專利名稱：測定產(chǎn)品層壓層的厚度值及形狀的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及生產(chǎn)一種形狀為制品的產(chǎn)品或者模型，母?；蚱湓偷漠a(chǎn)品的技術(shù)，其中將許多構(gòu)成層層壓為產(chǎn)品。更具體地說，本發(fā)明涉及能降低生產(chǎn)層狀產(chǎn)品所需時間和費用的技術(shù)。
作為生產(chǎn)層壓制品的此種技術(shù)之一，人們知道的一種技術(shù)是將與該產(chǎn)品眾多構(gòu)成層相應(yīng)的所選材料片(它基本上具有每一構(gòu)成層的相同厚度)相互疊合或疊加而形成產(chǎn)品。該技術(shù)包括將片材切割成具有與各個構(gòu)成層相同外部輪廓或形狀的步驟，以及將該片材相互層壓的步驟。通常，把每一片材先放置在另一片材上，然后切成具有合適的外部輪廓。然而，也可以先把片材切成具有合適的外部輪廓，使已成形的片材放置到另一片材上。
通過層壓制造產(chǎn)品的這類技術(shù)的例子已在Nikkei Mechanical，1995年3月6日，Nikkei Business Publications，Inc.，日本，東京，和JP-A-6-106628中揭示。在這些例子中，使用具有恒定厚度的紙片，并把所希望的產(chǎn)品在概念上分為許多結(jié)構(gòu)層，其每層都具有與紙片相同的厚度。確定相應(yīng)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層的單個紙片的外部輪廓。該技術(shù)包括切割該紙片(用激光或合適的切刀)成為所確定的外部輪廓的步驟，以及包括層壓該紙片以形成產(chǎn)品的步驟。
如上所述的慣用技術(shù)具有這樣的優(yōu)點該技術(shù)較容易實施，以制造所希望具有較高的準確度的產(chǎn)品，另一優(yōu)點是該技術(shù)可降低制造該產(chǎn)品的費用。
然而，這些先有技術(shù)存在下述的某些缺點。即，該技術(shù)需要確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層的外部輪廓，每層都需具有與所用紙片相同的厚度。因此，在其結(jié)構(gòu)層層壓方向的相當長距離上都有相同截面或形狀的產(chǎn)品部分，被分為相當大量的構(gòu)成層，這要求相應(yīng)的大量紙片被切割成具有相同外部輪廓，并相互層壓。這就需要重復(fù)的切割和層壓操作，而這是相當費時的，這不期望地造成低生產(chǎn)率，并增大了產(chǎn)品的生產(chǎn)費用。
因此本發(fā)明的目的是提供一種確定產(chǎn)品每一構(gòu)成層厚度和形狀的方法，從而使得構(gòu)成層在構(gòu)成層的層壓方向有不同的厚度值，該方法對于減少先有技術(shù)中的缺陷是有效的。
本發(fā)明的第二目的是提供一種通過層壓構(gòu)成層而制造產(chǎn)品的方法，它包括確定如上所述的每一構(gòu)成層的厚度和形狀的方法。
本發(fā)明的第三目的是提供一種裝置，它適于實現(xiàn)確定以上所述的每一構(gòu)成層的厚度和形狀的方法。
本發(fā)明的第四目的是提供一種裝置，它適于實施制造以上所述的產(chǎn)品的方法。
本發(fā)明的第五目的是提供一種制備片材的裝置，該裝置適用于用來制造該產(chǎn)品的以上方法和裝置。
以上所指出的第一目的可根據(jù)本發(fā)明的第一方面來實現(xiàn)，這第一方面提供這樣一種方法，即在概念上把產(chǎn)品分成許多通過層壓相應(yīng)于構(gòu)成層的片材以制造該產(chǎn)品的構(gòu)成層，其中每個構(gòu)成層的厚度和形狀輪廓已被確定，以便允許構(gòu)成層的相鄰層的厚度和形狀具有不同的厚度值。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法中，當該產(chǎn)品在概念上被分為兩個或多個構(gòu)成層時，不存在限制。即，該產(chǎn)品的所有概念上的構(gòu)成層都不需要有相同的厚度，而如果需要，在層壓方向相互疊加的相鄰構(gòu)成層可允許有不同的厚度值，以使構(gòu)成層的厚度值可根據(jù)產(chǎn)品的形狀或其它性能而自由確定。
因此，根據(jù)本方法，在層壓方向延伸且在平行于層壓方向的平面內(nèi)有相同截面形狀的產(chǎn)品的一部分，不需被分為許多構(gòu)成層，而可以由單一的構(gòu)成層組成。因此，產(chǎn)品在概念上被分成的構(gòu)成層的所需數(shù)目減小了，而通過層壓相應(yīng)于概念上的構(gòu)成層的片材來生產(chǎn)產(chǎn)品則被簡化了，這導(dǎo)致減少生產(chǎn)時間和降低生產(chǎn)費用。
以下將進一步解釋本方法以便弄清楚本發(fā)明的第一個方面。
(1)術(shù)語“產(chǎn)品”被解釋為包括以下各點1.最后的或最終產(chǎn)品；2.最終產(chǎn)品的模型或原型；3.形成最終產(chǎn)品或模型或原型的母模。
該母模可以是用于形成鑄塑模具的鑄模。該鑄模可以是永久模型，即在型腔被熔融材料填充之前從砂模中取出，或者是一種消耗模型，即直至被從熔融材料傳出的熱消失時它一直保持在砂模中。該消耗模型可稱作“全模型”。
(2)術(shù)語“片材”被解釋為指一種平面形式的固體材料，例如片坯、膜或板，它選自紙材料、木材料、合成樹脂和金屬。產(chǎn)品是一全模型時，該模型可通過由合成樹脂(如發(fā)泡的聚苯乙烯樹脂)形成的片材的層壓而制造。
(3)該片材可由單一材料或兩種或更多的材料組成，它可以是紙材料或合成樹脂片或片坯的層狀結(jié)構(gòu)。
(4)根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法，可以這樣實施，即借助于裝置操作者的一些幫助，通過一臺裝置以幾乎完全自動方式或由操作者幾乎全部手動地完成產(chǎn)品每一構(gòu)成層的厚度和形狀的確定。
在本發(fā)明第一方面的一個優(yōu)選方式中，該方法包括一個確定構(gòu)成層的厚度值的步驟，相鄰的構(gòu)成層有不同的形狀。
在該方法的這種形式中，在層壓方向延伸并在平行于層壓方向的平面內(nèi)具有相同截面形狀的產(chǎn)品部分，由單一構(gòu)成層給出或構(gòu)成，而且不需要分成兩個或更多個構(gòu)成層。
因此，概念上構(gòu)成該產(chǎn)品的構(gòu)成層所需的數(shù)目被減至最低程度，而該產(chǎn)品的制造被進一步簡化，從而導(dǎo)致進一步降低制造所需的時間和費用。
以下進一步解釋本發(fā)明第一方面的方法的上述優(yōu)選形式。
(1)在該方法的優(yōu)選形式中，該產(chǎn)品在概念上被分成構(gòu)成層，或者構(gòu)成層的厚度值被確定，這是根據(jù)一條規(guī)則，即相鄰構(gòu)成層具有不同的形狀，由此該產(chǎn)品在概念上被分成構(gòu)成層“從而允許相鄰構(gòu)成層具有不同的厚度值”。如果在任何條件下都遵守從概念上都將該產(chǎn)品分成構(gòu)成層這條規(guī)則，則該構(gòu)成層可能包括相當厚的坯片，這可能在隨后通過層壓構(gòu)成層而制造產(chǎn)品中發(fā)生問題。鑒于此，最好在原則上接受以上規(guī)則，但改進該規(guī)則，從而允許相鄰構(gòu)成層具有相同形狀，在一例外情況下，遵重根據(jù)原來的規(guī)則(相鄰構(gòu)成層具有不同形狀)的在概念上分割該產(chǎn)品，則導(dǎo)致該產(chǎn)品的任何部分的任何缺陷。
(2)已注意到，根據(jù)本方法以上優(yōu)選形式的規(guī)則例外情況仍落在根據(jù)本發(fā)明第一方面原理的方法的范圍之內(nèi)，因為允許相鄰構(gòu)成層有不同的厚度值，除非所有構(gòu)成層都根據(jù)例外規(guī)則確定，并具有相同的厚度。
在此方法以上優(yōu)選方式的一個有利安排中，確定構(gòu)成層厚度值的步驟包括(a)確定多個平行的暫定分割平面，它們垂直于片材的層壓方向，并在層壓方向的預(yù)定高度相互隔開，該暫定的分割平面限定了眾多暫定構(gòu)成層；(b)計算各個暫定分割平面內(nèi)暫定構(gòu)成層的截面面積；(c)確定暫定分割平面的相鄰平面之一作為最終分割平面，這些暫定分割平面相應(yīng)于某一位置，在該位置，計算出的相鄰暫定構(gòu)成層的截面面積在層壓方向變化；以及(d)確定由最終分割平面所限定的每一最終構(gòu)成層的厚度，這是以在層壓方向中相鄰最終分割平面的相鄰平面之間的距離為基礎(chǔ)確定的。
某些產(chǎn)品具有由許多部分組成的主要部件，其每一部分都在給定的基準方向延伸，而且在與此基準方向垂直的平面內(nèi)有相同的截面形狀。此種產(chǎn)品的例子包括陽?；驔_頭和陰模，它們在壓制操作中被用作模座。這些沖頭和陰模為了在其相互嚙合位置和非相互嚙合位置之間的相對線性移動而創(chuàng)立。如果具有以上所述特殊形狀的這樣一種產(chǎn)品被垂直于以上所指的基準方向(該方向與構(gòu)成層的層壓方向相同)的平行分割平面概念上分割，就可得到兩組或多組暫定構(gòu)成層，它們相應(yīng)于以上所指的眾多部分，這些部分在平行于分割平面的平面上有相同的截面形狀。每組的構(gòu)成層在分割平面內(nèi)有相同的截面面積。因此，在暫定構(gòu)成層橫截面在基準方向發(fā)生變化的位置，標示各組暫定構(gòu)成層之間的界面，并因此標示該產(chǎn)品的最終構(gòu)成層。
鑒于以上發(fā)現(xiàn)，根據(jù)以上有利排列的方法如下進行(a)確定眾多平行的分割平面，它們垂直于構(gòu)成層的層壓方向，并在層壓方向以預(yù)定間距相互隔開，從而限定眾多暫定構(gòu)成層，(b)計算在暫定分割平面內(nèi)產(chǎn)品的截面面積，(c)計算每一相鄰暫定分割平面(作為最終的分割平面)，該暫定分割平面對應(yīng)于這樣一個位置，在該位置計算出的截面面積沿著層壓方向變化，和(d)根據(jù)相鄰最終分割平面之間在層壓方向上的距離，確定由最終分割平面所限定的每一最終構(gòu)成層的厚度。
在上述排列中，每一最終構(gòu)成層的厚度都易于確定，導(dǎo)致進一步簡化了該產(chǎn)品的制造，并進一步降低了所需的制造時間和費用。
以上所指出的第二目的可根據(jù)本發(fā)明的第二方面來實現(xiàn)，它提供了一種制造產(chǎn)品的方法。該方法包括在概念上把該產(chǎn)品分成許多根據(jù)本發(fā)明第一方面的構(gòu)成層的方法，并且還包括(i)制備片材，其厚度值基本上分別等于眾多構(gòu)成層的那些的厚度；(ii)把該片材在一平臺上相互疊加形成一疊層結(jié)構(gòu)；(iii)相互粘合相鄰的片材，每次將一片相鄰片材疊加到另一相鄰片材上；(iv)在將每一片材都粘合到相鄰片材上之后，切割每一片材，在每一片材上都形成切口，用于從該輪廓之內(nèi)的每一片材的需要部分除去每一片材的不需要部分，后者在對應(yīng)構(gòu)成層的輪廓之外，該輪廓被確定為以上所指出的相應(yīng)的一構(gòu)成層的形狀；及(v)在層狀體結(jié)構(gòu)的最后一片片材經(jīng)受粘合和切割之后除去每一片材切口上不需要部分。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面的制造方法中，所得到的片材基本上具有與根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法確定的構(gòu)成層厚度相同的厚度值，而且這些片材隨后在一平臺上被相互疊加，從而形成一疊層結(jié)構(gòu)。相鄰的片材被粘合到一起，切割每一片材，在其中形成一個切口，用于從以上所指出的輪廓內(nèi)的片材需要部分除去對應(yīng)于構(gòu)成層的輪廓外面的每一片材的不需要部分。在該疊層結(jié)構(gòu)的最后一片片材經(jīng)受粘合和切割操作之后，將每片片材上形成的切口處的片材不需要部分除去。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的本制造方法對于把產(chǎn)品概念上的構(gòu)成層數(shù)目減至最少是有效的。因此而把相互疊加制造產(chǎn)品所需的片材數(shù)目減至最少。因此，本方法使得有可能以短的時間并以低的費用，容易地生產(chǎn)產(chǎn)品。
以下進一步解釋該產(chǎn)品的制造方法以理解本發(fā)明的第二方面(1)“制備片材”的步驟可以用以下的方式之一來進行。
1.通過相互疊加具有相同厚度、但比要制備的片材預(yù)定厚度要小的片材構(gòu)件，來制備具有預(yù)定厚度值的片材。該片材構(gòu)件的數(shù)目根據(jù)要制備片材的預(yù)定厚度值來確定。
2.從許多具有不同厚度值的片材構(gòu)件之中，選擇具有預(yù)定厚度值的片材，因此所選擇的片材構(gòu)件的厚度基本上等于要制備片材的預(yù)定厚度值。
3.通過在一平面內(nèi)切割毛坯來制備具有預(yù)定厚度值的片材。該毛坯的厚度值大于要制備的片材的預(yù)定厚度值。
(2)在“相互疊加片材”的步驟中，片材通常是以垂直方向疊加的，但是也可以垂直方向以外的方向疊加，例如以水平方向疊加。
(3)“切割每一片材”的步驟最好這樣進行在每一片材的不需要部分中以及沿著相應(yīng)構(gòu)成層的輪廓，形成切口。也可以這樣優(yōu)選進行沿著許多相互間隔開的平行切割線，例如以點陣的形式(它由第一切割線和第二切割線組成，后者與第一切割線交叉)形成切口。這種排列使得片材的不需要部分能較容易地斷裂或倒坍，在隨后的“除去每一片材中不需要部分”的步驟中，便于從需要部分除去不需要部分。
(4)在“粘合相鄰片材”的步驟中，可以在以上指出的片材切割步驟之前或之后施加粘合劑。
1.在片材切割步驟之后施加粘合劑的情況下，該粘合步驟可以包括在片材切割后在每一片材上涂施粘合劑的步驟，和包括這樣一個步驟將兩相鄰片材(包括在其上已涂施粘合劑的片材)之一進行預(yù)定的操作例如加壓或加熱，從而當這些相鄰片材相互疊加時，用粘合劑將相鄰片材粘合。在此情況下，可把粘合劑涂施到兩相鄰片材之一之上，而該片材已被粘合到前面的片材上。在這種情況下，當另一片材疊加到以上所指出的一片片材上時，它要經(jīng)受預(yù)定的操作。另一方面，可將粘合劑涂施到尚未粘合到前面片材上的兩相鄰片材之一之上。在這種情況下，當以上所指出的片材疊加到另一已粘合到前面片材上的片材時，它要進行預(yù)定的操作。在后一種情況下，將粘合劑涂施到以上所指出的、面向另一已粘合片材的片材的相反表面之一之上。
2.在片材切割步驟之前涂施粘合劑的場合下，該粘合步驟可包括一個在片材被切割之前將粘合劑涂施至每一片材的步驟，和包括使兩相鄰片材(包括已在其上涂施了粘合劑的片材)之一經(jīng)受以上所指出的預(yù)定操作的步驟，從而當這些相鄰片材相互疊加時，將帶有粘合劑的相鄰片材粘合。也是在這種情況下，可將粘合劑涂施到兩相鄰片材之一(它已被粘合到先前片材上)之上，或涂施到另一片材之上，如上所述。
用于粘合片材的粘合劑是從已知的粘合劑材料例如含有烯烴的合成樹脂中適當選擇的。
(5)正如從以上的解釋已經(jīng)清楚的，根據(jù)本發(fā)明第二方面方法中的粘合步驟不僅僅意味著將粘合劑涂施到片材上的步驟，而且包括使相鄰片材通過粘合劑而能粘合到一起的步驟。因此，當粘合劑涂施到上述片材或相鄰片材上時，不需把給定的片材粘合到相鄰片材上，當相鄰片材經(jīng)受預(yù)定操作而把已在其上涂施了粘合劑的相鄰片材粘合在一起時，就可能完成粘合。
(6)“切割每一片材”的步驟可通過使用激光束，非旋轉(zhuǎn)切刀或切刀片，旋轉(zhuǎn)切刀，或往復(fù)式切刀來進行。
1.當使用激光束時，將激光束在片材表面聚焦，以便照射，從而在該片材表面上的局部點加熱，激光照射的該局部點相對于片材表面而移動。
2.當使用非旋轉(zhuǎn)切刀時，該切刀片先在其厚度方向切入片材，然后在平行于片材平面的平面內(nèi)使切刀片和該片材互相相對移動。在這種情況下，切割通常采取剪切的形式。
3.當使用旋轉(zhuǎn)切刀時，旋轉(zhuǎn)切刀和片材在平行于片材面的平面內(nèi)彼此相對移動，與此同時旋轉(zhuǎn)切刀刀片機械加工該片材，切掉材料。
4.當使用往復(fù)式切刀時，該切刀和片材在平行于片材面的平面內(nèi)彼此相對移動，同時切刀刀片在片材的厚度方向往復(fù)穿越該片材。
(7)為了改進通過層壓片材而生產(chǎn)的產(chǎn)品的尺寸和形狀準確度，當每片片材疊加到中間疊層結(jié)構(gòu)上時，需要測量在片材層壓方向的中間疊層結(jié)構(gòu)的總尺寸，并至少適當調(diào)整在所測量的尺寸上的下一片片材的厚度。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的方法的一種優(yōu)選形式，粘合相鄰片材的步驟包括在每片片材的需要部分內(nèi)在粘合區(qū)域中將相鄰的片材相互粘合。
在將都具有相同厚度的所有片材通過層壓而進行的常規(guī)制造產(chǎn)品過程中，相鄰的片材用涂施到該片材整個表面區(qū)域內(nèi)的粘合劑而粘合到一起，如圖20A中所表示的那樣，其中參考號250表示片材，而參考號252表示粘合區(qū)域。該粘合區(qū)域252不僅包括該層壓結(jié)構(gòu)的需要部分258(這結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最終產(chǎn)品)，而且還包括該疊層結(jié)構(gòu)不需要部分256(該結(jié)構(gòu)要被除去)在圖20A的特定例子中，需要的部分252包括一凸肩254，它被不需要的部分256所環(huán)繞。由于該凸肩254被粘合到不需要部分256，因此該凸肩254可能在下一步驟“除去每片片材不需要部分”，被工人錯誤地與不需要部分256一起除去。為了避免這種錯誤的切除，工人應(yīng)極度小心地操作，正確地確認凸肩256(需要部分258的一部分)和不需要部分256之間的真正分界。
在常規(guī)制造方法中，為了便于切除不需要部分，可考慮把粘合劑僅僅涂施到需要部分258中的相鄰片材彼此接觸的表面上，如圖20B中在252所表示的那樣。在此情況下，由于每片片材250的厚度相當小，凸肩254發(fā)生問題。即，常規(guī)方法要求所有的片材250都具有相同的厚度，因此要求將凸肩254分割成相當薄的層250，甚至提供凸肩254的片材254也要有相同的截面形狀。如果將粘合區(qū)域限制在需要部分258范圍內(nèi)的相鄰片材相互接觸的區(qū)域，如圖20B中所表示的那樣，則凸肩254就不粘合到與提供凸肩254的片材相鄰的片材上。由于不需要部分和需要部分256，258已被在其之間形成的切口分離，因此未粘合到相鄰上、下片材上的凸肩254就被允許相對于該相鄰片材而被移位。在此條件下，伸進不需要部分256中的凸肩254由于其自身的剛性或強度應(yīng)保持其姿態(tài)和位置，而且當疊加到有凸肩254的片材上的片材經(jīng)歷切割操作時，由于作用在凸肩254上的力，致使該凸肩相當容易偏離。因此，凸肩254的定位準確度趨于變劣，這導(dǎo)致產(chǎn)品低的尺寸和形狀準確度。
在以上所指出的本發(fā)明制造方法的優(yōu)選形式中，相鄰片材的局部粘合不會導(dǎo)致如上所述的問題，因為凸肩256是由具有相當大厚度的單張片材250所提供的，如圖20C所表示的那樣。即，根據(jù)本發(fā)明第二方面的方法的原理，允許使用單張片材用作產(chǎn)品的部分，這一部分在層壓方向延伸，并具有相同的截面形狀。這樣，凸肩256就具有了比較高的剛度。
根據(jù)本產(chǎn)品制造方法的優(yōu)選形式，相鄰片材(概念上的構(gòu)成層)的可變厚度以及該片材的局部粘合，它們合起來不僅阻止了片材(構(gòu)成層)數(shù)目的增加(為了降低制造所需的時間和費用)，而且也便于除去層狀結(jié)構(gòu)的不需要部分，而同時保證產(chǎn)品凸肩部分高的尺寸和形狀準確性。
根據(jù)本發(fā)明第二方面另一優(yōu)選形式，該產(chǎn)品制造方法適于制造通過鑄塑形成制品的模型。
正如上面根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法所描述的，該模型可以是一永久模型(在模具型腔用熔融材料填充以前將其從砂模中遷移)，或者是一消耗的或“全?！蹦Ｐ?它們保持在砂模中直至被由熔融材料傳出的熱而消失)。
本模型制造方法可允許有效，經(jīng)濟地制造鑄塑模型，這歸因于大量減少了模型構(gòu)成層或片材的數(shù)量，這種減少是可實現(xiàn)的，因為模型在概念上被分割為構(gòu)成層，從而允許相鄰層如上所述的具有不同厚度值。
以上的模型制造方法可以作為通過鑄塑形成制品的方法的一部分來有利地實施，它包括根據(jù)以上所述的模型制造方法制造一模型，然后用所制造的模型通過鑄塑來形成該制品。
本鑄塑方法允許通過鑄塑而有效、經(jīng)濟地制造所希望的制品，這歸因于大量減少了鑄塑模型的構(gòu)成層或片材的數(shù)量，這種減少是可能的，因為該模型在概念上被分為構(gòu)成層，從而允許相鄰層具有如上所述的不同厚度值。
以上的鑄塑方法可作為使用模頭制造產(chǎn)品的方法的一部分而有利地實施，它包括根據(jù)以上所述的鑄塑方法形成一制品；用該制品作為模具的一部分而形成產(chǎn)品。
“通過使用制品作為模具的一部分形成產(chǎn)品”的步驟，可以是用制品作為模具或模頭的一部分，通過鑄塑、鍛塑、注射成型或壓制而形成產(chǎn)品的一個步驟。
本產(chǎn)品制造方法允許有效、經(jīng)濟地生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品，這是由于大量減少了用于形成制品的鑄塑模型的構(gòu)成層或片的數(shù)量。該制品本身反過來又用作形成最終產(chǎn)品的模具的一部分。鑄塑模型的片材數(shù)量可被減少，因為模型在概念上被分割為構(gòu)成層，因而允許相鄰層有不同的厚度值，如上所述。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面可以實現(xiàn)第三個目的。它提供了一種裝置，用于在概念上將產(chǎn)品分割為許多構(gòu)成層，通過層壓與構(gòu)成層相對應(yīng)的片材來制造產(chǎn)品，其中，每一構(gòu)成層的厚度和形狀都已被確定，因而允許相鄰構(gòu)成層具有不同的厚度值。
在以上所述根據(jù)本發(fā)明第三方面的裝置中，當產(chǎn)品在概念上被分割成兩個或多個構(gòu)成層時，不存在限制。即，所有概念上的產(chǎn)品構(gòu)成層不需具有相同的厚度，而且如果需要，在疊加方向相互疊加的相鄰構(gòu)成層允許有不同的厚度值。因此構(gòu)成層的厚度值可根據(jù)產(chǎn)品的形狀或其它性質(zhì)而自由確定。
因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置，在層壓方向延伸并且在平行于層壓方向的平面內(nèi)有相同截面形狀的產(chǎn)品部分，不需被分割為許多構(gòu)成層，而可以由單個的構(gòu)成層來組成。因此該產(chǎn)品在概念上被分割的構(gòu)成層的需要數(shù)量被減少了，從而使通過層壓對應(yīng)于概念上的構(gòu)成層的片材而制造產(chǎn)品的方法被簡化，這導(dǎo)致減少制造的時間和費用。
由于根據(jù)本發(fā)明第三方面的裝置的概念基本上與根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法相同，因此把本發(fā)明第一方面的詳細敘述應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明第三方面的裝置。
根據(jù)本發(fā)明第三方面的一種優(yōu)選形式，該裝置包括確定構(gòu)成層厚度值的厚度確定裝置，使相鄰的構(gòu)成層具有不同的形狀。
在此裝置的優(yōu)選形式中，在層壓方向延伸并且在與層壓方向平行的平面內(nèi)具有相同截面形狀的產(chǎn)品部分，由單個的構(gòu)成層得出或構(gòu)成，并且不需要被分割為兩個或多個構(gòu)成層。
因此，在概念上構(gòu)成產(chǎn)品的構(gòu)成層的所需數(shù)目被減少，產(chǎn)品的制造被進一步簡化，這導(dǎo)致進一步減少了制造所需的時間和費用。
對以上的裝置優(yōu)選形式將進一步加以解釋。
該裝置的厚度測定手段包括形狀測定儀以及厚度測定儀。該形狀測定儀適合于以下面的方式之一來測定每個構(gòu)成層的形狀。
1.該產(chǎn)品每一構(gòu)成層的上表面和下表面截面形狀的一個被確定如結(jié)構(gòu)層的形狀。此測定是基于一種假設(shè)，即由垂直于層壓方向的最終分割平面所限定的每一構(gòu)成層的上表面和下表面，都有相同的截面形狀。
2.由最終分割平面所限定的每一構(gòu)成層的形狀被確定為該構(gòu)成層上表面和下表面橫截面形狀或輪廓的總和。換句話說，通過疊加該構(gòu)成層上表面和下表面上的截面形狀或輪廓而得到構(gòu)成層的形狀。此測定是基于一種假設(shè)，即構(gòu)成層在對應(yīng)于該構(gòu)成層上下表面的平面上，可以具有不同的截面形狀或輪廓。
在第二種情況下，所制造的產(chǎn)品的外形可比原來的外形大，這歸因于該構(gòu)成層上下表面上的外輪廓總和。然而，所制造的產(chǎn)品可隨后被切削為原來的外形。
在以上優(yōu)選形式的裝置的一個有利配置中，厚度測定儀包括(a)暫時分割平面的測定手段，它用于測定眾多平行的暫時分割平面，這些平面垂直于片材的層壓方向，并且它們在層壓方向的預(yù)定距離彼此間隔，該暫定分割平面限定眾多暫定構(gòu)成層；(b)用于計算暫定分割平面內(nèi)產(chǎn)品截面面積的計算手段；(c)用于確定暫定分割平面的每一相鄰層作為最終分割平面的最終分割平面的測定手段，每一暫定分割平面的相鄰層都對應(yīng)于這樣一個位置，在該位置，計算出的截面面積在層壓方向變化；以及(d)用于測定由最終分割平面所限定的每一最終構(gòu)成層厚度的厚度測定手段，這以在層壓方向中最終分割平面相鄰層之間的距離為基礎(chǔ)。
鑒于找到與上述關(guān)于本發(fā)明第一方面的有利配置相同的發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成了本裝置的上述有利配置，結(jié)果是(a)確定了許多平行分割平面，它們垂直于構(gòu)成層的層壓方向，并且它們在層壓方向的預(yù)定距離相互隔開，以致限定了許多暫定的構(gòu)成層，(b)計算暫定分割平面內(nèi)產(chǎn)品的截面面積，(c)計算作為最終分割平面的每個相鄰暫定分割平面，它們對應(yīng)于這樣一個位置，在該位置，相鄰暫定構(gòu)成層的計算出的截面面積在層壓方向變化，和(d)測定由最終分割平面限定的每一最終構(gòu)成層的厚度，這以層壓方向中相鄰最終分割平面之間的距離為基礎(chǔ)。
在以上配置中，每個最終構(gòu)成層的厚度都可容易地測定，這導(dǎo)致進一步簡化該產(chǎn)品的制造，并進一步減少了制造所需的時間和費用。
本裝置有利配置的概念基本上與根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的有利配置概念相同，它的上述說明用于本裝置。然而通過以下的補充解釋可以更好地理解本裝置。
在上述配置中，最終分割平面可被正確地確定，如在

圖10C中1至6處所指出的那樣，其中該產(chǎn)品由兩或多部分組成，它們在層壓方向延伸而且其中之一在平行于層壓方向的平面內(nèi)(在垂直于暫定分割平面的平面內(nèi))具有相同的截面面積，如圖10B中所指出的那樣。如果產(chǎn)品有一部分，其在以上指出的平面內(nèi)的截面面積在層壓方向連續(xù)變化，如圖11所指出的那樣，則對該產(chǎn)品的那部分就不能正確地或合適地確定最終分割平面。為了處理此缺陷，本裝置的最終分割平面測定手段可以包括以下手段之一1.用于通知該裝置操作者的手段，通知該最終分割平面對于產(chǎn)品的一部分不能被正確地加以測定(該部分的截面面積在層壓方向連續(xù)變化)。
2.用于敦促操作者進行判斷的手段，判斷用最終分割平面測定手段來測定最終分割平面是否合適；以及如果用測定工具測定不合適，則允許操作者使用手標示最終分割平面的用具。
允許操作者用手標示最終分割平面的手段，可用于(i)用手標示該最終分割平面而不需裝置的任何幫助，或(ii)提供一些暫定分割平面的輔助標記作為侯選的最終分割平面，并敦促操作者選擇合適的候選最終分割平面，作為最終分割平面。
以上所指出的第四個目的可根據(jù)本發(fā)明的第四方面來實現(xiàn)，它提供了一種用于制造產(chǎn)品的裝置。包括本發(fā)明第三方面的用于在概念上將產(chǎn)品分割成許多構(gòu)成層的裝置，還進一步包括(i)一臺片材提供設(shè)備，用于制備片材，這些片材的厚度值分別基本上和眾多構(gòu)成層的厚度值相等；(ii)用于在平臺上相互疊加片材，形成一層狀結(jié)構(gòu)的層壓設(shè)備；(iii)用于粘合相互相鄰片材的粘合設(shè)備，每次將一相鄰片材疊加到另一相鄰片材上；和(iv)在粘合每一片材至相鄰片材后，用于切割每一片材的切割設(shè)備。在每一片材上形成切口，用于從外輪廓內(nèi)的每片必要部分除去每一片材的不需要部分，后者位于相應(yīng)構(gòu)成層的外輪廓之外，外輪廓按以上所指出的對應(yīng)的構(gòu)成層形狀而被確定。
根據(jù)本發(fā)明第四方面，該產(chǎn)品制造裝置適于實施該產(chǎn)品的制造方法，允許有效和經(jīng)濟地制造產(chǎn)品，這是由于大量減少了產(chǎn)品構(gòu)成層或片材數(shù)量，這種減少是可能的，因為該模型在概念上被分割為構(gòu)成層，從而允許相鄰層有不同的厚度值，如上所述。
以上所指出的第五目的可根據(jù)本發(fā)明的第五方面來實現(xiàn)，它提供了一種制備有預(yù)定厚度的片材的裝置。該裝置包括(a)夾持坯料的夾具；(b)切割由夾具夾持的坯料的切割工具；(c)用于在第一平面內(nèi)相互移動夾具和切割工具的第一運動裝置，用該切割工具在平行于第一平面的平面內(nèi)貫穿該坯料實行切割，用于移去該坯料的一部分作為片材；及(d)用來使夾具和切割工具在貫穿第一平面的第二平面內(nèi)相互運動)的第二運動裝置，為調(diào)整片材的厚度而改變切割平面的位置。
為了實施根據(jù)本發(fā)明第二方面的產(chǎn)品制造方法，或為了操作根據(jù)本發(fā)明第四方面的產(chǎn)品制造裝置，用于制備具有所希望厚度片材的裝置是必不可少的。該片材制造裝置對于常規(guī)的用層壓片材的方法而制造產(chǎn)品也是有用的。因此，根據(jù)本發(fā)明第五方面的片材制造裝置，對于常規(guī)的產(chǎn)品制造方法和裝置，以及對于根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品制造方法和裝置，都是合適的。
在本發(fā)明的片材制造裝置中，坯料在一平面內(nèi)被切割，而貫穿該坯料的切割平面可在垂直切割平面的方向變化。
根據(jù)本發(fā)明第五方面的本片材制造裝置，可通過切割坯料而調(diào)整所得到的片材厚度值。這取決于產(chǎn)品的概念上的構(gòu)成層已確定的厚度值。換句話說，該裝置能夠制造適于實施本發(fā)明第二和第四方面的具有不同厚度值的片材。
以下進一步解釋本片材制備裝置。
(1)該坯料可采取機械、熱、電化學(xué)、電學(xué)或光學(xué)的方法進行切割。機械切割可以是切削、鋸、剪切或超聲波切削。電化學(xué)切割可以是電-化學(xué)切削。電切割可以是放電切削、電子束切削或等離子體切削。光切割可以是激光切削。
(2)該切割工具可以是一個熱切割導(dǎo)線，例如鎳鉻合金導(dǎo)線，切割刀片，或激光發(fā)生器。當熱切割導(dǎo)線或激光發(fā)生器用作切割工具時，毛坯被切削工具所產(chǎn)生的熱所熔融或融化而被熱切割。在使用切割刀片的場合，隨著刀片的線性或旋轉(zhuǎn)運動，毛坯因被切削或剪切而被機械切割。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在概念上把產(chǎn)品分割成許多構(gòu)成層，通過將與該構(gòu)成層相對應(yīng)的片材進行層壓來制造產(chǎn)品的方法，其中該產(chǎn)品是由部件結(jié)合體組成的，當該產(chǎn)品在概念上被分割成許多構(gòu)成層時，這些部件結(jié)合體以預(yù)定的相互位置關(guān)系彼此相對配置，而且其中每個構(gòu)成層的厚度和形狀都被確定，從而允許相鄰的構(gòu)成層有不同的厚度值。
產(chǎn)品的部件可包括用于鑄塑模頭的模型，這些模型用于形成所希望的制品。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種制造產(chǎn)品的方法，它包括上述的在概念上把產(chǎn)品分割為許多構(gòu)成層的方法，還包括相互疊加片材，形成疊層結(jié)構(gòu)的步驟，該結(jié)構(gòu)生成模型，且其中模型與砂堆相配合，生成用于形成模頭的模具。
例如，構(gòu)成模型的片材可以由這樣的材料形成，它暴露于由引入模具的熔融金屬所傳導(dǎo)的熱時會消失，因此由該材料所占據(jù)的容積就被熔融的金屬所填充，而在砂堆中形成模型。
結(jié)合考慮附圖，通過閱讀以下的本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細說明，將可以更好地理解本發(fā)明以上的和還可有的目的、特性、優(yōu)點、技術(shù)的和工業(yè)的重要性，其中圖1是用壓制法制造最終產(chǎn)品的方法的說明圖，該方法包括制造用于模頭的模型制造過程，因此模頭根據(jù)本發(fā)明的一個實施例通過層壓來制造最終產(chǎn)品；包括使用所制的模型澆鑄模頭的澆鑄過程；包括按照需要切削模頭的切削過程；還包括使用該模頭壓制制造最終產(chǎn)品的壓制過程；圖2是圖1中壓制過程所用模頭的剖面圖；圖3是圖1中澆鑄過程的步驟說明；圖4是一下模頭的透視圖，該下模頭用于取代圖2中的下模頭，它是用根據(jù)本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施例所制造的模型，使用本發(fā)明模型制造裝置的一個優(yōu)選實施例而制造的；圖5是用于制造圖1制造過程中下頭模型的模的處理數(shù)據(jù)步驟顯示圖；圖6是制造圖1制造過程中的模型的步驟顯示圖；圖7是一方框圖，說明圖1制過程中所用數(shù)據(jù)處理裝置的一個優(yōu)選實施例；圖8是一流程圖，說明自動測定圖5數(shù)據(jù)處理步驟中的模型構(gòu)成層厚度值的程序；
圖9A、9B和9C是顯示具有傾斜表面的產(chǎn)品例子的視圖；圖10A、10B和10C是在圖8厚度測定程序中，指示圖4下模頭模型的構(gòu)成層的厚度測定的視圖；圖11是如圖8程序中所計算的構(gòu)成層截面積逐漸變化的例子顯示圖；圖12是一流程圖，說明在圖5數(shù)據(jù)加工步驟中自動測定切割線的程序；圖13是一流程圖，說明在圖5數(shù)據(jù)加工步驟中自動測定粘合面積的程序；圖14是顯示供制造在圖6層壓步驟中下模頭的模型的裝置優(yōu)選形式的視圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明方法，數(shù)據(jù)加工裝置和模型制造裝置優(yōu)選實施例所制造的片材層狀結(jié)構(gòu)剖面圖，該層狀結(jié)構(gòu)提供一組合產(chǎn)品。此產(chǎn)品由用于上部和下部模頭的模型和用于上部和下部模頭的增強元件組成；圖16是圖15層狀結(jié)構(gòu)從最底層數(shù)起第4層或片的平面圖；圖17是一片材提供機構(gòu)的改進形式視圖，該機械用于提供層狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)成片材，該機構(gòu)是用于圖14裝置中的計數(shù)機構(gòu)的替代物；圖18是片材提供機構(gòu)的另一改進形式的視圖；圖19A和19B是本發(fā)明優(yōu)點的解釋圖；圖20A，20B和20C是層狀結(jié)構(gòu)截面圖，用于解釋本發(fā)明的優(yōu)點；及圖21A和21B是用于解釋本發(fā)明另一實施例的視圖。
首先參見圖1，它說明了通過壓制而制造最終產(chǎn)品的一系列操作，包括制造過程、鑄塑過程、切削過程和壓制過程。制造過程根據(jù)本發(fā)明的一個實施例進行，該實施例用于制造原模型或母模(即用于在壓制過程中制造最終產(chǎn)品的上模頭和下模頭)，與在使用模型的鑄塑過程中制造上模頭和下模頭時用于增強這些模型的增強元件的組合體。切削過程中按需要切削鑄塑模頭，從而完成該模頭，使該模頭在壓制過程中可用于制造最終產(chǎn)品。
在壓制過程中使用的上模頭和下模頭在圖2截面圖中分別表示為300和302。這些上模頭和下模頭300和302構(gòu)成相互嚙合，并共同在工件上完成壓制操作，使得該工件通過壓制和/或切割形成所希望的形狀。在圖2的特例中，上模頭300是一陰模頭，而下模頭302是一陽模頭或沖頭。
在鑄塑過程中，上模頭和下模頭的模型或模具是在一個所謂的“全模”過程中通過鑄塑形成的。在全模過程中，鑄塑下模頭的鑄塑過程的例子在圖3中舉例說明。在圖3的這個例子中，要鑄塑的下模頭在結(jié)構(gòu)上不同于圖2的下模頭302。即，如圖4中所示的下模頭309是用“全模”模型或模具306鑄塑的。為了易于理解本發(fā)明的概念，以下的說明涉及此下模頭309，而不是涉及結(jié)構(gòu)簡單的圖2下模頭302。
如圖4所示，使用模型306來生產(chǎn)的下模頭309有一平面部分313，在其上面形成兩個凸臺314a，314b。此外，形成一凸肩316以便從平面部分313延伸，致使該凸肩316的上表面與平面部分313的上表面齊平。
現(xiàn)參看圖3解說鑄塑過程，在全模過程中用于形成下模頭309的模型306，先被放在一型箱304內(nèi)，然后被埋入型砂堆308中，與此同時該模型306用合適的增強元件310增強，此元件保護模型306不被型砂308使之變形。使用增強元件310是因為模型306是由發(fā)泡聚苯乙烯形成的，缺乏足夠的剛度。當生產(chǎn)圖2中以300表示的上模頭時，也使用相類似的增強元件。
當型箱304中在模型306的另一側(cè)上的空間的一部分用型砂填充時，增強元件310與模型306的另一側(cè)面保持接合。在型箱304中，在模型306另一側(cè)的空間的一部分隨后用型砂308填充之前，取出增強元件310。
當模型306被埋入型砂308之后，穿過型砂308形成澆口和冒口，致使這些澆口和冒口與模型306連通。即，模型306保留在型砂308中。在此狀態(tài)，將高溫的熔融金屬通過澆口倒入并流入模型306。結(jié)果是，由于從熔融金屬312傳出的熱使模型306消失，因此對應(yīng)于模型306的空間被熔融金屬312填充。金屬312冷卻并硬化后，從已變硬的金屬體取走型砂308，由此在全模過程中，通過澆鑄形成了具有與模型相同輪廓的下模頭309或模型306。
在以上所述的澆鑄和壓制過程之間進行切削過程，例如，在數(shù)控機床上用旋轉(zhuǎn)切割工具把澆鑄的上模頭和下模頭的表面拋光。
該制造過程是這樣一個過程，其中用來澆鑄上模頭和下模頭的模型，和用于模型的增強元件，都是通過層壓而制造的。在此例子中，模型包括用于下模頭309的模型306，增強元件包括用于模型306的增強元件310。
如上所述，用于生產(chǎn)所希望產(chǎn)品的上模頭和下模頭，例如用數(shù)控機按常規(guī)制造。更具體地說，尺寸大于要制造的模頭的坯料用旋轉(zhuǎn)切割工具切削該坯料，此在數(shù)控下三維運動。然而，此加工過程不能完全省去人工操作(而人工操作可能造成模型的錯誤的或低效率的生產(chǎn))，如以下就圖4中所示的下模頭309所作的詳細敘述。
凸臺314a，314b可通過數(shù)控機床切削坯料，而在下模頭309的平面部分313上形成。然而，在這種情況下，相當大的平面部分313的上表面也應(yīng)被機械加工，而這一機械加工要花相當長時間。此耗費時間的機加工可通過把凸臺314a，314b粘合到平面部分313上面省去。在這種情況下，先用數(shù)控機加工生產(chǎn)下模頭309(沒有凸臺314a，314b)，同時也用數(shù)控機加工分開生產(chǎn)出這些凸臺，然后把凸臺粘合到下模頭309的平面部分313上。因此，該生產(chǎn)需要手工操作粘合凸臺314a，314b。
圖4中所示的下模頭309很難被機加工，因為用切割工具不容易接近凸肩316的底面。像凸臺314a，314b那樣，可以把用數(shù)控機加工生產(chǎn)的凸肩316粘合到由數(shù)控機加工生產(chǎn)的下模頭309的平面部分313(沒有凸肩316)上。在這種情況下也需要手工操作來粘合該凸肩316。
可以通過層壓構(gòu)成層(它們具有合適的外部輪廓或形狀)來制造所希望的構(gòu)件例如模頭。此層壓過程可以生產(chǎn)帶有凸臺314a，314b和凸肩316的底模頭309，而只需最低限度的人工操作，結(jié)果是由于人工操作導(dǎo)致的模頭309生產(chǎn)差錯風(fēng)險最小。
以上所說的層壓過程是模型、母?；蛟透咚偃S形成的有效形式，即所謂的“快速原型成型”。
根據(jù)本發(fā)明實施例的制造過程(它只是以上所述層壓過程的一個例子)具有以下勝過常規(guī)層壓過程的優(yōu)點[1]構(gòu)成層的可變化厚度在常規(guī)層壓過程中，通過層壓制造的產(chǎn)品在概念上被分割成許多構(gòu)成層，它們在層壓方向具有相同的厚度。在產(chǎn)品的生產(chǎn)中，首先確定構(gòu)成層的截面形狀，然后把所選材料的片材相互疊加，它們作為構(gòu)成層具有相同的厚度和相同的截面形狀。在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中，要確定產(chǎn)品(例如用于下模頭309的模型306)的構(gòu)成層，從而使該構(gòu)成層在層壓方向有不同的厚度值，而且使相鄰層有不同的外部輪廓或截面形狀或面積。換句話說，構(gòu)成層的截面形狀按以上所述方式進行確定，將具有相同截面形狀(作為各個構(gòu)成層)和有不同厚度值的合適片材相互疊加，形成產(chǎn)品。
在根據(jù)本發(fā)明原理的制造過程中，在層壓片材方向長距離都具有相同截面積或形狀的產(chǎn)品部分，不需要用兩個或更多個片材(它們每個都有相同的厚度)來形成，而可以用有相當大厚度的單個片材來形成。這種制造過程可以減少制造產(chǎn)品所需要的時間和費用。使用具有不同厚度值的片材為了容許用不同厚度值的片材來形成產(chǎn)品，需要提供具有所選厚度值的片材。根據(jù)本實施例，制造過程的層壓步驟包括這樣一個步驟，即在一平行于頂表面的平面內(nèi)，通過切割一矩形坯料而制備具有所要求的厚度值的片材，使用的是線性延伸熱切割導(dǎo)線，它沿著以上所指出的平面相對于坯料而移動。該熱切割導(dǎo)線適于產(chǎn)生熱以便熱熔融或熔化坯料的材料，由此切開該坯料，以提供具有所選厚度的片材。同時制造兩種或多種產(chǎn)品在傳統(tǒng)的層壓過程中，只能以疊層結(jié)構(gòu)的形式制造一個單一產(chǎn)品，該結(jié)構(gòu)由相互疊加的許多片材組成。然而，本發(fā)明都可以同時制造兩個種或多種單一層壓結(jié)構(gòu)形式的產(chǎn)品，而通過借助于在層狀結(jié)構(gòu)中形成的切口而從層狀結(jié)構(gòu)切掉不需要部分，把該結(jié)構(gòu)分割成分離的產(chǎn)品。如以下詳細所述的局部粘合相鄰片材，從而使得除去不需要部分，將層狀結(jié)構(gòu)分割為分離產(chǎn)品變得容易實現(xiàn)。片材的局部粘合可導(dǎo)致產(chǎn)品的幾何準確度或形狀準確度降低，因為準確度極大地依賴于每一片材(構(gòu)成層)的剛度或強度。然而，根據(jù)本制造方法，該片材可產(chǎn)生足夠大的剛度，因為該層狀結(jié)構(gòu)不需要由例如紙片材這樣的薄片材(所有這些片材都具有相同厚度)來組成。
例如，因為用于澆鑄圖2的上模頭和下模頭300，302的模型被設(shè)計成相互嚙合，因此這些模型可以作為一件單層狀結(jié)構(gòu)同時形成，該結(jié)構(gòu)由對應(yīng)于兩個模型的兩部分組成。在傳統(tǒng)方法中，兩件產(chǎn)品由相應(yīng)的兩個層狀結(jié)構(gòu)形成，因而要從每一層狀結(jié)構(gòu)切除相當大的部分。在本制造方法中，為制造這兩個模型而要從該層狀結(jié)構(gòu)中切去的部分的數(shù)量被大大減小了，材料費用因此可被降低。此外，根據(jù)本實施例，同時制造兩件或多件產(chǎn)品導(dǎo)致顯著降低所需制造的時間。片材的局部粘合在傳統(tǒng)的層壓方法中，相互疊加的相鄰片材，以在起始的接觸表面的整個面積都涂施的粘合劑而粘合在一起。即，相鄰的片材也在其在最后步驟中由工人用手工接著切除的部分中進行粘合。片材的這些部分(被稱作“層狀結(jié)構(gòu)的不需要部分)的粘合趨向于使工人難于辨別層狀結(jié)構(gòu)的不需要部分與生成所希望產(chǎn)品的其他部分或需要部分。因此工人可能錯誤地切去該層狀結(jié)構(gòu)的需要部分。另一方面，在根據(jù)本發(fā)明的原理的本制造方法中，相鄰片材僅在其在必要部分內(nèi)的接觸表面局部地粘合到一起，而這些必要部分最終制成產(chǎn)品。根據(jù)層狀結(jié)構(gòu)相鄰片材的這種局部粘合，片材在該層狀結(jié)構(gòu)的不需要部分不粘合到一起，當該不需要部分從該結(jié)構(gòu)切除以得到該產(chǎn)品時，該不需要部分可以容易地與其它部分相區(qū)別。
如上所述，本制造方法方便了所希望的一件產(chǎn)品或多件產(chǎn)品的生產(chǎn)，而在最后的材料切除步驟，不造成損壞，甚至在產(chǎn)品具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，或從一單個層狀結(jié)構(gòu)同時生產(chǎn)多件產(chǎn)品的情況下，都如此。
如圖1所示，在本實施例中該制造過程由數(shù)據(jù)處理步驟和層壓步驟所組成。數(shù)據(jù)處理步驟包括指示根據(jù)本實施例的產(chǎn)品(例如模型306)構(gòu)成層厚度值和外輪廓或形狀的數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。層壓步驟是基于在數(shù)據(jù)處理步驟所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)而制造模型的步驟。
在圖5中說明了數(shù)據(jù)處理步驟的細節(jié)。該數(shù)據(jù)處理步驟包括子步驟SS1，制造限定每件產(chǎn)品(由設(shè)計師設(shè)計的)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)；子步驟SS2，自動測定產(chǎn)品構(gòu)成層的厚度值；子步驟SS3，自動確定切割線318，在層壓步驟所形成的層狀結(jié)構(gòu)中沿此線提供切口；和子步驟SS4，自動確定相應(yīng)于產(chǎn)品相鄰構(gòu)成層的相鄰片材的粘合面積320。以上所指出的子步驟從SS1至SS4按說明的順序執(zhí)行。在子步驟SS3中的自動確定和子步驟SS4中的切割線，SS4的自動確定，對該產(chǎn)品的所有構(gòu)成層重復(fù)執(zhí)行，層的號碼用“N”表示。
制造過程的層壓步驟細節(jié)在圖6中說明。該層壓步驟包括子步驟SS11，由一切割工具以熱切割導(dǎo)線72的形式切割或切開坯料322，以提供預(yù)加工的片材324；子步驟SS12在中間層狀結(jié)構(gòu)上疊加片材324；子步驟SS13，在壓力下將片材324粘合到中間層狀結(jié)構(gòu)上；子步驟SS14沿著圖5中數(shù)據(jù)加工步驟的子步驟SS3中所確定的切割線318，在片材324中形成切口；子步驟SS15，涂施粘合劑至片材324的某區(qū)域，該區(qū)域?qū)?yīng)于圖5數(shù)據(jù)加工步驟中子步驟SS4所確定的粘合面積320；及子步驟SS16，從層狀結(jié)構(gòu)切除不需要部分，該結(jié)構(gòu)是通過對所有對應(yīng)于模型306構(gòu)成層的片材324，重復(fù)執(zhí)行子步驟從SS11至SS15，而最后形成的，而結(jié)構(gòu)層的厚度值是在圖5數(shù)據(jù)加工步驟中，在子步驟SS2中測定的。在本實施例中，子步驟SS15和SS13一起提供粘合相鄰片材的步驟，而涂施粘合劑的子步驟SS15在切割子步驟SS14之后執(zhí)行。如上所述，對于對應(yīng)于模型306(在圖5數(shù)據(jù)處理步驟中被確定)所有構(gòu)成層的片材324的每一個的都執(zhí)行從SS11至SS15的子步驟。
以下詳細敘述制造過程的數(shù)據(jù)處理步驟。盡管本實施例適于同時制造用于下模頭309的模型306，用于上模頭的模型，及用于模型306的增強元件310和用于上模頭的增強元件，如上所述，然而為了簡化解釋，以下的說明僅涉及用于下模頭309的模型306的制造。
數(shù)據(jù)處理步驟由圖7所示的數(shù)據(jù)處理裝置10來實施，它是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例而構(gòu)成的，以便產(chǎn)生制造層壓步驟中的模型306時所需的數(shù)據(jù)。
該數(shù)據(jù)處理裝置10包括計算機12(它包括中央處理器(CPU)14，只讀存儲器(ROM)16和隨機存取存儲器(RAM)18))。ROM16儲存著各種控制程序，包括在圖8流程圖中所解釋的執(zhí)行層厚確定子程序的程序。需要時CPU14適于執(zhí)行為實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理操作所需的那些程序，而同時使用RAM 18的臨時數(shù)據(jù)存儲功能。
往計算機12上連接輸入器件20，外存儲器器件22，顯示器24和打印機26。提供輸入器件20以使操作者能進入限定如已設(shè)計模型306的數(shù)據(jù)，而且外存儲器器件22存儲著各種數(shù)據(jù)，例如，固體模型數(shù)據(jù)，它們代表著模型306的詳細情況，并且它們是基于進入輸入器件20的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的。顯示器24有一熒光屏，它適于顯示進入輸入器件20的數(shù)據(jù)，和由計算機12產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。打印機26適于在合適的記錄介質(zhì)例如紙片上執(zhí)行打印操作。
數(shù)據(jù)處理裝置10有CAD功能和CAM功能，即，借助于計算機設(shè)計和制造所希望的零件和產(chǎn)品的功能。例如，CAM功能包括將零件的設(shè)計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)控數(shù)據(jù)，以便數(shù)控機床制造零件。
數(shù)據(jù)處理裝置10以下述方式執(zhí)行上述子步驟SS1-SS4(1)產(chǎn)品數(shù)據(jù)準備子步驟SS1在此子步驟SS1中，操作裝置10產(chǎn)生表示模型306的三維固體模型數(shù)據(jù)，同時在設(shè)計者或用戶通過輸入器件20送入的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，使用CAD功能。將所產(chǎn)生的固體模型數(shù)據(jù)存儲在外存儲器22中，并在需要時取回。
為了降低制造模型306所需的時間，重要的是使模型306的構(gòu)成層數(shù)N，即，對應(yīng)于片材324的數(shù)目N減至最小。在這方面，通過層壓制造的某些產(chǎn)品有一斜面部分，如圖9A中在326所表示的，即該部分不垂直于而是傾斜于構(gòu)成層的層壓方向。如果這樣的產(chǎn)品根據(jù)由計算機12所產(chǎn)生的產(chǎn)品數(shù)據(jù)在概念上被分割為構(gòu)成層，則對應(yīng)于該斜面部分326的構(gòu)成層，在該構(gòu)成層的層壓方向構(gòu)成層都具有對應(yīng)于預(yù)定厚度間距的最小厚度，這使該層的數(shù)目N趨于相當大，因而通過層壓片材而制造該產(chǎn)品所需的時間增多了。
為將制造時間降至最少，裝置10的用戶重新設(shè)計該產(chǎn)品，用如圖9B中所示的階梯部分代替該斜面部分326，在該圖中斜面的表面用例如4個階臺來近似。在此情況下，表示重新設(shè)計的產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，存儲外存儲器22中。此重新設(shè)計當在下一子步驟SS2中確定構(gòu)成層時有助于減少相應(yīng)于斜面部分326的構(gòu)成層數(shù)目。
然而，在上述情況下，例如由層壓對應(yīng)于構(gòu)成層的片材而形成的模型306這種產(chǎn)品，產(chǎn)生臺階部分而不是原設(shè)計的斜面部分。此臺階部分在圖1所述的機加工過程中通過機加工削去臺階328，如圖9C中所示，可被修正成原設(shè)計的斜面部分。此修正工作根據(jù)原產(chǎn)品數(shù)據(jù)和重新設(shè)計產(chǎn)品數(shù)據(jù)，用數(shù)控機床可合適地完成。此機加工過程可以擴大根據(jù)本發(fā)明原理進行的層壓的優(yōu)點，其中僅有一個構(gòu)成層對應(yīng)于臺階328的每一個。如果不進行機加工過程，則用模型306澆鑄而產(chǎn)生的下模頭309就不希望地產(chǎn)生臺階部分。
(2)自動層厚度測定于步驟SS2在自動層厚測定子步驟SS2中，執(zhí)行流程圖8中圖解說明的以上指出的層厚測定例行程序，以產(chǎn)生層厚數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)表示要制造的模型306的許多構(gòu)成層的預(yù)定厚度值。執(zhí)行此例行程序的程序存儲在數(shù)據(jù)處理裝置10的ROM16中。所測定的構(gòu)成層厚度值相應(yīng)于對應(yīng)片材324的厚度值，這些片材相互疊加，以形成在圖6層壓步驟中的模型306。
圖8的層厚測定例行程序?qū)⒄請D10A，10B和10C進行敘述。
圖8的例行程序用步驟S1啟動，在該步驟，要制造的模型306在顯示器24的熒光屏上顯示。顯示是根據(jù)在產(chǎn)品數(shù)據(jù)準備子步驟SS1所產(chǎn)生的，并已儲存在RAM 18中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)而進行的。在此條件下，該裝置10的操作者操作輸入器件20，以設(shè)計模型306構(gòu)成層的層壓方向，即這樣一個方向，在其中相應(yīng)于構(gòu)成層的片材324，在圖6層壓步驟中相互疊加。
步驟S1后跟著步驟S2，其中模型306的尺寸在所設(shè)計的層壓方向被預(yù)定的厚度間隔在概念上分割，以確定如圖10A中平行虛線所示的許多平行的臨時分割面。該臨時分割平面垂直于該臨時構(gòu)成層的層壓方向，并在該層壓方向按預(yù)定的厚度間隔相互隔開。表示臨時分割平面的平行線在顯示器24所提供的模型306的剖面圖上疊加，如在圖10A中也表示的那樣。厚度間隔是片材324厚度的較低極限，低于此值，用圖6層壓步驟中的熱切割導(dǎo)線72切割或切開坯料322不能準確地得到片材324。
然后，控制前進到步驟S3以確定如在已確定的臨時分割面中所見到的模型306的截面形狀。然后，步驟S4是進行計算臨時分割平面中模型306的截面表面積。因此可以測定相鄰臨時構(gòu)成層是否具有相同的截面表面積。計算出的臨時構(gòu)成層的截面表面積在圖10B中表示。在要制造的產(chǎn)品由兩個或多個零件組成(在此特例中其中之一是模型306)時，所要計算的截面表面面積是在每一臨時分割平面內(nèi)全部零件的總截面表面積。步驟S5緊跟著步驟S4，其中顯示器24顯示的是被確定的多個組臨時構(gòu)成層這一組，因此每組由一或多個臨時構(gòu)成層(它們在臨時分割平面有相同的截面表面積)組成。已確定的組在圖10C中以1，2，3，4，5和6表示。
然后，控制前進到步驟S6，提示操作者確定，在顯示器24上顯示的相鄰臨時構(gòu)成層的組是否被確定為模型306的最終構(gòu)成層。如果該操作者已操作輸入器件20確定所顯示的組作為最終構(gòu)成層，即如在步驟S6得到一個肯定的回答(是)，則控制就前進到步驟S7以確定在顯示器24上顯示的相鄰臨時構(gòu)成層的組作為最終構(gòu)成層。限定每一最終構(gòu)成層的臨時分割平面將被稱為“最終分割平面”。步驟S7后跟著步驟S8，在S8中限定每一最終構(gòu)成層的最終分割平面之間的距離，被計算為每一最終構(gòu)成層的厚度。因此已測定的模型306的最終構(gòu)成層的厚度值就被確定了。
如果操作者認為，在顯示器24上顯示的臨時構(gòu)成層組不應(yīng)被確定作為最終構(gòu)成層，則該操作者操作該輸入器件20至那種效果。在此情況下，在步驟S6就得到一否定決定(不)。控制前進到步驟S9，在S9中，操作者設(shè)計所希望的最終分割平面(最終構(gòu)成層)。在此情況下，在步驟S7最終分割平面或構(gòu)成層，像操作者所設(shè)計的那樣而被確定。由操作者進行的所希望最終分割平面的設(shè)計可通過設(shè)計臨時分割平面(如圖10A中用平行的虛線所表示的)來實現(xiàn)，此平面應(yīng)不是最終分割平面，即，此平面應(yīng)不限定最終構(gòu)成層。
例如，在某些情況下操作者設(shè)計最終分割平面，這些情況中，由某些臨時分割平面限定的臨時構(gòu)成層的截面表面積，跨越臨時分割線逐漸地或連續(xù)地變化，如圖11中的例子所示。如果操作者在步驟S9不設(shè)計所希望的最終分割平面，則在步驟S7確定的最終構(gòu)成層將包括最終構(gòu)成層，后者的截面表面積逐漸變化，且其厚度值等于預(yù)定的厚度間距。如果這種確定最終分割平面的方式不是操作者所希望的，則操作者設(shè)計合適的臨時分割平面，此時最終構(gòu)成層應(yīng)忽略不計。在圖11的例子中，由箭頭所表示的兩個臨時分割平面被忽略不計，因此只有兩個最終構(gòu)成層對應(yīng)于其截面表面積逐漸變化的模型306的厚度部分。因此步驟S9允許操作者修正由數(shù)據(jù)處理裝置10自動確定的最終分割平面或構(gòu)成層。
步驟S9緊接步驟S7和S8之后，因此由操作者設(shè)計的最終構(gòu)成層的厚度值被確定了。
(3)確定自動切割線的子步驟SS3在此確定自動切割線的子步驟SS3中，執(zhí)行第12流程圖中用圖解說明的確定切割線例行程序，以確定切割線，沿此切割線，在每一片材324(對應(yīng)于圖8例行程序中所確定的每一最終構(gòu)成層)中提供切口。執(zhí)行此例行程序的程序也存儲在ROM16中。
對圖12的確定例行程序切割線將參考圖5加以說明，在圖5中，從上邊數(shù)的第三和第四視圖是模型306的第四最終構(gòu)成層的透視圖，該層在從上邊數(shù)第二視圖中在截面中以4表示。這些透視圖顯示在最終要被切除的最終構(gòu)成層不需要的部分形成切口(在子步驟SS16中)的切割線318，而這些切口限定了在所制造的模型306中保留部分的外輪廓。
圖12的子程序從步驟S21開始，以決定在已確定的最終分割平面中模型306的截面形狀或面積。這些截面積由每個最終構(gòu)成層的上表面和下表面的外輪廓所限定。在圖5的例子中，第四最終構(gòu)成層(它對應(yīng)于圖4下模頭309的平面部分313)的上表面和下表面輪廓被確定。在此例中，上表面和下表面輪廓彼此等同。
然后，控制前進到步驟S22，在其中計算出每一最終構(gòu)成層上表面和下表面截面形狀的樣式總和(作為最終構(gòu)成層的“總體輪廓”)。在上表面和下表面輪廓相等的情況下(如圖5例子中那樣)，總體輪廓與上表面和下表面輪廓相等。在上表面和下表面輪廓相互不同的情況下，總體輪廓就是在正在談?wù)摰淖罱K構(gòu)成層層壓方向通過疊加上述最終構(gòu)成層上表面和下表面的截面積或形狀而得到的輪廓。后一種情況應(yīng)用于兩個最終構(gòu)成層的每一個，該構(gòu)成層是就圖11的例子而論、忽略以上所述兩個臨時分割平面而確定的。這樣，各個最終構(gòu)成層的輪廓(總體輪廓)都在步驟S22中確定了。
步驟S22后面跟著步驟S23，以便沿著所確定的每一最終構(gòu)成層輪廓確定切割線，如圖5第三個視圖所示，并產(chǎn)生代表所確定的切割線位置的切割線數(shù)據(jù)。在模型306制造過程中該切割線數(shù)據(jù)用于在圖6所指出的子步驟SS14中，在對應(yīng)于每個最終構(gòu)成層的片材324上，形成切口。
然后，執(zhí)行步驟S24以確定點陣形式的切割線，用于在最終構(gòu)成層的不需要部分(它在子步驟SS16中最后被切除)形成切口。提供這些切割線(也在圖5第三視圖中表示出)以便于工人對不需要部分的切除。也產(chǎn)生表示這些切割線位置的切割線數(shù)據(jù)。
然后控制進入步驟S25，以便在步驟S23和S24中圖所產(chǎn)生的切割線數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生切刀軌跡數(shù)據(jù)。該切刀軌跡數(shù)據(jù)表示在圖6子步驟SS14中切除片材324所用切刀104的軌跡。
(4)確定自動粘合面積的子步驟SS4在確定自動粘合面積子步驟SS4中，執(zhí)行第13流程圖中解說明的確定粘合面積例行程序以便確定在對應(yīng)于相鄰最終構(gòu)成層的相鄰片材324之間的粘合面積。執(zhí)行此例行程序的程序也存儲在ROM16中。
圖13的例行程序從步驟S41開始，以便確定最后加工的最后構(gòu)成層上表面輪廓和現(xiàn)在加工的最終構(gòu)成的下表面輪廓。然而，這些相鄰構(gòu)成層的上表面和下表面輪廓可由這些構(gòu)成層的總體輪廓代替。然后，計算在相鄰構(gòu)成層上表面和下表面的截面形狀或面積的產(chǎn)品形狀，作為當前已加工的構(gòu)成層的粘合面積320，如圖5第四視圖中所示。在圖5的例中，以上所示的產(chǎn)品形狀與在第五最終構(gòu)成層下表面處的模型306橫截面形狀或面積相同。因此，這樣確定的粘合面積324相應(yīng)于相應(yīng)片材324上的粘合面積，這使得粘合劑僅涂施到對應(yīng)于保持在所制造產(chǎn)品306中的片材324的一部分的粘合面積320上。
步驟S41后跟著步驟S42以產(chǎn)生涂布器軌跡數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)表示涂布器110為涂施粘合劑至相應(yīng)片材324的粘合面積(該面積對應(yīng)于在步驟S41中所確定的粘合面積320)所走的軌跡。
盡管已經(jīng)敘述了用于執(zhí)行圖5的數(shù)據(jù)處理步驟的數(shù)據(jù)處理裝置10，還要參照圖14敘述用于執(zhí)行圖6層壓步驟的層壓裝置50。數(shù)據(jù)處理裝置10和模型制造裝置50合作，構(gòu)成用于制造形狀如模型306的產(chǎn)品的制造裝置的一個實施例。
如圖14所示，層壓裝置50包括坯料切片機構(gòu)52，層壓機構(gòu)54，壓力粘合機構(gòu)56，切割機構(gòu)58，粘合劑涂布機構(gòu)60和數(shù)控機構(gòu)62。圖14還顯示了一中間層壓機構(gòu)，它由用于下模頭309的模型306的制造過程中的四個片材324組成。
坯料切片機構(gòu)52包括一用于夾持被切坯料322的夾具70，，上述熱切割導(dǎo)線72形式的切刀(它沿著與圖14的平面相垂直的直線延伸)，和用于使熱切割導(dǎo)線72通電的電源74。夾具70由升降裝置76垂直移動，致使坯料322的頂表面被夾持在預(yù)定的高度位置。
塊狀切片裝置52進一步包括一水平移動機構(gòu)78，它用于相對于在水平平面的坯料322，移動熱切割導(dǎo)線72，和包括一垂直移動機構(gòu)80，它用于相對于面的坯料322，移動熱節(jié)割導(dǎo)線72。為了將坯料322切開以得到具有預(yù)定厚度(該厚度對應(yīng)于相應(yīng)最終構(gòu)成層的厚度值，它是在步驟S8中確定的)的片材324。熱切割導(dǎo)線72用垂直移動機構(gòu)80根據(jù)片材324的厚度相對于坯料322而垂直設(shè)置，導(dǎo)線72用水平移動機構(gòu)78相對于坯料322水平移動，以便在平行于頂表面的平面內(nèi)切割坯料322。
坯料322是由發(fā)泡聚苯乙烯形成的，因此坯料322沿著導(dǎo)線72所定的軌跡被熱切割導(dǎo)線72產(chǎn)生的熱局部熔融或熔化。塊狀切片機構(gòu)52從數(shù)據(jù)處理裝置10接收通過執(zhí)行圖8的例行程序而得到的層厚數(shù)據(jù)，使得基于正被提到的最終構(gòu)成層的厚度而控制垂直移動機構(gòu)80，而該厚度表示通過將坯料322切開而生產(chǎn)的相應(yīng)片材324的厚度。
在本實施例中，坯料切片機構(gòu)52用作片材供應(yīng)機構(gòu)以提供片材324，這些片材用層壓機構(gòu)54相互疊加，以形成層狀結(jié)構(gòu)(例如模型306)。
層壓機構(gòu)54包括一個平臺90(在其上放置層狀結(jié)構(gòu))，一臺升降機(用于垂直移動平臺90)，以及傳送機構(gòu)94(用于傳送片材324)。操縱升降機92以改變平臺90的垂直位置，以使中間層壓結(jié)構(gòu)的頂表面固定在預(yù)定高度位置。傳送機構(gòu)94包括呈吸管96形狀的夾持器，用于夾持由坯料切片機構(gòu)52生產(chǎn)的片材324，以及包括用于將吸管96從坯料322的位置移動到平臺90之上預(yù)定位置的適宜工具。在預(yù)定位置，吸管96釋放片材324，從而把它放在位于平臺90上的中間層壓結(jié)構(gòu)的頂片材324上。
壓力粘合機構(gòu)56有一呈承壓滾筒100形式的加壓器元件，它適于將最后放置的片材324對著中間層壓結(jié)構(gòu)的頂片材324施壓，致使這些片材324牢固地被粘合劑粘合在一起，而這些粘合劑是已涂施到上述頂片材324的上表面的粘合區(qū)域上的。承壓滾筒100在最后放置的片材324上表面之上進行滾壓，同時以向下的方向施加壓力，致使最后放置的片材324平坦地壓蓋在其整個表面區(qū)域上。
切割機構(gòu)58包括上述切刀104，切刀供料機構(gòu)106，和切割深度調(diào)節(jié)機構(gòu)108。
切刀104適于在與上表面成直角而切割最后放置的片材324。在本實施例中，切刀104是一個適于產(chǎn)生激光例如CO2激光的激光發(fā)生器。用激光切割在切割過程中不產(chǎn)生作用于片材324上的力，因而防止片材324由于切割作用而產(chǎn)生的變形，這導(dǎo)致改進了切割準確度。
切刀送料機構(gòu)106，適于根據(jù)從數(shù)據(jù)處理裝置10接收的切刀軌跡數(shù)據(jù)，彼此在水平方向送入切刀104和最后放置的片材324，因此沿著由切刀軌跡數(shù)據(jù)表示的切割線，在片材324中形成切口。在本實施例中，切刀供料機構(gòu)106僅適于相對于平臺90上靜止的層壓結(jié)構(gòu)，進給切刀104。然而，僅有平臺90可以相對于靜止的切刀104移動，或切刀104和平臺90可彼此相對移動。
切割深度調(diào)節(jié)機構(gòu)108適于根據(jù)數(shù)據(jù)處理裝置10接收的層厚數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)在最后放置的片材324中由切刀104形成的切口深度。通常，可將由切刀104形成的切口深度調(diào)節(jié)至等于最后放置的片材324的厚度值，因此，在這個最后放置的片材324中形成的切口，沒有到達支承著最后放置片材324的片材324。切割深度調(diào)節(jié)機構(gòu)108可被安排，以控制激光的輸出，切刀104(相對于片材324)的進刀速率，或切刀104與最后放置的片材324的上表面之間的垂直距離。
粘合劑涂布機構(gòu)60包括涂布器110和涂布器進給機構(gòu)112。該涂布器進給機構(gòu)112適于根據(jù)從數(shù)據(jù)處理裝置10接收的涂布器軌跡數(shù)據(jù)，在水平方向彼此相對地進給涂布器110和最后放置的片材324，因而將粘合劑涂施到最后放置的片材324的粘合區(qū)域。在本實施例中，涂布器進給機構(gòu)112適于相對于靜止的層壓結(jié)構(gòu)僅進給涂布器110。
僅為了說明的目的，數(shù)據(jù)處理裝置10和層壓裝置50已連同模型306形狀的產(chǎn)品加以敘述，該模型用于澆鑄圖4的下模頭309。在順流制造用于上模頭和下模頭的模型及用于這些模型的增強元件的情況下，通過層壓片材而形成的層壓結(jié)構(gòu)包括產(chǎn)生這四個零件的部分，和要隨后切除的部分，如圖15中所示其中參考號330和332分別表示用于上模頭的模型和用于此模型的增強元件，而參考號334和336表示從該層壓結(jié)構(gòu)的底部數(shù)起的第二片材和第四片材。參考號338表示要被切除的不需要部分。圖16是第四片材336當朝其上表面看時的平面圖。不需要部分338由切割線限定，該切割線也限定了產(chǎn)生模型306，330的部分的輪廓。
在以上的實施例中，塊狀切片機構(gòu)52作為提供片材324的片材供應(yīng)機構(gòu)，通過垂直移動機構(gòu)80，改變切刀104和坯料332的垂直相對位置，適于在水平平面切割坯料332。然而，片材324的厚度可以由其它安排來調(diào)整。
例如，坯料切片機構(gòu)52可由圖17所示的片材供應(yīng)機構(gòu)190，或如圖18所示的片材供應(yīng)機構(gòu)192代替。在圖17的片材供應(yīng)機構(gòu)190中，可以制備許多具有不同厚度值的料片，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理裝置10接收的層厚數(shù)據(jù)來選擇這些料片中合適的一張。更具體地說，片材提供機構(gòu)190使用三個具有不同厚度值的料片的輥子，并且包括一選擇機構(gòu)200(該機構(gòu)適于根據(jù)層厚數(shù)據(jù)選擇三個輥中的一個)，和一切割機構(gòu)202，該機構(gòu)用于切割所選輥的料片，以制備具有合適厚度的切割片材204。
圖18的片材供應(yīng)機構(gòu)192適于通過層壓許多具有相同厚度的片材而得到具有適宜厚度的層壓片材226。被相互層壓從而生產(chǎn)層壓片材226的這些片材的數(shù)目是根據(jù)從數(shù)據(jù)處理裝置10接收的層厚數(shù)據(jù)而確定的。更具體地說，片材供應(yīng)機構(gòu)192使用四個具有相同厚度的料片輥，并且，包括適于選擇輥數(shù)目的選擇機構(gòu)220，輥的料片用于生產(chǎn)疊層片材226。選擇機構(gòu)220根據(jù)從裝置10接收的層厚數(shù)據(jù)操作。片材供應(yīng)機構(gòu)192還包括用于切割所選擇的輥的料片，從而制備至少一層切片的切割機構(gòu)222，以及包括一臺層壓機構(gòu)，它在收到來自切割機構(gòu)222的兩片或多片切片時進行操作。該層壓機構(gòu)224被安排用來層壓切片，以便生產(chǎn)具有適宜厚度的疊層片材226。在從切割機構(gòu)222僅供應(yīng)一片切片的情況下，則這一切片僅通過層壓機構(gòu)224，并作為用于形成層狀結(jié)構(gòu)的片材226供應(yīng)。
在已說明的實施例中，由于各個數(shù)據(jù)處理和層壓裝置10，50被自動控制，使數(shù)據(jù)處理和片材的層壓最大限度地自動化了，對操作者操作的要求最少，因而操作者的工作量被大大降低了，這導(dǎo)致操作者錯誤操作的風(fēng)險降低了。
如果制造產(chǎn)品例如模型306的制造方法的數(shù)據(jù)處理和層壓步驟不是全自動化的，而且當不是產(chǎn)品的設(shè)計者的操作者要通過閱讀產(chǎn)品的圖紙而涉及產(chǎn)品數(shù)據(jù)時，為了避免操作者對產(chǎn)品圖紙的錯誤閱讀或錯誤理解，應(yīng)對設(shè)計者在設(shè)計產(chǎn)品時強加某些限制。
在產(chǎn)品中空部分配置加強肋的場合，在設(shè)計產(chǎn)品時可能提出這種限制，其中空部分有一恒定的截面形狀。圖19A顯示了具有長方形截面形狀中空部分的產(chǎn)品，如在XYZ坐標系的X-Y平面所見。在這種情況下，希望用兩條延伸穿過中空部分的平行肋240來加強該產(chǎn)品，此肋240平行于長方形截面形狀的短邊。該產(chǎn)品不總是放置成長方形的長邊和短邊平行于X和Y軸。該產(chǎn)品可以放置成該長方形相對于X和Y軸以一定的角度傾斜，如圖19A的上部視圖所示。對于擠壓所用的模頭來說可能出現(xiàn)這種情況。如果對上述放置的產(chǎn)品在X-Z平面來看，該產(chǎn)品圖的讀者在X-Z面就可能錯誤地認兩個肋240為四根肋，因為兩條肋240的每條的兩個端頭都出現(xiàn)在圖紙上，如在圖19A中下部視圖的閉合面積內(nèi)所表示的那樣。如果產(chǎn)品設(shè)計成按預(yù)定放置的產(chǎn)品的兩條肋240平行于X或Y軸，如在圖19B的上部視圖所示，使得該圖的讀者可在X-Z平面正確地認別兩條肋240，這就可避免以上的錯誤認識。在此情況下，肋240相對于該產(chǎn)品中空部分截面的長方形短邊和長邊傾斜。此肋240的傾斜是對設(shè)計者強加的限制，以便避免產(chǎn)品圖被錯誤閱讀。這種限制降低了肋240用于提高產(chǎn)品強度的剛度的追求效果。換句話說，犧牲產(chǎn)品的強度和剛度來防止讀者對產(chǎn)品圖的誤讀。
在本發(fā)明的說明實施例中，由片材的層壓來制造產(chǎn)品的數(shù)據(jù)處理，基本上是完全自動化的，并且減少了在產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理中操作者的操作機會。即，所說明的實施例對于降低對操作者閱讀產(chǎn)品圖紙的要求是有效的，并且對于減少強加給產(chǎn)品設(shè)計者的限制是有效的，這些限制將犧牲產(chǎn)品的預(yù)定質(zhì)量，例如由如上述肋提供的預(yù)定強度和剛度。因此，所說明的實施例保證了產(chǎn)品的最佳設(shè)計。
在所說明的實施例中，切割片材324因而限定層壓結(jié)構(gòu)(模型306)外輪廓的切刀104應(yīng)這樣定向，即，切口的方向總是垂直于每片片材324的表面。在所給出的最終構(gòu)成層上表面和下表面的截面積或形狀彼此不同的情況下，上表面和下表面截面面積的總和被確定為該構(gòu)成層的全部輪廓，沿著此輪廓用切刀104切割相應(yīng)的片材324。如果切刀104的切口方向相對于片材324的表面是變化的，則基本上不必沿著全部輪廓進行切割，在上表面和下表面截面面積不同的情況下，可在上表面和下表面的不同位置切割片材。在這種情況下，改進了層壓結(jié)構(gòu)的尺寸或外形準確度，并且因此而降低了對后來進行機械加工操作以修正層狀結(jié)構(gòu)至所想要的產(chǎn)品的要求。
應(yīng)該理解，被相互疊加而形成層狀結(jié)構(gòu)的片材可以具有不同的厚度值，并且只在生成最終產(chǎn)品的片材部分內(nèi)的粘合區(qū)域粘合在一起。后者的局部粘合特征使得能較容易地切除未粘合在一起的不需要部分。該局部粘合特征是可用的，而沒有片材(構(gòu)成層)的可變化厚度特性，因此可被應(yīng)用于傳統(tǒng)的層壓方法中(在該方法中，所有的片材或構(gòu)成層都有相同的厚度)。
在已說明的實施例中，如上所述，操作者參與最終分割平面或步驟S6和S9中構(gòu)成層的確定，因為在構(gòu)成層層壓方向，具有相同截面面積的產(chǎn)品部分不必被確定為最終構(gòu)成層(片材324)。盡管模型306在圖10C中2所指示的部分應(yīng)被看作構(gòu)成層或片材，但圖21A中所示產(chǎn)品的中間傾斜的厚度不變部分，即使如圖21B中所示的該具有相同截面面積的部分，也不應(yīng)被當作或被確定為最終構(gòu)成層。即，產(chǎn)品的最終分割平面或構(gòu)成層只簡單地根據(jù)每個具有預(yù)定厚度間距的臨時構(gòu)成層具有或不具有相同截面面積，是不能正確地確定的。
在這方面，數(shù)據(jù)處理裝置10可以以合適的控制顯示器24的方式來提供，以指出相對于層壓方向傾斜的產(chǎn)品恒定厚度部分，此傾斜的恒定厚度部分在顯示器24上的顯示，幫助操作者正確地確定最終分割平面或構(gòu)成層。在所說明的實施例和這一改進的實施例中，產(chǎn)品被分割為最終構(gòu)成層不是完全自動進行的，而是以操作者的幫助而實現(xiàn)的。
然而，產(chǎn)品的分割或最終分割平面的確定可以完全自動化進行。例如，對于具有相同截面面積的產(chǎn)品部分可以完全自動化地確定最終分割平面。在此情況下，計算出由對應(yīng)于上述部分的臨時分割平面所限定的臨時構(gòu)成層截面面積的中心位置，如果該對應(yīng)截面面積的中心未落在與構(gòu)成層層壓方向平行的直線上，則該臨時分割平面被確定為最終分割平面。該臨時構(gòu)成層截面面積的中心位置可由該截面面積的輪廓代替。在這種情況下，如果該輪廓未與上述的直線成一線，則該臨時分割平面就被確定為最終分割平面。然而，在上述情況下，希望顯示器24顯示出所有被確定為最終分割平面的臨時分割平面，并提示操作者接受或拒絕這些最終分割平面。
盡管參照附圖以上已詳細敘述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例和其某些改進，然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明可以以各種其它變化、變更和改進來實施，對于本領(lǐng)域的熟練人員來說，在不背離以下的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍情況下，這些都可出現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種在概念上分割產(chǎn)品(306，310，330，332)為許多構(gòu)成層，通過層壓對應(yīng)于該構(gòu)成層的片材(324，204，226)而制造該產(chǎn)品的方法，其中確定該構(gòu)成層的每片的厚度和形狀，從而使得相鄰的該構(gòu)成層有不同的厚度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，它包括確定該構(gòu)成層的不同厚度值的步驟，使相鄰構(gòu)成層具有不同形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中該測定該構(gòu)成層的該厚度值的步驟包括(a)確定許多平行的臨時分割平面，它們都垂直于該片材的層壓方向，并在該層壓方向以預(yù)定的間距相互隔開，該臨時分割平面限定許多臨時構(gòu)成層；(b)計算在該臨時分割平面內(nèi)該產(chǎn)品的截面積；(c)確定相鄰的該臨時分割平面之一為最終分割平面，該平面對應(yīng)于某一位置，在該位置已計算的截面積在該層壓方向變化；以及(d)根據(jù)該相鄰最終分割平面之間在該層壓方向的距離，確定由最終分割平面所限定的每一最終構(gòu)成層的厚度。
4.一種制造產(chǎn)品(306，310，330，332)的方法，它包括根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項的將產(chǎn)品在概念上分割為許多構(gòu)成層的方法，并且還包括制備該片材(324，204，226)，其厚度值基本上分別等于該許多構(gòu)成層的厚度值；在平臺(90)上相互疊加該片材形成一層狀結(jié)構(gòu)；將該相鄰片材互相粘合，每次將該相鄰片材之一疊加到該相鄰片材的另一片上；在粘合該每一片材至相鄰片材之后，切割該每一片材，在該每一片材上形成切口(318)以便從在該外部輪廓之內(nèi)的該每一片材的需要部分(306，310，330)切除該每一片材的不需要部分(338)，該部分位于該構(gòu)成層相應(yīng)之一的輪廓外面，該外部輪廓被確定為該相應(yīng)之一構(gòu)成層的該形狀；以及在該切口處切除該每一片材的該不需要部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中在該切口處的該每一片材的該不需要部分，在該層壓結(jié)構(gòu)的該片材的最后一片進行該粘合和該切割之后，才被切除。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其中粘合該相鄰片材的步驟包括在該每一片材的該需要部分之內(nèi)的粘合區(qū)域，將相鄰的片材相互粘合。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6任一項的方法，其中該產(chǎn)品是用于通過澆鑄而形成物品(300，302，309)的模型(306，330)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中構(gòu)成所說模型的該片材是這樣一種材料形成的，該材料暴露于由引入模具的熔融金屬(312)所傳出的熱時會消失，這使得由該材料所占據(jù)的體積被該熔融金屬填充，由此該模型在該模具內(nèi)形成。
9.通過澆鑄形成一物品(300，302，309)的方法，它包括根據(jù)權(quán)利要求8的方法制造一模型(306，330)；以及用所制造的模型通過澆鑄形成該物品。
10.一種制造產(chǎn)品的方法，它包括用根據(jù)權(quán)利要求9的方法形成一物品(300，302，309)；和用該物品作為模具的一部分(300，302，309)，形成該制品。
11.一種在概念上將一產(chǎn)品(306，310，330，332)分割為許多構(gòu)成層，以便通過層壓對應(yīng)于該構(gòu)成層的片材(324，204，226)而制造該產(chǎn)品的裝置，其中，確定每一個該構(gòu)成層的厚度和形狀，從而使得該構(gòu)成層的相鄰層具不同的厚度值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，它包括用于測定該構(gòu)成層的該厚度值的厚度測定機構(gòu)(12，SS2，S1-S9)，相鄰構(gòu)成層有不同的形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中該厚度測量機構(gòu)包括(a)臨時分割平面的測定工具(S2)，用于測定許多平行的臨時分割平面，這些平面垂直于該片材的層壓方向，并且在該層壓方向以預(yù)定的間距相互隔開，該臨時分割平面限定許多臨時構(gòu)成層；(b)計算工具(S3，S4)，用于計算該產(chǎn)品在該臨時分割平面內(nèi)的截面面積；(c)最終分割平面的確定工具(S5，S6，S7，S9)，用于確定該臨時分割平面相鄰層作為最終分割平面，該平面對應(yīng)于這樣一個位置，在該位置該相鄰臨時構(gòu)成層的已計算的截面面積在該該層壓方向變化；及(d)厚度測定工具(S8)，用于測定由最終分割平面限定的每一最終構(gòu)成層的厚度，這是基于以該最終分割面相鄰層在該層壓方向之間的距離的。
14.用于制造產(chǎn)品(306，310，330，332)的裝置(10，50)，它包括根據(jù)權(quán)利要求11-13任一項用于在概念上將該產(chǎn)品分割為許多構(gòu)成層的裝置(10)，并且還包括片材供應(yīng)機構(gòu)(52，94)，它用于制備該片材(324，204，226)，片材厚度值分別基本上等于該許多構(gòu)成層的那些厚度值；層壓機構(gòu)(54)，它用于在平臺(90)上相互疊加該片材形成一疊層結(jié)構(gòu)；粘合機構(gòu)(56，60)，它用于相互粘合該片材的相鄰層，每次將該相鄰片材之一疊加到另一相鄰片材之上；以及切割機構(gòu)(58)，它用于在粘合該每一片材至相鄰片材之后，切割每一該片材，在該每一片材中形成切口(318)，以便從位于該輪廓之內(nèi)的該每片材的需要部分(306，310，330)切除該每一片材的不需要部分(338)，該不需要部分在對應(yīng)的該構(gòu)成層輪廓之外，該輪廓被確定為該對應(yīng)一層構(gòu)成層的該形狀。
15.一種用于制備具有預(yù)定厚度的片材(324)的裝置，它包括夾持坯料(322)的夾具(70)；用于切割被該夾具夾持的該坯料的切割工具(72)；用于在第一平面相對移動該夾具和該切割工具的第一移動機構(gòu)(78)，以便用該切割工具在平行于該第一平面的平面提供貫穿該坯料的切口，用于除去該坯料的一部分而作為該片材；以及在與該第一平面相交的第二平面內(nèi)，相對移動該夾具和該切割工具，以便改變切口的平面的位置，調(diào)整該片材的厚度的第二移動機構(gòu)(80)。
16.在概念上將一產(chǎn)品(306，310，330，332)分割為許多構(gòu)成層，以便通過層壓對應(yīng)于該構(gòu)成層的片材(324，204，226)來制造該產(chǎn)品的方法，當該產(chǎn)品在概念上被分割或該許多構(gòu)成層時，其中，該產(chǎn)品是由各部件(306，310，330，332)的結(jié)合而構(gòu)成的，這些部分在預(yù)定的相互位置關(guān)系中彼此相對配置，而且其中每一構(gòu)成層的厚度和形狀都被確定，從而使得該構(gòu)成層的相鄰層具有不同的厚度值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中該產(chǎn)品的該部件包括由澆鑄來形成的模頭(300，302，309)用的模塑(306，330)，該模頭用于形成物品。
18.一種制造產(chǎn)品(306，310，330，332)的方法，它包括根據(jù)權(quán)利要求17將該產(chǎn)品在概念上分割成許多構(gòu)成層的方法，還包括相互疊加該片材324，204，226)以形成一層狀結(jié)構(gòu)的步驟，該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生該模型，而且其中該模型與大量型砂(3.08)一起形成用來制成該模頭的模具。
全文摘要
在概念上將一產(chǎn)品(306，310，330，332)分割成許多構(gòu)成層，以便通過層壓對應(yīng)于該構(gòu)成層的片材(324，204，226)而制造產(chǎn)品的方法和裝置(10)，其中每一構(gòu)成層的厚度和形狀都要確定，從而使得相鄰構(gòu)成層具不同的厚度值。該方法和裝置適于用作通過層壓和粘合該片材而制造產(chǎn)品的方法和裝置(10，50)的一部分。
文檔編號B29C67/00GK1159386SQ9612274
公開日1997年9月17日 申請日期1996年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月13日
發(fā)明者山田登 申請人:豐田自動車株式會社