置中，包括轮的点胶装置安装为使其重心与枢轴点恰好位于同一直线上。在一种设置中，点胶装置安装为围绕穿过枢轴点的枢轴线进行枢转。在一种设置中，点胶装置安装为可相对于枢轴点旋转360度。

在一种设置中，轮安装在相对于枢轴线具有偏移量的位置上。在一种设置中，轮安装为能够与其相对于基板的平移方向一致。当轮在基板上移动时，轮在切向力的作用下进行枢转以与其行进方向相一致。

在一种设置中，点胶装置根据3D物体的结构进行平移，以根据3D物体的结构沉积胶粘剂。

本说明书中的点胶装置的设置有利地提供了一种装置和与其平移方向一致的轮。有利地实现了轮可在行进方向上有效地并连续地平移以沉积胶粘剂。该轮具有前沿和后沿，并且如果轮设置为与前进方向一致，则胶粘剂装置和轮可以在基本连续的行路径中平移，以在特定层进行胶粘剂的沉积。上述设置与现有技术中的设备相反，在现有技术中，可能需要提升轮并将轮移动到开始位置，以铺设每条胶粘线。

在一种设置中，轮设置为当其相对于基板平移时轮以线性、圆形或其它不规则路径沉积胶粘剂。

自对准点胶装置可设置多种胶水图案(glue pattern)。该装置的设置有利地实现了点胶装置可在路径上平移，所述路径根据物体层的周长设置，并且实现了以类似弯曲的图案的填充的形式进行填充。

轮可旋转以将填充在一个或多个凹槽中的胶粘剂传送至目标基板上，并将受控量的胶粘剂沉积在目标基板的离散点上，并且在一种设置中，轮通过其与目标基板之间的摩擦而进行旋转。

在一种设置中，轮还包括辅助轮转动的摩擦轮或链轮。所述摩擦轮可与胶轮相连接。

在一种设置中，提供了一种胶粘剂擦拭器，其与轮共同限定了胶粘剂填充室，胶粘剂填充室用于当轮相对于擦拭器旋转时，将胶粘剂填充到一个或多个凹槽中。在一种设置中，该装置还包括流动控制机构，用于控制胶粘剂流入胶粘剂填充器和轮的凹槽。在一种设置中，该装置被配置为通过胶粘剂填充室和流动控制的设置防止胶粘剂泄漏。在一种设置中，流动控制机构设置为在轮停止转动时，胶粘剂会被切断。在一种设置中，控制机构包括阀，例如电磁阀。

在一种设置中，该装置还包括向下力控制机构，用于控制和改变轮在其相对于基板平移时轮在基板S上施加的向下的力。所述控制机构通过改变所施加的力可以实现控制每个胶点沉积的胶粘剂的量。

在一种设置中，所述点胶器可操作地在纸基上的特定位置上进行预定体积的胶粘剂的选择性点涂。

在一种设置中，向下力控制机构包括螺线管或音圈。

另一方面，还公开了一种用于快速原型制作的分层实体制造（LOM）或SDL系统，该系统包括在先的任一权利要求中所述的点胶装置。

另一方面，还公开了一种用于快速原型制作的分层实体制造（LOM）系统，该系统用于将胶粘剂涂覆于纸基的多层上，以实现三维物体的制成，该系统包括：

a）用于盛装胶粘剂的储液器；

b）与储液器中相流体连通的点胶器，用于将胶粘剂从储液器点涂到基板上；

c）可在点胶器上操作的控制装置，用于将点胶器引导到基板的特定位置，以便随后在纸基上进行胶粘剂的点涂；

其中，所述点胶器安装为可相对于目标基板进行平移，并且包括可枢转安装的自对准点胶器，自对准点胶器用于在其相对于3D物体的层平移时进行胶粘剂的点涂。

在一种设置中，点胶器包括力控制机构，力控制机构可操作地在纸基上的特定位置上进行预定体积的胶粘剂的选择性点涂。在一种设置中，所述装置包括可在点胶器上操作的控制机构，用于将点胶器引导到基板的特定位置，以便随后将胶粘剂点涂到到纸基上。在一种设置中，该系统包括点胶器驱动机构和控制机构，可操作地控制点胶装置和轮相对于基板平移的方向和速度。在一种设置中，轮相对于擦拭器和基板的角运动通过点胶器相对于基板的平移来控制，该轮设置为由于轮和基板之间的摩擦而进行旋转。

在一种设置中，胶粘剂包括水基胶粘剂，例如PVA胶粘剂。在一种设置中，胶粘剂可操控地通过毛细作用从填充凹槽沉积到目标基板上。

在一种设置中，点胶装置被配置为在系统的x-y框架上的可操作地安装在头上，并相对于目标基板可在x-y框架上移动。头可以是多功能头，所述头配置为传输可操作地相对于物体层形成物体层的各种组件。

另一方面，本发明公开了一种使用点胶装置施加胶粘剂以制造3D物体的方法，该方法包括：

-将胶粘剂施加于多层3D物体的各个层；

-根据由该层的数字打印文件设定的胶水图案以施加胶粘剂；

其中，胶水图案首先施加于根据在该层的物体的外周形状所确定的路径中，然后施加于填充在该层的物体的边缘或边界内的区域。

在一种设置中，路径包括连续路径。在一种设置中，胶粘剂以胶粘剂点构成的一条线的形式沉积。在一种设置中，该线是连续的线。在一种设置中，单个点的体积可以通过改变轮在与物体层接触点处施加的向下的力而产生变化。

上述特征与其他特征参照下面的附图更易理解。

附图说明

图1是根据本说明书的一种设置中的点胶装置的透视图；

图2是示出了枢轴线的图1中装置的侧面透视图；

图3是示出了擦拭器和带凹槽的点胶轮的图1和图2中的装置的正视图；

图4是图4中的装置的侧面透视图；

图5是图4中的部件的透视图；

图6是本说明书中包含点胶装置的示例性SDL或LOM系统的框图；

图7A示出了现有技术的胶水图案，图7B示出了根据本说明书的一种设置中的系统和方法而形成的胶水图案。

具体实施方式

参考附图所示，首先尤其如图6所示，描述了用于制造3D物体的分层物体（LOM）制造系统或选择性沉积层压（SDL）系统1000的特定组件。该系统包括构建模块500。构建模块500包括点胶装置100、构建板510、切割机构520、粘合机构530、基板或进纸机构540。本说明书中重点描述点胶装置100。

参考附图所示，尤其如图1至图5所示，点胶装置100是整个SDL（或LOM）系统1000的组件。点胶装置100包括胶粘剂施加轮150，也称为胶轮150。点胶装置100与胶粘剂储液器110连接。点胶装置包括胶粘剂填充器120，胶粘剂填充器与储液器110相连接并使胶粘剂施加轮150运转。

胶粘剂施加轮150具有多个在周向间隔开的、用于接收胶粘剂的凹槽，点胶装置100和轮150相对于目标基板S可移动，以在基板上指定的位置沉积胶粘剂。随着轮旋转且与目标基板S接触，轮的凹槽152的移动时，施加胶粘剂，胶粘剂通过毛细管作用涂覆。

在本说明书中，术语胶轮、点胶轮、施加轮均被用于描述反映本技术领域语言的轮的设置。

点胶装置100包括可移动部或可移动主体部。可移动部包括填充器120、支撑件125、擦拭器130和轮150。填充器120在进口部122处与胶粘剂储液器110上的胶粘剂进给装置相连接。该连接结构包括枢轴安装件155。胶粘剂填充器120和擦拭器130将胶粘剂A从进口部122传送到轮150处的胶粘剂出口部135。胶粘剂填充器120可以通过诸如一个或多个通道将胶粘剂传送到擦拭器130上的胶粘剂出口部135。擦拭器130与胶粘剂施加轮150一起构成了用于向轮的凹槽152填充黏合剂的胶粘剂填充室136。擦拭器130自胶粘剂填充器120向下悬挂或向下延伸，并具有横向侧壁，该侧壁与前后方向的纵向侧壁142和143连接，上述结构构成了开口，并设置为与轮150连接并且接触。

点胶装置还可包括控制器115，用于控制包括移动过程在内的装置操作参数：定位和平移、胶粘剂的流动及轮150在基体上施加的向下的力。

点胶装置100安装用于相对于目标基板的平移。点胶装置100包括枢轴安装件155，并设置成这样，随着装置相对于基体进行平移时，主体部（填充器、支撑件、擦拭器）和点胶轮150（点胶轮是与目标基体接触的装置的一部分）随着枢转，点胶轮相对于目标基体S，可操作地与其平移的方向一致，以根据3D物体的结构将胶粘剂沉积在所选定的位置。

枢轴安装件155能够实现包括主体部和轮150的点胶装置100枢转360度。

在附图的示例性设置中，包括填充器120、支撑件125和轮150在内的点胶装置设置为可枢转。

参考图2所示，根据本说明书示出了一种示例性的可旋转或可枢转的安装设置方式，并示出了旋转轴线。参考图3所示，示出了本说明书的一种示例性设置中的旋转轴的正视图。

点胶装置100设置为在基体S上方移动时旋转或枢转，以使轮150与行进方向一致。通过枢轴的安装，实现了点胶装置的旋转设置。当点胶装置在目标基体或目标层上移动时，点胶装置可以由于切向力而旋转，以与行进方向一致。

需要注意的是，点胶装置100的可移动主体部设置为可围绕枢轴线P-P进行枢转。参考图3所示，设置点胶装置100时使得其旋转的重心或枢转质心与枢轴点恰好一致。参考图2所示，旋转部件的质量沿着枢轴线P-P均匀分布。轮150与基体的接触点从枢轴线P-P处进行偏移（如图2所示的偏移量d）。特别地，由于轮相对于如图2中所示的枢轴和安装件设置有偏移量，因而胶轮可以相对于枢轴进行旋转或转动。

胶轮150（类似于整个点胶装置）通过旋转或枢轴安装件155安装，以使得可以旋转360度。安装于枢轴上的部件包括支撑件125和填充器120和擦拭器130和轮。

枢轴安装件155能够实现在连续的胶粘剂点涂运行中沉积胶粘剂。与现有技术相反，胶粘剂可以在任意方向进行沉积，而在现有技术中，通过点胶器相对于表面的线性平移，胶粘剂沉积在线性行或线性列中。轮150总是保持一致使得轮在平移方向上向前运动。

点胶装置100的设置提供了一种铺设胶水图案（glue pattern）的新方法。而在现有技术中，胶水可能经常沉积在单向线或向后和向前的线中，需要提起和定位胶水轮以为每条线的运行作准备，如图7A所示。

本说明书中所述的系统在一次或多次连续的、并不限于直线运行的运行中可将胶水沉积到基体或层上。如图7B所示，例如，以立方体形式的构建物体为例，通过围绕着方形形式的层的周边平移点胶装置，胶粘剂可以沉积到方形形式物体的该层上，然后平移点胶装置以沉积胶粘剂填充方形形式的内部。胶水在周边沉积，然后以迂回曲折的图案进行填充。装置100的轮与平移方向一致，因此轮通过方形的每个直角时进行枢转，以便将胶粘剂施加至每一侧。

通过系统1000实现的新的胶水图案，可以对胶水在层上的沉积更好地的控制并提升效率。与现有技术相比，为了将胶水施加到层上而进行的沉积运行可以是单次连续运行。与现有技术相比，解决了对轮进行提升、定位和加载的需求。

参考图1和图6所示，对点胶装置100的各种部件和操作的控制包括用于接收数字打印文件的控制器115，用于平移点胶装置的传输机构180，用于控制由在基板上的轮施加的向下力的力控机构170，用于控制胶粘剂的流动和停止的流动控制机构160。

上述举例指的是一个规则形状的物体。然而，应当理解的是，点胶装置和其胶轮150也可以在一系列的单个或多个连续运行中，用来将胶粘剂沉积到不规则形状的层中，例如沿周边形状，然后曲折填充。

如上所述，装置100通过控制轮在基体上的接触点位置所施加的向下的作用力，来控制在特定点沉积的胶粘剂或胶水的量。施加的向下力可以沿着胶水图案逐点地发生变化。

本说明书的点胶装置的自对准枢轴安装件能够实现在连续的路径中点涂胶粘剂，该路径包括不规则形状的路径，在目标基体上根据该层的形状限定3D物体的层。例如，胶粘剂可以根据物体边缘的形状进行点涂，包括在大体的圆形路径，或在螺旋路径中，或在与一般圆形物体相对应的一系列同心圆中。路径也可能是不规则的，如图7B所示。

胶轮150通过轮与层或目标基体S之间的摩擦而进行旋转。

在一个实施例中，胶轮150还可包括摩擦轮。当胶轮150穿过目标基板S时，摩擦轮可辅助胶轮150的转动，根据图4的一种方式中，摩擦轮可以与胶轮150分开设置，或者设置为与胶轮150相连接。摩擦轮也可以与胶轮150一体设置。摩擦轮可以包括链轮装置，但是，应当理解的是，也可以包括其他合适的设置方式，以使得胶轮穿过目标基体S上时能够转动。特别地，当轮与目标基体或层S之间具有胶水时，摩擦轮在使用时辅助轮转动。

轮能够旋转和转动360度及相对于移动方向对准的设置方式，使得轮能够实现根据所需的外形和形状来沉积胶粘剂。例如，轮可用于在圆形路径中施加胶粘剂，轮也可用于根据不规则形状的3D物体的每一层的边缘形状来施加胶粘剂。

有利地，该设置方式由此不再局限于直线。这使得胶粘剂可以形成更复杂的图案，由此形成的更为复杂的废料切割使得3D打印机能够构建更复杂的物体。为了说明比较，参考图7A和7B，其示出了用现有技术中的系统打印一层圆形形状，其中胶粘剂以一系列平行和/或单向直线形式被点涂到圆形形状上，图7B示出了由本申请的系统提供的胶水图案。显然，新系统的胶水图案需要更少的胶水，并且需要更少的时间来将胶粘剂点涂到形状/物体层。

胶粘剂施加轮150包括接触表面151，该接触表面151具有多个用于在出口部135处接收胶粘剂A的凹槽152。胶粘剂被填充到擦拭器130处的凹槽152中，并在轮旋转时从擦拭器130中传送到目标基体S上，使得凹槽接触目标基体S。

施加轮150接触表面151是轮150的一部分，被配置为与填充器120的擦拭器130和目标基体S相接触，例如纸张或纸层。接触表面151和/或凹槽152可以由低摩擦材料组成，或者由低摩擦材料制成，例如聚甲醛树脂和/或可以包括低摩擦精加工。

点胶装置100包括流动控制机构160，用于控制胶粘剂流至胶粘剂填充器120和轮150的凹槽152。设置控制机构以使得当轮150停止转动时，胶粘剂也被切断。在本说明书的一种实施方式中，控制机构包括阀，例如电磁阀161。虽然在示例性设置方式中，所述的阀是电磁阀，但应当理解的是，可以设置为其他合适的阀。

轮还包括力控机构170，用于控制和改变轮150在基体S上施加的向下的作用力。力控机构通过施加不同的作用力来控制每个胶点沉积的胶粘剂的量。有益效果为，上述设置允许在目标基板的不同部分上施加不同体积的胶粘剂，例如在构建区域处待被清除的区域施加较小的量，或者例如在构建物的特定端部施加更大的量。

胶粘剂通过毛细作用沉积到基板或层或片材S上。毛细作用的产生是由于基板S的固有孔隙度或吸水率。特别地，基板S可以是纸基板。

同样应当理解的是，凹槽的形状可以根据所需的应用而变化，例如需要不同的形状。

本说明书中的系统和胶轮由于其特征的组合实现了对胶水线的形状和位置的控制，以及对胶水线的浓度的控制。该系统还通过改变向下的压力来控制每个点的胶水重量。

擦拭器130和施加轮150相互对应，并且相互配合以形成具有侧壁和基座的填充室136，所述填充室的侧壁由擦拭器130所形成，基座由轮150所形成。擦拭器130的尺寸和形状与轮150相对应，从而能够使得擦拭器130与轮相连接。擦拭器130的接触侧或开放式出口部135可以包括或形成与轮150的外形大体对应的弧形。胶粘剂填充器120和擦拭器130包括偏压机构或可以与偏压机构接触，例如，用于保持擦拭器130能够与轮150相接触的弹簧机构。

擦拭器130配置为能用胶粘剂A填充通过擦拭器的凹槽152。在一种示例性设置中，为了填充目的，擦拭器130或者填充室136包括排气机构，该排气结构有助于利用胶粘剂对凹槽152进行换气，其利用黏合剂使得空气从凹槽中逸出，并提供从擦拭/密闭腔室中去除或驱动空气的机构。擦拭器130的侧壁142、143和凹槽152的相对尺寸和这些部件的相互驱动的方式构成了排气机构。因此，当黏合剂进入擦拭器时且随着轮150的旋转，施加轮150的多个凹槽152填充有胶粘剂A。填充过程通过气体实现，或者在轮与擦拭器相对运动的情况下，空气与胶粘剂进行交换。凹槽的排气过程是通过轮的运动而实现的，轮的运动促进了空气与胶粘剂的交换。排气发生在凹槽与擦拭器130的前沿144或后沿145相互作用的点处。

该系统可用于防止胶粘剂泄漏。第一，其可通过值控制，在停止转动时，该值控制停止胶粘剂的流动。第二，其可通过擦拭器130、胶粘剂填充室136和轮150的形状实现。

如果当轮停止转动时，会发生任一凹槽桥接擦拭器的边缘的情况，由于凹槽152的尺寸和体积小以及阀的操作，从而大大限制任何泄漏的发生。

如果当轮停止转动时，没有凹槽桥接擦拭器的边缘，那么擦拭器和轮形成基本上密闭的胶粘剂填充室136。此外，阀门也将停止胶粘剂的填充。

凹槽152的间距根据铺设在胶水图案中所需的胶点浓度进行设定。间距可以根据需要进行选择和改变。

有利地，与以前的设置方式相比，由于胶轮通过轮与层或目标基板之间的摩擦而旋转，因而装置和轮不需要马达、皮带、皮带轮等。在所述示例性设置中，点胶装置安装到可平移的头上，并且当轮接触基板表面时，轮通过摩擦而旋转。因此，与现有技术相比，该方式结构简单，并且易于安装和维护。

有利地，与以前的系统相比，当胶轮在层或目标基板上移动时，胶轮可以由于切向力作用而旋转以与行进方向相一致，因此不再局限于直线运动。这使得胶粘剂能以更复杂的图案进行放置，因此实现了更复杂的废物切割，这将使得能够利用3D打印机构建更复杂的物体。

如上所述，点胶装置和轮150可以安装在整个系统1000中，以通过传输机构180实现轮相对于表面的运动。传输机构180可以使点胶装置和轮150相对于目标基板移动到特定位置，以及使轮相对于目标基板进行旋转，且轮通过相对于基板的摩擦进行旋转。

在使用时，在一种示例性设置中，可以将点胶装置100设置为相对于基板S进行平移运动，例如，通过X-Y框架1010以使头相对于基板移动。

本说明书中的点胶装置100适用于水基PVA胶粘剂。

由于这种胶粘剂的性质，在胶粘剂的铺设和胶粘剂的干燥/固化之间的具有较长的晾置时间，从而能够有足够的时间放置随后的基板层或片材。所述点胶装置非常精确地控制了施加到基板上的胶粘剂的量，这是部分地通过施加轮凹槽的形状和尺寸以及该轮上的凹槽间距来实现的。特别地，点胶装置100可以设置为和用于点胶纳米点，即具有10-50个纳升量级的体积的胶粘剂点，优选为20-30纳升量级。以这种方式，该装置可用于沉积受控量的水性胶粘剂，并且这种控制消除了基板饱和的问题。

参考附图所示，特别地，图6中示出了设置有点胶装置的用于快速原型制作的分层实体制造（LOM）系统1000，

在一种示例性设置中，点胶装置可直接安装在点胶装置头上，或者设置为X-Y框架1010上的多功能头1006的一部分，以使得头1006可根据要求在构建物体O的基板S上进行定位和移动，在Z方向上的运动通过螺线管或语音呼叫进行控制。

纸张被送入系统中。系统1000还包括粘合机构530，例如滚轴，该滚轴穿过构建物体以确保后续层的有效黏合。系统1000还可以包括用于施加压力并固化胶粘剂的加热板1007。加热板1007可以为可移动或固定安装。X-Y框架1010的许多特征和纸张的进给、放置均为常规设置，因此对于本领域的技术人员来说为已知，这里不再详细描述。

本发明还提供了一种用于快速原型制作的LOM系统1000的使用方法，并且可以被看作具有如下设置：

使用待制造物体/零件的三维（3D）计算机辅助设计（CAD）；例如，在CAD软件包内生成立体光刻（STL）文件并保存。该STL文件提供给用于控制系统1000操作的软件包。

该软件根据系统1000进行操作，以生成该部件的一系列截面图，以及在任一特定高度处，每一个截面图都是一个简单的二维（2D）轮廓。

用户操作系统/控制器以向系统1000输出控制信号，以开始在3D中构建待构建物体O。

然后，系统1000进行操作以放置构建物体的纸层（基板层），并将每个层切割成所需的轮廓。各层彼此层叠，以实现最终结构的制造。

该系统能够实现施加到基板上的胶粘剂点的密度和体积的变化。通过使用能够精确地将点胶系统引导到特定目标区域的控制器115，也可以通过使用不会在所需点胶位置之间发生胶粘剂泄漏或无意点胶的点胶系统1000，从而促进胶粘剂的区别涂覆。

该系统可以包括多功能头1006，其上面安装有点胶装置100、切割机构520。多功能头1006还可以包括打印头550。在另一实施方式中，点胶装置和/或切割器和/或打印头可以支撑或安装在不同的头上。

由控制器115控制的X-Y框架1010可以根据要求平移和定位活动部件（切割器、打印机、点胶装置等）。

虽然在上面的描述中，该方法集中在点胶装置100的设置和操作上，但作为背景应注意，整体方法包括以下内容：将基板进给到构建位置或构建物体处，将层粘合到构建物体上，切割层的轮廓，施加胶粘剂到层上。该方法还可以包括在施加胶粘剂之前打印该层。

这个方法会一直持续到整个3D模型逐层地建立起来。

可以理解的是，设置有本发明中的点胶装置100的系统1000，也因此适用于在胶粘剂纳米点的应用，例如用于快速原型制作的LOM系统中。

在所述示例性设置中，凹槽152为大致的半球形形状，其优势是为任意给定的表面积提供尽可能最大的体积。这种形状还具有的优势为，当凹槽通过擦拭器130底部时，便于空气和胶粘剂的简易交换。

在一种示例性设置中，使用直径为15mm的轮150。应当理解的是，轮的直径可以根据需要发生变化。然而，轮的优选直径小于20mm，最优选直径在15～20mm范围内。

虽然在所述的实施例中，点胶器装置的轮150在轮上具有单排凹槽，但应当理解的是，轮可以设置有多于一排的凹槽。类似地，虽然在所述的实施例中，点胶器包括一个轮，在另一种设置方式中，可以设置多个轮，一个或多个轮可以相对于其他轮独立运动。这样的设置旨在提高胶粘剂涂覆过程的速度。此外，可以理解的是，虽然在所述的实施例中，凹槽设置为等距隔开，在另一种设置方式中，凹槽间距可以变化并且大致不相等。这样的设置方式将使得不同点图案的沉积取决于与轮的哪一部分接触。

应当注意的和可以理解的是，这里所描述的是分层实体制造系统的示例性设置方式。使用这样的系统可以实现利用水基胶粘剂来粘合连续的纸层以产生三维模型。

本发明提供了一种用于在纸上涂敷胶粘剂的系统和方法，以确保纸不会产生胶粘剂饱和，从而最小化层或片材的翘曲。通过根据需要控制沉积在基板上的胶粘剂的量的方式，使页的翘曲最小化。通过精确地控制沉积在基材上的胶粘剂的量，可以使用水基胶粘剂，例如聚醋酸乙烯酯（PVA）。该系统同样便于使用不同标准和类型的纸张。因此，该系统可使用常规和现成的原材料，例如标准办公用纸，并且具有用户友好和易于操作和供应的优点。可以理解的是，通过提供一种使用水基胶粘剂和可使用常规纸张供给的LOM工艺，其回收和浪费的问题比现有的RP方法少。供LOM工艺使用的纸张可以是废纸或弃纸，并且LOM工艺的废纸可以以与常规回收相同的方式实现轻松回收。水基胶粘剂的废弃相对于现有的RP工艺中使用的溶剂或塑料的废弃更容易。

本发明的系统还对胶粘剂在基板上的定位提供了极好的控制，也可以控制铺设的胶粘剂的密度，同样也可控制点的大小或体积。这些特性有助于消除胶粘剂的浪费。

虽然已经根据附图描述了优选实施例，但是在不偏离本发明的范围的情况下可以进行修改，而本发明的范围仅限于权利要求。当参照一个图示描述整数或组件时，在不脱离本发明的上下文的基础上，可以理解的是，它们可以与其他图示进行互换。

当用于本说明书是词语“包括/包含”是表示所述的特征、整体、步骤或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、部件或它们的组合。

Claims (17)

1.一种用于3D物体的快速原型制作的分层实体制造系统，所述系统包括点胶装置，所述点胶装置配置为将胶粘剂施加到限定3D物体的层的目标基板上，所述点胶装置包括具有多个周向间隔开、配置为用于接收胶粘剂的凹槽的胶粘剂施加轮，点胶装置相对于目标基板可移动，以能够在目标基板上的选定位置沉积胶粘剂，点胶装置配置为能够通过枢轴安装件相对于目标基板进行平移，使得胶粘剂施加轮能够与其相对于目标基板的平移方向一致，在选定位置沉积胶粘剂；点胶装置安装为其重心与枢轴安装件的枢轴线位于同一直线上，点胶装置被配置为在相对于基板平移时与平移方向对齐，其中，胶粘剂施加轮安装在相对于枢轴线具有偏移量的位置上，当在目标基板上移动时，响应于切向力，粘合剂施加轮配置为绕着枢转轴线枢转以与平移方向对准。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述点胶装置配置为相对于枢轴线枢转360度。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，点胶装置被配置为根据3D物体的形状相对于目标基板进行平移。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述胶粘剂施加轮相对于目标基板平移时，所述胶粘剂施加轮设置为在线性、圆形或不规则路径中的选定路径中沉积胶粘剂。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述胶粘剂施加轮配置为旋转以将填充在多个凹槽中的胶粘剂传送至目标基板上，并将受控量的胶粘剂沉积在目标基板的选择位置上，其中，所述胶粘剂施加轮设置为通过胶粘剂施加轮与目标基板的摩擦而进行旋转。

6.根据权利要求1所述的系统，其中点胶装置还包括摩擦轮，所述摩擦轮与胶粘剂施加轮相连接并配置为辅助所述胶粘剂施加轮转动。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述点胶装置还包括胶粘剂填充室，所述胶粘剂填充室包括胶粘剂擦拭器和胶粘剂施加轮，所述胶粘剂擦拭器配置为将胶粘剂填充至一个或多个凹槽中。

8.根据权利要求7所述的系统，还包括胶粘剂流动控制机构，用于控制胶粘剂流动至胶粘剂填充器及胶粘剂施加轮上的凹槽。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述系统被配置为通过胶粘剂填充室和胶粘剂流动控制机构的设置防止胶粘剂泄漏。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述胶粘剂流动控制机构设置为在胶粘剂施加轮停止转动时，胶粘剂也被切断。

11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述胶粘剂流动控制机构包括被配置为控制胶粘剂流动的阀。

12.根据权利要求1所述的系统，还包括向下力控制机构，用于控制和改变胶粘剂施加轮在相对于目标基板平移时胶粘剂施加轮在目标基板上施加的向下的力。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述向下力控制机构配置为通过改变所施加在目标基板上向下的力来控制从每个凹槽沉积的胶粘剂的量。

14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述点胶装置配置为选择性的在目标基板上的特定位置上分配预定体积的胶粘剂。

15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述向下力控制机构包括螺线管或音圈。

16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述胶粘剂包括水基胶粘剂，所述目标基板包括纸。

17.根据权利要求1项所述的系统，其中，所述点胶装置配置为安装在x-y框架上的多功能头上，且相对于目标基板可在x-y框架上移动。

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