CN114286727A - 用于生产铸模的方法和使用所述方法生产的铸模 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产铸模(201，204)的方法，根据该方法，首先彼此分开地生产铸模的至少三个，特别是至少四个、五个、多于五个或多于十个夹层元件(300、301、302、400、401)，然后将其组合成一个或多个堆叠体(1100)以形成铸模。

Description

用于生产铸模的方法和使用所述方法生产的铸模

本发明属于机械、机械工程和铸造技术领域。所述发明可以特别有利地用于铸模的生产，其在大型铸模中的使用(例如在房屋、房屋的部件或其他大型部件的建造中的使用)与在用于小部件的铸模中的使用一样是可以想到的。此外，生产出的铸模可以用于多种不同铸造材料的铸造工艺。

基本上，所谓的有芯和无芯的消失模(lost mold)和永久模被称为用于生产铸件的铸模。基于脱铸成型工艺(该工艺基于模具的破坏)，消失模能够用于生产特别复杂的铸造产品。铸模的内部结构可以使用在铸造过程中限定空腔的芯来实现，并且可以在铸造材料凝固后使用各种方法将铸模的内部结构破坏和去除。相应的铸模和芯可以使用例如砂铸造成型工艺(其中砂与粘合剂混合并借助工具使其成型)来生产。

还已知可以使用增材生产工艺(additive manufacturing processes)来生产铸模，该工艺在分层结构中允许模制具有很大设计自由度的复杂主体。在这个过程中，颗粒被分层施加到平台上并有选择地被固化，例如，通过有针对性地添加粘合剂材料或通过激光烧结。这种用于生产铸模的方法的缺点是成本高和生产时间长。

在现有技术的背景下，本发明的目的是开发一种生产铸模的方法和一种结构尽可能简单、不费力且成本低廉的铸模，从而使得能够生产复杂的铸模。

该目的通过具有权利要求1的特征的用于生产铸模的方法来实现。权利要求2至14示出了这种方法的实施例。权利要求15涉及根据该方法生产的铸模。

相应地，本发明涉及一种用于生产铸模的方法，其中首先彼此分开地生产铸模的至少三个，特别是至少四个、五个、多于五个或多于十个的层压体，然后接合在一起形成一个或多个堆叠体以形成铸模。

上述方法还使得能够生产复杂的可以由层状层压体组成的铸模，单个层压体能够以不同的方法不费力地被生产。

因此可以首先将铸模的模型分解成层，并且可以单独地并且彼此分开地生产形成各个层的层压体。然后将层压体组装起来，使得各个层压体中的每一个的腔体共享内部，即，限定要填充铸造材料的模具的腔体。通过将铸模分成多个层压体，复杂的铸模也可以由层压体组装而成，每个层压体都具有简单设计的腔体或开口。

各个层压体接合在一起形成堆叠体以形成铸模。堆叠方向是堆叠体通过添加更多层压体而增长的方向。垂直于接合在一起的各个层压体之间的边界面的方向也可以被称为堆叠方向。

铸模可以由各层压体的单个堆叠体组装而成，但各层压体的多个堆叠体也可以是铸模或连接到铸模中，其中不同的堆叠体可以被布置成例如彼此相邻、一个在另一个之后、一个在另一个的顶部，或者堆叠体也可以布置在另一个堆叠体的腔体内。

本发明的一个实施例可以提供成：在组装成铸模之后，多个层压体，特别除了堆叠体的端部层压体之外的每个层压体，以环形方式各自围绕要填充铸造材料的铸模的腔体。例如，用于球的铸模可以由多个层压体组装而成，使得铸模的外轮廓设计为立方体形状，立方体的每一层都具有圆形的贯通凹槽和在铸模组装后共同限定球形腔的凹槽。在每个层压体中，圆形凹槽被环形壁和外侧的直边界壁围绕，该环形壁在其内部具有近似圆柱形的轮廓。定义所述模具的叠层的端部层压体则没有通孔，而仅具有界定球形腔体的圆顶形凹陷。

该方法的另一种可能的实施方式可以设置成：多个层压体，特别是每个层压体，除了堆叠体的端部层压体之外，各自具有/都具有至少一个开口，所述开口完全穿透层压体并且被周向的层压体壁包围。根据各个层压体的形状和用于实际铸造的腔体的形状，层压体壁具有沿周向变化的厚度。例如，层压体可以是长方体或平板或弯曲板的形式，板可以设计为例如圆形、正方形、矩形或多边形。

该方法还可以被设计成使得当各层压体在公共对准体上接合在一起形成堆叠体或通过设置在所述层压体中的每一者上的互锁突出部和凹槽接合在一起形成堆叠体时，各层压体被对准。层压体的这种设计以及可选地对准体的这种设计可以保证层压体及其凹槽相对于彼此定位，使得凹槽作为一个整体限定了铸模，也即，限定了要填充铸造材料的模具腔。

对准体可以例如由直杆或板形成，层压体的外轮廓布置在该直杆或板上。层压体例如也可以具有通孔，对准体可以通过该通孔插入。层压体上的隆起部和凹槽例如可以设计为凹槽和肋板或孔和栓(peg)，以便将相邻的层压体彼此对齐。

该方法的另一实施例可以设置为，当该层压体接合在一起形成堆叠体时，层压体在相邻的边界面上彼此连接，并且层压体在堆叠方向上具有相同的层厚或不同的层厚。由于层压体彼此分开生产，因此与已知的增材生产工艺不同，它们在生产后必须相互连接。在一些情况下，与对准体的形状配合连接就足够了，而在其他情况下，层压体彼此胶合或焊接。层压体之间的彼此磁性粘合或其他已知的接合技术也是可以想到的。最后，层压体也可以通过弹簧或夹钳相互夹紧，以便以这种方式以力锁紧(force-locking)的方式相互连接。

层压体可以各自具有相同的厚度，这有利于大量生产层压体。然而，在铸模内的堆叠体中加工具有不同层厚的不同层压体或层压体组也可以是有用的，以便以这种方式设置铸模或铸模部件的正确尺寸。例如，用尽可能少的层压体形成铸模的某些部分是有用的，而铸模的其他部件/部分由大量具有较小层厚的层压体组成。例如，如果铸模在堆叠方向上的尺寸在某些部分变化很大，而在其他部分变化很小，则可能是这种情况。

例如，该方法还可以设计为，层压体当通过胶合、焊接或通过力配合或形状配合连接而接合在一起时彼此连接。

还可以设置为，层压体通过挤压工艺、轧制工艺、铸造工艺、射芯(core shot)工艺或增材制造工艺来生产。

例如，可以设置为，层压体被生产为实心体，然后在多个层压体中，特别是在每个层压体中，形成贯穿所述层压体的凹槽。

原则上，所有可加工的材料都可以被认为是用于层压体的材料。例如，如通常用于生产消失铸模那样，层压体可以由塑料、金属或也可以由粘结的砂材料生产。根据所使用的材料，所使用的加工方法适用于在层压体中生产凹槽，这些凹槽随后各自形成用于铸造材料的铸模/腔体的一部分。

为此目的，例如可以设置为，在层压体中通过减材工艺形成贯穿层压体的凹槽，尤其是通过切割工艺、冲压、激光切割、水切割或通过化学工艺。除了锯切，例如铣削也可以作为一种加工方法。也可以通过钻孔、磨削、刨削、火焰切割、压缩空气喷射、喷砂或腐蚀进行加工。如果适当调整层压体颗粒的结合力，也可以通过负压/抽吸去除部分层压体。当使用磁性颗粒作为层压体的基础材料时，有针对性的反磁化至少可以促进减材加工过程。

关于层压体和/或层压体堆叠体的形状，可以设置为：层压体设计为盘状或平面平行板的形式。

还可以设置为，邻接相邻的层压体的堆叠体的层压体的表面是共面的。

层压体的两个相互相对的边界面彼此形成的最大角度应受到限制并且小于30°，特别地小于10°，更特别地小于1°，使得堆叠方向或各个层压体在堆叠体高度上的对齐变化不会太大，并且可以以简单的方式实现层压体的结合。在一些星座(constellations)中，提供多个楔形层压体可能是有利的，这些楔形层压体在堆叠体中以相反的楔形方向或交替的楔形方向彼此跟随。

该方法还可以设置为，每个层压体在堆叠方向上没有底切。以这种方式方便了各单个层压体的生产，因为例如可以以简单的方式从层压体的一侧进行加工。如果要在铸模的腔体中沿堆叠方向提供底切，则这些底切可以至少部分地通过层压体的界面实现。

在该方法中，例如可以设置为，层压体被设计和接合在一起，使得在堆叠方向上，在要填充铸造材料的铸模的腔体中设置至少一个底切并且所述底切由层压体的界面形成。

除了直接用于生产层压体和铸模的方法步骤之外，该方法还可以包括规划步骤，该规划基于铸模的模型并且所述模型暂时分为层压体在多个堆叠方向上的一个或多个堆叠体。可以根据多种优化标准来选择堆叠方向以及可选地选择层压体的层厚度。例如，可以最小化铸模中的层压体的数量，或者可以最小化由铸模中层压体之间的界面引起的不均匀。铸模中的底切位置也可以通过这种方式进行优化。

可以设置为，例如，将铸模的模型按不同的堆叠方向依次划分为层，并且选择具有最少底切数量的堆叠方向，特别是划分层压体的层厚，使得界面处的所有底切位于每两层之间。如果在两个不同层压体之间的界面处定位所有底切不合理或不可能，目标至少可以是在界面处定位尽可能多的底切，以便只需要在少数层压体中产生底切。

最后，本发明不仅涉及一种用于生产铸模的方法，而且还涉及一种使用该方法生产的铸模。

在下文中，本发明基于附图中的实施例示出并且在下文解释。示出：

图1是铸件的立体图；

图2是示意性示出用于根据图1的铸造部件的铸模的截面图；

图3是类似于图2所示的铸模由多个层压体通过堆叠形成的铸模的剖面图；

图4是由具有可变层厚的层压体形成的铸模的横截面图；

图5是具有两个凹槽的层压体，在组装铸模之后，每个凹槽都形成要填充铸造材料的腔体的一部分的图；

图6a是层压体的横截面图，其示意性表示了要在其中制造的凹槽；

图6b是层压体的横截面图，其中示意性地示出铣刀在垂直于层压体的边界面的铣削轴线的方向上；

图6c是示出如图6b所示的具有倾斜铣刀的图；

图6d是示出如图6c所示的具有两个铣刀的图，该铣刀在没有倾斜位置的情况下从两侧以阶梯状的方式在层压体中产生凹槽；

图7a是通过轧制工艺生产层压体的图；

图7b、图7c是在压制或射芯过程(core shooting process)中生产层压体的图；

图8是将不同的层接合并压制在一起的图；

图9是铸造过程的图，其中层压体堆叠体通过重量保持在一起；

图10是铸造过程的图，其中堆叠体的各层压体被夹在一起；

图11是由各层压体的不同堆叠体组成的铸模的图；

图12是类似于图3所示的铸模，但将层压体的堆叠方向旋转了90°的图；

图13是具有多个楔形层压体的层压体堆叠体的横截面图；

图14是具有针对对准体的凹槽的叠层体堆叠体的横截面图；

图15是具有用于与相邻层压体互锁的隆起的层压体的立体图。

在下文中，使用逐层构建过程来描述用于生产通过铸造生产的部件的模具的各种方法，在每种情况下以层压体的形式制备一层，腔体根据铸件横截面引入到层压体中，并且将以这种方式生产的各层压体堆叠，直到完全堆叠成所需的形状。这提供了一种铸模构建过程，这在没有工具的情况下也是可能的，并且能够经济地生产更大系列的部件。

在图1中以立体图的方式描绘了可以作为铸件生产的典型的部件100。该方法生产的铸模适用于几升体积的小型部件，也适用于大型部件。铸造材料不受限制并且可以来自金属、陶瓷、聚合物、天然物质及其混合物。

借助于根据本发明的方法通过模制生产的部件100在一个实施例中对应于现有技术中已知的未加工的生坯铸件(raw casting)。在这种情况下，它们代表一种中间状态并且通常必须通过进一步的加工步骤，例如在功能表面上铣削或研磨，才能完成。

本发明的目的是提供一种生产模具的方法，该方法使得可以在短时间内、特别是无需工具、经济地并且在成型方面具有极少限制地生产铸造部件100。

通过根据本发明的方法生产的铸模可以广泛应用于工业领域。应用范围从各大型单件的铸造到汽车行业的大规模生产。

金属可以以液体形式浇注，塑料、混凝土或陶瓷浆料等材料也可以以液体的形式浇注。

铸造过程可能非常不同：压力可以由熔体的重量引起，如重力铸造。然而，也有一些正在使用的工艺通过显着增加的压力来促进模具填充。例如，当要获得特别薄的壁厚时使用压模铸造(die casting)，就是这种情况。

在所有铸造过程中，重要的是使用铸模形式的工具，如图2中的示例所示。图2示出的铸模可以用于生产例如图1中示出的部件。包括模具201、204(外轮廓)和芯202的铸模可以用于单次使用(消失模)或多次铸造(永久模)。除了模具腔200，用于容纳铸造材料的腔体、具有浇注盆(pouring basin)及浇口203的浇注系统也必须设置在铸模中。

根据本发明的方法是一种分层构造方法，其提供用于铸造方法的铸模201、204以及可选地一个或多个芯。如图3所示，各层压体300被分别制备并且一个在另一个的顶部堆叠。在一个实施例中，根据本发明的方法具有以下步骤：

在第一步中，要生产的铸造部件100虚拟地放置在安装空间中。在这样做时，确定可使用该方法进行最佳测绘的施工位置。然后通过程序将部件100暂时划分为可能的层压体300，并且根据层生成机制和堆叠方向为每个层压体300生成加工图像。使用的计算方法通过数字化最小化了假象的产生，并减少了它们对所需模具形状的影响。堆叠方向对应于层压体一个在另一个之上布置的方向。堆叠方向也可以定义为垂直于层压体之间界面的方向，或者，例如，如果提供一些楔形层压体，则为相邻层压体之间界面上所有垂线的平均方向。

在分割铸模之后生产层压体300。这些层压体是由与计划中的铸造材料相适应的成型材料制成的封闭板。该工艺步骤的结果是成型材料的压缩板。

这些压缩板在进一步的步骤中被加工，并且在相应的切割高度处的部件的轮廓以凹槽的形式引入到相应的层压体中，在该切割高度处相应的层压体被定位在模具中。这可以在图5中清楚地看到。

现在通过堆叠和连接各单独的层压体来完成铸模201、204，并且铸模201、204可以在传统的铸造工艺中使用。

根据本发明的方法的出发点是具有可用于铸造工艺的铸造结构的部件100。该结构通常提供浇铸系统、空气通道、进料器和用于倾倒液体的系统。根据现有技术，这样的系统在生产模具201、204之前通过模拟来确定和测试。

该虚拟结构在根据本发明的方法中以自动化方法在数据处理设备中进行分析处理并在模拟中进行测试。这考虑到了该方法的下述特性：在以后使用过程中，层不是像传统的3D打印工艺一样在它们要放置的地方被生产，而是在机器的实际安装空间之外制备为层压体，然后转移到安装空间。该算法优化了各个层，从而不会出现松散的层部分。其次，该算法可以优先考虑相关区域中减少分层的某些施工位置。

这种优化不能仅基于堆叠方向相对于部件100的旋转发生。如图4所示，堆叠体内也可以使用不同的层厚，即，使用不同高度的层压体。以此方式，由于模具的强曲率而需要高分辨率的区域例如可以用薄层压体300、400、401成像。该程序还可以向用户提出建议，所述建议体现生产时间、部件质量和资源消耗之间的折衷。

在部件100中，如图11所示，层的数字化生成可以产生多个具有不同堆叠方向的区域。这些区域可以是立方体形状或像抹刀的形状。堆叠体1100本身可以具有不同的堆叠方向，以减少堆叠方向对要铸造的部件表面的负面影响。内部堆叠体1100的堆叠方向在图11中由1100a指出，而外部堆叠体的堆叠方向由300a指出。

层压体300、400、401本身必须是可运输的，以便重新安置到安装空间中。在用于各种铸造工艺的已知成型材料中，在许多情况下可以为此考虑大于1mm厚的层。层的厚度没有上限，实际上仅由层加工方法设定。

该方法是基于由成型材料制成的层压体。对于该方法层压体可以预先生产，但它们也可以通过该方法所需的方法步骤在生产线上被单独生产。层生成可以以高度并行和高度自动化的方式进行，从而实现高吞吐量。

层压体的材料取决于所需的铸造工艺：例如，锯屑是一种简单的材料和廉价的废料。锯屑可以用于具有低热量积聚的过程的形式201。其他材料，如塑料废料、稻草、纸屑或木屑，也可以考虑用于此类应用。如果对成型材料有更高的要求，可以使用其他材料；例如，可以使用金属粉末或金属颗粒作为成型材料。根据铸造材料，各有优缺点。当温度影响强烈时，例如在铁和钢铸造中，使用型砂、陶瓷砂和特殊成型材料。石墨也可用于具有高熔化温度的材料。

颗粒的形状可以从自由颗粒分布到几何定义的颗粒变化。一种极端情况是成型材料层中的天然床，它由具有特定粒度分布的颗粒混合物组成。另一个极端是可以相互连接的拼图状元件的层压体。

各层压体可以单独生产或作为一串(as a strand)生产。该串可以在传送带上运行，并借助于所谓的飞行工具被加工或切割成一定长度或成为指定的格式。

层压体300本身可以由松散的、可模制的成型材料和粘合系统组成。粘合系统可以基于不同的机制：例如，沙子可以与可遇水膨胀的含粘土粘合剂混合。这种系统可以通过纯机械压缩形成承重层压体300。可以考虑夯实、吹入或碾压进行压实。也可以从金属铸造技术中已知化学粘合剂。这些粘合剂被添加到沙子中并通过聚合反应使其硬化。成型材料粘合剂在本文中也是已知的，本文中通过干燥进行物理硬化。粘合剂系统可以在成型为板之前通过机械混合器混合。还可以使用喷涂系统或喷墨打印头大面积应用粘合剂。特殊形式的粘合是磁性粒子或已经在上文通过特定粒子几何形状描述的机械连接。基于水分含量，通过浇注液体成型材料来生产层压体300可能是有用的。

图4a至图4c示意性地示出生产用于层压体的坯料(blanks)的多种方法。

图4a示出了一种轧制方法，其中材料从喷射喷嘴701出来并被引导经过轧辊700，使得在轧辊之后存在平滑层。

图4b示出了一种压制方法，其中在压力机704下通过力的作用将材料压制成板状。

图4c示出了一种喷射方法，其中压缩后空气和成型材料707通过压盘(strikerplate)706下方的喷射喷嘴705喷射到盒子中，在盒子中形成板。压缩后的空气708可以通过排气口逸出。

当准备单个层压体的加工方法时，可能需要在层压体300中设置一种结构使得可以转移和处理层压体，其中加工可能导致与相应的层压体不直接相关联的松散或自由区域，但应该通过层压体保持并定位在铸模中。这种结构可以是例如在制造过程中插入到层压体300中的网状物或丝。根据层压体300的加工方法，将这样的状物或丝定位在层压体300的中间或层压体300的边缘可能是有用的。

网状物/丝可以由不同的材料制成。例如，网状物或丝可以被设计为使得它们与铸造材料形成一个单元，因为它们由与要生产的铸造部件相同的材料或相似的成分组成。然而，也可以想到，网状物或结构由加强或硬化铸造体的材料组成。

以这种方式形成的层压体是板状的，并且根据在安装空间中的位置和用途，具有竖直或倾斜的边缘。

在接下来的步骤中，在相应的层压体300中产生模具腔200。为此目的使用减材方法(subtractive method)，如参考图6a至图6d以示例方式解释的那样。该方法从预制的层压体300上去各单独的区域。有利的是，在堆叠方向或在可以例如使用铣刀来加工层压体的另一方向上观察，层压体没有底切。

所有可以想到的去除成型材料并可以同时自动控制的过程都适用于加工。铣削是这种过程的一个例子。本文中，可以加工硬化后的成型材料，即，具有高强度的成型材料。

在铸模的区域中，即在凹槽的区域中，层压体可以具有结构特征，例如凹口和拔模角(draft angle)，使得生产的铸造体即使在具有困难的材料配对的情况下也能够可靠地从模具中取出。

层压体300以示例的方式在图6a中示出，其中将生产用虚线描绘的模具腔的一部分。如图6b所示，可以使用圆柱端铣刀600竖直地进行铣削。结果，因此可以生产基本上对应于在堆叠方向的方向上的棱柱状挤压件的层。

竖直铣槽在图6b中由601指出。为了在最终的铸件上获得更好的倾斜表面，根据本发明，如图6c所示相对于竖直方向倾斜铣刀600也是有利的。

倾斜铣槽在图6c中由603指出。模具腔200上的斜面比使用直铣刀阶梯式生成的轮廓更好地再现部件轮廓。如果从上方和从下方加工层压体300，则可以进一步改善这种效果。

图6d示出了通过竖直铣刀从上方和下方加工层压体，通过该铣刀可以产生阶梯式轮廓604。成型刀具表示了进一步的改进。铣刀600的三维路径控制也是可能的，以便更精确地再现形状轮廓，但是该路径控制更加费力。

与铣削一样，可以使用金属切削成型中已知的其他方法。这些方法包括钻孔、锯切、研磨、刨削、激光切割、火焰切割、水射流切割、压缩空气喷射、喷砂或腐蚀。针对薄且实心的成型材料片材，也可以通过冲压或精冲来生产模具腔。针对非常松散或尚未硬化的成型材料，未结合的材料也可以有针对性地被吸走。同样地，在机械结合机构的情况下，可以使用负压轻松去除成型材料部件。当使用磁性基础材料进行消融或支持消融时，有针对性地反磁化是有利的。

除了在层300的内部使用网状物结构或丝之外，引入额外增加所述层300的结构强度的结构可以是有利的。一个例子可以是特殊形状的网状物、栅格、杆或其他加强件。这对于重达数百公斤或数吨的大型层和模具尤其必要。为层设置运输辅助也是有用的。这些辅助可以是小孔或叉车袋(forklift pocket)的形式。蜂窝结构或袋可以减轻重量并且可以在模具腔200的区域之外的层压体300中实施。

在生产它们之后，生产的层压体被堆叠成铸模201。层压体以正确的顺序面对面放置以执行此操作。所述堆叠可以优选地垂直于重力方向进行，使得堆叠方向平行于重力的有效方向延伸。然而，与重力方向成任何所需角度的堆叠也是可能的。如图11所示，还可以将具有层堆叠的封装1100插入具有不同层堆叠方向的另一层堆叠的封装中。

可以使用各种机制从层压体连接在一起形成模具201。最简单的方法是将一层放置在另一层顶部，并使用重力作为连接力。根据成型材料和铸造介质的密度，可能需要在铸造前用砝码900压住铸模201，如图9所示。在称重之后，液体铸造材料/熔体902可以经由浇注系统通过浇包(ladle)901倾倒入模具中。

同样地，如图8所示，压实的层压体300、401可以彼此或一起压靠在支撑板/基板800上并因此接合在一起。本文中，例如，可以使用层压体300、401的表面上的可膨胀粘合粘土或使用粘合剂。

在尼龙搭扣(Velcro)紧固件系统的意义上，纤维也可以用在层压体300、401的表面上。

这种系统可以在层压体生产过程中附接到层压体300、401的顶部和底部。

层压体也可以通过物理和化学粘合剂连接。与成型材料的粘合一样，本文中有许多系统是已知的，并且例如可以从金属铸造技术中借用。一个例子可以是树脂涂层的沙子，沙子的外壳在受热时会熔化。待接合的层压体300、401在其底部平坦地加热并立即与位于其下方的层压体300、401一起被压制。当树脂涂层冷却时，各层压体连接。同样地，各层压体也可以用化学硬化粘合剂喷涂，从而产生层状复合体。

也可以如图10所示使用低张紧器1000夹紧各层压体。这可以在层中或针对大量层压体进行。整个层封装或整个模具201可以以此方式连接。层压体中的孔还可以容纳螺钉或螺栓，这些螺钉或螺栓可进入顶部和底部层压体中的特殊的销或螺纹孔，从而使得能够拧到模具上。

类似于层封装，在层堆叠过程中层压体可以放置在所得模具201中。这些可以是各种增强材料、插入的铸模或芯、功能元件(例如控制器、执行器)、纤维、预处理结构、冷却铁、铸件或管道系统。

一个铸模如图12所示，其堆叠方向垂直于图9所示的铸模。此外，图12描绘了层1200，用于将层压体作为对准体竖直安装。

图13示出了铸模的横截面，其除了多个板状层压体300外，还具有两个楔形层压体301、302。楔形层压体301、302通过其界面在铸模中限定了底切303。另一个底切表面304由平面层压体300形成。堆叠方向在图14中由300a指出。

图14示出了具有截头圆锥形模具腔的铸模。层压体300各自具有两个通孔305、306，它们彼此对准并且在栓形对准体307、308上对准，其中对准体插入到所述孔中。

图15示出了层压体300的立体图，该层压体300具有凹槽和周围的层压体壁，在层压体壁上具有用于与具有相应凹槽的相邻层压体互锁的两个栓形(peg-shaped)隆起309、310。

大型铸件的模具可以进行后处理以改善表面。例如，这可以通过磨掉模具上出现的渐变(gradation)来完成。也可以使用喷砂介质在内部平滑模具201。

以这种方式生产的铸模可以用于所有已知的铸造工艺。例如，这种工艺包括利用金属的重力铸造。在本文可以加工铝、铁或钢等金属。然而，也可以浇铸混凝土部件或在塑料部件的区域中使用它们。

应用示例

园艺项目需要池塘上的桥梁的几何体。踏面应当借助于木板实现。台阶左侧和右侧的边缘通过拓扑优化的轻型结构来实现，不同的部件通过各单独的支撑支柱相互连接。这种结构的安装空间为900×600×600mm³。桥梁的设计是使用数学优化算法计算的，不存在于物理模型的形式201中。

出于美观因素，桥梁结构应由青铜制成。由于支撑结构非常复杂，因此选择铸造工艺作为制造工艺。该项目委托的铸造厂看到了高度的复杂性，并基于有利的成本结构选择了上述方法。

在准备对模具进行生产时，桥梁几何体被放置在虚拟的安装空间中并自动旋转，使得当几何体被分解成单独的各层时，所有的层压体都没有底切，并且层压体各自形成相干体(coherent body)。层压体自动布置成尽可能厚和必要时的尽可能薄。部件100在安装空间中的旋转角度和倾斜来自铸造厂的程序，从而可以针对该几何形状设计和模拟铸造系统。再次检查具有设计出的浇注系统的整体模型的无底切层压体的边界条件，并将各单层的表示导出为.dxf文件。

还计算出了部件100旋转所需的安装空间和设计出的铸造系统。这导致安装空间为1200×800×800mm³。该部件100的结果是一个具有21层的竖直层划分。每个层压体300以层号的形式201唯一地标识。桥系统是直立铸造的，从内部切割并送入。

出于逻辑原因，层压体的数字化表示根据层数聚集并且被发送到生产系统。七层中的每一层形成一个集群(cluster)，并根据层高的增加一个接一个地针对制造过程放置。

石英砂被用作基本成型材料。通过基于呋喃树脂的自硬化化学系统保证砂粒之间的连接。层压体300的标准尺寸为作为基本尺寸的1200mm×800mm，高度根据各个层压体的计算出的高度而进行个性化。该生产系统可以在无休止的过程中生产高达10cm的层压体。将松散的基础成型材料放置在传送带上并使用刮刀进行预平滑，该基础成型材料的颗粒已经涂有化学粘合剂。

轧辊700压紧成型材料层300并同时产生所需的层高。多余的材料可能会掉落到传送带的左侧和右侧。在轧辊700的正后方，成型材料的环形带通过带锯在边缘处被切割成800mm的安装空间宽度。一旦达到所需长度，传送停止并且使用可移动锯将层压体300切割成合适尺寸。该过程顺序以层为单位间歇性地运行。

集群的层压体实际上从最小层厚到最大层厚分类，并根据最小层厚到最大层厚生产。两层之间的层高过渡是在轧辊700的竖直方向上使用线性方法实现的。因此，当存在两层厚度/层压体高度的过渡时，坯料的厚度会线性增加。层压体在传送带上的一直线米(arunning meter)内硬化至坚固，因此可以在不损坏层压体的情况下进行机械处理。

当坯料层仍在在生产机器上的材料输入侧上生产时，使用可移动带锯在机器的输出侧上将无尽层(endless layer)分成1200毫米长的各单层。两个层高不同的层压体之间的楔形连接件也通过可移动锯系统分开。

现在存在基本尺寸为1200mm×800mm的层压体，层压体300之间的层高不同。传送带将层压体推到与第一带成直角布置的轧辊传送带上。分离的层过渡被排出到轧辊输送机前面的一侧，并反馈到再生循环中。

虽然第一传送带上的层压体仍然根据层高的增加进行分类，但当它们被放置在轧辊传送带上时，它们现在直接按照它们各自的层数和在最终铸模中的位置进行分类。这可以通过移位已经位于轧辊传送带上的层压体来实现。例如，如果层号为3和7的层压体已经放置在轧辊传送带上，则层号6将直接放置在这两个已经放置的层压体之间，而层号为1的层压体将放置到层号3的左侧。

各层压体现在以标准化的基本尺寸，并且以单独的高度，从左到右以递增的层数/位置数放置在轧辊传送带上。

计算机控制的铣床安装在所述轧辊传送带的左侧，该铣床可以铣削2D几何形状，并且作为额外的自由度，还可以旋转带有端铣刀600的铣头。根据层数将层压体定位在铣削台上，并且对在每种情况下存在的层压体300中的所需空腔/凹槽实行单独的铣槽。脱模后的成型材料粉尘直接从上方和下方排出，毛刺通过拖链(trailing chains)直接从层压体的边缘去除。结果，对层压体300不需要进一步的清理工作，并且在成功的铣削过程之后，可以通过使用气动吸爪的机器人提起所述层压体。七个层压体中的每一个都捆绑在一个欧式托盘(Euro pallet)上作为封装并形成装运单元(shipping unit)。

制造过程中作为废料留下的成型材料和坯料制造过程中的成型材料残留物被直接粉碎和再生。

二十一个层压体以三个欧式托盘的形式201交付给客户铸造厂，该铸造厂可以使用其室内起重机将层压体直接以一个在另一个顶部的形式堆叠并增加重量。随后的铸造工艺与传统的砂型铸造工艺没有区别。

本发明的方面如下，每个方面都可以单独表示独立的发明，但也可以与本申请的专利权利要求一起或单独地或成组地表示独立的发明。

第1方面：一种通过铸造工艺生产制品的方法，其特征在于，铸模由多层构成，所述层在它们组装成铸模的空间的外部生产和结构化。

第2方面：根据第1方面所述的通过铸造方法生产制品的方法，其特征在于使用减材方法构造所述层。

第3方面：根据第1或2方面所述的通过铸造工艺生产制品的方法，其特征在于所述层基本上没有垂直于它们的延伸平面的底切。

第4方面：根据第1、2或3方面所述的通过铸造工艺生产制品的方法，其特征在于可以使用不同厚度的层来生产铸模。

第5方面：根据第1至4方面所述的通过铸造工艺生产制品的方法，其特征在于，通过机械加工方法进行加工，例如铣削、钻孔、锯切、腐蚀、超声波加工、激光切割、等离子切割、水射流切割、冲压、精切。

第6方面：根据第1至5方面中任一项所述的通过铸造工艺生产制品的方法，其特征在于通过抽吸、刮削、铣削或类似工艺在仍未结合的状态下进行加工。

第7方面：根据第1至6方面中任一项所述的通过铸造工艺生产制品的方法，其特征在于所述层由金属、陶瓷、塑料或天然材料组成。

第8方面：根据第1至7方面中任一项所述的通过铸造工艺生产制品的方法，其特征在于所述层由固体、颗粒材料、悬浮液、乳剂、分散剂、滑剂(slip)、气溶胶形成。

第9方面：根据第1至8方面中任一项所述的通过铸造工艺生产制品的方法，其特征在于，将石英砂、人造砂、莫来石、金红矿砂、铬矿砂、红柱石(kerphalites)、宝珠砂(cerabead)、玻璃珠、陶瓷颗粒、陶瓷粉、钢颗粒、铝颗粒、铜颗粒、由铜合金制成的颗粒、金属颗粒、塑料颗粒或粒状物或者天然材料颗粒或粒状物用作颗粒材料。

第10方面：根据第1至9方面中任一项所述的通过铸造工艺生产制品的方法，其特征在于颗粒通过包括化学结合、物理干燥、磁相互作用、静电相互作用或重力作用的结合力被结合成层。

第11方面：根据第1至10方面中任一项所述的通过铸造工艺生产制品的方法，其特征在于将粘合粘土、呋喃树脂粘合剂、冷箱粘合剂、水玻璃基粘合剂、酚醛树脂基粘合剂、PEP SET粘合剂、成型材料或核油(kernel oil)、丙烯酸树脂粘合剂或其他粘合系统用作粘合剂。

第12方面：一种用于执行根据第1至11方面中任一项所述的方法的设备。

第13方面：一种用于铸造部件的模具，其根据第1至11方面中任一项所述的方法生产。

参考编号

100部件/铸件

200模具腔

201模具(上盒)

202芯

203浇注盆及浇口

204模具(下盒)

300层

400层(改变后的层厚)

401层(厚层的厚度)

600铣刀

601竖直铣槽

602角度铣刀(angled milling cutter)

603角度铣槽

604一个层内有台阶的铣槽

605用于加工底部的铣刀

700平滑轧辊

701喷射喷嘴

702平滑层

704用于压实层的压力机

705喷射喷嘴

706压盘

707压缩空气和成型材料

708无砂空气通过喷嘴逸出

800基板

900砝码

901浇包

902熔体

1000低张紧器

1100具有不同方向的层

1200用于竖直安装的层。

Claims (15)

1.一种用于生产铸模(201，204)的方法，其中首先彼此分开地生产所述铸模的至少三个，特别是至少四个、五个、多于五个或多于十个层压体(300，301，302，400，401)，然后将所述层压体接合在一起形成一个或多个堆叠体(1100)以形成所述铸模。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述层压体(300，301，302，400，401)形成为，使得在组装成成所述铸模(201，204)之后，多个所述层压体，特别是除了所述堆叠体的端部层压体之外的每个所述层压体，以环形方式围绕要填充铸造材料的所述铸模的腔体(200)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述层压体形成为使得多个所述层压体(300，301，302，400，401)，特别是除了所述堆叠体(1100)的端部层压体之外的每个所述层压体，各自具有至少一个开口(311)，所述开口完全贯穿所述层压体并且被周向的层压体壁(312)围绕。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，当所述层压体在公共对准体(307，308，1200)上或通过设置在每个所述层压体上的互锁突出部(309，310)和凹槽接合在一起形成堆叠体时，所述层压体被对准。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，当所述层压体被组装成堆叠体(1100)时，所述层压体在相邻边界面处彼此连接，并且在堆叠方向(300a，1100a)上所述层压体具有相同的层厚或不同的层厚。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述层压体(300，301，302，400，401)通过胶合、焊接或通过力配合或形状配合连接而接合在一起时，所述层压体(300，301，302，400，401)彼此连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

所述层压体(300，301，302，400，401)通过挤压工艺、轧制工艺、铸造工艺、射芯工艺或增材制造工艺来生产。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述层压体(300，301，302，400，401)被生产为实心体，并且在多个所述层压体，特别是在每个所述层压体中制造贯穿所述层压体的凹槽(311)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在所述层压体(300，301，302，400，401)中通过减材工艺，尤其是通过切割工艺、冲压、激光切割、水切割或通过化学工艺，形成贯穿所述层压体(300，301，302，400，401)的凹槽(311)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述层压体(300，301，302，400，401)被设计为盘状或平面平行板的形式。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，堆叠体的所述层压体的表面是共面的，所述堆叠体为邻接相邻的所述层压体(300，301，302，400，401)的堆叠体。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，每个所述层压体(300，301，302，400，401)在堆叠方向(300a，1100a)上没有底切。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述层压体(300，301，302，400，401)被设计和接合在一起，使得在所述堆叠方向(300a，1100a)上，在要填充铸造材料的铸模(201，204)的腔体(200)中设置至少一个底切并且所述至少一个底切由层压体的界面形成。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，将所述铸模(201，204)的模型按不同的堆叠方向(300a，1100a)依次划分为层(300，301，302，400，401)，并且选择具有最少底切数量的堆叠方向，特别是划分所述层压体的层厚，使得界面处的所有底切(303，304)位于每两层之间。

15.一种铸模，由多个层压体组成，所述铸模通过权利要求1至14中任一项所述的方法生产。

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