本發(fā)明屬于粉末成型的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種成型設(shè)備及成型方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，美國(guó)發(fā)明專利US5,204,055公開了一種由粉末逐層結(jié)合形成立體實(shí)體的方法。雖然該專利給出了幾個(gè)有效的實(shí)施方法，但是這些方法比較基本，在成本、速度和精度上還有待進(jìn)一步改善。

美國(guó)發(fā)明專利US5,902,441公開了一種粉末含有粘合劑并通過添加液體激活粘合劑使所需粉末逐層粘合成實(shí)體的方法。這種方法需要在基礎(chǔ)粉末里添加粘合劑，降低了基礎(chǔ)粉末的含量，增加成本，而且會(huì)使合成粉末不穩(wěn)定，例如受熱或受潮會(huì)使粉末發(fā)生固化，不利于保存。

中國(guó)實(shí)用新型專利CN204095145U公開了一種光固化立體成型裝置，包括噴粉末材料的長(zhǎng)條型噴口、彈性刮片、噴液態(tài)光敏樹脂的噴嘴、紫外光燈和支撐系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和置于粉末給料系統(tǒng)中的粉末，粉末給料系統(tǒng)、液態(tài)光敏樹脂給料系統(tǒng)和可調(diào)紫外光輸出系統(tǒng)均與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連，彈性刮片固定在長(zhǎng)條型噴口的下方，支撐系統(tǒng)位于彈性刮片、噴液態(tài)光敏樹脂噴嘴和紫外光燈的下方。該裝置要額外的紫外光照系統(tǒng)，增加成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種成型設(shè)備，包括成型粉末分散裝置、噴射裝置、成型腔、控制裝置和驅(qū)動(dòng)裝置；所述成型粉末分散裝置包括成型粉末倉、成型粉末輸送裝置和成型粉末推刮裝置；所述成型粉末推刮裝置包括與所述驅(qū)動(dòng)裝置連接的滾筒；所述噴射裝置設(shè)置在成型腔的開口的上部；所述成型粉末倉和成型腔內(nèi)分別設(shè)有升降裝置；所述噴射裝置至少包括第一噴頭和第二噴頭。

在某些實(shí)施方式中，所述成型粉末倉和成型腔為開口向上的筒狀結(jié)構(gòu)，所述筒狀結(jié)構(gòu)的開口并排設(shè)置在同一水平面，所述滾筒設(shè)置在成型粉末倉和成型腔的開口的上部，所述成型粉末倉的升降裝置為固裝在第二推桿上沿成型粉末倉內(nèi)側(cè)壁做往返運(yùn)動(dòng)的料板，所述成型腔的升降裝置為固裝在第一推桿上沿所述成型腔內(nèi)側(cè)壁做往返運(yùn)動(dòng)的成型平臺(tái)，所述噴射裝置包括第一噴頭和第二噴頭。

在某些實(shí)施方式中，所述成型腔或成型平臺(tái)設(shè)有加熱裝置。

在某些實(shí)施方式中，所述成型腔或成型平臺(tái)設(shè)有冷卻裝置。

本發(fā)明還提供了一種成型設(shè)備的成型方法，所述方法包括：

步驟1：將立體模型按照預(yù)先設(shè)定厚度做切片分層，得到立體模型的若干個(gè)具有二維形狀的層疊結(jié)構(gòu)圖層；

步驟2：在所述成型平臺(tái)上按照步驟1所述預(yù)先設(shè)定厚度鋪設(shè)一層成型粉末層；

步驟3：根據(jù)步驟1中底層的所述具有二維形狀的層疊結(jié)構(gòu)圖層，所述第一噴頭和第二噴頭分別將第一固化液和第二固化液噴在步驟2所述成型粉末層上，所述第一固化液在步驟2中所述成型粉末層上的形狀與所述第二固化液在所述成型粉末上的形狀重疊；所述第一固化液和第二固化液相遇后發(fā)生固化反應(yīng)，并將所述第一固化液和第二固化液所在部位的成型粉末結(jié)合在一起，得到所述成型粉末層的形狀模型層；

步驟4：在已完成的前一個(gè)步驟中所述模型層上再鋪設(shè)一層成型粉末，得到待完成的后續(xù)成型粉末層；

步驟5：根據(jù)步驟1中所述層疊結(jié)構(gòu)圖層的待完成后續(xù)層的二維形狀，所述第一噴頭和第二噴頭分別將所述第一固化液和第二固化液噴在步驟4中所述后續(xù)成型粉末層上，所述第一固化液在所述成型粉末上的形狀與所述第二固化液在所述成型粉末上的形狀重疊；所述第一固化液和第二固化液相遇后發(fā)生固化反應(yīng)，并將所述第一固化液和第二固化液所在部位的成型粉末結(jié)合在一起，得到所述成型粉末層的后續(xù)模型層；以所述第一固化液和第二固化液的噴量足夠多為條件，使得上、下相鄰的兩層圖層重疊部分牢固固化在一起；

步驟6：重復(fù)步驟4和步驟5若干次，得到全部成型粉末層疊結(jié)構(gòu)圖層的模型層，整體固化后得到立體模型坯體；

步驟7：去除所述立體模型坯體上未結(jié)合的成型粉末，得到立體模型實(shí)體。

在某些實(shí)施方式中，所述第一固化液含有凝膠單體，所述凝膠單體包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和亞甲基雙丙烯酰胺的一種或幾種混合物，所述第二固化液包括過硫酸銨、四甲基乙二胺或者雙氧水的一種或幾種混合物。

在某些實(shí)施方式中，所述第一固化液為質(zhì)量百分比2％至10.5％的亞甲基雙丙烯酰胺和質(zhì)量百分比9％至21％的甲基丙烯酰胺的水溶液。

在某些實(shí)施方式中，所述第二固化液含有引發(fā)劑，所述引發(fā)劑為過硫酸銨，所述過硫酸銨的添加量為質(zhì)量百分比0.1％至3.0％。

在某些實(shí)施方式中，所述第二固化液含有催化劑，所述催化劑為四甲基乙二胺，所述四甲基乙二胺的添加量為質(zhì)量百分比不超過0.3％。

在某些實(shí)施方式中，所述成型粉末包括50％以上的陶瓷粉末、金屬粉末、塑料粉末和玻璃粉末中的一種或幾種。

本發(fā)明所提供的成型設(shè)備及成型方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的成型方法降低了生產(chǎn)成本。

本發(fā)明提供的成型設(shè)備能夠根據(jù)計(jì)算機(jī)提供的立體模型的數(shù)據(jù)構(gòu)造出立體模型實(shí)體，方便了產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期的試制、客戶專有模型定制、以及展示打樣的過程，降低了成本。本立體模型實(shí)體成型設(shè)備及方法尤其適合形狀復(fù)雜模型的成型。本發(fā)明使用的成型粉末簡(jiǎn)單，成本低、能根據(jù)不同材料實(shí)時(shí)調(diào)整第一固化液和第二固化液的比例，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的成型效果。

綜上所述，本發(fā)明特殊結(jié)構(gòu)的成型設(shè)備，其具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，并在同類產(chǎn)品中未見有類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，產(chǎn)生了好用且實(shí)用的效果，較現(xiàn)有的成型設(shè)備具有增進(jìn)的多項(xiàng)功效，從而較為適于實(shí)用，并具有廣泛的產(chǎn)業(yè)價(jià)值。

附圖說明

應(yīng)當(dāng)理解的是，以下附圖僅示出了本申請(qǐng)的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本申請(qǐng)成型設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述立體模型的成型設(shè)備第一工作狀態(tài)示意圖；

圖3為本發(fā)明所述立體模型的成型設(shè)備第二工作狀態(tài)示意圖；

圖4為本發(fā)明所述立體模型的成型設(shè)備第三工作狀態(tài)示意圖；

圖5為本發(fā)明所述立體模型的成型設(shè)備第四工作狀態(tài)示意圖；

圖6為本發(fā)明所述立體模型的成型設(shè)備第五工作狀態(tài)示意圖。

附圖標(biāo)記

1成型平臺(tái)，2成型腔，3成型粉末，4成型粉末倉，5第一推桿，6第二推桿，7滾筒，8噴射裝置，9固化液液滴，10立體模型，11第一噴頭，12第一固化液的液滴，13第一混合點(diǎn)，14第二噴頭，15第二固化液的液滴，16第二混合點(diǎn)，17結(jié)合點(diǎn)，18料板。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例的方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細(xì)說明，在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。

但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。

除非另有限定，本文使用的所有技術(shù)以及科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的相同的含義。當(dāng)存在矛盾時(shí)，以本說明書中的定義為準(zhǔn)。

如本文所用之術(shù)語：

“由……制備”與“包含”同義。本文中所用的術(shù)語“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它變形，意在覆蓋非排它性的包括。例如，包含所列要素的組合物、步驟、方法、制品或裝置不必僅限于那些要素，而是可以包括未明確列出的其它要素或此種組合物、步驟、方法、制品或裝置所固有的要素。

連接詞“由……組成”排除任何未指出的要素、步驟或組分。如果用于權(quán)利要求中，此短語將使權(quán)利要求為封閉式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但與其相關(guān)的常規(guī)雜質(zhì)除外。當(dāng)短語“由……組成”出現(xiàn)在權(quán)利要求主體的子句中而不是緊接在主題之后時(shí)，其僅限定在該子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作為整體的所述權(quán)利要求之外。

當(dāng)量、濃度、或者其它值或參數(shù)以范圍、優(yōu)選范圍、或一系列上限優(yōu)選值和下限優(yōu)選值限定的范圍表示時(shí)，這應(yīng)當(dāng)被理解為具體公開了由任何范圍上限或優(yōu)選值與任何范圍下限或優(yōu)選值的任一配對(duì)所形成的所有范圍，而不論該范圍是否單獨(dú)公開了。例如，當(dāng)公開了范圍“1～5”時(shí)，所描述的范圍應(yīng)被解釋為包括范圍“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。當(dāng)數(shù)值范圍在本文中被描述時(shí)，除非另外說明，否則該范圍意圖包括其端值和在該范圍內(nèi)的所有整數(shù)和分?jǐn)?shù)。

“質(zhì)量份”指表示多個(gè)組分的質(zhì)量比例關(guān)系的基本計(jì)量單位，1份可表示任意的單位質(zhì)量，如可以表示為1g，也可表示2.689g等。假如我們說A組分的質(zhì)量份為a份，B組分的質(zhì)量份為b份，則表示A組分的質(zhì)量和B組分的質(zhì)量之比a：b?；蛘?，表示A組分的質(zhì)量為aK，B組分的質(zhì)量為bK(K為任意數(shù)，表示倍數(shù)因子)。不可誤解的是，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的是，所有組分的質(zhì)量份之和并不受限于100份之限制。

“和/或”用于表示所說明的情況的一者或兩者均可能發(fā)生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)；

此外，本發(fā)明要素或組分前的不定冠詞“一種”和“一個(gè)”對(duì)要素或組分的數(shù)量要求(即出現(xiàn)次數(shù))無限制性。因此“一個(gè)”或“一種”應(yīng)被解讀為包括一個(gè)或至少一個(gè)，井且單數(shù)形式的要素或組分也包括復(fù)數(shù)形式，除非所述數(shù)量明顯旨指單數(shù)形式。

實(shí)施例1

本發(fā)明提供了一種成型設(shè)備，包括成型粉末分散裝置、噴射裝置、成型腔、控制裝置和驅(qū)動(dòng)裝置；所述成型粉末分散裝置包括成型粉末倉、成型粉末輸送裝置和成型粉末推刮裝置；所述成型粉末推刮裝置包括與所述驅(qū)動(dòng)裝置連接的滾筒；所述噴射裝置設(shè)置在成型腔的開口的上部；所述成型粉末倉和成型腔內(nèi)分別設(shè)有升降裝置；所述噴射裝置至少包括第一噴頭和第二噴頭。

可以理解的是，成型粉末3可以含有引發(fā)劑或者催化劑，這樣能夠減少液體數(shù)量或者加快固化速度。同類的固化液，能使用若干種，每種包含不同的顏色元素，并且由各自設(shè)置的噴頭噴出，成型出彩色的立體模型實(shí)體。所述顏色元素是直接染料，例如，添加在第一固化液的凝膠單體中，直接成型出彩色的立體模型實(shí)體；也能是間接染料，例如，重金屬鹽，添加在第一固化液或者第二固化液中，并且成型粉末3為陶瓷粉末，經(jīng)燒結(jié)后能呈現(xiàn)不同顏色。同時(shí)，可以設(shè)置紫外線照射裝置，紫外線照射裝置發(fā)出的紫外線能促進(jìn)膠體的固化反應(yīng)，在每一層成型后，通過紫外光照射進(jìn)一步促進(jìn)所述固化反應(yīng)。溫度影響固化液的固化時(shí)間及強(qiáng)度，加熱與冷卻裝置的設(shè)置，導(dǎo)致其中所述成型平臺(tái)能夠?qū)⑺龀尚推脚_(tái)加熱到室溫以上溫度和將成型平臺(tái)1冷卻到室溫以下溫度，所以適當(dāng)控制成型平臺(tái)以及成型腔的溫度，例如，加熱或冷卻，能夠改善成型質(zhì)量。以上實(shí)施例介紹的裝置是基于笛卡爾直角坐標(biāo)系，實(shí)際裝置還能按極坐標(biāo)系分層，并按照相同的方法構(gòu)造立體模型實(shí)體。

在本發(fā)明某些實(shí)施例中，所述成型粉末倉和成型腔為開口向上的筒狀結(jié)構(gòu)，所述筒狀結(jié)構(gòu)的開口并排設(shè)置在同一水平面，所述滾筒設(shè)置在成型粉末倉和成型腔的開口的上部，所述成型粉末倉的升降裝置為固裝在第二推桿上沿成型粉末倉內(nèi)側(cè)壁做往返運(yùn)動(dòng)的料板，所述成型腔的升降裝置為固裝在第一推桿上沿所述成型腔內(nèi)側(cè)壁做往返運(yùn)動(dòng)的成型平臺(tái)，所述噴射裝置包括第一噴頭和第二噴頭。

在本發(fā)明某些實(shí)施例中，所述成型腔或成型平臺(tái)設(shè)有加熱裝置。

在本發(fā)明某些實(shí)施例中，所述成型腔或成型平臺(tái)設(shè)有冷卻裝置。

本發(fā)明還提供了一種成型設(shè)備的成型方法，所述方法包括：

步驟1：將立體模型按照預(yù)先設(shè)定厚度做切片分層，得到立體模型的若干個(gè)具有二維形狀的層疊結(jié)構(gòu)圖層；

步驟2：在所述成型平臺(tái)上按照步驟1所述預(yù)先設(shè)定厚度鋪設(shè)一層成型粉末層；

步驟3：根據(jù)步驟1中底層的所述具有二維形狀的層疊結(jié)構(gòu)圖層，所述第一噴頭和第二噴頭分別將第一固化液和第二固化液噴在步驟2所述成型粉末層上，所述第一固化液在步驟2中所述成型粉末層上的形狀與所述第二固化液在所述成型粉末上的形狀重疊；所述第一固化液和第二固化液相遇后發(fā)生固化反應(yīng)，并將所述第一固化液和第二固化液所在部位的成型粉末結(jié)合在一起，得到所述成型粉末層的形狀模型層；

步驟4：在已完成的前一個(gè)步驟中所述模型層上再鋪設(shè)一層成型粉末，得到待完成的后續(xù)成型粉末層；

步驟5：根據(jù)步驟1中所述層疊結(jié)構(gòu)圖層的待完成后續(xù)層的二維形狀，所述第一噴頭和第二噴頭分別將所述第一固化液和第二固化液噴在步驟4中所述后續(xù)成型粉末層上，所述第一固化液在所述成型粉末上的形狀與所述第二固化液在所述成型粉末上的形狀重疊；所述第一固化液和第二固化液相遇后發(fā)生固化反應(yīng)，并將所述第一固化液和第二固化液所在部位的成型粉末結(jié)合在一起，得到所述成型粉末層的后續(xù)模型層；以所述第一固化液和第二固化液的噴量足夠多為條件，使得上、下相鄰的兩層圖層重疊部分牢固固化在一起；

步驟6：重復(fù)步驟4和步驟5若干次，得到全部成型粉末層疊結(jié)構(gòu)圖層的模型層，整體固化后得到立體模型坯體；

步驟7：去除所述立體模型坯體上未結(jié)合的成型粉末，得到立體模型實(shí)體。

上述，本實(shí)施例提供的立體模型的成型方法中，所述步驟1的具體操作為：立體模型10的立體模型數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)分層切片處理后得到若干平面的具有二維形狀的層疊結(jié)構(gòu)圖層數(shù)據(jù)，所述切片分層并不是物理切片過程，而是由計(jì)算機(jī)將立體模型數(shù)據(jù)分割成逐層重疊的平面圖層數(shù)據(jù)，這些平面圖層疊加后能夠還原出原來的立體模型；所述切片分層的具體算法有多種，這里不過多重復(fù)，基本操作是先確定一個(gè)切片的高度Z，也就是確定某個(gè)切片的水平面，立體模型數(shù)據(jù)通常為三維的包絡(luò)面，由若干三角型構(gòu)成，立體模型與該平面相切，形成在該平面的二維的包絡(luò)曲線，即所述的層疊結(jié)構(gòu)圖層；必要時(shí)根據(jù)立體模型對(duì)應(yīng)實(shí)體部分對(duì)包絡(luò)曲線進(jìn)行填充，，其中圓形的內(nèi)部對(duì)應(yīng)立體模型實(shí)體，可以進(jìn)行填充，填充后各結(jié)構(gòu)圖層能更充分地表示所述立體模型；立體模型10成型時(shí)，第一推桿5帶動(dòng)成型平臺(tái)1下降一層的距離，第二推桿6上升，使成型粉末3溢出成型粉末倉4，滾筒7自左向右運(yùn)動(dòng)，將成型粉末3平推至成型腔2，在成型平臺(tái)1上平鋪一層成型粉末層，滾筒7平推也能逆著推動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使成型粉末3平鋪得更加均勻。噴射裝置8包括第一噴頭11和第二噴頭14，所述成型腔2或成型平臺(tái)1設(shè)有加熱或者冷卻裝置，所述成型腔2上還能設(shè)有紫外線照射裝置，所述加熱裝置或冷卻裝置使得成型粉末3保持在設(shè)定的溫度，所述第一固化液的液滴12和第二固化液的液滴15相遇的固化反應(yīng)為化學(xué)反應(yīng)過程，溫度對(duì)其反應(yīng)速度會(huì)產(chǎn)生影響，通常溫度升高會(huì)加快反應(yīng)速度，降低溫度能減慢反應(yīng)速度，如果該固化反應(yīng)的速度過快，固化液還未完全浸入所述成型粉末3，降低最終的成型強(qiáng)度，如果該固化反應(yīng)的速度過慢，會(huì)直接降低成型速度，最佳的溫度要根據(jù)具體的所述成型粉末3內(nèi)容以及所述固化液的液滴成分確定，通常以不使任何一種所述固化液在未進(jìn)行所述固化反應(yīng)前結(jié)冰或沸騰為宜。

在本發(fā)明某些實(shí)施例中，所述第一固化液含有凝膠單體，所述凝膠單體包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和亞甲基雙丙烯酰胺的一種或幾種混合物，所述第二固化液包括過硫酸銨、四甲基乙二胺或者雙氧水的一種或幾種混合物。

在本發(fā)明某些實(shí)施例中，所述第一固化液為質(zhì)量百分比2％至10.5％的亞甲基雙丙烯酰胺和質(zhì)量百分比9％至21％的甲基丙烯酰胺的水溶液。

在本發(fā)明某些實(shí)施例中，所述第二固化液含有引發(fā)劑，所述引發(fā)劑為過硫酸銨，所述過硫酸銨的添加量為質(zhì)量百分比0.1％至3.0％。

在本發(fā)明某些實(shí)施例中，所述第二固化液含有催化劑，所述催化劑為四甲基乙二胺，所述四甲基乙二胺的添加量為質(zhì)量百分比不超過0.3％。

在本發(fā)明某些實(shí)施例中，所述成型粉末包括50％以上的陶瓷粉末、金屬粉末、塑料粉末和玻璃粉末中的一種或幾種。

為了便于理解本發(fā)明，實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了進(jìn)一步說明。申請(qǐng)人聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。