CN1280079C - 状态可变材料在可再成形的形体、模板或模具中的用途 - Google Patents

Abstract

形成一种稳定的可抵抗力的形体正象或负象复制品的技术。一种状态可变的混合物(35)包含均匀的、大致有序排列的密堆积的固态体(8)和相似密度的液体载体介质(9)，该液体介质(9)填充固态体(8)之间的空穴或空隙(23)，并从混合物(35)中驱除空气或气泡。在混合物(35)中，通过先加入并随后抽除稍许过量的载体介质(9)，固态体(8)可由接近液体状态的流动态转变成稳定的、能抵抗力的动性。为产生流体性，加入这种过量的即转变液体(10)，它能在固态体(8)之间产生小间隙(23)，从而在混合物(35)中的任何位置在有序排列的许多固态体(8)之间逐步形成至少两个同时滑动的平面。通过抽除转变液体(10)，消除固态体(8)之间的间隙使固态体形成稳定的密实化接触而转变成稳定状态。

Description

状态可变材料在可再成形的形体、模板或模具中的用途

相关申请

本申请是2000年1月7日提交的题为“状态可变材料在可再成形的形体、模板或模具中的用途”的美国专利申请09/478,956的部分继续申请，该申请要求l999年1月11日提交的题为“由约束的、可流动的、可封闭的颗粒物制造稳定的仿真形体(可变状态的介质在可再成形的形体、模板或模具中的用途)”的优先权。这两个申请的全文(包括其所附的所有文献)均参考结合于此。

背景技术

本发明总体上涉及可再成形的材料，具体涉及可成形为所需形体，随后再用来形成其它所需形体的混合物，主要是固体/液体混合物。所需的形体可以是最终产品，或者可以是用来形成最终产品或其它模板或模具的模板或模具。

现有的制造注模或模具的方法大部分涉及制作、机械加工、多层沉积成形、模塑或铸造模具用于单一的专门用途。尽管可对模具进行改进或对材料进行重复利用，但是这通常需要多个步骤并且费用相当昂贵。业已发现了快速可变形模具的具体例子，它依靠将小球、沙子或其它颗粒材料喷入或倒入具有至少一个柔韧性的或弹性可伸长表面的容器中，将一个物体推顶在所述柔韧性表面和所含的颗粒材料上或被所述柔韧性表面和所含的颗粒材料所围绕，随后将所述容器抽真空除去空气，从而利用环境空气压力使所述小珠或颗粒密实化，并使顶着所述小球或颗粒的柔韧性表面具有所述物体的形状。同样，在软垫、衬垫或座椅方面也有许多例子，它们依靠将空气通入填充有小球的柔韧性或可伸长的密封包裹中或从其中将空气抽出，同时还发现其它可再成形的形体(它包括含有小珠或微球以及粘性的但可流动的润滑剂或高粘度材料的混合物的柔韧性包裹)的例子。部分这些形体具有温度关联性，加热会使其软化、冷却可使其硬化。

下列美国专利涉及铸造、模塑和制作：

美国专利2,517,902(Luebkeman)、美国专利3,962,395(Hagglund)、美国专利4,931,241(Freitag)、美国专利5,198,167(Ohta等)、美国专利5,262,121(Goodno)、美国专利5,348,070(Fischer等)、美国专利5,374,388(Feailey)、美国专利5,928,597(VanErt等)、美国专利5,957,1879(Uzaki等)、美国专利5,971,742(McCollum)和美国专利6,224,808(Essinger等)。

下列美国专利涉及可成形物体的用途：

美国专利3,608,961(Von Heck)、美国专利4,327,046(Davis等)、美国专利4,885,811(Hayes)、美国专利4,952,190(Tarnoff等)、5,093,138(Drew等)、5,556,169(Parrish等)  美国专利5,881,409(Pearce)和美国专利5,966,763(Thomas等)。

发明的概述

简单地说，本发明提供一种状态可逆变化的混合物，它包括许多固态体和载体介质，所述载体介质填充所述固态体之间的空穴或空隙。在所述混合物中，通过加入并随后除去稍许过量的载体介质(加入的量超出紧密堆积时填充固态体之间空隙所需的量)，所述固态体可由可成形状态(较好是一种接近液体的或可流动的状态)转变成稳定的能抵抗力的状态。在大多数实例中，所述载体介质是一种液体，较好从所述混合物中排除空气或其它气体，下面的大多数描述均围绕这种实例进行的。但是，某些实例使用的载体介质是液-气泡沫。

通过稍许改变混合物的载体-固体比例，所述混合物可快速地由可成形状态(较好是接近液态或可流动状态)转变成稳定的可抵抗力的状态，并再次回复到可成形状态。本发明还提供一种使用该混合物的方法和装置。本发明实例具有一个或多个下列优点：可以犹如对液体那样对混合物加压使其顶着一形状复杂的表面；由于可以忽略状态变化时产生的体积变化，因此可形成仿真的或完全精确产生的形体；无需真空泵、无需化学反应并且无需向混合物施加热能或电能，通过很小体积的单组分迁移，使用很小驱动装置就能实施状态转变；通过使混合物由一个容器至另一个容器的自由流动转移，能极大地改变弹性的或因其他原因尺寸可变的容器、包裹或容器室的体积；并可配制混合物使其满足可流动状态或稳定状态时各种物理规格的要求。

所述混合物可用于可再成形的注模或其它成形模具，并可用于可重复使用的模板(它获取压制形体的尺寸用于转移至模具)。所述混合物还可用于任何产品或形体，其优点是具有人为的可再成形性或精确的再构造性。所述混合物还提供有用的性能用于各种吸振、校平、保护和支承部件或装置。

所述混合物的可成形状态近似于流沙，通过转移相对少量的液体而发生转变，处于稳定态的该混合物类似于结构紧密的沙子，甚至类似于水泥。因此尽管处于可成形状态，所述混合物中包含足量的液体用来填充嵌入堆积的固态体之间的空隙，并包括称为转变液体的过量液体。在稳定状态混合物中不含有转变液体，此时固态体完全密堆积即互相嵌入填充。

在较好的实例中，所述许多固态体是均匀分布，大致有序分布的并且相距很近，绝大部分固态体是密堆积的并且是相互接触的。为了产生流动性，加入转变流体，其加入量通过在部分固态体之间产生间隙而刚好足以形成可流动状态，所述间隙使得在混合物任何位置有序排列的固态体之间形成至少两个同时存在的滑动面。由于液体流动所述固态体本身自由地相互分开，不发生紊乱混合，并且以大致有序排列的松散形式相互移动。固态体的密度应非常接近液体的密度，从而使固态体与液体一起流动。或者所述固态体的大小或结构有助于固态体与液体一起移动。

在本发明一个实例的方法中，先将可成形状态的混合物的表面制成所需的形状。随后通过抽提掉转变液体而将混合物中的固态体由可移动状态转变成稳定状态。所述抽提转变液体的步骤消除了在有序排列的固态体之间形成滑动面所需的间隙，从而使固态体形成嵌入填充的、堆集的、互相附着的或者用其它方法稳定固化的接触。此时处于稳定状态的混合物具有所需形状的表面。

本发明通过将混合物置于形状可变或体积可变的容器中，或者将处于可流动状态的大量混合物加入并排出所述形状可变或体积可变的容器，提供在铸模、模板或其它产品中混合物的使用方法。可除去转变液体致使弹性膜被环境压力推顶在密实化的固态体上，或者除去转变液体使固态体在液体张力作用下堆积在一起，使所述混合物稳定，从而通过固态体之间的表面摩擦或表面附着形成有序排列的抗变形结构。

本发明的一些较好实例将所述混合物置于具有至少一个柔韧性、可弹性变形和可伸长的壁的容器中或者将混合物输送至该容器中，随后从该混合物中抽提掉转变流体，通过从外部施加至该容器上从而作用于所述受限制的、有序排列的、邻接的固态体上的压力，形成体对体接触和能抵抗力的稳定性。将可流动混合物转移至所述容器中并排出、或者使混合物在容器中流动的步骤，可借助混合物中的压力(这些压力通过液体载体介质均匀分布在整个混合物中)而实现。

在混合物处于液体状态时，在各个固态体表面均匀的压力分布以及转变液体提供的间隙体积确保了固态体相互之间不挤压在一起。这消除了体对体的压缩力，从而防止固态体粘连在一起，并使固态体可以移动。可通过将一个形体压在一层弹性、可伸长膜(它构成基本上填充有可流动混合物的容器的至少一个表面)上而向所述液体施加压力，或者通过一个双向泵或其它转移系统产生在可流动混合物的液体介质中的这种力。

固态体本身可具有各种几何形状，并用一种均匀的类型提供到所述状态可变的混合物中，或者一种混合物中可有两种或多种类型或尺寸的固态体，它们是分散混合或分层的形式。例如，一种尺寸的球状固态体可在较大的固态体之间的间隙中填充有较小的固态体，或者一层短纤维状固态体漂浮在一层球状固态体之上。也可使用片状的固态体，此时固态体的片状表面可相互靠着形成可抵抗力的固态体群体。片状表面的接触表面数倍于相邻球体的接触表面，在密实化后相应地具有更高的摩擦或附着潜力。如果该片状固态体具有层合物形式，其一层比载体介质重、而另一层比载体介质轻，并且如果片材相距很近并在一种能抑制紊流和固态体翻转的介质中。则这种片状固态体趋向于支承在并且密实化成为一个有序排列的平行结构。在这种情况下，如球状体那样，转变液体的量将刚好足以在低移动力的作用下造成固态体群体的剪切运动。

可以使用具有多于一种类型或尺寸的固态体的混合物，所述固态体可以是交错混合的，或者由于固态体的密度不同或者一层固态体不能穿过相邻层固态体，呈分开的层的形式。也可用可透过液体但不能透过受限制的固态体的柔韧性或可伸长的多孔材料或构造物将不同尺寸或类型的固态体分隔开来。

稳定的混合物的表面准确度或不规则性取决于固态体的大小程度和要成形的形体的尺寸之间的关系、覆盖膜的厚度和贴合性、以及状态可变的混合物的固态体的堆积次序的规则度。如果与要复制的形体的形状相比，固态体是非常小的，或者混合物的大固态体之间的间隙填充有这种小的固态体，则从混合物中抽提转变液体以后，混合物的固态体将按照压制的形体密实化并呈现与其接近的形状。

在其它实例中，将混合物存储在一个或多个模具或装置外面，并选择性地加入模具，稳定化并再使其可流动。混合物制剂或混合物的固态体和液体可分开存储，并根据成形系统或模具系统中隔开部件的操作要求进行混合或分离。

在另一个实例中，使用含状态可变混合物的柔韧性部件来形成形体外部或内部的形状，并将该形状传送给其它形状变化部件。通过这种模板操作，可形成形体或表面的负象，随后通过在该转移模板上形成混合物的表面，可制得与原来形体相同的形体或表面，还可使用一个个部件将一种形体的几个部分转移至另一个形体，从而制得将两种或多种形体结合在一个形体中的变体。

在另一个实例中，使几个装有状态可变混合物的弹性可伸长部件相互之间并相对于所装的混合物自由滑动，以便与形状复杂的形体形状相一致。当单一膜部件的弹性伸长不足以形成形体的细节部分时，可使用这种方法。

另一些实例包括移动在体积可变的平的弹性包裹中的液态混合物的方法，它是利用外部空气或液体的压力顶着形体对该包裹施压，或者用物理部件(例如相互滑动的棒束或手指)进行压制。压制力向液态载体介质施压，在液体中均匀分布的压力的作用下，随着包裹中所含的液态混合物的流动，包裹发生伸展并与形体的形状相一致。这些实例还会在装有混合物的包裹中形成空穴，压成的形体造成空穴坍缩，从而无需将混合物泵入并排出容器就可成形获得该形体。

另一个实例包括通过使混合物处于准稳定状态，而在特定的状态稳定混合物中产生可造型条件的方法。通过抽提一部分转变液体而使固态体保持相互接触，同时仍具有足够的润滑性或低的接触摩擦力，从而通过外部施加的力可使固态体相互移动。固态体可以在准固化的混合物中移动进入产生的空穴中，或者在混合物表面上由一个区域逐渐移动至另一个区域。在一些实例中，预先决定混合物的流动性能和相邻固态体的抗变形性，使其与外部施加的力相关，并进行变化控制，在整个混合物中或其表面上形成中间准稳定的、可造型的或可移动的条件。

状态可变的混合物还可连同固态体使用状态可变的液体载体介质。如上所述，将混合物由可流动状态变成稳定并再次变回的方法是通过转移少量的过量液体实现的。但是，也可通过改变载体介质的状态，使其由液态变为固态可进一步固化所述混合物。

在另一个实例中，在模具室中使状态可变混合物固化，并在低于环境压力的压力下循环液体载体或第二液体组分。通过加热和冷却该循环液体，可加热或冷却模具本身。

另一个实例的状态可变混合物含有空心的和非常轻的固态体以及载体介质，所述载体介质是与固态体相同密度的液体-气体泡沫。经抽提后由于泡沫中的气体膨胀并与液体组分分离而使泡沫破裂，随后由所述液体和气体重建所述泡沫并再次引入固态体，再次形成可流动的混合物。泡沫的液体组分可以是可溶剂化的(可溶剂去除的)的胶粘剂，干燥后它能将固化的固态体保持在一起，随后用成泡沫的载体介质再溶解。很轻的固态体还可被密度较大的液体所包围，此混合物同样变成可流动的，随后通过转移少量的转变液体而稳定化。但是，最好抵消这种固态体在接触压力下附着在一起的倾向，否则以液体状转移(尤其通过小的管道或通道)混合物将变得困难，即便并非不可能的话。

在另一个平坦的包裹情况下，外部和内部部件改进了其作为轻便模具和模板的功能。其例子有采用支承这些含混合物的包裹结构的方法，其内部采用内部增强而外部采用也装有状态可变混合物的管状“脚”结构。所述平坦的包裹也可如现有技术(如McCollum的美国专利5,971,742、Frailey的美国专利5,374,388、Hagglund的美国专利3,962,395等)广泛使用的那样，用液体或干的介质支承。但是，本发明的新性质通过将精确获得形体形状的能力和由类似液体的状态转变成固定状态(或甚至至类似于混凝土的完全固化状态)并仍能回复至可成形状态的能力组合在一起，明显地改进了现有技术。

最后说明一个原型模具形成系统的方案，并说明其运行方式，在该运行方式中将形体的图形部件压在背面有状态可变混合物的单层膜上；除去转变液体使该混合物密实化；从残余的液体中抽提水蒸汽从而激活水溶性胶粘剂而将该混合物硬化成多孔模具。该原型模具系统自动放置在一个滚动车上，所述模具即可从该系统中分离用于各种材料成形的工艺中。

现重新说明，根据本发明的一些实例，混合物状态由类似液态转变成类似固态，是通过将少量的过量载体介质(称为转变液体)加入混合物并从中移出而实现的。当有转变液体(其含量最好恰好足以形成具有至少两个滑动面的支承和间隙)时，固态体的流动性与混合物液态介质的流动性相似。通过很小的液体压力差或者通过载体流体和带有该液体的支承固态体移动的外部施加的力，可使滑动面移动。固态体有序排列的群体可在混合物连续体积的任意一个部位相对其它有序排列的群体移动，在一个固态体转移至另一个固态体微小的差动力的作用下，滑动面的位置可流体般地移动。在这种力传递过程中，较好防止固态体之间的摩擦接触，这是通过使混合物的液体介质对接触提供一种粘性的或“流线”阻力，并且还使介质提供固态体表面润滑性，从而使轻微的固态体接触不致在固态体之间产生摩擦。

混合物在高接触力下无需(如许多润滑介质那样)是润滑的，因为在流动过程中固态体实际上是自由漂浮的，其所抵抗的液体压力均匀分布在各个固态体的表面上。例如，接近理想状态的水性液态介质可通过将少量的可溶性长链聚合物(例如聚氧化乙烯)溶解在水中形成。该介质能载带相同密度的固态体而不发生湍流和形成摩擦的接触，在抽提除去该介质后固态体之间形成非润滑的表面接触，因此在再次加入转变液体后固态体非常容易分开。

在抽提转变液体从而使固态体形成具有有序排列的、堆积的和密实化的接触的稳定结构以后，其对外力的抵抗程度取决于这样一些可变的、设计的物理性质，例如固态体形状、固态体弹性和压缩性、固态体的表面性质(粗糙度、光滑度或天然的分子附着)、在接触表面上液体介质的残留粘性或润滑性、液体介质的表面张力或者液体介质或固态体性能随温度或压力的变化情况；用第二液体介质代替第一液体介质、用第二或随后的液体介质、蒸气或气态流体清洗固态体和第一介质而产生的抵抗外力的性能变化；以及固态体和第一液体介质的其它设计变化，以及以其它次序将各种液体加入混合物或通过密实化固态体。较好通过第一流体介质的极性分子作用、或者在再次加入第一液体介质之前用其它液体或流体进行中间处理来缓解固态体之间的粘性或附着接触。

参照说明书剩余部分和附图的描述，可进一步理解本发明的本性和优点。

附图说明

图1A和1B显示在带有活塞盖的容器中被液体介质围绕的密堆积球状固态体的混合物，还显示由于加入稍许过量的介质后，有序排列的固态体群体发生剪切或滑动面移动的情况；

图2A显示一个可再成形的模具系统，其中状态可变混合物通过小直径管道流动，在容器室中由于一个压在表面膜上的形体的作用而移动，并通过抽提过量介质(转变液体)而稳定；

图2B显示置于真空室中的图2A容器室，仅通过液体抽提而在混合物固态体上施加一个密实化力来稳定状态可变的混合物；

图3A-3D显示各种形状的混合物固态体；

图3E显示通过液体表面张力附着在一起的许多固态体；

图3F显示在一种混合物中两种不同尺寸的固态体；

图3G显示一种固态体漂浮在另一种固态体上，或者通过可透过液体的遮蔽材料与下面的固态体分隔；

图4A和4B显示一个模具系统，其中的液体混合物由存储槽进入并排出状态可变的模具，并由可流动状态变成稳定状态再回复至可流动状态；

图5A-5C显示一个弹性膜插入物，它收缩并通过在其中填充状态可变混合物而在空心形体内膨胀；

图5D和5E显示空心形体内部的稳定化模板和该模板形体形状可转移到的填充有混合物的模具；

图6A和6B显示组合在一起形成一个复杂空腔的一些弹性膜包裹物，还显示这些弹性膜可在固态体上和弹性膜之间自由滑动达到最终形状；

图7A-7D显示未转移的状态可变混合物，并显示所述混合物置于薄包裹中，这些包裹被流体压力和一阵列滑动杆推压在一些形体上，还显示该阵列杆的顶端分别装有包裹，内含小体积混合物，还显示在容器室中的混合物，在混合物体积中有可膨胀的填充了流体的部件；

图8A-8D显示在可造型的准稳定状态可变混合物中的空穴，还显示将形体或模具推压在表面膜从而将固态体推压成空穴这样形成的混合物压制形状；还显示在表面上推动固态体混合物移动而成形；

图9A和9B显示用一种呈现各种形状的装置在膜表面上逐步移置混合物固态体而成形的状态可变混合物的可造型体积；

图10A和10B显示具有状态可变液体介质的状态可变混合物，以及不用表面膜的模具系统；

图10C显示一种除去膜后成形的、密实化的、除去液体的和硬化的多孔混合物，它上面施涂有可硬化的涂料，再将膜放置其上用来将涂料压入密实化的固态体之间的表面孔隙中；

图10D显示成形的固化的多孔混合物，其膜被可成形的薄膜或片材所代替；

图11显示一种混合物，它包括空心球和含小气泡液体泡沫代替液体介质；

图12A显示在稳定混合物中液体的循环，用以改变模板或模具的温度；

图12B显示混合物的初始液体被不可混溶的液体所置换，在固态体上残留有初始液体的涂层；

图12C显示图12B的颗粒，其不可混溶的液体已被排除，并由随后的压力差而贴合并密实化；

图13A显示通过抽除膜和形体之间的空气而使膜包裹压在形体上；

图13B显示用施加在包裹和最外层膜之间的压力将膜包裹压在形体上；

图14A和图14B显示具有内部增强部件和外部支承部件的膜包裹部分；

图15显示一个薄包裹，它自身封闭形成薄壳内部心轴；

图16是成形和密实化后一个支承的膜包裹的侧视图；

图17是原型模具成形系统的示意图。

具体实例的描述

含有固态体和液态介质的状态可变混合物的性能(图1A和1B)

图1-3显示本发明各种状态可变混合物的性能、性质和状态变化的操作

图1A显示的容器室3带有活塞型盖子5，该盖子5压在有序排列的、球状的、被液体介质6围绕的许多硬的固态体8上，所述液体介质的密度与固态体的密度相同。容器室3的左侧具有一个被活塞14封闭的小室12，该小室12装有过量的液体介质(下面称为转变液体10)。容器室3的右侧具有一个带活塞20的出口17。开始时盖子5压在固态体上，使其在容器室3中相互嵌入堆集。因此，就抗压性而言，该填充而相邻的固态体犹如实心的填充物。

图1A的第一个放大示意图显示盖子5上升的高度恰好足以使一层有序排列的固态体8与相邻堆叠的层靠近地排列好。随着该盖子的上升，通过移动活塞14由小室12加入转变液体10，用来填充增加的间隙体积23。通过测量或计算，形成所述间隙的盖子上升距离约为球状固态体直径的14％。因此，如果固态体是小直径的固态体，则形成间隙所增加的体积也是非常小的。

所述第一个放大的示意图还显示一定量有序排列的固态体相对于静止的有序排列固态体物质发生剪切即滑动面的移动。这是由进一步推动活塞14将更多的转变液体注入混合物，增加液体压力从而向外推动活塞20并在室17内产生一个移动的固态体填充的空间造成的。固态体可自由移动的原因是各排有序排列的固态体之间间隙体积23的增大，该间隙空间中填充有大量的转变液体10造成的。由于固态体和液体介质之间的密度匹配，因此伴随着压力驱动的液体介质流，这些有序量固态体可相对于许多静止的固态体移动，所需的力不大于使介质流动所需的力。如果要在混合物体积的任何位置发生大量固态体的这种移动，则间隙的总体积必须为所述的两倍，即固态体直径的28％，因为需要有大量的球状固态体沿至少两个滑动面(而非上面所述的一个)越过静止的球状固态体。

第二个放大的示意图显示固态体8被液体介质9和一定量转变液体10所围绕。介质中的压力均匀地分布在固态体上，同时固态体之间的距离很近，液体介质的流动会伴随着恒定的有序排列的固态体体积的移动。由于转变液体的体积相比混合物的总体积是非常小的，因此混合物的宏观移动主要是有序排列的接近密实的固态体的移动。固态体的这种性能意味着，对于流动特性而言，混合物中固态体的性能基本等同于液体介质的性能。

向液体介质中加入少量(一般小于1体积％)可溶性长链聚合物，可改进这些流动特性。尽管所述聚合物某种程度上提高了介质的粘度，但是有价值的好处在于能使固态体相互之间“流动”通过，此时的接触不发生磨擦，聚合物悬空的分子链起零摩擦缓冲介质的作用。可以认为这种缓冲性能有助于固态体至固态体的非接触动量转移，固态体紧密的间距和这种动量转移确保了可在这样一种混合物中的任何位置同时并自由地形成滑动面，当混合物加有足够量的转变流体能形成至少两个滑动面时。

当活塞盖5和活塞20回复其初始位置后，在间隙体积23中的转变流体通过移动被压出混合物，回到介质室12中。此时所述活塞盖顶在有序排列的固态体8上，由于这些固态体8再次处于规则填充的密实结构状态，因此它们顶住活塞，再次对活塞盖的进一步移动提供阻力。由于紧密填充的抗压固态体体积和含液体的可移动固态体的体积相差非常微小，因此实际上该混合物犹如含有可动相和固体转变相的状态可变的流体。

图1B进一步强调含固态体的混合物的液体状流动特征。容器室25具有活塞27和敞开的出口30，容器室中有密封的弹性包裹32，其中装有不可压缩的可动的状态可变混合物35。该混合物含有过量的转变流体，使其具有液体状的流动性能。随着活塞推入该容器室，膜开始与活塞的形状贴合。同时，活塞向混合物施加的力转化成均匀地施加在整个容器室的压力。随着活塞顶着所述膜向前推进，这种压力导致膜被向外伸长而进入敞开的出口，等于活塞位移体积的一部分混合物将进入伸长的部分。由于过量的转变液体的体积非常小，所述移动的混合物体积基本上等于相同质量的有序填充的固态体的体积。

状态可变混合物的应用(图2)

图2A显示采用图1A和图1B的材料和原理获得实际结果的系统的各个部件。敞开容器38具有一个填充了可动的状态可变混合物35的弹性包裹32，该包裹具有与混合物转移歧管42相通的出口40。可以使用密封容器38开口的膜代替所述弹性包裹，只要除了与歧管42相连处外，该容器是完全密封的。转变液体室12连接在所述歧管而非容器38上，并且所述混合物可自由地通过所述歧管。当压制用的图形部件45压入包裹32的自由表面后，与该图形体积相同的混合物被排除流出固定在容器室上的包裹。随后向上抽拉活塞14，抽提转变液体10，使混合物中的所有固态体密实排列并有序接触。如果活塞14的抽提力超过除去过量转变液体所需的下限，并且如果混合物放置在密封的包裹和歧管中，则会产生相对于环境压力的“负压”。为了获得所需的对外力的密实抵抗能力。根据混合物的性能，在环境压力下进行密实化压制可能需要或不需要。

此时部件45形成的压制形状是个稳定的结构47，它是推压在膜上的形体的负象。这种压制形状的稳定性是由混合物固有的使其中固态体紧靠在一起的性能造成的，或者由施加在膜上的环境压力以及膜又使固态体挤压成紧密接触造成的。因此，将混合物限制在弹性包裹中，将该包裹的一个表面作为表面膜，使可移动的混合物流入或流出包裹，以及提供加入和抽提过量液体介质，其结果是形成一个可成形的并可再成形的表面，该表面可容易地与压制图形相一致，并且可以稳定化，并可通过转移少量的转变液体而变成与压制图形一致或稳定。

图2A放大的示意图显示用这些固态体/液体混合物和限制膜(它通过外力，例如环境压力，压在固态体上)产生的成形形状在精度上的局限性和限制。虚线显示膜32可呈现的理想轮廓。事实上膜趋向于贴合许多位于表面的固态体的形状，但是，可以理解的是，在膜厚度和决定表面“光滑度”的膜下面固态体的尺寸之间存在一定的关系。根据试验已经得知，如果固态体的最大尺寸不超过由胶乳橡胶、硅氧烷或聚氨酯制得的弹性膜厚度的1/2，则膜的表面是基本光滑的。显然在向内凹陷的区域(伸人接触固态体之间的表面间隙的区域)膜的压缩使这些区域变厚。同样，通过力各向同性地分布，在弹性膜中会产生使膜外表面平整的倾向，尽管在相反表面上会有小的波纹或凹陷。如图3F和3G将呈现的那样，通过改变混合物或组合使用混合物，可获得其它使膜外表面“光滑”的技术方案。

图2B显示第三种可由液体介质施加的总体上未充分认识的密实化力。将装有置于膜下面的混合物的容器38置于已抽真空的真空室44中。带有一些转变液体10的液体介质9没有溶解的气体，在环境温度下具有相当低的蒸气压，并能够湿润膜和固态体的表面。除了人们知道的通过从密封包裹中抽除空气对颗粒填充物有密实化作用以外，还存在利用液体介质的抗张强度在容器中固态体上产生的另外的密实化力。这可通过直接液体抽提(例如用活塞和汽缸)或者用间接的方法(例如在一个相连的液体容器中的真空)来实现。这种液体的抗张强度用负大气压来表示，普通液体的理论抗张强度为200-1000负大气压(约-3000至-15000psi)，更容易获得的实验室结果为20-30负大气压(-300至-350psi)。假定在实际设备中可解决在固态体上的吸附气体或液体所含气体的问题(在实验室试样中可容易地解决)，则可理解用直接液体抽除可获得的固化力远高于抽真空(限于14.7psi)所获得的固化力。本发明固态体基本上可相互挤压在一起，犹如有拉伸的绳索连接在各个固态体和膜上，并且所有绳索同时通过歧管42拉紧，从而使膜32顶压在固态体上，同时使固态体顶压在容器表面上。因此，即便在柔韧性膜的外表面上存在真空，也会发生固化。

混合物的进一步描述(图3A和3E)

图3A显示一种状态可变混合物，其中的固态体是带有圆端部的几何规则片，由于有限的间隙并由于固态体具有双重密度、自取向性能，这些固态体排成一条直线并大致相互平行放置。例如，该固态体可以由一种叠合物制得，该叠合物的上半部50的密度低于液态载体介质，下半部52的密度高于液态载体介质，复合的密度则与液态载体介质相同。少量的过量液体(指转变液体的量)仅仅提供给各固态体之间不过几个分子层，因此固态体受到支承并如上所述借助液体流动而容易地相互移动。固态体的边缘可例如通过滚动和抛光操作而倒圆，便于液体支承的这种移动而不发生尖的或平的边缘的相互碰撞和附着。介质中也可加入“缓冲”或润滑材料，例如前面所述的可溶性聚合物。

如球状固态体那样，当片状固态体固化成相互有序接触时，根据固态体的表面性能和施加在固态体上的密实化力，它们也能形成一种抗压物质或结构。片状固态体的接触面积是球状固态体的数倍，因此会具有成比例增大的表面摩擦力、附着性或其它所需的性能。一堆固化的片状固态体也会比相同材料的球状固态体更密实、具有更高的薄片强度并具有更低的弹性，因为该堆片状固态体中包含更多的材料并且更多的材料相互接触。片状固态体的缺点在于其附着在一起的倾向更大，并且移动时(例如在垂直施加于对齐排列的接触表面上的剪切力的作用下)会发生旋转而打乱其对齐排列。只要将片状固态体悬浮在相当过量的载体介质中可使其回复至取向状态，但是这对于需要精确复制形体的用途不适用。至于片状固态体的附着问题，可用市售的可使浸渍液体的表面分开的表面处理剂(例如用部分交联的可溶性聚合物制剂进行粘着处理)。

图3B显示另一种混合物，其中的固态体55是间距很近短纤维。由于纤维的密度与液体载体介质的密度匹配，因此在移动时它们趋向于与介质一起流动，并且由于很近间距和载体介质的“流线”特性(例如由长链聚合物溶液而获得的性能)它们不会旋转或失去取向。在该图中所述移动是由装有混合物的薄膜包裹58的线性伸展60造成的。由于内含物的体积恒定，因此这种伸展使状态可变混合物中的纤维变细。预期纤维状的固态体会由于部分对准流动方向而自由移动，并同时保持一个大致均匀和有序排列的结构。当抽除转变液体并用环境压力将膜压在固态体上而将纤维状固态体挤压在一起时，就形成稳定的连续垫状物。

如果纤维状固态体表面具有足够大的摩擦系数，则如此形成的稳定垫状物在其平面方向具有抗伸展或抗压缩性能。则在如此形成的垫状物是薄的情况下，它会具有柔韧性并且如果纤维状固态体是弹性的，它同样是弹性的。如图所示纤维状固态体还具有波纹或光滑褶皱的几何形状，当该垫状物受到弯曲时可使其具有更高的抗滑动性，膜对纤维表面层的附着还有助于保持尺寸稳定性，即使在受到弯曲时。除了其它用途以外，可以想像在这种薄的包裹中填充纤维的混合物可以用作可伸展贴合的“型样”用来获取顾客衣服的尺寸。例如，将装有该混合物的包裹加入弹性纤维服装中，趁内含的混合物处于可动状态时，将该服装穿上，随后抽除掉转变液体而稳定之。该具有型样的服装可具有多根拉链或其它可分离的连接装置，从而它可以脱下而无需对各个包裹中的密实化的垫状物结构施加额外的力。

图3C显示相互嵌置的一些十二面体，其流动性和多方向滑动面形成的自由度与球状固态体几乎相同。但是，与其它多面体一样，固化后这些固态体可以紧密地堆积，因此其抗压性与其本身原料相同。另外，这些固态体可接近完全地即在完全表面上接触，这带来了优点，又带来了缺点。

图3D显示带有两个圆形顶端69的六面体棒66。在混合物中这些六面体棒也可有序而紧密间距地排列，形成很高程度的填充和表面接触。许多这种棒状固态体密实化后会具有与其长轴对齐的方向束强度，该强度与棒的长度(它将影响其中不连续部位的数目)有关。其用途包括但不限于能在冲击力或施加力的作用下沿一根轴抗“断裂”或扭曲，并沿应力的另一根轴能变形或逐渐扭曲的结构体。

在不偏离本发明精神的情况下可使用其它类型的固态体。例如，除了球状、片状、规则多边形、棒状等外，还可使用带有隆起或空心的形体。有些这种固态体甚至可以在密实化力的作用下配对在一起，需要强的冲击或滚动力才会将其再次分开。同样片状固态体可以是波纹状的，其周边具有各种形状等。这些固态体也可具有不同的表面性质，例如低摩擦表面(甚至在固态体被挤压在一起，它也可以发生滑动位移)，或高摩擦“华夫饼干式”表面(密实在一起后能完全抵抗滑动位移)。这些表面可甚至具有产生吸力的表面或其它功能使固态体机械地附着在一起，从而使固化的状态可变混合物具有相当大的抗拉伸和抗压缩性能。同样，液体介质可具有一些特定的可转换性能，例如起润滑剂作用，或者在所需的作用力、电、化学或温度条件下，当固态体互相固化时作为胶粘剂，将这些固态体粘合在一起。最后，如结合图10A和10B将描述的那样，载体介质本身可以是能可逆发生状态变化的材料，例如在适用的温度范围内熔融和凝固的石蜡或低共熔合金。

结合图3E的基本模型可进一步理解本发明提供接近液体的流动性以及提供具有稳定的抵抗力状态之前或之后的的条件的方法。图示的固态体8不装在容器中，并在接触区域的液体介质表面张力以外不存在任何作用力。为达到图示的条件，先抽除转变液体，随后进一步抽除来减少颗粒之间的液体，以便分离与各个固态体接触的表面张力“膜”71。表面张力会致使剩余的液体将已经大致有序排列的固态体形成稳定的、有序排列的、密实化接触。可以想像的是具有配对接触区域并在接触后在固态体之间仍具有对液体流动敞开的间隙的固态体，已有足够多的液体除去，以致仅靠液体表面张力就能将光滑的配对表面推成产生附着的接触。图3C和3D的多面体和棒可具有小的凹陷或倒圆的边缘以便于液体介质的抽除，用空气或其它气体驱除能促进液体介质的抽除。利用非常光滑表面之间的表面张力和电磁力，可驱除剩余的液体，从而形成较强的表面附着。再次在固态体之间加入液体介质，表面张力作用将中止，介质的极性分子再次湿润固态体，并进入配对表面之间使其分开。

应该认识到可以采用多种方法形成固态体与固态体的附着，对于多种类型的固态体，这种附着是在许多固态体中形成抗张强度的先决条件。例如，可使用可溶性胶粘剂，此时液体载体介质可以是胶粘剂和溶剂的混合物。固化后，液体介质被抽除或驱除出固态体之间的空隙，并且溶剂通过加热或干燥空气驱除掉，留下与相邻固态体粘合的固态体。当再次加入液体介质后，固态体之间的粘合被溶解，由转变液体产生的流动性再次得到利用。尽管溶剂-胶粘剂混合物会形成弹性连接，可使用硅酸钠或“水玻璃”载体介质在许多固态体之间形成刚性结合。还可设想其它热转换的胶粘剂介质，例如低熔体粘度的热塑性材料、蜡、水基制剂或甚至单独用水。

图3F显示在一种混合物中有两种不同尺寸的固态体。固态体74带有较小尺寸的固态体76，固态体76的尺寸适宜填充较大固态体之间的间隙。这可获得多个优点，包括，但不限于下列例子。一个优点是减少混合物所需的载体液体和转变流体的用量，因为较大固态体之间的间隙填充有小的固态体而非仅填充液体。在压力下较小的固态体也可以分散负载在固态体上的受力点，并且与单单仅有较大固态体相比，可提供更光滑的、分辨率更高的密实化表面。

较小的固态体还可在有载体液体填充或不填充固态体之间间隙的情况下，提供较大或较小固态体之间摩擦力的条件。通过例如加入更多或更少热膨胀系数高于较大固态体热膨胀系数的较小固态体，不同尺寸固态体之间的混合还可改变状态可变混合物的热膨胀系数(CTE)。显然这种混合可包括两种或多种不同热膨胀系数的较小固态体，它们先预混合起来，再与较大的固态体相混合。即便较小固态体具有不同的密度，较大的固态体也有助于保持稳定的混合物。这种互补类型的固态体混合可用来控制混合物这些例子以外的性能。只要无需复杂的方法就可使混合物的固态体能保持适当的分布，或者恢复至适当的分布。

图3G显示一层一种固态体78经透过液体的遮蔽材料80漂浮在另一种下层固态体82上或与其相分离。所述遮蔽材料可以是穿孔的可拉伸弹性片材、针织的或非织造的细织物，或者任何其它可伸长的材料，它能隔开上下两种固态体，但能使液体载体和转变液体自由地流入或流出混合物。当然也可使用两种不同密度的固态体，如上所述，较轻的固态体漂浮并形成表面层或者靠着限制膜。

利用各固态体层的不同性能可获得许多优点。例如，细纤维顶层可形成具有增强的形变性能或抗冲击性能但具有差的液体透过性(由于纤维小的直径或缠绕特性)的模具。较大球体的底层能使液体快速进出混合物，并比单独一种尺寸的纤维具有更高的整体刚度。

实际模具或模板系统的部件(图4A和4B)

图4A显示图2A的主要部件以及在实际模具和其它接受压力的系统或模板系统中，对于状态可变混合物两种主要用途所用的其它部件。从左边起，该系统的第一个部件是存储和转移系统84，它掌握足够量的状态可变混合物使该系统适合进行各种接受成形的操作。可使用放置在转移管道或歧管42中的能转移混合物的可逆泵送机械(图中未显示)来代替转移系统活塞86。

在歧管42到转移系统84以及同样与歧管相连的模具容器95和98之间的开口处可以置有阀门88、95和99。尽管对于系统的操作不是必要的，但是这些阀门可用于至少两个目的。一个是隔离混合物使其不发生状态变化，从而使用来发生可动-固态转换而必须转移的转变流体10的量减至最少。另外，这些阀门可使接受成形的操作各自在容器97和100中进行，所述容器97和100可以与转移系统84通过所述阀门相连或隔开。

自左边起第二个部件是带有固态体滤网93的转变液体的可逆转移器件91，从而可将介质加入固态体中或将介质从其中除去而不会向包括歧管中的混合物的总混合物中加入或除去固态体。如果压印俘获容器与歧管42隔开，则装置91必须与各个容器中的混合物直接相连(如图4B所示)。应该知道，混合物的固态体可单独存储在系统84中，而用来填充空隙的液体以及转变液体可存储在装置91中。

自左边起第三个部件是压印俘获容器97，它带有定位盖子105用来将图形部件45固定在所需的位置和方向。所述盖子本身也可包括一个容器，用来将状态可变混合物固定在膜的后面(它或可利用在外表面上的粘性可剥离胶粘剂将该图形部件固定在盖子膜上)。所述盖子也可与歧管42相连(或可通过柔韧性的歧管管道)。图中所示的是图形部件45被推入容器下部膜中的情形。当如图2所示固态体被密实化就位后，就形成了所述图形部件负象形式的“阴模”108。

该系统的第4个部件是个类似的带盖子105的压印俘获容器100。所述盖子将具有空腔的图形部件45固定。状态可变混合物被从转移室泵入而将膜推入该空腔。当如上所述用双路泵抽除介质而使混合物的固态体密实化就位后，就形成了位于容器下部上面部件的“阳模”102。

要知道，在移去形体(部件45)后任何一个容器均可作为模具或模头用来复制该形体。例如，可将可固化的液体聚合物注入最左边的容器，或者可在最右边的容器中将容器的上下部分作为一对匹配的模头，通过上提盖子、在阳模中放上坯料，随后将盖子压下顶住该坯料，而形成柔软的、可变形的材料坯料。

图4B显示一种使用同一类固态体的混合物对膜的稳定化表面给予最高准确度的方法。随着转变液体10的抽除，在压力下可动混合物35继续流入该容器。图4B的放大的示意图显示，与在靠近膜表面顶部放置有液体转移部件91相结合的这种持续流动的结果。当转变流体除去后，固态体(图示的是故意放大的尺寸和间距)逐渐变成紧密堆积，允许有时间让滑动面被填入。如果在消除滑动面以前，抽除液体10导致膜压在固态体上，则固态体的间隙会沿这些平面被闭锁在位，就在膜表面中或其下方形成变形部位或不规则部位，从而损害或降低压制形体的负象表达。

还可使用密度低于液体载体介质的漂浮固态体来促进这种堆集。由于其自身的浮力，固态体会倾向于自行堆集并靠着上表面或下表面。固态体的表面应具有很小的接触摩擦力，并且在小的接触力作用下其附着在一起的倾向也很小，否则将不仅仅存在固态体的空隙或滑动面被填充时的阻力，还会存在人们熟知的如同在许多颗粒悬浮液中常发生的沉淀或附着在一起的问题，尤其在固态体和悬浮液体之间发生密度失配时。如上所述，有了一定量的转变液体，有了匹配的密度或者是液体介质中有了“缓冲”非接触性质，就可消除这种固态体之间的摩擦和附着问题，只要固态体表面本身在完全或不完全浸在液体载体介质中时不容易于附着在一起即可。

插入物或模板用途(图5A-5E)

图5A显示一种空心的形体110；图5B显示一组薄的、细长的薄膜模板部件115，它适合穿过形体110的敞开颈部。这些模板部件与状态可变混合物源(例如图4A的转移系统84)以及转变液体转移装置(例如部件91)相连。图5B显示的部件115被推入所述空心形体中，并填充了混合物以完全充满内部空间(如图5C所示)，并同时从所有部件中抽除转变液体使它们稳定。

由于密实化的部件加在一起远大于形体敞开它的颈部，因此一个或多个所述部件必须除去其中的状态可变混合物，以便抽除部分密实化的部件(参见图5D)。当稳定的部件被抽除后，用一个转移方法保留该形体，此时如图5E所示在状态可变容器模具121中使用所述部件产生一个负的形体118。通过在该模具中再插入空的膜部件、用状态可变混合物再填充之随后稳定之，可随时再现该部件的尺寸。

随后将形成的并稳定的模板部件115和未填充的部件一起放回空心的形体110中。填充并密实化所述未填充的部件。从第一组密实化部件中的除去状态可变混合物并取出第一组密实化部件，此时密实化的部件可再次将其形状保留在转移模具121中。可以认识到用这种重复的方法，可复制空心形体内部的整个体积和形状，最后由膜部件形成内部的完整一个阳模复制品。

可使用这种空心形体内部的阳模复制品与其外部的阴模复制品一起，用来用模塑材料制造该形体的复制品。例如，为了用可固化液体聚合物制造空心形体复制品，需要将阳模如同形体内部空心相对于形体外部那样放置在阴模内的相同位置。在阳模和阴模之间的空间内填充所述聚合物，聚合物固化后使内部阳模再次形成未填充的膜部件束，随后取出，同时打开阴模并取出形成的部件。如果所有的阳模固化部件被复制在阴模空腔中，则由该阴模可快速重建所述部件，而无需再施加到空心形体110的内部，并且可再次快速复制原始的空心形体。

可对所述复制方法进行各种各样的变化而不偏离本发明的精神。例如，可将原始的空心形体分成多个部分，从而上述形成内部阳模复制品的重复方法可一步完成，此时将形体的各部分放在一起、复制其内部形状、再将各个部分分开消除掉该内部模板。在所述变化的另一个例子中，可使用所述阳模形成一个阴模，使用该阴模来形成一个单一的较大的膜部件成形模具。

其它的变化包括对形体进行改进。作为一个例子，将一个或多个形体部件115以及一个适配在115的一个空腔中的新形成的小的嵌入堆积的形体一起放入容器模具121中。成形和固化后，模具121中形成的空腔118是一种新的形体，它是部件115的形状和所述嵌入堆积的形体的露出部分的组合体。

组合膜部件以复制复杂形状的形体(图6A-6B)

除了参照图5A-5E描述的重复形状俘获能力以外，膜部件组还具有另一个有价值的性能。由于弹性可伸长膜具有有限的伸长程度，因此复制具有许多变化的形体会需要通过两个或多个膜部件或包裹分担伸长来限制任何一个部件的伸长程度。图6A显示一个三个气球状部件125，而图6B显示所述部件在普通的容器128中的情形。膜表面除了在状态可变混合物内部的固态体上可自由移动以外，膜表面还是经润滑的或者由于其他原因可相互间自由滑动(如图6B的放大的示意图的区域130所示)。

随着形状复杂的形体被推入膜包裹，膜表面发生伸长。由于膜的可移动性，这种伸长不局限于(即限于)与形体接触的表面部分，而是分布在各个膜上。换句话说，各个包裹的侧面、甚至是底面也会对与形体接触的膜部分的伸长产生贡献。实际上术语“伸长的自由表面”包括膜包裹的许多部分而非限于其顶面。

在恒定体积弹性包裹中的状态可变混合物(图7A-7C)

图7A显示本发明的一个实例，它使复制一个形体所需的状态可变混合物的体积最小，同时无需将混合物转移到接受形状的容器并从中排出。在可成形状态时混合物被置于薄的弹性膜包裹135中，并用流体(气体或液体133)使该包裹135顶压在形体上。所述流体可置于另一个位于下面的柔韧性可伸长包裹137中，从而使之可容易地伸长并贴合于含状态可变混合物的包裹，又不会沿边缘泄漏。随后使状态可变混合物密实化，如果使用可压缩流体使之顶压在形体上，则必须在取出形体前释放该压力。形成的形体刚性模板可趁其仍在围绕的容器中使用，或者以壳的形式取出用于其它用途。例如，可将其置于图5E的转移模具121中，作为转移模板用来复制原始形体的压制面。

本实例也可在下面的包裹物137中使用第二种状态可变介质，并通过用上面的包裹135封闭容器敞开的顶部而将该混合物容纳在容器中。如果如图10A将描述的那样，包裹135装有重的状态可变混合物，则会需要向该混合物提供更轻的状态可变混合物的稳定“床”。预期这种实例可用于在上面的包裹中形成非常硬的和耐用的可再成形的模具，并将其用于需要这种稳定背衬的模塑或压印操作。

图7B显示另一个使复制形体所需的状态可变混合物的体积最小的实例。可使用在一阵列143中的一系列杆140(所述杆可自由地相互滑动)将包裹135顶压在一形体上。如果将杆放置定位并密实化所述状态可变混合物，则形成的模板、模头或模具的表面的稳定性与前面所述在刚性容器中全体积密实化的混合物形成的稳定性相同。

图7C显示杆阵列143的一种变化情况，它同样结合有图6A和图6B的多个包裹的特征。在各个杆的顶端146固定着装有状态可变混合物的成形的弹性膜包裹149，各个包裹通过管道152与转变液体转移装置相连。当内含的混合物处于可流动状态时，将杆和固定在其上的包裹推顶在一图形形体上，或者将该形体推顶在提供抗移动性的杆上。随后将杆锁定在位并抽除转变流体以密实化该混合物，同样形成稳定的图形形体的压制形状或负象。

所述杆可具有各种其它形状。杆本身可是一个装有状态可变混合物的包裹，从而可获得更多的图像复制性能。例如，包裹形式的杆可以横向膨胀进入形体深或长的底部凹陷中，或者它们可用于如图5A-5E所示的空心体内部，并且同样重复地填充并稳定，其尺寸转移到其它杆阵列或转移模具用来“存储”形体的压制形状。该包裹形式的杆还在包裹中具有更小的刚性杆或一根或多根柔韧性的“脊”杆，它们可选择性地放置或抽出以有助于形状俘获或稳定固化的杆部件。如图7D和8A-8D所示，所述杆还可含有可填充的空穴。

图7D显示另一个状态可变的模具或模板系统，其中的混合物35不转移到或转移出模具室，而是存在有一些可膨胀的部件155，将一种流体加入或排出模具157的模具室或空腔以改变其体积。这种流体也可是一种状态可变混合物，尽管还不清楚有什么优点，若不是第一混合物难以转移、非常昂贵或者不适合通过歧管转移的话。

对混合物模压形式空穴(图8A-8D)

图8A显示一定量可模塑成所需形状的状态可变混合物160，这种模塑利用了通过环境压力使固态体密实化，同时仍能让固态体移动的“准稳定”性能的优点。将一阵列柔韧性的薄壁管163置于所述混合物中，用流体166(液体或气体)通入该阵列薄壁管加压，并随后排出，在固态体体积中产生了空穴结构。由于环境压力也作用在已排空的管道中，其顶压在周围的固态体上的力与施加在薄膜上的相同，因此所得带空穴的体积是稳定的。

图8B显示将一个物体推顶在表面膜上以后状态可变混合物的体积形状。空穴结构的空穴部件发生部分塌缩，为混合物中发生了位移的固态体移动离开该物体产生的移动区域提供了空间。环境压力压在膜上使固态体保持稳定，随后在未塌缩的空穴结构中再填充液体，或者就填充状态可变混合物，以便当形成的形体用作模具时，防止状态可变混合物的体积发生进一步塌缩。

图8C是另一种类型的空穴结构。它是由空心可压缩的节点170(非常象微小的气球)的三维阵列产生的，这些节点用流动管173相互连接。该空穴结构以与图8A和8B的管结构相同的方式滞存在状态可变混合物的体积中，同样用流体填充、排出、随后在混合物移动达到所需形状后再用不可压缩的液体或状态可变混合物再填充。可以想像这种规则空间多空穴的结构可约占混合物室总体积的80％，从而具有比管结构163更高的移动成形度。这种节点分布的结构形成了本质上一种准稳定的选择性可压缩的“泡沫”结构，在该结构中固态体具有高百分数的均匀分布的可用于移动的空穴体积。

图8D显示凹陷或压印171是怎样自动地“造型”在状态可变混合物的空隙所填充的体积中的。一个自动铣床的心轴(它无需旋转)上安装有小的成形或造型模具173。所述造型模具是一个小球，铣床利用两种不同的操作产生所需的凹陷形状。第一种操作是捣压运动，此时小球重复地推压混合物的表面，粗略形成凹陷的表面。在第二种操作中，该小球在膜上作滑行运动使表面光滑。可使用表面润滑剂(图中未显示)使小球状模具在含固态体的膜上自由滑动而不发生停顿。

支承在杆阵列上的图7B装有混合物的薄包裹也可用这种自动模具造型。但是，这种包裹以及图7C的在顶端有包裹的杆阵列形成形体的速度远快于前面描述的使用大量介质的情况，可使用一个工具垂直推动各个杆使其与周围的杆分开，此时使整个阵列快速地“冲压”到预定的位置。在如此定位后，可将杆放置就位并进行模具的光滑运动。

移置造型(图9A-9B)

图9A显示另一类自动成形模具174，而图9B显示一种逐步移置造型方法。所述成形模具是“表面光洁度测量仪”型的，此时一个光滑的接触部件在可造型表面上移动，它通过一组曲线自动地构成形体。所述模具用于逐步依次地使状态可变混合物移动(如180a-e所示)，此时如前面所述包裹膜被压力差压在表面固态体上。所述模具使一层固态体在下面固态体的表面移动，实际上对膜的表面下面的固态体进行扫除，膜在模具下面并在被移去的固态体下面的静止固态体表面上面自由滑动。通过一系列这种扫除运动，一部分固态体176被移置而产生所需的形体179。可使用扫除模具形成有空穴的状态可变混合物，预期压制模塑和移置造型这两种方法可组合在一起用于许多成形操作中。还可使用表面光洁度仪型的模具用来捣压，除了扫除和光滑操作以外，进行这种操作，其形成形状的速度远快于图8D的单独的球状模具操作。这种成形装置还可与图7B和7C显示的包裹和杆阵列组合在一起，并且可与将结合图10B所述的非膜系统组合在一起。

其它模具的实例(图10-16)

图10A显示含有状态可变载体液体介质的状态可变混合物185。该介质可以是例如在适合模具用途的温度下能由液体变成固体的蜡或共熔合金。如前面所述，混合物中固态体的密度较好与液体的密度相同，从而能中性地漂浮。例如，石蜡和聚乙烯球实际上具有相同的密度，而基于铟的共熔合金的密度可以与各种铜、铅和锡合金的球或固态体相匹配。图中能利用环境压力使混合物稳定的膜32已被除去。例如，如果将铟合金与对合金有良好附着性的硬金属球一起使用，则最终形体是基本硬质表面的金属模具，它适合用于冲压、高压铸塑等。在冷却除表面以外的混合物以前并且在固态体密实化以后，可从混合物排除掉液体以形成多孔亚结构，从而熔融的液体可再引入空隙中以快速熔化固态体之间的粘结部位。也可在通入加热的液体介质之前使用加热的空气、水蒸汽或类似的气体预热该密实化的和固化的固态体群体。

图10B显示另一种具有热状态变化的液体载体介质184的混合物188，该混合物位于不用膜包裹的模具系统中。不同的是混合物188的外露表面186被冷却，从而当压入图形部件45时液体开始冷凝。当该图形部件使所述表面进一步变形后，通过阀门195排出过量的可流动混合物，随后排去热液体184，同时表面186被进一步冷却。由于冷凝和冷却的表面是不透空气的，因此该混合物可以再次被环境压力所密实化。

图10B的不用膜系统也可与这样一种混合物一起使用，即其中的固态体通过接触相互密封顶压在一起，尤其当使用图3G所示的多层实例时。例如，可使用图形部件45来压图3A的多层片或纤维和微球混合物，图形部件上涂覆有一层抗粘层。抽除转变液体会导致片状固态体接触，随后在环境压力下微小尺寸的空隙会使混合物进一步密实化。事实上表面的片状固态体会形成几乎不能渗透的表面，有助于整个固态体群体的密实化。

图10C显示一种将表面涂层施加到一种成形的和硬化的多孔混合物上，而不影响混合物表面的“纯形状”或精确尺寸。作为一个例子，将膜从此多孔混合物上除去后，用一种可硬化的液体环氧材料刷涂或喷涂在其表面上，其量足以渗透预定的深度。在形成的涂层表面的“低”部位遗留一些小开口或未涂覆的区域，当加上膜对该多孔混合物施加真空，膜被大气压力压上去时，膜是最后接触这些低部位的。

膜用来将涂料压入靠近表面的固态体之间的孔隙中，当膜向下抵压在形成的表面上时，未涂覆区域周围的涂料使得涂层挤压在这些未涂覆区域上。尽管用这种方法形成的表面不可能再成形，但是使用后通过软化下面的混合物可除去该表面。如果使用时未受损，这种表面壳可存储以供将来用作永久模具的表面，并可单独使用或者使用时用密实化/硬化的状态可变混合物作为其背衬。

图10D显示一种多孔的硬化模具，其表面膜被除去，用作“真空模型”。使用夹具193在一可成形片196和模具开口顶部之间形成气密。如果所述片是热塑性片材，则可加热使之具有可成形性，随后施加真空198，借助大气压力使该片材向下压在模具表面上。也可形成其它可成形材料或材料的组合，例如覆盖气密膜的预浸渍复合片材。也可施涂前面所述的表面涂层以使增加该多孔模具的耐久性和不可渗透性，如同常规的热成型模具那样，在表面上钻出用于抽真空的孔。同样该涂覆的成型物可用作耐久的内嵌夹具，它用来固定一些薄壳部件用于各种修整和制造操作。

图11显示一种低密度的状态可变混合物200。在此实例中，空心球203置于带有稳定小气泡的泡沫介质205中。如前面描述的混合物那样，这种混合物可流动并可通过小直径管道泵入或泵出容器，仍可形成“可流动固体”，它通过抽除泡沫至低于环境压力而稳定。该泡沫会回复至液体状态，因为当如前面所述，从混合物容器中吸去载体液体时，小气泡会膨胀并破裂。但是，这种泡沫可由液体重建并泵入固态体以再形成可移动混合物。

这种轻质的状态可变混合物可至少用于两种情况。例如，如果需要非常大的模板(如用于形成圆的顶体板的尺寸)，则该轻质混合物可使其操作变得非常容易，使用图7A的一种变化，此时沿周界将膜包裹密封，并如上所述利用真空/大气压力差将其推压在顶板上。作为另一个例子，如果需要低接触压力来形成尺寸(例如当需要制造烧伤者脸部的负模时)，此低密度的混合物与非常柔软的贴合膜的组合很适合于这种精密的过程。

当从固态体物质中抽除泡沫使固态体密实化时，泡沫介质具有另一个功能。在泡泡破裂后残留的液体会湿润固态体，如果干燥后该液体具有胶粘性能，则可将一种干燥用的气体在该气体压力保持在低于环境压力下穿过该固态体，并且固态体可附着在一起同时保持成形的形状。如果该胶粘剂还将膜附着在表面固态体上，则形成的模板或模具可耐受膜外部的真空，从而可用于真空辅助热成形或固定操作。使用后，可再加入泡沫介质以湿润该胶粘剂，从而解放固态体使其可流动。

还发现混合物的轻质、稳定和粘结形态具有永久或半永久的用途，例如用于定制的座椅或把手。在这种情况下，弹性膜应具有耐久的外表(例如尼龙纤维伸长织物)，并且固态体应具有弹性从而使制品是弹力的。如果如上所述使用可软化的胶粘剂，则该制品可根据需要再成形。

图12A显示通过混合物稳定体积211循环的状态稳定混合物的液体部分208。这种液体循环可用来加热或冷却模具，并且可通过在下部进口和上部出口保持压力差而实现。在这出口和入口的压力还应保持在低于环境压力，从而使上表面膜连续顶压在固态体上以保持其稳定，或者使得液体张力会持续地将固态体聚集在一起并使膜保持在位。

图12B显示如上所述在体积211中的液体循环。但是，如果用不可混溶的液体217将初始液体驱逐出混合物，同时仍保持在混合物固态体上的可成为胶粘剂的涂层214，则可获得除加热或冷却以外的附加优点。例如，如果初始液体含有水溶性胶粘剂并且该不可混溶的液体可以加热到除去足量的水使固态体附着在一起的程度，则该混合物可快速地由可成形状态变成密实化和硬化状态。再次加入初始液体可以溶解该硬化的胶粘剂，使混合物再次变成可成形状态。

图12C显示用来密实化图12B涂覆颗粒而不依赖能完全填充混合物固态体之空间隙的液体的变压方法。该方法可用于残留液体提供固态体之间润滑性的任何混合物，并且该方法还可用于包括粉末的干颗粒介质，只要如Parrish等的美国专利5,556,169以及其它专利所述，表面之间的润滑性能允许固态体或颗粒之间相对移动而不“结块”即可。但是，如上所述的液体辅助润滑性和密实化固态体的胶粘粘附使带有合适液体的轻质涂层的固态体具有特别的优点。

变压成形和密实化方法开始时，将图形部件45压入装有混合物的容器中，但不能让混合物被挤出。膜盖220盖着该图形部件并使容器周边气密。在图形部件和混合物之间所述图形部件上可带有或不带有另一层密封膜，这取决于图形部件是否具有模具剥离或阻挡涂层，或者在成形、密实化和硬化过程的末尾将其与混合物分开的其它装置。

该方法开始时在混合物处于环境压力下抽除图形部件和膜盖之间的空气。然后从混合物中抽除空气使大气压力作用于该盖子和图形部件上，将混合物压抵在图形部件上；但是，该抽除步骤间歇进行，空气通过上部出口230加入并随后阻断，同样真空195也打开和关闭，这种压力的变化导致顶压盖子220的大气压力223间歇地压在混合物上，从而当混合物逐渐密实化时周期性地释放混合物上的压力。还可通过真空出口周期性地施加超过大气压的空气压力，以进一步帮助逐步压缩和不压缩混合物，使容器中的固态体移动成为密堆积形式并顶压着图形部件。密实化后，可使用合适的方法，例如干燥或冷却(取决于粘结液体的性能)，硬化该混合物。

图13A显示周边具有密封环254的装有状态可变混合物的薄膜包裹260。该密封环适配其中先已形成了阳模板257的容器的边缘。通过抽除包裹和模板之间的空气，使包裹向下顶压在模具上。随后稳定包裹中的混合物，以形成内表面251，它是该模板的负复制品。

在图13B中，在周边环254上连接着另一个膜263，该周边环固定在下部容器的周边上。将压缩空气266引入该膜和装有混合物膜包裹之间的空间，以大于大气压力的压力将膜包裹顶压在模板上。

图14A和14B显示一种装有状态可变混合物的柔韧性可伸长的平包裹部分269。显示的还有使包裹具有作为轻质模具或模板功能的附加部件。一个柔韧性增强部件271置于套管273中，该套管间隔地连在包裹底面内部。这些部件可由一束柔韧性玻璃纤维或碳纤维或其它处于容易伸长状态(例如图示的螺旋结构)的材料组成。这些增强材料阵列可如图所示平行排列，或者垂直相交或者以其它角度相交排列。这些部件可被混合物的载体液体湿润，也可以被混合物中的固态体透过，从而在密实化后它们在混合物和周围的包裹中紧紧地固定在位。用上述各种方法硬化该混合物可制得薄壳增强的固结结构。

图中显示的还有对包裹的功能作出进一步贡献的横索275和支承物以及加料管279。横索用来将包裹269的两个相背表面相互放置就位，从而防止这两个表面发生不受控制的分开。这些横索可以任何间距放置，只要能有效地控制包裹中状态可变混合物的不合需求移动即可。混合物还可装在一柔韧性的多孔纤维结构(图中未显示)中，例如通常用作绝缘的轻质、可拉伸的非织造堆垛垫产品中，或者可置于各种横索排列、蜂窝结构等之中，用来防止混合物在可成形状态发生“坍落”或在包裹中迁移。

管状支承部件279与包裹269的下面相连并伸入其中，并也可含装有与包裹中的状态可变混合物相同或不同的状态可变混合物，其顶端可有一个滤网部件285，混合物的液体可透过该滤网进出包裹。可通过管子连接于其上的基板282中的歧管(图中未显示)将液体提供给支承部件，将如图16所示，液体可通过另一个管状部件输入。如图16将显示的那样，基板也可用来将平的包裹有效地转换成稳定的、自承载的单面模具。

图15显示一种图14薄包裹实例的变体。包裹289本身封闭成一个空心的长形体，可用作在其周围形成材料后可除去的模具插入物、活动模具或内部心轴。通过在该结构的空心中央加入或除去液体，可对该形体加压或撤除压力，从而将其顶压在模塑的或制作的部件的内部或从中退回，或者顶压在其它模具和模板等上面或退回。

制造时，这种空心薄壳结构具有与包裹269相同的部件，包括柔韧性的增强部件(图中未显示)、滤网部件285和支承部件279。但是，部件279连接在本身可装有状态可变材料的另一个管状加料部件292上，所以是柔韧性的，或者该管状加料部件可以是永久刚性的以便于操作和放置。部件282也可有个加料管295，如前面所述，它利用支承部件和滤网部件将状态可变混合物的液体介质输入和输出该空心包裹结构。还可沿管状部件292的长度装上一些滤网部件，以便将液体输入或输出部件292或出入它分叉的一些部件279。

图16显示一种使用图14膜包裹的单面模具结构。包裹269已用图形部件305压制过并密实化或硬化。管状支承部件279已经弯曲并与压制的形状相一致，并且同样也已经密实化或硬化。如图所示，模具的形状约占如图2A-图6B所示相当的“盆”状模具体积的15％。如前面所述，通过在支承管周围的空体积中填充包含前面所述的轻质状态可变混合物的另一种填充介质，或者如McCollum所述通过用液体对包裹作背衬等其它方式支承，可进一步支承所述模具结构。在包裹中使用一种混合物、在支承部件中使用另一种混合物、并将再一种混合物作为广泛的支承介质，是参照图3所述的实例的延伸。图16的实例进一步结合了图7和图13的实例。

原型模具形成系统(图17)

图17是现有的原型模具形成系统的示意图，它有一个“单面”可再成形的模具310，该模具中置有混合物的固态体而非输入和输出该模具。液体介质置于储存容器313中并通过液体泵319加入模具310并可从中抽除。使用液体加热器322来加热该液体(在某些试验中该液体是含有水溶性胶粘剂的水，它具有与温度相关的粘度)。加热该液体降低其粘度，从而有助于使其流入模具中固态体之间的间隙中。在后一个步骤中加热还用来从附着在固态体上的残留胶粘剂中蒸发去水分。该系统的其它部件在下面将结合操作步骤进行描述。

模具310具有一层高弹性表面膜327，它位于固态体上面并在模具开口顶部密封。网状歧管325的开口尺寸小至不能通过固态体，这些歧管通过通常关闭的阀门340和344与容器313相连。开始时通过开启阀门344和真空系统阀门(真空泵316通过该阀门将容器抽真空)从模具中抽除空气。由于阀门344是开启的，因此也从模具中除去空气，造成膜顶压在所含的固态体上，并且如果在上一个操作末尾固态体未处于密堆积状态的话，则使之密堆积。容器中的液体被同样的真空脱气，除去溶解的气体。使模具和液体脱气可防止在随后的密实化步骤中(此时从模具中抽除转变液体)产生空穴。

随后关闭阀门344使模具保持真空，开启阀门340并启动泵319和加热器322，将液体引入模具。模具中残留的空气将向上将膜327抬起，可以通过停止加入液体流(关闭阀门340)并再打开阀门344而除去之。随后关闭该阀门、打开阀门340并再次启动泵319，继续引入液体，直至转变液体使膜下面的固态体变成可流动。

现在将固定在板344上的图形部件322顶压在膜上。如果该板不容易顶压在膜上使其光滑边缘搁置在膜上，则放置弹性真空密封件329使其在模具边缘将板顶住膜密封之。随后打开阀门337，从板和膜之间抽除空气，造成膜伸长并贴合于图形部件的形状。由于混合物处于可移动状态，并且不带有会造成其顶住膜的气泡，因此当膜伸长顶压图形部件332和板334上以后，所含的混合物贴合该膜，从而完全贴合于图形部件的形状。如果图形部件上有明陷的凹陷，则在图形部件或膜表面上放置滑石粉或其它“破坏真空”的物质，从而从凹陷中除去空气。

根据需要，可用柔韧性的贴合盖子(例如结合图12C描述的盖子220)代替板332和密封件329。如果例如所述图形部件是一种柔韧性的壳，则该贴合盖子会使当从表面膜227和图形部件之间抽除空气时大气压力在图形部件上形成的应力均匀化。随后打开阀门340并使用泵319抽除转变液体，从而使混合物的固态体密实化。当抽除掉转变液体后，大气压力将膜、板和图形部件压在混合物上，确保固态体呈密堆积状态并顶住膜，并从而顶住该图形部件。

这种固化方法适合于固态体和载体液体之间相对宽的密度差范围。在接近相同的密度以及在重固态体(接近两倍密度)和轻载体液体(一半密度)的情况下均获得了成功。受试验的混合物固态体的尺寸变化范围为直径10微米至高达1000微米，并包括片状颗粒，其厚度小至50微米，长宽比为100微米。只要固态体不相互附着从而需要强力机械混合作用来进行分散，并且只要密堆积的固态体具有一定的孔隙度，就可完成成形和密实化步骤。当然，这些方法步骤的速度受到孔隙度和载体液体粘度的印刷的限制。

现在可除去板和图形部件，这可通过关闭真空泵316并开启大气阀门338实现，从而破坏图形部件和表面膜之间的真空。此时膜可作为模具表面，或者可进行进一步硬化模具的步骤。在对此系统进行试验时，使用的一种液体是含水溶性胶粘剂的水，尽管所述的方法也可使用任何溶剂和可溶性胶粘剂液体。可使用液体容器中的真空在模具和容器之间形成压差。如果进入模具中的液体被加热至高于室温，而容器处于室温，则容器中足够的真空度会使模具中的蒸气开始沸腾。这转而造成在蒸气压力条件下模具中的液体被逐出，此时使残留在固态体上的胶粘剂“干燥”。

一种已经采用的蒸发掉足量蒸气以硬化模具的方法是向膜施加辐射热，逐步的加热、蒸发和胶粘剂干燥导致密实化的固态体结合在一起。另外，蒸气使固态体之间空隙中的液体被逐出，从而使载体液体可再引入固态体物质，从而溶解将固态体结合在一起的胶粘剂。

另一种将液体从固态体之间空隙中逐出并干燥胶粘剂的方法，是向模具中连续加入少量加热的空气，同时保持足够的真空度，使固态体保持密实化并且膜保持顶压在固态体上。另外，还组合使用所述的辐射热、热空气并用外部加热器进一步加热模具，并且在密实化步骤后循环热的液体。其它试验包括如前面所述使用不可混溶的液体进行加热和硬化。除去液体并使固态体结合的方法当然取决于使用的液体的组成，并如前面所述取决于固态体的物理性能。

还利用硬化模具的孔隙度形成材料。除去所述膜并将一片热塑性材料置于模具上，并如膜那样在周边密封之。随后用辐射热将该片材加热至软化点，并向模具施加真空。施加在模具上的大气压力使该片材伸长并推压在模具上，随后使之冷却，形成与原始图形部件相同的形状。这仅仅是如上所述的在单面模具或匹配模具之间可实施的许多种制造和成形操作的一种。要进行的其它试验还包括前面描述的表面涂覆和密封方法，以及将各种可剥离和可粘合的表面膜贴合在模具上。

结论

尽管上面完整描述了本发明的各种具体实例，但是可使用各种改进、变化结构和等同物。因此，上述描述不应视为限制本发明的范围，该范围由权利要求书限定。

Claims (81)

1.一种具有以所需形状为特征的表面部分的可再成形的模具的制造方法，它包括：

提供大量可成形状态的混合物，该混合物包括固体组分和含液体的载体组分，所述固体组分包括许多固态体，所述载体组分填充所述固态体之间的空隙；所述载体组分包括超出在所述固态体密堆积时填充其空隙所需量的过量的载体，此过量的载体使该混合物处于可成形状态；

使所述混合物表面呈现所需的形状；

抽除所述过量的载体使混合物由可成形状态转变成稳定的能抵抗力的状态，此时固态体产生嵌入填充的、堆积的、相互附着的或以其它方式稳定密实化的接触，从而使一部分混合物具有以该所需形状为特征的稳定的表面部分。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述载体是泡沫。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述载体是状态可变液体，所述方法还包括在抽除过量载体后固化残留在混合物中的所述载体。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述载体固化是永久的。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述载体固化是可逆的。

6.一种具有以所需形状为特征的表面部分的可再成形的模具的使用方法，它包括：

提供大量可成形状态的混合物，该混合物包括固体组分和含液体的载体组分，所述固体组分包括许多固态体，所述载体组分填充所述固态体之间的空隙；所述载体组分包括超出在所述固态体密堆积时填充其空隙所需量的过量的载体，此过量的载体使该混合物处于可成形状态；

使所述混合物表面呈现所需的形状；

抽除所述过量的载体使混合物由可成形状态转变成稳定的能抵抗力的状态，此时固态体产生嵌入填充的、堆积的、相互附着的或以其它方式稳定密实化的接触，从而使一部分混合物具有以该所需形状为特征的稳定的表面部分；

随后将一种可变形材料体贴合在该混合物的稳定表面部分上，将该所需形状的负象赋予该可变形材料体；

随后稳定该可变形材料体，使其保留该所需形状的负象。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述载体是泡沫。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述载体是状态可变液体，所述方法还包括在抽除过量载体后固化残留在混合物中的所述载体。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述载体固化是永久的。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述载体固化是可逆的。

11.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述载体是液体，在整个贴合和稳定化过程中它保持其液体状态。

12.一种具有以所需形状为特征的表面部分的可再成形模具的制造方法，它包括：

提供大量可成形状态的混合物，该混合物包括固体组分和液体组分，所述固体组分包括许多固态体，所述液体组分填充所述固态体之间的空隙；所述液体组分包括超出在所述固态体密堆积时填充其空隙所需量的过量的液体，此过量的液体使该混合物处于可成形状态；

使所述混合物表面呈现所需的形状；

抽除所述过量的液体使混合物由可成形状态转变成稳定的能抵抗力的状态，此时固态体产生嵌入填充的、堆积的、相互附着的或以其它方式稳定密实化的接触，从而使一部分混合物具有以该所需形状为特征的稳定的表面部分。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述使混合物表面呈现所需形状的步骤包括将所述混合物置于一个空腔模具中，该模具具有一个有所需形状负象的表面。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述使混合物的表面呈现所需形状的步骤包括使混合物的表面与一个物体接触，该物体具有一个有所需形状负象的表面。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述过量液体的量是通过在固态体之间形成预定间隙而产生可流动状态所需的最小的量，所述间隙能在几何上有序排列的许多固态体之间形成至少两个同时滑动面。

16.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有匹配的密度。

17.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有不同的密度。

18.一种具有以所需形状为特征的表面部分的可再成形模具的使用方法，它包括：

提供大量可成形状态的混合物，该混合物包括固体组分和液体组分，所述固体组分包括许多固态体，所述液体组分填充所述固态体之间的空隙；所述液体组分包括超出在所述固态体密堆积时填充其空隙所需量的过量的液体，此过量的液体使该混合物处于可成形状态；

使所述混合物表面呈现所需的形状；

抽除所述过量的液体使混合物由可成形状态转变成稳定的能抵抗力的状态，此时固态体产生嵌入填充的、堆积的、相互附着的或以其它方式稳定密实化的接触，从而使一部分混合物具有以该所需形状为特征的稳定的表面部分；

随后将一种可变形材料体贴合在该混合物的稳定表面部分上，将该所需形状的负象赋予该可变形材料体；

随后稳定该可变形材料体，使其保留该所需形状的负象。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述使混合物表面呈现所需形状的步骤包括将所述混合物置于一个空腔模具中，该模具具有一个有所需形状负象的表面。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述使混合物的表面呈现所需形状的步骤包括使混合物的表面与一个物体接触，该物体具有一个有所需形状负象的表面。

21.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述过量液体的量是通过在固态体之间形成预定间隙而产生可流动状态所需的最小的量，所述间隙能在几何上有序排列的许多固态体之间形成至少两个同时滑动面。

22.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有匹配的密度。

23.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有不同的密度。

24.一种具有所需形状表面的形体的制造方法，它包括：

提供大量处于稳定的可抵抗力的状态的可逆状态可变的混合物，该混合物包括固体组分和液体组分，所述固体组分包括许多均匀的几何上有序排列的、堆积的并且相互嵌入填充的固态体，所述液体组分填充所述固态体之间的空隙；

加入称为转变液体的附加量的液体组分，其加入量足以在固态体之间形成间隙；

在液体组分上施加压力，从而在混合物中的大量几何上有序排列的密堆积固态体之间的固态体间隙中形成至少两个滑动面，使混合物转变成可成形状态；

使混合物的表面贴合于具有所需形状的图形部件的表面；

抽除转变液体使混合物由可成形状态转变成稳定状态，在该稳定状态中固态体产生几何上有序排列的、堆积的和嵌入填充的接触，该堆积的和相邻的固态体起固体填充物的作用，能抵抗外部施加的力，从而使混合物具有一个与所需形状呈负象的稳定的表面部分；

随后将一个可成形材料体的表面贴合于所述混合物稳定的表面部分，以赋予所述可成形材料体的表面所需的形状；

随后稳定该可成形材料体，使该材料体表面保留所需的形状，从而获得成形的形体。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于在抽除转变液体使固态体处于具有有序排列的、密堆积接触的稳定状态后，其对外部力的抵抗程度与固态体形状、表面形状、弹性和压缩性中的至少一种可调节的物理性能相关，并与固态体的表面性能，例如粗糙度、光滑度和分子附着相关。

26.如权利要求24所述的方法，其特征在于所述液体组分向所述固态体提供充分的支承或浮力缓冲性或润滑性，从而在液体压力差或能使转变液体和支承的固态体与该液体一起移动的外部力的作用下，使许多有序排列的固态体沿滑动面移动。

27.如权利要求24所述的方法，其特征在于所述液体组分向处于嵌入填充的、堆积的或以其它方式稳定密实化接触的固态体之间提供附着。

28.如权利要求24所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有匹配的密度。

29.如权利要求24所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有不同的密度。

30.如权利要求24所述的方法，其特征在于所述液体组分由液体状态转化成固体状态，并再转化成液体状态。

31.如权利要求24所述的方法，其特征在于所述贴合步骤包括将混合物的表面与具有与所需形状呈负象的表面的物体接触。

32.如权利要求24所述的方法，其特征在于所述混合物装在弹性膜中，并且该膜表面具有由物体挤压在该表面上形成的印痕。

33.如权利要求24所述的方法，许多稳定混合物的表面的精确度或不规则度取决于要形成的尺寸的精细度、覆盖膜的厚度和贴合性以及状态可变混合物的固态体的尺寸和规则堆积有序的程度之间的关系。

34.一种物体的制造方法，所述物体具有以所需形状为特征的表面部分，所述方法包括：

提供大量可成形状态的混合物，该混合物包括固体组分和液体组分，所述固体组分包括许多固态体，所述液体组分填充所述固态体之间的空隙；所述液体组分包括超出在所述固态体密堆积时填充其空隙所需量的过量的液体，此过量的液体使该混合物处于可成形状态；

使混合物表面呈现是所需形状负象的形状；

抽除过量的液体使混合物由可成形状态转变成稳定的能抵抗力的状态，其中固态体产生嵌入填充的、堆积的、相互附着的或以其它方式稳定密实化的接触，从而使一部分混合物具有是所需形状负象的稳定的表面部分；

随后使用该混合物稳定的表面部分作为模具，使构成所述物体的材料的表面部分具有所需的形状。

35.如权利要求34所述的方法，其特征在于所述使混合物表面呈现是所需形状负象的形状的步骤包括将混合物置于一个空腔模具中，所述模具具有以所需形状为特征的表面。

36.如权利要求34所述的方法，其特征在于所述使混合物表面呈现是所需形状负象的形状的步骤包括使混合物的表面与一个物体接触，所述物体具有以所需形状为特征的表面。

37.如权利要求34所述的方法，其特征在于所述过量液体的量是通过在固态体之间形成预定间隙而产生可流动状态所需的最小的量，所述间隙能在混合物任何部位几何上有序排列的许多固态体之间形成至少两个同时滑动面。

38.如权利要求34所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有匹配的密度。

39.如权利要求34所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有不同的密度。

40.一种具有所需形状表面的形体的制造方法，它包括：

提供大量可成形状态的混合物，该混合物包括固体组分和含液体的载体组分，所述固体组分包括许多固态体，所述载体组分填充所述固态体之间的空隙；所述载体包括超出在所述固态体密堆积时填充其空隙所需量的过量载体，此过量的载体使该混合物处于可成形状态；

将该混合物封入具有一个弹性表面的包裹中；

提供具有一个刚性表面的模板，该表面带有是所需形状负象的图形；

沿围绕所述带有所需形状负象的图形的刚性表面的一条途径将所述包裹表面的周边密封在该模板的表面上，从而在所述模板和包裹之间限制密封的混合物；

当包裹中的混合物处于可成形状态时，抽除留在密封混合物中的空气，从而使包裹受力贴合于所述带有所需形状负象的图形的表面；

抽除过量的载体，使混合物由可成形状态转变成稳定的能抵抗力的状态，此时固态体产生嵌入填充的、堆积的、相互附着的或以其它方式稳定密实化的接触，从而使一部分混合物具有以所需形状为特征的稳定的表面部分。

41.如权利要求40所述的方法，其特征在于所述载体是状态可变的液体；所述方法还包括在抽除过量载体后固化留在混合物中的所述载体。

42.如权利要求41所述的方法，其特征在于所述载体固化是永久的。

43.如权利要求41所述的方法，其特征在于所述载体固化是可逆的。

44.如权利要求40所述的方法，其特征在于所述包裹的一个外露表面处于大气压力下，从而使所述包裹受大气压力的作用。

45.如权利要求40所述的方法，其特征在于所述包裹的一个外露表面所受的压力大于大气压力。

46.一种可成形模具的制造方法，所述模具具有以所需形状为特征的表面部分，所述方法包括：

提供大量可成形状态的混合物，该混合物包括固体组分和含液体的载体组分，所述固体组分包括许多固态体，所述载体组分填充所述固态体之间的空隙；所述载体包括超出在所述固态体密堆积时填充其空隙所需量的过量载体，此过量的载体使该混合物处于可成形状态；

使混合物表面呈现所需形状；

抽除过量的载体使混合物由可成形状态转变成稳定的能抵抗力的状态，此时固态体产生嵌入填充的、堆积的、相互附着的或以其它方式稳定密实化的接触，从而使一部分混合物具有以所需形状为特征的表面部分。

47.如权利要求46所述的方法，其特征在于所述载体是泡沫。

48.如权利要求46所述的方法，其特征在于所述载体是状态可变的液体；所述方法还包括在抽除过量的载体后固化所述载体的步骤。

49.一种可成形模具的使用方法，所述模具具有以所需形状为特征的表面部分，所述方法包括：

提供大量可成形状态的混合物，该混合物包括固体组分和含液体的载体组分，所述固体组分包括许多固态体，所述载体组分填充所述固态体之间的空隙；所述载体包括超出在所述固态体密堆积时填充其空隙所需量的过量载体，此过量的载体使该混合物处于可成形状态；

使混合物表面呈现所需形状；

抽除过量的载体使混合物由可成形状态转变成稳定的能抵抗力的状态，此时固态体产生嵌入填充的、堆积的、相互附着的或以其它方式稳定密实化的接触，从而使一部分混合物具有以所需形状为特征的表面部分；

随后使一种可成形材料体贴合于所述混合物的稳定的表面部分，以便将是所需形状的负象的形状赋予该可成形材料体；

随后稳定该可成形材料体，从而使该材料体保持是所需形状负象的形状；

随后再加入足量的载体使混合物由稳定的可抵抗力的状态转变成可成形状态。

50.如权利要求49所述的方法，其特征在于所述载体是泡沫。

51.如权利要求49所述的方法，其特征在于所述载体是状态可变的液体；所述方法还包括在抽除过量的载体后固化所述载体的步骤。

52.如权利要求49所述的方法，其特征在于所述载体是液体，在整个贴合和稳定化过程中它保持液体状态。

53.一种可成形模具的制造方法，所述模具具有以所需形状为特征的表面部分，所述方法包括：

提供大量可成形状态的混合物，该混合物包括固体组分和液体组分，所述固体组分包括许多固态体，所述液体组分填充所述固态体之间的空隙；所述液体包括超出在所述固态体密堆积时填充其空隙所需量的过量液体，此过量的液体使该混合物处于可成形状态；

使混合物表面呈现所需形状；

抽除过量的液体使混合物由可成形状态转变成稳定的能抵抗力的状态，此时固态体产生嵌入填充的、堆积的、相互附着的或以其它方法稳定密实化的接触，从而使一部分混合物具有以所需形状为特征的表面部分。

54.如权利要求53所述的方法，其特征在于所述使混合物表面呈现所需形状的步骤包括将混合物置于一个空腔模具中，所述模具具有是所需形状负象的表面。

55.如权利要求53所述的方法，其特征在于所述使混合物表面呈现所需形状的步骤包括使混合物的表面与一个物体接触，所述物体具有是所需形状负象的表面。

56.如权利要求53所述的方法，其特征在于所述过量液体的量是通过在固态体之间形成预定间隙而产生可流动状态所需的最小的量，所述间隙能在几何上有序排列的许多固态体之间形成至少两个同时滑动面。

57.如权利要求53所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有匹配的密度。

58.如权利要求53所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有不同的密度。

59.一种可成形模具的使用方法，所述模具具有以所需形状为特征的表面部分，所述方法包括：

提供大量可成形状态的混合物，该混合物包括固体组分和液体组分，所述固体组分包括许多固态体，所述液体组分填充所述固态体之间的空隙；所述液体包括超出在所述固态体密堆积时填充其空隙所需量的过量液体，此过量的液体使该混合物处于可成形状态；

使混合物表面呈现所需形状；

抽除过量的液体使混合物由可成形状态转变成稳定的能抵抗力的状态，此时固态体产生嵌入填充的、堆积的、相互附着的或以其它方法稳定密实化的接触，从而使一部分混合物具有以所需形状为特征的表面部分；

随后使一种可成形材料体贴合于该混合物的稳定的表面部分，以便将是所需形状的负象的形状赋予该可成形材料体；

随后稳定该可成形材料体，从而使该材料体保持是所需形状负象的形状；

随后再加入足量的液体使混合物由稳定的可抵抗力的状态转变成可成形状态。

60.如权利要求59所述的方法，其特征在于所述使混合物表面呈现所需形状的步骤包括将混合物置于一个空腔模具中，所述模具具有是所需形状负象的表面。

61.如权利要求59所述的方法，其特征在于所述使混合物表面呈现所需形状的步骤包括使混合物的表面与一个物体接触，所述物体具有是所需形状负象的表面。

62.如权利要求59所述的方法，其特征在于所述过量液体的量是通过在固态体之间形成预定间隙而产生可流动状态所需的最小的量，所述间隙能在几何上有序排列的许多固态体之间形成至少两个同时滑动面。

63.如权利要求59所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有匹配的密度。

64.如权利要求59所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有不同的密度。

65.一种具有所需形状表面的形体的制造方法，它包括：

提供可变形的模具，该模具包括大量处于稳定的可抵抗力的状态的状态可逆变化的混合物，该混合物包括固体组分和液体组分，所述固体组分包括许多均匀的几何上有序排列的、堆积的并且相互嵌入填充的固态体，所述液体组分填充所述固态体之间的空隙；

加入称为转变液体的附加量的液体组分，其加入量足以在固态体之间形成间隙；

在液体组分上施加压力，从而在混合物中的大量几何上有序排列的密堆积固态体之间的固态体间隙中形成至少两个滑动面，使所述混合物转变成可成形状态；

使混合物的表面贴合具有所需形状的图形的表面；

抽除转变液体使混合物由可成形状态转变成稳定状态，在该稳定状态中固态体产生几何上有序排列的、堆积的和嵌入填充的接触，该堆积的和相邻的固态体起固体填充物的作用，能抵抗外部施加的压力，从而使混合物具有一个与所需形状呈负象的稳定的表面部分；

随后将一个可成形材料体的表面贴合所述混合物稳定的表面部分，以赋予所述可成形材料体的表面所需的形状；

随后稳定该可成形材料体，使该材料体表面保留所需的形状，从而获得成形的形体。

66.如权利要求65所述的方法，其特征在于在抽除转变液体使固态体处于具有有序排列的、密堆积接触的稳定状态后，其对外部力的抵抗程度与固态体形状、表面形状、弹性和压缩性中的至少一种可调节的物理性能相关，并与固态体的表面性能相关。

67.如权利要求66所述的方法，其特征在于所述表面性能选自粗糙度、光滑度和分子附着。

68.如权利要求65所述的方法，其特征在于所述液体组分向所述固态体提供充分的支承或浮力缓冲性或润滑性，从而在液体压力差或能使转变液体和支承的固态体与该液体一起移动的外部力的作用下，使许多有序排列的固态体沿滑动面移动。

69.如权利要求65所述的方法，其特征在于所述液体组分向处于嵌入填充的、堆积的或以其它方式稳定密实化接触的固态体之间提供附着。

70.如权利要求65所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有匹配的密度。

71.如权利要求65所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有不同的密度。

72.如权利要求65所述的方法，其特征在于所述液体组分由液体状态转化成固体状态，并再转化成液体状态。

73.如权利要求65所述的方法，其特征在于所述贴合步骤包括将混合物的表面与具有与所需形状呈负象的表面的物体接触。

74.如权利要求65所述的方法，其特征在于所述混合物装在弹性膜中，并且该膜表面具有由物体挤压在该表面上形成的印痕。

75.如权利要求74所述的方法，许多稳定混合物的表面的精确度或不规则度取决于要形成的尺寸的精细度、覆盖膜的厚度和贴合性以及状态可变混合物的固态体的尺寸和规则堆积有序程度之间的关系。

76.一种物体的制造方法，所述物体具有以所需形状为特征的表面部分，所述方法包括：

提供可再成形的模具，所述模具包括大量可成形状态的混合物，该混合物包括固体组分和液体组分，所述固体组分包括许多固态体，所述液体组分填充所述固态体之间的空隙；所述液体组分包括超出在所述固态体密堆积时填充其空隙所需量的过量液体，此过量的液体使该混合物处于可成形状态；

使混合物表面呈现是所需形状负象的形状；

抽除过量的液体使混合物由可成形状态转变成稳定的能抵抗力的状态，此时固态体产生嵌入填充的、堆积的、相互附着的或以其它方式稳定密实化的接触，从而使一部分混合物具有是所需形状负象的稳定的表面部分；

随后将该混合物稳定的表面部分作为模具使构成所述物体的材料的表面部分具有所需的形状；

随后再加入足量的液体使该混合物由稳定的可抵抗力的状态转变成可成形状态。

77.如权利要求76所述的方法，其特征在于所述使混合物表面呈现是所需形状负象的形状的步骤，包括将混合物置于一个空腔模具中，所述模具具有以所需形状为特征的表面。

78.如权利要求76所述的方法，其特征在于所述使混合物表面呈现是所需形状负象的形状的步骤，包括使混合物的表面与一个物体接触，所述物体具有以所需形状为特征的表面。

79.如权利要求76所述的方法，其特征在于所述过量液体的量是通过在固态体之间形成预定间隙而产生可流动状态所需的最小的量，所述间隙能在混合物任何部位几何上有序排列的许多固态体之间形成至少两个同时滑动面。

80.如权利要求76所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有匹配的密度。

81.如权利要求76所述的方法，其特征在于所述液体组分和所述固态体具有不同的密度。

Images