用于生成模具組件的模的添加制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種包含利用添加制造技術生成隨后用于鑄造模具組件和用于模具沖壓工藝的模座的模和原型部件的方法。
【專利說明】用于生成模具組件的模的添加制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及用于生成用于鑄造在模具總成(die assemblies)上使用的模具組件(die components)的模(mold)和原型部件(pattern parts)的添加制造技術的應用以及用于制造模座(die shoe)的模的添加制造技術的應用。

【背景技術】
[0002]例如卷邊鋼(trim steel)、廢料切刀、凸緣鋼、形成鋼(form steel)、沖孔嵌入物(pierce insert)、卷邊嵌入物(trim insert)、圓塊嵌入物(button block insert)等這樣的模具組件，是形成和切除車輛部件，例如引擎蓋、車門或形成的其它類似部件的多余鋼板的沖壓模具總成的組件。存在許多用在每種沖壓模具總成的模具組件，每一個都具有唯一的構造和功能。因此，利用包含用機器裝備模原型以形成鑄造模具組件的砂型芯的傳統(tǒng)的砂鑄造方法鑄造多個模具組件是不切實際的。本發(fā)明提供生成可以隨后用于鑄造工藝中鑄造具有近凈尺寸(near net-shape)的成品部件的一個或多個模具組件的原型部件或模型芯包(mold core package)的技術。這樣,本發(fā)明提供大大降低了鑄造之后需要在部件上完成的精加工工作(finishing work)量的鑄件。此外,本發(fā)明提供一種包含用較少的原材料(stock material)鑄造近凈尺寸模具組件部件的方法。
[0003]制造模具組件的常用方法是通過熔模鑄造工藝(investment casting process),該工藝包含原型技工將Styrofoam? (聚苯乙烯泡沫塑料)片膠合在一起形成模具組件的近似形狀，然后將Styrofoam?加工成要鑄造的模具組件的期望的形狀和尺寸。近來，該技術被稱為減法制造并且還與加工成模具組件的近似形狀的金屬塊或其它這樣的坯料一起使用。該加工工藝缺乏鑄造近凈尺寸的模具組件需要的精確度。因此，多達1mm的額外加工原料留在減法制造的原型部件和產生的鑄件上。必須利用包含掃描物體并生成基于期望部件的實際形狀的CNC程序的冗長工藝加工該額外加工原料。在最終鑄件上具有額外加工原料需要多個粗加工步驟，尤其當模具組件上需要切削刃(cutting edge)時。多個粗加工步驟必不可少，原因在于鑄件上的額外原料通常超過CNC機床的穿透深度，使得首先必須通過許多粗切削操作移除額外原料。部件必須在粗加工工藝之間硬化并且最終進行精加工。本發(fā)明消除了包含在制造成品模具組件中的若干鑄造后的步驟。


【發(fā)明內容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種制造用于鑄造模具組件的原型部件的方法，包括:(a)在構建平臺(build platform)上沉積薄層聚合粉末的步驟以及(b)對薄層聚合粉末的特定區(qū)域選擇性地施加溶劑從而在所述區(qū)域粘結聚合粉末以確定原型部件的橫截面的步驟。重復步驟(a)和(b)制造具有要鑄造的模具組件的構造的完整的原型部件。然后用漿料涂覆原型部件形成圍繞原型部件的外殼。然后加熱外殼使外殼硬化并使原型部件蒸發(fā)，從而生成包含原型部件的陰像(negative image)的外殼。將熔融材料燒注至外殼中形成模具組件。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造模具組件的方法，包括利用添加制造工藝形成模型芯包的步驟，其中模型芯包包含要鑄造的模具組件的陰像。將熔融材料澆注至模型芯包中并且冷卻熔融材料以形成模具組件，該模具組件具有在加或減Imm至5_的準確度范圍內的近凈構造(near net configurat1n)的模型芯包。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種制造用于鑄造模具組件的多個砂模包的方法，包括利用添加的3D印刷機印刷多個砂模包的步驟，其中多個砂模包包含一個或多個模具組件構造。將從多個砂模包中選擇的砂模包嵌套到具有與每一個選擇的砂模包連通的流道的鑄造結構中。利用流道將熔融材料澆注至鑄造結構中填充每一個選擇的砂模包。然后冷卻熔融材料以形成具有每一個選擇的砂模包的近凈構造的唯一模具組件。
[0007]所屬【技術領域】的技術人員閱讀下述的說明、權利要求和附圖后會更好地理解本發(fā)明的這些和其它方面、目的及特征。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是在砂印裝置形成砂模包之前的工作箱或剛性容納箱的俯視透視圖；
[0009]圖2是在工作箱中散布一層細微粒時圖1的工作箱的俯視透視圖；
[0010]圖3是當通過砂印裝置將粘合劑加到印刷區(qū)中以形成砂模包的橫截面層時圖1的工作箱的俯視透視圖；
[0011]圖4是砂印裝置印刷若干層砂后的圖1的工作箱的俯視透視圖；
[0012]圖5是新的細微粒層正覆蓋工作箱的印刷表面的圖1的工作箱的俯視透視圖；
[0013]圖6是已經印刷多個模型芯包并且從印刷裝置中移除工作箱之后的圖1的工作箱的俯視透視圖；
[0014]圖6A是當從工作箱中移除時的多個模型芯包的透視圖，其中模型芯包由粘合的砂制成并且多余的未粘合的砂將要移除；
[0015]圖7是上、下型模總成的俯視透視圖，其中上、下型模總成具有嵌套在其中的印刷的砂模包；
[0016]圖8是鑄造的模具組件的透視圖；
[0017]圖9是模具總成的透視圖，其中模具總成具有附于其上的模具組件；以及
[0018]圖10是表示用于生成原型部件的添加制造工藝的流程圖。

【具體實施方式】
[0019]為了進行說明，此處的術語“上”(“upper”)，“下”(“l(fā)ower”)，“右”(“right”)，“左”(“l(fā)eft”)，“后” (“rear”)，“前” (“front，，)，“垂直”(“vertical，，)，“水平”(“horizontal”)及其派生詞將涉及圖1所示的發(fā)明。但是，應理解到的是，本發(fā)明可以采用各種可供選擇的方位，除非有相反的明確說明。還應理解到的是，附圖所示及說明書所說明的具體裝置和程序僅是簡單示例性的實施方式。因此，關于此處公開的實施方式的具體的尺寸和其它物理特征不應被認為是限制性的，除非權利要求中另有明確聲明。
[0020]由于本發(fā)明的準確度和自動化，本發(fā)明消除了制造模具組件的工藝中的許多步驟，節(jié)省了制造模具組件的大量時間、材料和成本。利用添加制造或添加制備技術，本發(fā)明的準確度和自動化允許消除生成期望的模具組件的若干后鑄造工藝步驟。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過各種每次一層地三維制造?；蛟筒考奶砑又圃旃に囂峁奚＞吆蜖奚筒考?。用在本發(fā)明的添加制造工藝中的犧牲材料包括環(huán)氧樹脂、砂、砂與陶瓷的混合物、粉末金屬、塑料樹脂等等。在本發(fā)明的添加制造工藝中，通過生產并連續(xù)地堆疊如在添加制造機中產生的期望的模或部件的薄橫截面層裝配三維(3D)?；蛟筒考?。為了生成用在本發(fā)明的方法中的三維部件，利用CAD程序或其它類似的計算機輔助繪圖軟件生成要形成的模或原型部件的設計數(shù)據(jù)。
[0021 ] 所屬【技術領域】公知的添加制造工藝的類型包括立體光刻(stereo I i thographyapparatus) (SLA)、3D砂印，以及其它三維印刷機、利用粘結溶劑粘結粉狀材料層、塑料組分(plastic composit1n)的噴墨印刷機、利用激光燒結金屬基粉末的裝置以及所屬【技術領域】公知的、所屬【技術領域】的技術人員將領會的許多其它這樣的工藝。因此，在不背離本發(fā)明的主旨的情況下，任何這樣的工藝都可以適合于與本發(fā)明結合生成模具組件的犧牲原型部件或用于模具組件的犧牲模。
[0022]這樣一種快速制造工藝包括現(xiàn)在將進行說明的砂印工藝。該方法開始于首先利用CAD模型程序獲取3D數(shù)據(jù)設計，從而生成用于以下說明的、將以卷邊鋼模具組件的形式呈現(xiàn)的模具組件的砂模包。然而，可以預期的是可以利用該工藝生成任何這樣的模具組件。首先利用CAD程序生成原型部件的3D影像。然后從3D CAD模型中減去原型部件或模型，從而生成砂模包設計。然后利用參照圖1-6說明的技術制造最終的砂模包的3D模型。
[0023]現(xiàn)在參照圖1-6，由包括木材、金屬等在內的任意數(shù)量的材料制成的工作箱40放置在印刷裝置42的下方。工作箱40限定印刷區(qū)44，如以下進一步說明的那樣，在印刷區(qū)44中，多個堆疊的微粒層將構成模型芯包(mold core package)。印刷裝置42能夠印刷3D模、型芯和用于本發(fā)明的模型芯包。
[0024]本發(fā)明所使用的術語“模型芯包”指砂印的或以其它方式形成的、為鑄造熔融材料而準備的模。術語“?！敝改Ｐ托景慕M件，術語“型芯”指嵌入到模中、用于取代熔融材料澆注至模型芯包中的嵌入物。因此，模和型芯的結合生成用于鑄造的模型芯包。為了說明利用以下討論的利用三維印刷工藝的模型芯包或砂模包的形成，將參照如圖7所示的砂模包110僅僅進行示例性說明。應當理解的是，可以印刷若干個不同的砂模包用于鑄造其它模具組件，并且可以在單個印刷工藝中同時印刷這樣的砂模包。
[0025]印刷裝置42包括在沉積槽48位置的漏斗46，沉積槽48在印刷區(qū)44內部鋪設例如硅砂、陶瓷與砂的混合物等這樣的活化細微粒50的薄層。微粒50可以是包括直徑為
0.002mm至2mm的任何尺寸。印刷裝置42還包括粘合劑(binder)沉積裝置或粘合劑分配器52。如以下詳細公開的那樣，粘合劑分配器52以期望的砂模包或砂型芯包的單層的構造或樣式80噴出薄層粘合劑或粘結劑16。砂的分層以及在細微粒50上通過粘合劑分配器52噴出粘結劑16的重復導致由多個堆疊的微粒層產生三維砂模包或砂型芯包。經過足以印刷每一薄層細微粒50的一段時間，連續(xù)地添加制造3D砂模包，使得每一層粘合的微粒進一步與鄰近的層粘結，從而形成完整的砂模包。完整的砂模包的每一薄層測量大約0.28_。砂模包將最終用作制備例如圖8所示的卷邊鋼120這樣的模具組件的犧牲模。
[0026]具體參照圖1，開發(fā)一種計算機輔助設計(CAD)程序，其中在與印刷裝置42聯(lián)接的計算機60上輸入并加載多個砂模包100 (圖6A)的具體構造。計算機60將來自CAD程序的具有多個砂模包100的具體構造的信息饋入印刷裝置42，用于形成砂模包100。
[0027]可以預期的是，CAD或任何其它形式的3D建模軟件都可以用于為3D印刷裝置42提供足夠的信息以形成期望的砂模包100。在開啟3D印刷裝置42之前，通過微粒噴口 62將預定數(shù)量的細微粒50連同由活化劑噴口 72提供的活化涂層或活化劑70傾倒入漏斗46中。盡管所示的實施例使用例如細微粒50這樣的細砂，但如上提到的那樣，細微粒50可以包括適合于這里公開的添加制造技術的任何種類的材料或它們的結合。細微粒50在漏斗46中與活化劑70混合?？梢酝ㄟ^攪拌器74或其它公知的混合裝置混合細微粒50和活化劑70的混合物，使得細微粒50完全混合和活化。細微粒50和活化劑70完全混合之后，將細微粒50移至沉積槽48?，F(xiàn)在參照圖2-6，細微粒50移至沉積槽48之后，通過沉積槽48以沉積未粘合的砂90的細且均勻的層的方式橫跨印刷區(qū)44散布細微粒50。在工作箱40中的印刷區(qū)44上散布薄層之后，將粘合劑或粘結劑16噴在活化的細微粒50上(圖3)。粘結劑16由粘合劑分配器52分配，粘合劑分配器52以表示期望的砂模包100的第一薄橫截面層的樣式80噴出一薄層粘結劑16。在噴出粘結劑16之后，準備另一細微粒50和活化劑70的混合物，并將混合物傾倒入沉積槽48。如圖5所示，然后沉積槽48在工作箱40中、在之前散布的細微粒50層之上分配未粘合的活化的細微粒50的另一層90。粘合劑分配器52再次越過印刷區(qū)44，以表示鄰近第一薄橫截面層的期望的砂模包100的第二薄橫截面層的樣式80噴出薄層粘結劑16。重復這些步驟多次，直到已經印出完整的砂模包110的每一橫截面層(圖7)。利用該添加制造技術，實際上可以形成任何形狀的砂模包。而且，利用3D砂印制造的砂模包可以具有通過其它公知的減法方法無法生成的內部結構特征。
[0028]如圖3所示，如前所述的示例性砂印工藝正在生成將用作形成模具組件的模的多個砂模包100。因此,如前所述的砂印工藝能夠在單個印刷時段(print sess1n)印刷若干個不同的砂模包，用于鑄造多種唯一的模具組件。由于3D砂印技術的精確度和準確度，可以在單個印刷工藝中在任何位置印刷80至150個砂模包。因此，如圖6A所示，所示的多個砂模包100用如前所述的附加制造工藝印刷，并且移除未粘合的砂，從而露出用于生成如圖8所示的卷邊鋼120形式的模具組件的各個砂模包，例如如圖7所示的砂模包110。
[0029]一俟已經印刷砂模包100，將它們從工具箱40中移除然后傳送至鑄造廠鑄造。砂模包100可以是用于鑄造多種模具組件的唯一的模，其中每一個砂模包包含要鑄造的模具組件的陰像(negative image)。本發(fā)明使用的術語“陰像”或“負構造(negativeconfigurat1n)”指在模中形成的、賦予與由模鑄造或以其它方式形成的部件中的正像或構造互補的圖像或構造。在鑄造廠，例如選自多個印刷的砂模包100的砂模包110-114這樣的砂模包嵌套到上型116和下型118框架裝置或鑄造結構中，如圖7所示，用普通的鑄造用砂和模具組件鑄件支承它們。如圖7的實施例所示，所示上型模116具有嵌套在其中的砂模包I 1a-114a。進一步如圖7所示，所示下型模118具有同樣嵌套在其中的關聯(lián)的砂型芯包110-114。在鑄造工藝過程中，利用設置在上型模116的上部的接入點(未示出)將熔融材料倒入上、下型模116、118中從而用熔融鑄造材料填充砂模包110-114。通常，為了制造模具組件，用工具鋼作為熔融材料。將工具鋼倒入設置在上型模116的上部的接入點，然后工具鋼會流經一系列可以經過上型模116至下型模118、然后向砂模包110-114延伸從而最大限度填充砂模包110-114的流道?？梢赃M一步預期的是，可以在鄰近的砂模包之間印刷流道從而允許熔融材料從一個砂模包通向鄰近的砂模包?？梢栽谏闲湍?16的上部設置一個或多個冒口(riser)(未示出)，用來指示熔融材料何時已經填滿設置在上、下型裝置中的砂模包。當熔融材料在砂模包中固化和硬化時，移除上、下型模116、118，打碎或以其它方式破壞砂型芯包110-114，從而露出鑄造的模具組件。從鑄造的模具組件中移除用于在砂模鑄造工藝過程中填充砂模包110-114的流道系統(tǒng)，然后擦洗并清潔鑄造的模具組件從而露出精確制造的、準確構造的模具組件，其幾乎不需要在模具總成中精加工。如上提到的那樣，上述3D砂印技術還可以用于生成用于鑄造模座(die shoe)140 (圖9)的模具顯示砂模包(die show sand mold package),模具組件可以連接至模座用于制造沖壓工藝中使用的完整的模具總成。
[0030]鑄造模具組件的準確度和精確度在大約l_5mm的準確度范圍內，或者更優(yōu)選加或減0.8_。因此,鑄造的模具組件需要增加極少的額外加工原料,大約Imm至1.5_。與產生大約1mm的額外加工原料的標準砂鑄造方法相比，由于原料的量減少，本發(fā)明的鑄造的模具組件可以在安裝基座122處硬化并且進行研磨，如圖8所示，然后進行精加工。這樣減少了白光掃描、程序編制、粗加工、硬化、用于硬化的運輸以及安裝基座的拋光。此外，由于鑄造的準確度，可以完全去掉具有切削刃的模具組件的切削表面的加工。
[0031]與傳統(tǒng)的鑄造工藝相比，由于存在投放市場時間的明顯減短，本發(fā)明賦予諸多優(yōu)點，因為生產完整的模具組(die set)的時間表可以減少多達10至17天。另一明顯優(yōu)點是對模具組件的設計約束的消除。由于利用上述附加制造技術印刷砂模包，減法制造中發(fā)現(xiàn)的傳統(tǒng)限制得以消除，使得可以生成復合砂模包，用于鑄造具有復雜幾何體和功能性的模具組件。此外，由于鑄造的準確度，目前需要的耗時后鑄造加工的模具組件的一些特征可以留下作為鑄件，或者幾乎不需要精加工。例如，如圖8的卷邊鋼120上所示的鉆孔124和沉孔(counter bore hole)126可以鑄造為模具組件的一部分,并且需要很少的后鑄造加工來開發(fā)用于連接卷邊鋼120和例如圖9所示的模座140這樣的模座的可用連接裝置。為了生成例如如圖8的卷邊鋼120上所示的鉆孔124和沉孔126，可以用這樣的連接特征的陰像印刷砂模包。此外，砂模包可以印刷有例如如圖8的卷邊鋼120上所示的切削刃128這樣的模具組件的其它特征的陰像。本發(fā)明的靈活性允許模具組件生成有熱處理深度優(yōu)化特征(heat treat depth optimizat1n feature)。熱處理深度優(yōu)化目前依賴于模具組件的幾何體和厚度。利用本發(fā)明的方法的模具組件鑄件可以具有優(yōu)化熱處理深度所需的復雜幾何體和厚度。由于印刷的砂模包的準確度，還可以去除在鑄造工藝過程中生成的鑄造閃光(Casting flash)。通常,鑄造閃光在傳統(tǒng)的砂鑄造工藝中產生,并且之后必須用機器切削該鑄造閃光。本發(fā)明的方法大大降低或完全消除產生的鑄造的模具組件上的鑄造閃光量。
[0032]如前所述，Styrofoam''(聚苯乙烯泡沫塑料)或CNC加工的還料可以用于生成之后用于形成鑄造模具組件的模的原型部件。本發(fā)明還涉及利用添加制造技術生成之后用于鑄造模具組件的模的生成的原型部件。對于前述添加制造技術而言，優(yōu)選的一個工藝是利用包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合粉末作為基底構建材料(base buildingmaterial)形成聚合原型部件的添加制造技術。本發(fā)明中,利用PMMA粉末的添加制造工藝也稱為PMMA工藝。所屬【技術領域】的技術人員應當領會的是，其它添加制造技術也可以用來生成之后用于鑄造工藝的原型部件。
[0033]如圖10所示，PMMA工藝包含利用STL或CAD文件從計算機200產生原型部件的3D設計數(shù)據(jù)。例如如圖10所示的原型部件220這樣的原型部件將具有要鑄造的模具組件部件的構造。利用計算機生成的設計數(shù)據(jù)，復涂機(recoater) 202在構建平臺206上散布薄層PMMA粉末204。散布PMMA粉末從概念上講與散布細微粒50類似，如參照圖1_6提到的那樣。在構建平臺206上散布一層PMMA粉末204之后，計算機控制的印刷頭噴出溶劑或粘合劑的微小液滴粘合PMMA粉末微粒以形成原型部件的橫截面層208。一俟完成橫截面層，構建平臺206下降大約0.28mm,并且另一層PMMA粉末204覆蓋在構建平臺206上。以
0.28mm的層逐層重復工藝直到完成原型部件。如圖10所示，當PMMA工藝完成時，原型部件220本質上埋藏在未粘合的PMMA粉末204中。使用真空裝置或者以其它方式從原型部件220中移除該未粘合的PMMA粉末204，并且未粘合的PMMA粉末204可以在另外的PMMA工藝中重復利用。一俟原型部件220完成，可以在低溫箱中對其進行后固化?？梢灶A期的是，例如如圖1-6所示的工作箱40這樣的工作箱也可以在PMMA成形工藝中實施從而包含未粘合的PMMA粉末。然后用蠟樹脂(wax resin)浸透原型部件220從而密封原型部件220。
[0034]一俟生成原型部件，將其拿到鑄造廠生成要用于熔模鑄造工藝的外殼。為了將原型部件用于熔模鑄造工藝，將部件220浸入陶瓷漿料中或以其它方式涂覆陶瓷漿料，涂覆整個部件220。然后將部件下沉或以其它方式引入砂的流化床、陶瓷與砂或其它類似的粉末材料中，粘住液態(tài)陶瓷漿料。一俟已經施加來自砂的流化床的砂，使液態(tài)陶瓷漿料和砂的混合物干燥并硬化，然后重復該工藝多次以形成在原型部件周圍并圍繞原型部件的堅硬陶瓷外殼。一俟形成足夠厚度的外殼，加熱包含原型部件的該外殼，使得設置在陶瓷外殼中的聚合原型部件燒掉或蒸發(fā)。因此，加熱工藝之后，給操作員留下包含原型部件的陰像的陶瓷外殼。利用熔模鑄造或外殼鑄造工藝，將例如工具鋼這樣的熔融材料倒入具有原型部件的陰像的陶瓷外殼中。熔融材料固化之后，打碎或以其它方式破壞陶瓷外殼從而露出鑄造的金屬件，根據(jù)本發(fā)明，該鑄造的金屬件將是例如如圖8所示的模具組件120這樣的模具組件。
[0035]利用該PMMA工藝，可以逐層制造表示模具組件的準確、精確的原型部件，使得可以在原型部件中形成復雜幾何體從而制造具有近凈尺寸的原型部件的模具組件鑄件。正如上述提到的三維砂印工藝，PMMA工藝還減少制造成品模具組件通常需要的鑄造后粗加工和精加工步驟。利用如上所述的PMMA原型部件的模具組件鑄件可以具有在大約1-5_的準確度范圍內的近凈尺寸的原型部件。此外，可以預期的是，該準確度的范圍可以在形成外殼的原型部件加或減0.8mm的范圍內。
[0036]模型芯包以及由模型芯包制造例如但不限于這里公開的模具組件這樣的工具的方法提供改善的生成具有優(yōu)化的壁厚度以及需要的熱處理深度的性能，由此降低了翹曲、裂縫等的可能性。此外，與由印刷工藝制造模型芯包關聯(lián)的準確度提供較好的部件品質、精確度和設計靈活性。而且，可以將模型芯包和由模型芯包制成的模具組件設計為提高循環(huán)時間，由此增加部件制造能力。
[0037]所屬【技術領域】的技術人員應當理解的是，所描述的本發(fā)明的結構和其它組件不限于任何具體的材料。這里公開的本發(fā)明的其它示例性實施例可以由任何種材料和添加制造技術制成，除非這里另有說明。同樣重要的是，需注意示例性實施例中示出的本發(fā)明的元件的構造和設置僅是示例性的。盡管本發(fā)明的很少一些實施例在說明書中進行了詳細說明，但閱讀本發(fā)明的所屬【技術領域】的技術人員將容易地理解到，多種變化也是可能的(例如各種元件的大小、尺寸、結構、形狀和比例，參數(shù)值，安裝布置，材料的應用，顏色，方位等)而實質上并不脫離本發(fā)明的新穎教導和優(yōu)勢。例如，示出的一體成型的元件可以由多個示為可以一體成型的多個零件的部件或元件構成，界面的操作可以倒過來或做其它變化，系統(tǒng)的結構和/或部件或連接器或其它元件的長度或寬度可以改變，元件之間提供的調節(jié)位置的類型或數(shù)目可以改變。應注意的是，系統(tǒng)的元件和/或總成可以由提供足夠強度或耐用性，具有多種色彩、紋理或其組合的任一的多種類型材料中的任一種形成。因此，所有這些變化均包括于本發(fā)明的保護范圍內?？梢詫ι鲜龅膶嵤├推渌纠詫嵤├脑O計、操作條件和設置進行其它的替代、修正、改變和省略而不脫離本發(fā)明的精神。
[0038]應理解到的是，任何所述的過程或所述過程中的步驟可以與其它公開的過程或步驟組合以形成本發(fā)明的保護范圍的結構。此處公開的示例性的結構和過程僅用于說明而不構成對本發(fā)明的限制。還應理解到的是，對前述的結構和方法所做的改變和修正并不脫離本發(fā)明的保護范圍，進一步地應理解到的是，這些概念涵蓋于權利要求中，除非這些權利要求的文字表述有相反的表不。
【權利要求】
1.一種制造用于鑄造模具組件的原型部件的方法，其特征在于，包含: Ca)在構建平臺上沉積薄層聚合粉末； (b)對薄層聚合粉末的特定區(qū)域選擇性地施加溶劑從而在所述區(qū)域粘結聚合粉末以確定原型部件的橫截面； 重復步驟(a)和(b)制造具有模具組件的構造的完整的原型部件； 用漿料涂覆原型部件形成圍繞原型部件的外殼； 加熱外殼使外殼硬化并使原型部件蒸發(fā)，從而生成包含原型部件的陰像的外殼；以及 將熔融材料澆注至外殼中形成模具組件。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在構建平臺上沉積薄層聚合粉末的步驟進一步包含: 沉積包含聚甲基丙烯酸甲酯的聚合粉末層。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，對薄層聚合粉末的特定區(qū)域選擇性地施加溶劑的步驟進一步包含: 利用印刷頭在薄層聚合粉末上噴灑溶劑液滴。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，進一步包含: 固化原型部件。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，進一步包含: 用蠟樹脂浸透原型部件從而密封原型部件。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，用漿料涂覆原型部件形成圍繞原型部件的外殼的步驟進一步包含: 用陶瓷漿料涂覆原型部件。
7.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，進一步包含: 用陶瓷漿料涂覆原型部件之后將原型部件浸入砂的流化床中。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，將熔融材料澆注至外殼中形成模具組件的步驟進一步包含: 形成具有在Imm至5mm的準確度范圍內的近凈尺寸的原型部件的模具組件。
9.一種制造模具組件的方法，其特征在于，包含: 利用添加制造工藝形成模型芯包，其中模型芯包包含模具組件的陰像； 將熔融材料澆注至模型芯包中；以及 冷卻熔融材料以形成模具組件，該模具組件具有在Imm至5mm的準確度范圍內的近凈構造的模型芯包。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，利用添加制造工藝形成模型芯包的組進一步包含: (a)沉積薄層微粒； (b)對薄層選擇性地施加粘結劑以確定模型芯包的橫截面；以及 重復步驟(a)和(b)以制造完整的模型芯包。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，對薄層選擇性地施加粘結劑以確定模型芯包的橫截面的步驟進一步包含: 利用三維砂印裝置在薄層上印刷粘合劑。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，冷卻熔融材料以形成具有在Imm至5mm的準確度范圍內的近凈構造的模型芯包的模具組件的步驟進一步包含: 形成具有在0.8mm范圍內的近凈構造的模型芯包的模具組件。
13.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，利用添加制造工藝形成模型芯包、其中模型芯包包含模具組件的陰像的步驟進一步包含: 形成具有用于連接模具組件和模具沖壓總成的連接特征的陰像的模型芯包。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，形成具有用于連接模具組件和模具沖壓總成的連接特征的陰像的模型芯包的步驟進一步包含: 形成具有鉆孔和沉孔的陰像的模型芯包。
15.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，利用添加制造工藝形成模型芯包、其中模型芯包包含模具組件的陰像的步驟進一步包含: 形成具有切削刃的陰像的模型芯包。
16.一種制造用于鑄造模具組件的多個砂模包的方法，其特征在于，包含: 利用添加的3D印刷機印刷多個砂模包，其中多個砂模包包含一個或多個模具組件構造； 將從多個砂模包中選擇的砂模包嵌套到具有與每一個選擇的砂模包連通的流道的鑄造結構中； 利用流道將熔融材料澆注至鑄造結構中填充每一個選擇的砂模包；以及 允許熔融材料冷卻以形成具有每一個選擇的砂模包的近凈構造的所述模具組件。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，利用添加的3D印刷機印刷多個砂模包的步驟進一步包含: 在單個印刷工藝中，在約80-150個砂模包的范圍內印刷多個砂模包。
18.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，利用添加的3D印刷機印刷多個砂模包的步驟進一步包含: 印刷與多個砂模包的每一個砂模包連通的流道。
19.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，將熔融材料澆注至鑄造結構中填充每一個選擇的砂模包的步驟進一步包含: 將工具鋼澆注成鑄造結構。
20.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，將從多個砂模包中選擇的砂模包嵌套到具有與每一個選擇的砂模包連通的流道的鑄造結構中的步驟進一步包含: 利用上、下型總成將熔融材料熔模鑄造到砂模包中。
【文檔編號】B22C9/04GK104139155SQ201310162993
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月6日 優(yōu)先權日:2013年5月6日
【發(fā)明者】哈羅德·P·西爾斯, 詹姆斯·托德·克洛布, 埃萬戈洛斯·利亞西, 拉瑞·愛德華·埃利斯, 羅納德·哈森布施, 約翰·菲利普斯, 阿蘭·勞倫斯·雅各布森 申請人:福特汽車公司