TW381047B - Methods of constructing fully dense metal molds and parts - Google Patents

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五 、發明説明（1 A7 B7 經消部中央標準局员工消费合作社印製 發明領域 本發明係關於快速製模方法，較特別的是建構準 零件與金屬模供模塑多數製模零件之方法。 不發明亦關於 一種利用一熱可逆性材料以製備一模型中 ' ._ ^ ^ n挺’而由此製 成一準確金屬模之方法。 發明背景 超越個人競爭力而對市場供應新產品應係佔有較大市p 率之關键’因此需加快每—新產品研發之步碟， 時效上有顯著衝擊之一產品研發領域爲用於市場測試之: 品製作與包裝模型，此一測試通常需要供消費者檢視或使 用之外觀式、觸感式、及功能式模型。 s 當需要產量時，製模即爲製造零件之正常方式，製模一 般涉及花費昂貴之塑膠零件、多個模穴、鋼模，例如^部 分之瓶子爲吹拉模塑而大部分瓶蓋爲注射模塑，通常係以 大產里來平衡製模之成本。另方面，對於市場測試而言， 其可能僅需數百個零件，但是常需模造出模型零件，使其 與生成之零件有相同之特徵。 因此，如何取得模塑之模型零件實爲一大挑戰，有些方 法可迅速製作零件模而由此鑄造少量零件，例如耐火粉末 與熱塑性給合劑即可在加熱下結合於一撓性橡膠模型内， 此過程形成一生料件，隨後進一步加熱以溶出結合劑，將 生成之多孔性物件以—熔態i低熔點之金屬滲入則可形成 一问舍度且典加工表面之模。此過程之缺點在於粉末燒結 以利於結合劑去除後可定置模，燒結會使顆粒佔用比 (請先閲讀背Vg之注意"·項再4·寫本頁 ·—II —1 -. -----4

,1T _______ -4- -本祕尺度適用中國®家標?(21〇x 297公 經濟部中史標準扃員工消资合作社印裝 五、發明説明（ 燒結時較少之空間，因此，燒結皺綰 零件之準度。 "9心曰到模與所製成 具有例如用於冷却流體之槽道之 合銅線盥燒杜粉i π y 4 、’Q金屬物件可藉由結 H如末而形成，施加 且吸收入燒結顆粒之孔内，以利乂…皿度時，線即炫化 , 牙】形成槽道。其他習用制；。 包括使用金屬顆粒，其經燒結 # 用g 透金屬於其内凝固，燒处過㈣類/成一母體，供-滲 成金屬渗入零件尺寸略爲改變其間距，造 速:模=?速模製零件之方法爲衣類_，使用快 —Γ 4型，而非傳統之注射模塑蠘模型，此 =k例子爲Q疏㈣模型，係加州瓦倫西亞市_ 、.无么商標。—中空塑膠模型利用浸潰過程而塗傅成一 二：免殼，塑膠溶出陶資殼外而留下最少量之殘留灰燼， 溶恐金屬隨後灌入陶资殼中以利铸成一金屬零件或一用於 塑膠零件之金屬模。由於殼僅具有—小孔容許溶態金屬通 過’故其難以檢視臨界表面之殘留灰爐，留在—臨界表面 上之任意灰燼皆可能破壞金屬鑄件，熔態金屬冷却與皺縮 ，使得臨界表面無法重製準確，零件越大則失準度越高。 對於衣類鑄造過程之改良係採用一陶瓷殼，其藉由灌注 一陶瓷漿液與一結合劑而產生於一模型周圍，結合劑以化 學方式控制以提供陶瓷殼之精確設定，此爲對衣類鸽造過 私之改良，因爲製殼速度較诶，惟，衣類鑄造仍限於小尺 寸之模’使熔態金屬不致擴大失準度。 建構—全緻密模之改良方法係見於1 996年4月頒與Tobin 本紙浪尺度適則家標準（CNS ) Λ4規格（21GX 297讀） (請先聞讀背面之注意^項再^'寫本頁)

經淖部中央標準局員Η消费合作社印製 A7 -—_______B7 _ 五、發明説明（3 ) — 〜 ~-- 1 5,507,336號美國專利，該方法包含一在—管内之模型， 管t熔點高於製作金屬模所用之滲透材料者，—陶瓷件鑄 造於模型表面與管開口端之間，以轉移臨界模型表面至陶 瓷件，陶瓷表面即相反於模型表面。模型熔燒出且陶瓷表 面仍在管内，陶瓷隨即自管之其他端覆以金屬粉末與—滲 透材料，且管放入一烤爐内而形成金屬零件於陶瓷表面上 ，金屬零件具有相反於陶瓷表面之表面。當陶瓷片去除時 即生成一金屬模，金屬模具有相同於模型之形狀且可用於 模塑出具有一相反形狀之塑膠零件，此對於具有外部臨界 表面之零件而言係一理想之製程。 Tobin之製程會破壞生成陶瓷模之模型，有必要使用一 製程以迅速製成一陶瓷模模型，其不致破壞模型且需準確 ’再者’其常需提供一匹配之金屬模以做塑勝零件之模塑 ’爲達成此目的’金屬模需要一相反於模型者之形狀，因 此，陶瓷模需具有相同於模型之形狀且因此需在陶免模與 模型之間生成一中間模’若使用Tobin之先前製程，則任 意之陶瓷模皆不應污損及其表面，以利生成之金屬模精確 〇 爲了避免破壞模型，有必要使用一由可棄置或重覆使用 材料製成之中間模，以將臨界模型表面轉移至陶资模，壤 與矽橡膠即可用於諸目的，蠟（呈熱可逆性）具有脆化之缺 點且當自模型移除時會造成尔塊體斷落，尤其是在有下切 口與薄特性之處’而加熱時其亦會膨脹及碎裂陶竟。秒橡 膠需固化，且當陶瓷穩定而放熱時，矽橡膠會扭曲及導致 -6- 本紙張尺度適用中國0家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ 297公釐） -I- In · (請先閱讀背面之注意·事項再^寫本頁) •—装.

,1T 經濟部中决標準局與工消費合作社印絮 五、發明説明（4 ) 不準確生成於陶瓷模型中。再者，矽橡膠需以空氣注入或 迫使矽脱離陶瓷之其他裝置以自模型移除，此舉會使陶瓷 模破裂，特別是在有下切口與薄特性之處。 吾人所未見者爲一種可避免燒結而快速製成準確金屬模 以主要用於注射模塑目的之方法，其無關於零件尺寸，且 可供大量塑膠零件由此模塑。 因此，本發明之目的在提供一種製成一具有相反於模型 形狀之金屬模之方法，其可製出任意尺寸模型之精確複製 ’且公差在土 0.005叫·之内。 本發明之另一目的在提供—種方法，其使用—彈性之熱 可逆性材料以製成一模型之相反中間模，且其在由此製成 一陶瓷模期間不致扭曲變形，但是可輕易地自陶瓷模移除 而不破壞陶瓷模之緻密特性。 上述及其他目的可由本文説明得知。 發明概述 在本發明之一内容中，一種自一模型建構一全緻密半模 之方法’包含以下步驟爲放置一具有臨界模型.表面之模型 於一具有一開口端之盒體内，臨界模型表面朝上而面向開 口端。其他步骤包括以一濃縮之熱可逆性膠體溶液添加至 盒體’以覆蓋臨界模型表面，及冷却膠體溶液以形成—彈 性之固體膠體模，膠體模具有自臨界模型表面轉移之臨界 膠體模表面，即相反於臨界玫型表面者。進一步之步驟包 括自彈性膠體模移除盒體及模型，及於固體膠體模周側轉 造一陶瓷模，陶瓷模具有自臨界膠體模表面轉移之臨界陶 本纸ί長尺度適用中國囤家標準（CNS ) Λ4規格（2丨0X297公釐） __________装------訂 (請先閲讀背面之注意事項再亦寫本頁) A7

I--------¾! f請先閲讀背面之注«.事項再4'寫本頁) 乾表面’即相反於臨界膠體模表面者，臨界陶瓷表面藉此 可準確地複製臨界模型表面。在其他步驟中，將膠體模液 化以利移除陶瓷模，及反轉陶瓷模使臨界陶瓷表面朝上。 又其他步驟包括以一粉末覆蓋臨界陶瓷表面，且放置—渗 透材料量至粉末上方’及放置陶瓷模、粉末、滲透材科於 一烤爐内，其溫度足以熔化滲透材料而不熔化及燒結粉末 。粉末包含顆粒且具有一高於一滲透材料者之溶化溫度， 顆粒之間具有空隙’ 滲透材料量足以填充顆粒間之空隙， 藉此產生一全緻密之半模，全緻密之半模則在滲透材料凝 固時可具有自臨界陶瓷表面轉移之臨界全緻密模表面，臨 界全緻密模表面具有一相反於臨界陶瓷表面之形狀。最後 步驟包括自全緻密半模移除陶瓷模，以露出臨界全緻密模 表面而用於模塑目的。 該方法另包含步驟爲加工該全緻密半模，使一匹配之半 模可對齊全緻密半模，以利鎊成一零件；及加工出一注料 孔穿過全級密半模，以利導送可鑄造之材料至臨界全緻密 模表面而鑄成零件。該方法進一步包含步驟爲當膠體溶液 冷却而形成一彈性固體膠體模時對其脱氣。 經濟部中央樣準局貞工消贽合作社印製 熱可逆性膠體溶液最好包含3 5 %至5 0 %膠體材料； 45%至65%水；及0%至10%消泡劑。膠體材料最好爲明膠， 膠體溶液另可包含纖維或其他濃縮劑，消泡劑最好爲碎， 粉末爲鎢。滲透材料係選自以銅、銅合金，及皱銅組成之 族群，及模型係以環氧樹脂製成且由一立體石刻製程產生。 圖式簡單説明 -8- 用巾關家標率（CNS ) Λ4規格（210X 297公楚)~~ -- A7 ----------B7 五、發明説明—- 本文雖以申請範圍特別指出及主張本發明，但是相信本 發明仍可由以下較佳實例説明及配合相關圖式獲得瞭解， 其中相同編號表示相同元件。 ^圖〗係一模型丨之前視截面圖，其具有臨界模型表面13且 設於一第一盒體3内側。 圖2係第一盒體.3内側之模型i前視截面圖，其内灌入一 濃縮之膠體溶液5。 圖3係一凝固膠體模7之前視截面圖，其具有自臨界模型 表面13轉移之.臨界膠體模表面1G，且設於—第二盒體8内而 在第二盒體8與凝固膠體模7之間有_環形空間12。 圖4係第二盒體8之前視截面圖，其具有一石膏或陶瓷溶 液9灌注於凝固之膠體模7上及注入環形空間12，且覆蓋臨 界膠體模表面10。 ^ 圖5係移除第二盒體8與膠體模7後之一凝固石膏模n前 視截面圖，其露出陶瓷之環形壁丨6與臨界陶瓷表面14，即 轉移自臨界膠體模表面10者且精確地複製出臨界模型表面 13 ° 圖6係圖4之一變換實例前視截面圖，其中環形空間丨2係 局部填入一非放熱性石膏溶液丨5，以於一放熱性石膏溶液（ 圖中未示）添入第·一盒體8前可支承膠體模7。 圖7係圖5之凝固石膏模1〗前視截面圖，其具有碳化鎢顆 粒17置於環形壁16内側且覆盖臨界陶瓷表面14，及滲透金 屬18置於顆粒17頂部上。 圖8係一前視截面圖，揭示將石膏模1 1與顆粒π以及滲透 _______________________-9- 本紙ί長尺度適用中國國家標$ ( C NS ) Λ4規格（2 ] q X π?公楚） I I I I I n I I n I n I - T V 、1 (請先閱讀背面之注意事項再也窍本頁) A7 五、發明説明（7 ) ---- 至屬18放入.烤爐内且將滲透金屬熔入顆粒中，藉此產生 具有轉移义臨界陶瓷表面14之金屬/顆粒複合模19。 圖9係如視截面圖，揭示金屬/顆粒複合模19凝固後移 除石膏模π ’且露出金屬/顆粒.複合模19中形成之臨界金屬 模表面20。 圖10係如視截面圖，揭示金屬/顆粒複合模丨9轉動90。 且7其一袖加工形成—第一全緻密金屬半模21，及揭示一 第一相似建構成之半模22匹配於第一半模2丨以模製一零件。 圖11係一零件23注模於匹配金.屬半模21，22之間之前視 截面圖，零件23具有—外表面24可精確複製模型2之臨界模 型表面13。 發明詳細説明 本文之「陶瓷」係指石貧、黏土、娃或其他可燒熱以產 生一硬化產品之非金屬材料。 經渋部中央標準局兵工消费合作社印- (請先閱讀背面之注意餐項存4"本筲) 本文之「膠體」係指形成一勝態膠體之材料，或呈彈性 或橡膠性質之固態材料，其爲固體但是非脆性，明膠即爲 製成一膠體之理想材料，其形成一柔軟之彈性固體，且在 陶瓷灌圧成一固態形狀而與之接觸時不會隨著溫度變化而 膨脹或收縮，而當陶瓷形狀加熱或經過進—步放熱反應時 則膠體即熔化或液化。 本文之「熱可逆性」係指一在大約5〇Ό以下固化且在大 約65°C以上熔化或液化之材料—。 請即參閱諸圖式，尤其是圖丨，其揭示本發明之一較佳模 式’且提供一種建構全緻密金屬模1之方法。模型1最好是 __________~ 10- 本紙張尺度適用中國準（CNS ) Λ4規格（210^1^7公楚） ~~---— A7 B7 五、發明説明（ 以習知之製模技藝做立 奴石刻法製成，其中一描述模型之 ，子標㈣利用—聚合物之雷射固化而迅速製成，甚至模 式!可由環氧樹脂構成且利用加州瓦倫西亞市3〇系統公司 (QUICKCAST万法而以中空之蜂巢狀結構製成。模型丄具

有重要之模型表面丨3，例4 A J如其了代表一截頭錐形瓶瓶蓋之 外表。 圖1揭不％乳樹脂模型J停置時以臨界模型表面朝向上且 —盒體3置於模型周側，盒體3最好開口於二端且其具有— 延伸土杈型上万炙連續壁，以容裝—放置在模型頂部上之 材料’如® 2所示。模型丨裝人時係緊靠於連續壁。 彈性材料灌入模型上方，彈性材料可爲一 RTV矽橡膠 ，製成此橡膠模型乃一般技藝，自模型移除一橡膠膜之步 驟可包含直接自模型拉出橡膠模型，或由此喷注入空氣， 因其係主撓性且不致黏接於模型。另者，彈性材料可爲— 熱可圮性材料製成之固態膠體，例如水凝膠之明膠溶液， 明膠易於熱水中擴散或溶解，而當冷却時則形成一柔軟之 彈性材料。 彈性模係期做爲一中間模，用於轉移臨界模型表面至_ 陶資;模’ 一陶瓷溶液同樣灌至一開口盒體内之彈性模上且 令其硬化，惟，陶瓷材料通常在一放熱式結合反應中生熱 ’此熱可令RTV矽橡膠膨脹及扭曲臨界表面之形狀，再者 ’一秒橡膠模需藉由拉動而#離陶瓷模，或自陶瓷模注入 主氣’其間雖可能會有薄段或涉及下切口，但是此移除步 驟可損及脆性之陶瓷模。 -11- Μ氏張尺度適用中國國家標準（cNS ) Λ4規格（210Χ 297公t ) (請先閲讀背面之注意事項再4.寫本頁) 訂 經7¾‘部中央標準局月工消赀合作社印製 A7 A7 部 中 央 標 準 局 η 工· 消 厶 η 印 尺度適州中國國家標準（CNS_) Λ4規格（210X29^^7 、發明説明（ 明膠可藉溶化而輕易地自―料模移除，陶资之放熱性 反應通常溶化與之相鄰之明$，使其表面扭曲不致於陶资 硬化時發生，生之陶资模可用熱水、甘油、或醋酸清洗， 以於加熱陶资模而硬化之前先去除任意之殘留物。 明膠係由肉品及某些曰常製品衍生之蛋白質，其構成一 糾結且局部相關聯之含水蛋白質分子結構或母體，理想之 明膠爲取自愛荷華州西諾克斯市Kind & Κη〇χ Gdatin公司 所售之250 Bloom食用豬皮明膠。 其他膠體系統凡是符合這些標準者皆可採用。卜角又膠 及黃謂與刺槐木豆膠混合物即可採用，纖維或其他結構 材料可散佈於膠體中，其可添加強度且可隨著溶化之膠體 輕易地自陶瓷模移除。 膠體之溶液濃度越濃越好，通常一明膠溶液製成含有大 约35%至55%之明膠固體、大约45%至65%之水、及大σ約〇% 至10%之表面活化劑或消泡劑，一明膠溶液最好含有大約 35%至45 %之固態明膠、大约5〇 %至65 %之水，及大约3 % 至8 %之消泡劑，舉例之混合物爲仍cc水，25 cc消泡劑， 及175克明膠，相似之比例係用於其他膠體系統，而正確度 判斷應爲習於此技者所易達成者。其他添加物可添加以結 合水或降低勝體之水活動，例如甘油、糖或乙二醇即可添 加入0 通常明膠係添入冷水，然加熱混合物，水與膠體或膠體 材料加溫於80°C至100°C，另者，明膠或其他膠體材料可加 至熱水，溶液經過攪拌直到膠體溶解或擴散，使混合物似 -12- (請先閱讀背面之注意事項再4·寫本頁)

""·部中决標卑局妇Η消贽合作社印製 A7 B7 五、發明説明（iO ) 呈均質狀，溶液最好在一微波爐中加熱，以保持水溫及促 進擴散，溶液可在擴散期間置於眞空下，以防止產生泡沫 ’其他脱氧過程亦可使用。 表面活化劑或消泡劑最好在結合水與明膠之前先添加至 水，矽與非離子性表面活化劑即良好之消泡劑，二甲基矽 亦可使用’-較佳之消泡劑爲•聚二甲基娃氧貌，取线 州辛辛那提市Spectrum Services公司之F〇am Dr〇p S。 膠體之膠液灌注至一開口端盒體中之模型上，如圖2，有 些關係的是當熱明膠溶液注入時模型所吸收之水份，而用 於立體石刻之樹脂通常對水份敏感，因此，其有利於先噴 塗一薄層之krylon™塗料以封閉模型之表面，該塗料係俄 川索隆市Sherwin Williams公司之產品。 脱氣在明膠灌注階段實施亦較有利，灌注例如可在一眞 空室中以30对水銀柱之眞空度進行，去除所含載之空氣則 可防止氣泡積聚於模型/膠體介面，含載於膠體内之空氣或 氣體亦會使膠體之母體不穩定。明膠鑄造可依據零件尺寸 而以多次灌注達成，使脱氣可更有效地去除氣泡，多次灌 注之第一次較佳爲可在下一次灌注前先形成一表皮，使氣 泡不致穿透過第一次灌注。 盒體加以冷凍，直到膠體已形成一彈性固體結構，根據 膠體濃度 '模型尺寸、及膠體層深度，則需要大約山^、 時令膠體穩定，大致上在一冰箱中以4〇下或4〇c冰凍2至8小 時即已足夠，極濃之溶液將會在室溫下數小時内即形成— 彈性固體結構。 -13- 本紙張尺料則，( CNS ) Λ4^' ( 210X 297^^ I M I - --. - - 1^1 ^^^1 1 i ! .......-.- If ^^^1 - -J (請先聞讀背面之：庄意"-項再4寫本頁} A7 B7 五、發明説明（u 膠體溶液之深度係取決於陶瓷模所需之模型及尺寸，習 於=技者可輕易判斷此而無需不必要之實驗，通常在各臨 界模型表面上需要大約〗吋之最小膠體厚度。 請 閱 讀 背 ιέ 冬 Ί 事- 項 再 填- 寫 本 頁 凝固之中間膠體模随後自模型拉出，在—較佳實例中， 盒體係以易移除側建構，然竹拉開膠體模且膠體模再拉離 模土膠體模在結構上有足夠彈性可輕易釋離模型塊，且 保持模型之臨界表面倒置複製品而不扭曲，即使當其相關 於下切口及薄件時。 最好膠禮模係儲存於冰箱溫度，但是並不結冰，蛋白質 可保持其母體内之水份而延長曝露於抓以上之暖溫則可 令水份釋出，此可影響膠體模臨界表面之準度。 訂 圖3説明膠體模放置於—第二盒體内且添加入石膏或陶 资，膠體模放置時以臨界膠體模表面面向上且朝向第 -盒體H ’第二盒體與膠體模之間最好應有足夠空 間：使陶瓷可形成於該空間内之膠體模周御〗，由此製成之 ’究模知&臨界陶$表面周側具有—連續之環形陶究圈環 ’使陶«方便用於料出—金屬滲透模，而不“ 體。 經濟部中央標準局兵工消贽合作社印5:! 石膏或其他陶_注入第二盒體至膠體模上方—定深 度’該深度最好爲膠體模上方大約⑴公分，而所注入之 ，竞材料取好眞±下脱氣，以利去除可能影響最後陶资模 成型之任意空氣。石膏或陶系材料先「穩定」…固體 形：，然後完全凝固。結合期間，—放熱反應發生於石膏 合化周圍〈膠體’盒體最好塗上—鬆釋劑，使盒體易於 ------------ -14- 本祕尺度適 A7 B7 經"部中次標導局兵-τ消费合作社印製 五、發明説明（12 移離陶瓷模。 在一較佳實例中’其使用二 種不问 <陶瓷材料，膠體模 先局部包覆於一第一石膏或黏土 鬥而形成一堅固結構，但 是並不放減不令膠體結構承受料近其心或液化點之 溫度，此非放熱性材料-般較弱，其以@ #或局㈣ 入環形空間，以利錨定膠體模， 模否則在整個石膏結構鑄造 期間比起明膠而易因石膏之較士玄命a l B ^'•罕父大岔度向上浮起。由於非放 熱性陶瓷之弱性，環形壁通常劁忐 小 々I成至少1吋厚度，以利操作 ，第一石膏之组立係大約45_90分鐘。 第-陶㈣凝固後，-第二石膏或黏土即施加以利覆蓋 第一陶免模及臨界膠體模表面，第二陶资材料係經歷放熱 反應，以利增加其強度且可穩定地結合於第一陶瓷模。放 熱之石嘗通常需花10分鐘組立。冰凍第二石膏之結合劑可 協助降缓反應，並且提供較多時間令石膏脱氣，二階段式 石膏鱗造可造成一較準確之陶瓷模，其臨界陶瓷表面可精 確複製原模型之臨界模型表面。圖6説明—第一石膏15之使 用。 理想之非放熱性、磷酸鹽結合之石膏係取自俄州毛米市 Ranson & Randolph公司之847號芯材混合物，亦取自俄州 毛米市Ranson & Randolph公司之氣芯混合物則爲最佳之放 熱性陶瓷材料，其係熔態硅、锆、矽酸鹽、蹲酸氨、破 (cristobalitc)及氧化鎂之混合物’亦可採用取自Rans()n & Randolph公司之芯材硬化劑2000型，其含有無定形娃及二 鉀-6-羥基-3-氧代-9-咕噸-0-苯酸鹽。 15- 本紙張尺度通州中國因家標4*. ( CIS'S ) Λ4规格（2丨0X 297公釐） I. \於------‘灯 (請先閱讀背面之注意<項再4寫本頁) 經消部中央#準局吳工消贽合作社印^ 五、發明説明（ 膠體模最好在-陶㈣液灌人第二盒體時仍爲其冷;東溫 度，當陶免穩定後，陶錢及剩餘之明膠可在一烤箱内^ 熱，。以利完全溶化膠體而方便移除，烤箱之溫度應大約爲 至275 C，確使膠體熔化而不會破壞蛋白質，在母蝴 内含有水份之明膠緩慢溶化或液化，1中央部分有良好： 隔離，使得100°C以上之熱不致引起水沸問題。 陶资模之開口端相當於第二盒體之底端，可供方便於自 陶瓷模灌入熔態或液態之膠體膠液，再者，臨界陶瓷表面 易於由開口端檢視所有明膠及任意殘留物是否已移除。 舲陶瓷模放入烤爐内且加熱至大約i i 00下（990。〇)至少3 時P可V石霄足型’以利進一步處理，|氣可用於燒去 陶瓷上之殘留物，相較於利用環氧樹脂及蠟之陶瓷模製造 過程’此無殘留物現象即爲一重要之區別。 一金屬模可由4/16/96頒與Tobin之5 507 336號美國專利 内文之陶资模製成，在此供作參考，惟，金屬模製造上可 不需要一外管，因爲本發明之陶瓷模在臨界陶瓷表面周圍 具有一連續之環形圈環。 圖7揭不—種細粉末之添加，例如鎢，其添加至石膏模i! 之臨界陶瓷表面14上，石膏模具有一環形壁延伸至臨界表 面上方’環形壁使臨界陶瓷表面可完全覆以粉末，粉末最 好以350網目篩除，而具有小於45微米之粒度。 在粉末頂部上置有足量之#透金屬粉末、碎屑、或小塊 ’以填入粉末粒子間之空隙，滲透金屬可爲銅或其合金， 但疋最好爲青銅粉（80%銅/20%錫），取自伊利諸州富蘭克林 -16- 本紙張尺度適則’g]g]家彳轉（CNS )八视格（21Qx297公楚） (請先閱讀背面之注意齐項再^寫本頁) T -έ A7 B7 五、發明説明（14 ) ~ 公園市U.S. Bronze Powders公司之XF2銅可使用於此。陶竞 件隨後放入一氫氣烤爐，烤爐昇溫至大約1775下（985°C )且 維持大約90分鐘。在烤爐之減壓情況下，此溫度會使青銅 溶化及流入未溶化粉末而形成金屬複合物。粉末亦可做爲 填充劑，並且防止熔態滲透金屬之雜質到達臨界陶資表面 ，此可省略對於一有孔陶瓷過濾器之需求，例如衣類錡造 所用者。 陶资件可在粉末渗透之前做爲一隔熱件，粉末不會像滲 透物停置於粉末上一樣快速地到達烤爐溫度，惟，當溶態 滲透物在其熔點以上過熱時，其將在滲透時加熱於較冷之 粉末’鎢粉則仍在其燒結溫度以下，藉此避免粉末在臨界 陶瓷;表面燒結。 當青銅冷却時，其即收縮，惟，已聚在一起之未熔化粒 子可提供一高體積百分比之材料鄰近於臨界陶瓷表面，由 於粒子最好不熔化或燒結，所以不致於收縮。銅因重力及 毛細官吸力而填入顆粒之間，以產生金屬複合物，一旦凝 固時’複合物可準確地設定臨界模表面，而具有臨界陶宪 表面之相反形狀，因而複製出模型之臨界模型表面，一皺 縮之凹窩通常會形成於過量之凝固滲透金屬頂部。 粉末之粒度，粒度分佈，及顆粒形狀可用多種方式來影 響製程，較細之粒子通常會生成一較平滑之表面光製，粒 度分佈會影響粒子之接著密度_，因而影響最終模内之粉末_ 滲透金屬比率，鎢粉之接著密度（7-9微米）平均在20%與30% 之間，藉由調整粒度分佈，則接著密度可顯著增加。 -17- 本紙依尺度適用中國國家標孪（CNS ) Λ4規格（210X297公楚） 請 閱 讀 背 面 冬 ί 事- 項 再 填‘ % 本 頁 装 訂 經茇部中次榡準局Μ工消资合作社印製 _________ B7 丨 五、發明説明（15 ) 圖9揭示移除石膏模以曝現臨界金屬模表面，金屬/顆粒 複合物之末端隨即予以加工，使複合物形成一第一半模， 其可匹配於一第二半模，如圖10所示。第一半模亦可具有 一加工製成之注料孔25。 圖10揭示一弟二半模匹配於第一半模而形成一模穴於其 間之情形，第二半模可由一類似之快速製模方法製成，諸 半模最好結合成一注模，當熔態塑膠樹脂經由注料孔25注 入模穴時，一塑膠瓶蓋24即模塑成，塑膠瓶蓋24係如圖11 所示移離模具。 此製程之重要特性在使用簡單、快速旋轉步驟、及臨界 表面由模型至模製零件之準確轉移，再者，此製模過程不 限於小型零件，以衣類之鑄造而言，因皺縮所致之不準度 係随著零件尺寸而增加。本發明之全緻密金屬模結構既可 呈高導熱性，且可極具耐磨性，此即因其所選材料所致。 鋼冷却水管及/或喷注同未示於圖中，其可在渗透金屬溶 化之前先添加入顆粒，熔態之青銅隨後在未熔化之鋼插入 件周圍固化，以令其定位。 在本發明之一特別較佳實例中，模型1係由3D系統公司 5170號環氧樹脂製成且由一立體石刻製程之電子構 案產生，其係使用加州瓦倫西亞市3D系統公司之SLa_25〇 型機器。 本發明之較佳實例利用一金屬粉末及一金屬滲透物以製 成一全緻密金屬模，惟，可用之材料有多種可能性之組合 ，以利用粒子滲透而製成一模具。金屬粉末（鎢）及金屬滲 -18- 本紙張尺度國园家標準（CNsTa4規格（楚] ------- A7 B7 ^¾部中"標準局消贽合作社印- 五、發明説明（16 透物（銅合金-青銅）選擇使用，因爲生成、 當之機械性質、良好之導熱性、及可如合材料具有通 入件做塑膠注模之生產。 可供金屬插 選擇粉末與滲透物以利成功且準 , &•杈型 <基本標準 爲二重式：1)底質粉末（可包括纖維、 又顆叔、細粉末及其 組合）及滲透材料二者應互呈化學穩定性， ^ 丑在用於滲入底 質粉末之溫度範圍内對衫模呈化學穩定；2)滲透材料應 可在小於底質粉末^:點之-半溫度時貫穿底質粉末，以防 止底質粉末粒子之燒結、皺縮、或扭曲；及3)底質粉末與 滲透物合成之表面潤濕特徵應提昇毛細管 / 人々 以利快速 及全邵滲透。在某些狀況中，一減低氣壓及/或壓力動作可 用於協助滲透過程。 可用於本發明之底質粉末與滲透物之變換材料組合例子 包含：以一熱固性環氧樹脂滲透之金屬粉末、以銘涂透之 陶資;粉末，及以一熱固性環氧樹脂滲透之陶瓷粉末。 本發明之特定實例已揭示及説明於前，習於此技者可知 在不脱離本發明精神範禱下仍可有不同之變換與修改，且 其應涵蓋於本發明範疇内之諸此修改於申請範圍内，例如 本發明之説明主要係指向金屬模之製造’但是其他可能之 用途應包括放電加工（EDM)之電極製造’一銅合金/僞合金 複合金屬電極即可對EDM製程提供優異之導電性與耐磨性。 -19- 本紙張尺度i|;f)巾㈣家辟（CNS ) M規格（21GX297公楚） (請先閱讀背面之这意事項再4-ft?本頁〕

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Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 公告本 中請專利範圍 1-—種自一模型建構一全緻密半模之方法，包含以下步 驟： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) a) 放置一具有臨界模型表面之模型於一具有一開口端 之盒體内，該臨界模型表面朝上而面向該開口端； b) 以一濃縮之熱可逆性膠體溶液添加至該盒體，以覆 蓋該臨界模型表面' c) 冷却該膠體溶液以形成一彈性之固體膠體模，該膠 體模具有自該臨界模型表面轉移之臨界膠體模表面 ，即相反於該臨界模型表面者； d) 自該彈性膠體模移除該盒體及該模型； e) 於該固體膠體模周側鑄造一陶瓷模，該陶瓷模具有 自該臨界膠體模表面轉移之臨界陶瓷表面，即相反 於該臨界胺體模表面者，該臨界陶瓷表面藉此可準 .確地複製該臨界模型表面； f) 將該膠體板液化以利移除該陶资模； g) 反轉該陶瓷模，使該臨界陶瓷表面朝上； 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 h) 以一粉末覆蓋该臨界陶資;表面，該粉末包含顆粒且 具有一高於一滲透材料者之熔化溫度，該顆粒之間 具有空隙； i) 放置一滲透材料量至該粉末上方，及放置該陶瓷模 、該粉末、及該渗透材料於一烤爐内，其溫度足以 熔化該滲透材料而不熔化及燒結該粉末，該滲透材 料量足以埃充遠顆粒間之該空隙，藉此產生一全緻 密之半模’該全緻密之半模則在該滲透材料凝固時 -20- 本纸張尺度適财關家標準（CNS ) Λ4· ( ~ ' ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 、申請專利範圍 可*有自該臨界陶瓷表面轉移之臨界全緻密模表面 ’該臨界全緻密模表面具有一相反於該臨界陶瓷表 面.之形狀；及 j) 自該全緻密半模移除該陶瓷模，以露出該臨界全緻 密模表面而用於模塑目的。 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中該熱可逆性膠體溶 液包含35%至50%膠體材料；45%至65〇/〇水，及0%至10〇/〇 消泡劑。 3 ·如申請專利範園第2項之方法，其中該膠體材料係明膠。 如申4專利範園第2項之方法，其中該消泡劑係石夕。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，另包含當該膠體溶液冷 却而形成一彈性固體膠體模時對其脱氣之步驟。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該膠體溶液另包含 纖維或其他濃縮劑。 7·如申請專利範圍第1項之方法，其中該粉末係鎢。 8·如申請專利範圍第1項之方法，其中譎滲透材料係選自 以銅、銅合金、及鈹銅組成之族群。 9·如申請專利範圍第1項之方法’其中該模型係以環氧樹 脂製成且由一立體石刻製程產生。 10.如申請專利範圍第”頁之方法，另包含以下步骤： k) 加工該全緻密半模，使—匹配之半模可對齊該全緻 密半模，以利鑄成一零件；及 l) 加工出一注料孔穿過該全緻密半模，以利導送可鑄 造之材料至該臨界全緻密模表面而鑄成該零件。 -21- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -^、1τ^-- (請先閱讀背面之注t事項再填寫本頁)

   A8 B8 C8 D8 '申請專利 範圍 經濟部中央標準局員工消f合作社印製 —種自一模型建構一全緻密半模之方法，包含以下步 驟： a) 放置—具有臨界模型表面之模型於一具有一開口端 之第一盒體内，該臨界模型表面朝上而面向該開口 端； b) 以一明膠溶液添加至該第一盒體而覆蓋該臨界模蜇 表面； c) 冷却該明膠溶液而對該明膠溶液脱氣，以形成一弹 性之固體明膠模，該明膠模具有自該臨界模型表面 轉移之臨界明膠模表面，即相反於該臨界模型表面 者； d) 自該明膠模移除該模型及該第一盒體，及放置該明 膠模於一第二盒體内，且令該臨界明膠模表面朝上 而面向該第二盒體之一開口端，該第二盒體體積可 提供一環形空間於該明膠模周圍； e) 以一第一陶究溶液添加至該第二盒體而填充該環形 空間且對該第一陶瓷溶液脱氣，該第一陶瓷溶液凝 固而未產生熱，以形成一第一陶瓷模而將該明膠模 知疋於足位及形成一連續之環形壁於該臨界明膠模 表面周圍； f) 以—第二陶资溶液添加至該第二盒體而覆蓋該第一 匈瓷模及A明膠膜’琢第二陶瓷溶液放熱性地結合 ，以利形成—結合至該第-陶堯模之第二陶资模， 孩第二陶莞模具有自該臨界明膠表面轉移之臨界陶 -22· (請先閣讀背面之注意事項存填寫本寅) -装. 訂 本紙 ( Cns 7^1^717^x297公釐 Γ A8 B8 C8 D8 08... 、申請專利範圍 資表面，即相反於該臨界明膠模表面者，該臨界陶 资表面藉此可準確地複製該臨界模型表面；及 (請先閱讀背面之注意事項卉填寫本頁) g) 利用加熱使該明膠模液化以自該第一、二陶竞模移 除該明膠，及自該第一、二陶瓷模移除該第二盒體； h) 反轉該第一、二陶瓷模，使該臨界陶瓷表面朝上； i) 以一粉末覆蓋該臨界陶瓷表面於該環形壁内，該粉 末包含顆粒且具有一高於一滲透金屬熔化溫度之熔 化溫度與燒結溫度，該顆粒之間具有空隙； j) 放置一滲透金屬於該粉末上，該滲透金屬有足量以 填充該顆粒間之該空隙； k) 放置該第一、二陶瓷模於一21〇〇下之氫氣烤爐，藉 此將該滲透金屬熔入該粉末顆粒間之該空隙，而不 致炫化與燒結該顆粒，以利產生一全敏密金屬半模 ’該全緻密金屬半模在該滲入金屬凝固時即具有自 該臨界陶瓷表面轉移之臨界金屬模表面； l) 自該全緻密金屬半模移除該陶瓷件，以露出該臨界 金屬模表面用於模塑目的。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該明膠溶液包含 35%至45%明膠；50%至65%水，及3%至8%消泡劑。 13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該消泡劑係矽。 如申請專利範圍第1 1項之方法，另包含當該膠體溶液 冷却而形成一彈性固體膠體模時對其脱氣之步银。 15.如申請專利範圍第Π項之方法，其中該明膠另包含纖 維或其他濃縮劑。 -23- 匕紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ·4規格（21〇 X2Q7公犛' A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 16_如申請專利範圍第11項之方法，其中該粉末係選自以 鎢及竣化鶴組成之族群。 1入如申請專利範圍第η項之方法，其中該滲透金屬係選 自以銅、銅合金、及鈹銅組成之族群 ι“申請專利範圍第η項之方法，其中該模塑係以環氧 樹脂製成且由一立體石刻製程產生。 19.如申請專利範圍第丨丨項之方法，另包含以下步驟： ⑷加工該全緻密金屬半模，使—匹配之半模可對齊發 全緻密金屬半模，以利铸成一零件；及 ζ η)加工出-注料孔穿過該全緻密金屬半模，以利導、, 可-造之材料至該臨界金屬模表面而轉成該零件。适 (請先間讀背面之注恚事項界填寫本頁) • 1. -II I · *裝. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -24- 本紙張尺度適用中國國家^^^ Μ規格（2ΐ〇χ -」97公釐