專利名稱：粘合劑分配裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提供快速原型制作(rapid prototyping)能力的分層實(shí)體制造(L0M) 系統(tǒng)。在優(yōu)選設(shè)置中，本發(fā)明涉及粘合劑分配裝置，特別涉及在用于快速原型制作(RP)的 分層實(shí)體制造(L0M)系統(tǒng)中涂布粘合劑使用的粘合劑分配裝置。
背景技術(shù)：
快速原型制作定義為受計算機(jī)控制的加成制造，因?yàn)橥ㄟ^增加材料而不是依靠材 料的去除或減少的傳統(tǒng)加工方法來制造物體。應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語“快速”是相對術(shù)語而是在技 術(shù)內(nèi)具有特定意義的一個術(shù)語，因?yàn)樽罱K的三維物品的結(jié)構(gòu)根據(jù)使用的方法以及模型的尺 寸和復(fù)雜性可以花費(fèi)從幾小時到幾天的時間。存在許多在快速原型制作的一般領(lǐng)域內(nèi)采用 的已知方法。分層實(shí)體制造(L0M)是快速原型制作(RP)的一種形式，涉及將涂有粘合劑的 紙、塑料或金屬層壓板連續(xù)地層疊，然后將它們依次地粘合在一起并且用刀或激光刀具切 割成形。L0M類似于其他快速原型制作技術(shù)，包括使用待制造的物體/零件的三維(3D)計 算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)，由此在CAD包內(nèi)生成立體平版印刷(STL)或其他適當(dāng)?shù)母袷轿募?STL文件被處理并且實(shí)際上有效地沿Z軸線以與所用的基底材料的厚度匹配的厚度被切 片。這產(chǎn)生了零件的一系列的橫截面并且在任何具體的高度處每個橫截面均具有簡單的二 維(2D)輪廓。然后使用切割設(shè)備描畫2D輪廓并且因此在原料的薄片上切割形狀。然后在 L0M中，將每個單獨(dú)的薄片上下堆疊和粘合以生產(chǎn)最終的3D物體。在采用紙基原料的現(xiàn)有的L0M系統(tǒng)中，以卷的形式提供紙。紙卷可以設(shè)有已經(jīng)存 在于下面上的粘合劑。在這種情況下，粘合劑可以通過熱和/或壓力活化以形成在前一層 之上的粘合。在替代性方法中，當(dāng)將材料從卷抽出時可以將粘合劑涂于材料的下側(cè)。然而， 存在許多與使用卷材有關(guān)的缺點(diǎn)。例如，機(jī)器常常僅對于特別制造的卷材才可操作，該卷材 可能成本過于昂貴和/或難以替換。也存在與天天使用原料卷有關(guān)的缺點(diǎn)。例如，由于在 其上預(yù)涂粘合劑，卷可能在進(jìn)料機(jī)構(gòu)中被粘住或堵塞。由于上述缺點(diǎn)，因?yàn)閺U料通過與制造 零件相同的粘附力被粘在一起，所以去除廢料可能非常困難。因?yàn)槌３Ｐ枰徸雍推渌J 器來撬開物體，所以這可能導(dǎo)致在廢料去除“除草”期間零件被損壞。在適合用于傳統(tǒng)L0M系統(tǒng)的紙的類型中存在更多的限制。因?yàn)榧堄呻S機(jī)粘結(jié)起來 的纖維層組成，因而斷定結(jié)構(gòu)可以具有變化的孔隙率度。紙是高度多孔材料并且含有差不 多70%的空氣。紙張的孔隙率是紙的吸濕性或者具體的一張紙吸收墨水、水或在這種情況 下吸收粘合劑的能力的指示。當(dāng)為L0M選擇具體類型的紙時，重要的是考慮紙的孔隙率。紙的性質(zhì)無疑與可以使用的粘合劑的類型有緊密地聯(lián)系，并且限制該粘合劑的類 型。存在與粘合劑涂于紙上有關(guān)的更多問題和注意事項(xiàng)。在已知打印機(jī)中，象在依靠諸如 壓電分配頭的受計算機(jī)控制的電動機(jī)械裝置的分配系統(tǒng)中，所述頭通常是精密，并且在長 時間不用后這些裝置可能被阻塞并且可能需要頻繁地保養(yǎng)、維修以及替換。因此這種設(shè)置 可能存在用于保養(yǎng)與修理的高昂的管理費(fèi)用。
在紙層之間涂布粘合劑的其他方法包括1.涂布紙張的整個工作區(qū)域，如上所述在后處理成品零件期間在去除廢料時會產(chǎn) 生相當(dāng)大的困難；2.使用基底，該基底當(dāng)被放置在紙張上的某些位置時防止在這些位置進(jìn) 行粘合。該技術(shù)通過最初涂布整個紙張并且然后借助于“防膠”基底使部分粘合劑“無粘性” 而存在有效地浪費(fèi)粘合劑的缺點(diǎn)；或者3.使用靜電系統(tǒng)以象傳統(tǒng)2D打印機(jī)印刷墨水一樣 以靜電復(fù)印的方式將粘性調(diào)色劑沉積到紙張表面上。該方法可能存在技術(shù)上復(fù)雜并且需要 特別制造的粘性調(diào)色劑的缺點(diǎn)。進(jìn)一步指出，當(dāng)前L0M系統(tǒng)使用的粘合劑是溶劑基的并且是非水溶性的，因而例 如對處理來說存在環(huán)境問題。然而，這種溶劑基粘合劑到目前為止已經(jīng)用于L0M，因?yàn)槭褂?具有高含濕量的水基粘合劑存在諸如紙的翹曲和變形的更多問題，這樣不利于水基粘合劑 在LOW系統(tǒng)中的應(yīng)用。因此關(guān)于粘合劑分配裝置和在用于快速原型制作的L0M系統(tǒng)使用的粘合劑分配 裝置存在許多需要解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容
這些需要和其他需要通過在第一方案中提供將水基粘合劑用作用于分層處理的 粘合劑的L0M系統(tǒng)來解決。通過控制分配的粘合劑的量和/或位置，該L0M系統(tǒng)允許使用 水基粘合劑，同時使用于分層的纖維素基紙材料的翹曲或變形最小化。在另一個方案中本發(fā)明的教導(dǎo)提供一種L0M系統(tǒng)，該L0M系統(tǒng)利用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的紙 張，可以從存儲位置到工作場所一張張地獲取該標(biāo)準(zhǔn)尺寸的紙張，在該工作場所可以施加 粘合劑以粘合連續(xù)的紙張，從而產(chǎn)生分層的最終結(jié)構(gòu)。在另一個方案中提供一種L0M系統(tǒng)，該L0M系統(tǒng)包括控制裝置以能夠在基底上的 特定位置處有差別地施加特定量的粘合劑。這樣能夠可控地將粘合劑分配到特定位置，這 有利地允許減小待使用的粘合劑的量，并且也保證了將粘合劑特定地施加在需要粘合劑的位置。這種系統(tǒng)可以采用或包括粘合劑施加輪，該粘合劑施加輪具有用于容納粘合劑的 多個沿周向間隔開的凹槽，其中所述輪是可旋轉(zhuǎn)的，以將充入一個或更多個所述凹槽的粘 合劑輸送到目標(biāo)基底，并且在該目標(biāo)基底上的離散點(diǎn)處沉積受控量的粘合劑。在一個實(shí)施方式中，所述輪包括構(gòu)造成與所述目標(biāo)基底接觸的接觸表面，并且其 中所述多個凹槽形成在該接觸表面中。在另一個實(shí)施方式中，所述裝置包括粘合劑擦片(wipe)，該粘合劑擦片與所述輪 一起限定用于將粘合劑填充到所述一個或更多個凹槽中的密封的粘合劑填充室。在又一個實(shí)施方式中，所述擦片聯(lián)接至加壓的粘合劑供給部。在一個實(shí)施方式中，所述擦片限定所述室的側(cè)壁和開口。在另一個實(shí)施方式中，所述擦片形成為與所述輪相符。在又一個實(shí)施方式中，所述密封的粘合劑填充室包括排氣裝置，以能夠通過從所 述凹槽置換空氣并且從所述室排出空氣來填充該凹槽。 在一個實(shí)施方式中，所述排氣裝置包括所述擦片中的構(gòu)造成與凹槽相互作用的結(jié) 構(gòu)。
在另一個實(shí)施方式中，所述輪的所述凹槽當(dāng)它們旋轉(zhuǎn)通過所述室時被填充。在又一個實(shí)施方式中，所述接觸表面構(gòu)造成與所述擦片密封接觸。在一個實(shí)施方式中，所述裝置包括偏壓裝置，以維持所述擦片與所述輪密封接觸。在另一個實(shí)施方式中，所述接觸表面與所述輪一體。在又一個實(shí)施方式中，所述接觸表面包括可安裝至所述輪的環(huán)。在一個實(shí)施方式中，所述凹槽的尺寸和間距可以根據(jù)待沉積的粘合劑的量而改 變。在另一個實(shí)施方式中，所述凹槽具有大約10-50納升的容積。在又一個實(shí)施方式中，所述凹槽為基本半球形。在一個實(shí)施方式中，所述接觸表面由低摩擦材料組成和/或包括低摩擦涂層。
在另一個實(shí)施方式中，所述目標(biāo)基底包括紙基底。在又一個實(shí)施方式中，所述紙以紙張形式提供。在一個實(shí)施方式中，所述粘合劑包括水基粘合劑，例如PVA粘合劑。在另一個實(shí)施方式中，所述粘合劑通過毛細(xì)管作用從被填充的凹槽沉積到所述目 標(biāo)基底。在又一個實(shí)施方式中，所述輪聯(lián)接至用于控制該輪的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角速度的輪 驅(qū)動裝置。在一個實(shí)施方式中，所述裝置安裝成相對于所述目標(biāo)基底平移。在另一個實(shí)施方式中，所述裝置聯(lián)接至驅(qū)動裝置，以控制該裝置相對于所述目標(biāo) 基底的線速度。在又一個實(shí)施方式中，所述角速度和所述線速度是可控的，以根據(jù)需要在所述目 標(biāo)基底上鋪設(shè)可變量的粘合劑。本發(fā)明還提供結(jié)合有根據(jù)本發(fā)明的粘合劑分配裝置的、用于快速原型制作的分層 實(shí)體制造(L0M)系統(tǒng)。參照下面的附圖將更好地理解這些和其他特征。
現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的粘合劑分配裝置的立體圖；圖2是圖1的該裝置的剖視圖；圖3是示出擦片和帶凹槽的輪的圖1的該裝置的正視圖；圖4是從在毛細(xì)管作用沉積方法中用于將粘合劑涂于基底的圖1的該裝置的側(cè)面 看到的局部剖視圖；圖5是從圖1的該裝置的側(cè)面看到的示出粘合劑輪的裝填(priming)的剖視圖；圖6是結(jié)合有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的粘合劑分配裝置的分層實(shí)體制造系統(tǒng)的 部件的局部等距視圖；圖7是從圖6的該系統(tǒng)的前方看到的局部剖切圖；圖8是結(jié)合有粘合劑分配裝置的圖6和7的系統(tǒng)的多功能頭部的放大等距視圖；圖9. 1是示出刀具和抓取器部的具體細(xì)節(jié)的從后方看到的圖8的多功能頭部的放大等距視圖；圖9. 2和9. 3是示出分別處于停用狀態(tài)和啟動狀態(tài)的抓取器部的從側(cè)面看到 的平面圖；圖10. 1至10. 4是操作多功能頭部的抓取器部和進(jìn)料系統(tǒng)以從進(jìn)料器抓取一張基 底材料并且將其放置在構(gòu)建物體上的適當(dāng)位置的步驟的從側(cè)面看到的平面圖；圖11至14是涉及根據(jù)發(fā)明的L0M快速原型制作的步驟的圖示，圖11示出零件的 CAD模型，圖12是未除草(im-weeded)的切塊，圖13是局部露出的零件，圖14是完成的3D零件。圖15是示出圖6的系統(tǒng)的操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖并且開始具體參照圖1至5，描述了分層實(shí)體制造系統(tǒng)的具體部件。一個 這種部件是粘合劑分配裝置1，該粘合劑分配裝置1包括聯(lián)接至粘合劑施加輪3的粘合劑填 充器2。該粘合劑填充器2在壓力下與位于進(jìn)口部4的粘合劑進(jìn)料器相連接，并且包括從進(jìn) 口部4向粘合劑出口部5輸送粘合劑20的一個或更多個軸向通道6。粘合劑出口部5在這 種情況下包括由擦片7和粘合劑施加輪3 —起限定的室8。擦片7從填充器2向下懸置或 延伸，并且具有橫向側(cè)壁9和10，該橫向側(cè)壁9和10通過限定開口的前縱向側(cè)壁11和后縱 向側(cè)壁12連接并且構(gòu)造成聯(lián)接至輪并與輪接觸。擦片7和施加輪3設(shè)計成相對應(yīng)并且合 作限定室8，其中擦片限定側(cè)壁并且輪的接觸表面限定該室的底部。擦片的尺寸和形狀與輪 3對應(yīng)，使得當(dāng)擦片7聯(lián)接至輪時，它們限定的粘合劑室8是有效密封的室。擦片7的接觸 側(cè)或開口邊緣包括或設(shè)置成基本上與輪3的形狀對應(yīng)的弧形。填充器2包括諸如彈簧裝置 的偏壓裝置或可以與該偏壓裝置接觸，以維持擦片7與輪3接觸從而在輪旋轉(zhuǎn)期間維持密 封。粘合劑施加輪3包括具有用于容納粘合劑的多個凹槽14的接觸表面13。粘合劑 被填充到位于擦片7的凹槽14內(nèi)并且當(dāng)輪旋轉(zhuǎn)時在凹槽中從擦片輸送到目標(biāo)基底21。凹 槽14的形狀和其在輪3上的間距可以根據(jù)待鋪設(shè)的粘合劑的量按要求變化。應(yīng)當(dāng)理解，暴 露的粘合劑的體積和粘合劑暴露于空氣的時間是最小的，并且諸如粘合劑的早期硫化的問 題也被最小化。施加器接觸表面13是構(gòu)造成與填充器2的擦片7和目標(biāo)基底(例如一張紙21) 接觸的輪的一部分。如在示出的示例性實(shí)施方式中，施加器接觸表面13可以形成在輪3的 圓周上或圓周處或者與輪成一體。輪是可更換的。例如，可以設(shè)置具有不同尺寸或不同間 距或直徑的凹槽的多個不同的輪以便使用。然后根據(jù)具體應(yīng)用，可以使適當(dāng)?shù)妮喤c其他類 型的輪互換。接觸表面13和/或凹槽14可以由低摩擦材料，例如迭爾林組成或形成，并且/或 者可以包括低摩擦涂層，例如特氟綸。施加輪3聯(lián)接至驅(qū)動機(jī)構(gòu)(未示出)，該驅(qū)動機(jī)構(gòu)可通過控制器操作，從而根據(jù)需 要沿逆時針或順時針方向驅(qū)動輪3。輪的角速度根據(jù)需要是可變的。擦片7構(gòu)造成能夠?qū)νㄟ^擦片的凹槽14填充粘合劑20。為了填充，擦片7或密封 室8結(jié)合有排氣裝置，該排氣裝置通過允許用粘合劑從凹槽置換空氣并且提供從擦片/密 封室去除或驅(qū)動空氣的裝置，從而促進(jìn)用粘合劑從凹槽14替換空氣。
在這種情況下，排氣裝置通過擦片7的橫向側(cè)壁9、10和凹槽14的相對尺寸以及 這些部件的相互作用的從動方式來設(shè)置。更詳細(xì)地，在示例性實(shí)施方式中，橫向側(cè)壁9和10 的與輪3的表面13接觸的那些部分的厚度(dl和d2)小于凹槽14的直徑(d3)。依靠室 的設(shè)計有效地實(shí)現(xiàn)填充粘合劑和排氣。根據(jù)輪的旋轉(zhuǎn)方向，橫向側(cè)壁9和10中的一個將設(shè) 有填充室的前緣。橫向側(cè)壁9和10形成為使得與輪3接觸的邊緣具有小于凹槽14的面積 的面積。因此，當(dāng)空的(充滿空氣的)凹槽14接近擦片7并且在前側(cè)壁9或10之下通過 時，粘合劑進(jìn)入已經(jīng)進(jìn)入擦片的凹槽的一部分并且經(jīng)由暴露于大氣的凹槽的該部分從該部 分置換空氣。因此當(dāng)輪3旋轉(zhuǎn)時施加輪3的多個凹槽14在進(jìn)入擦片時被填充粘合劑20。 當(dāng)輪相對于擦片移動時，通過氣體或在這種情況下通過空氣與粘合劑交換來填充。通過促 進(jìn)空氣與粘合劑交換的輪的移動，使凹槽排氣。在凹槽與擦片的前緣或后緣互相作用的點(diǎn) 處發(fā)生排氣。假如在輪旋轉(zhuǎn)中的一個點(diǎn)，沒有凹槽部分地或全部地位于擦片的前緣或后緣 下方，則可以有效地密封由輪和擦片限定的粘合劑填充室。更詳細(xì)地，凹槽14相對于擦片7在輪3上的布置提供了在沒有任何粘合劑泄漏的 情況下停止和重啟輪3的能力。為使輪3能夠停止旋轉(zhuǎn)而沒有任何粘合劑泄漏，需要維持 輪3和擦片7之間的氣密。只有當(dāng)沒有凹槽14部分地或全部地位于擦片的前/后緣下方 時才可存在氣密。換句話說，只有當(dāng)已知每個凹槽和充有粘合劑的室8之間的精確的角關(guān) 系，使得當(dāng)輪停止時凹槽完全由室8封閉時，才可存在氣密。在該精確的角位置中使輪停止 將立即切斷粘合劑的流動而沒有使用額外的閥。用作整體密封裝置的該特征部不需要通常 存在于現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計中的調(diào)節(jié)粘合劑流動的刮刀。這種布置的另一個優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)可以長時 間留在該密封位置，然后直接重啟，而沒有諸如因?yàn)橄到y(tǒng)被密封并且沒有空氣存在而使粘 合劑變硬的問題。該布置進(jìn)一步允許輪能夠根據(jù)需要地停止和重啟而沒有過度的粘合劑積 聚。在中間過程的情況下這是特別有利的，粘合劑儲槽需要充滿額外的粘合劑并且該過程 同樣需要停止一段時間。通過使暴露于空氣的粘合劑的體積最小，這種過程的暫時停止本 質(zhì)上不會削弱成品的結(jié)構(gòu)。為使該密封機(jī)構(gòu)便利，需要已知輪3上的每個凹槽14相對于室8和擦片7的精確 角位置。輪角位置測定裝置用來檢測和測量該精確的角關(guān)系。例如，輪角位置測定裝置例 如可以包括近程式傳感器和金屬標(biāo)志。每旋轉(zhuǎn)一圈金屬標(biāo)志在近程式傳感器下通過一次。 金屬標(biāo)志相對于輪的孔的角位置是已知的。因此當(dāng)標(biāo)志在近程式傳感器下通過時，機(jī)器計 算密封系統(tǒng)所需的角度旋轉(zhuǎn)。參照附圖并且特別是參照圖4，示出了利用粘合劑分配裝置1的粘合劑沉積法。在 這種情況下施加輪3定位成與目標(biāo)基底21 (這里是一張紙)接觸。輪3相對于基底21平 移并且也通過輪驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)?？梢元?dú)立地驅(qū)動平移移動和旋轉(zhuǎn)移動。當(dāng)充有粘合劑的凹槽14與基底21 (在這種情況下是多孔紙基底)接觸時，粘合劑 由于基底的內(nèi)在多孔性或吸水性通過毛細(xì)管作用沉積到基底上。因?yàn)槭┘虞?沿一系列標(biāo) 定線平移過紙基底21，所以沉積了粘合劑點(diǎn)22的矩陣。當(dāng)從凹槽14沉積粘合劑時，使空凹 槽倒退旋轉(zhuǎn)到填充擦片7/室8，并且重復(fù)該過程。從附圖，例如圖4和5注意到，凹槽在輪上的布置使得在任一時刻僅一個凹槽和基 底接觸。單個凹槽離散地接觸表面的布置能夠用于沉積離散的粘合劑點(diǎn)。在這種情況下，擦片7的接觸部的橫向側(cè)壁9和10的寬度(d4，見圖3)小于輪的
11接觸表面13的寬度(d5)。這種布置便于自動清潔接觸表面，因?yàn)樵撛O(shè)計使得所有過量的粘 合劑都附著于接觸表面13并且因此沉積在接觸的基底上。粘合劑分配裝置1還可以包括用于輪的清潔機(jī)構(gòu)。當(dāng)需要時，輪可以定位在清潔 區(qū)域之上并且與例如海綿、橡膠或硅酮基材料制成的清潔基底接觸，該清潔基底通過使輪 旋轉(zhuǎn)多轉(zhuǎn)來清潔所有留在輪上的殘留粘合劑?？梢詫⑸倭壳逑匆禾砑拥角鍧嵒滓杂兄?清潔過程。如上所述，輪3可以連接至輪驅(qū)動裝置(未示出)以實(shí)現(xiàn)根據(jù)需要沿順時針或逆 時針方向，并且以所需的角速度的旋轉(zhuǎn)。在使用中，粘合劑分配裝置1安裝成相對于基底21，例如X-Y框架平移運(yùn)動以使頭 部能夠相對于基底運(yùn)動，或者可替代地基底可以設(shè)置成安裝在X-Y臺架上以相對于頭部移 動。下面參照圖6至8示出并且進(jìn)一步描述實(shí)施例。結(jié)合有根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)設(shè)置的用于使輪旋轉(zhuǎn)的獨(dú)立的驅(qū)動裝置的輪驅(qū)動布置 有很多優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括-通過使角速度和線速度相匹配，使從動輪3和紙基底21之間的相對速度能夠維
持在零。-使輪3和紙基底21之間的相對速度能夠不同于零，以產(chǎn)生自旋(spinning)或滑 動，自旋具有涂抹更大量的粘合劑的作用，而滑動具有涂抹更少量的粘合劑的作用。-通過將輪的下部放置到弄濕的海綿/橡膠材料(未示出)內(nèi)并且使輪旋轉(zhuǎn)規(guī)定 轉(zhuǎn)數(shù)直到已經(jīng)去除了所有的過量粘合劑，使得輪3在必要時能夠通過附加的裝置清潔。-使得輪3能夠被裝填，從而在開始沉積粘合劑的線前沒有空的凹槽14存在。輪驅(qū)動裝置可以經(jīng)離合器連接至可旋轉(zhuǎn)輪3，以能夠驅(qū)動或不驅(qū)動使輪，不驅(qū)動輪 時使輪能夠成為自由飛輪。在使用中，可以控制輪驅(qū)動裝置以驅(qū)動輪，使得輪的角速度和分配裝置相對于基 底的線速度之間的差是零，這防止了輪的滑動或自旋。輪驅(qū)動裝置可以是可調(diào)整的，以提供 角速度和線速度的相對差，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)輪的滑動或自旋，從而能夠根據(jù)需要控制沉積在 基底21上的特定點(diǎn)處的粘合劑的量。對于粘合劑沉積的高水平控制是有利的。當(dāng)分配系統(tǒng)首先到達(dá)例如X軸中的具體標(biāo)定線的末端時，分配系統(tǒng)然后沿相反方 向[-x]在下一標(biāo)定線上操作。然而在標(biāo)定線的末端，施加輪的一半的凹槽14將是空的。為解決該問題，本發(fā)明 還提供用于裝填輪的方法。參照圖5描述了裝填施加輪的示例性方法，該圖5示出位于通過使輪沿順時針方 向旋轉(zhuǎn)同時將其向右移動而鋪設(shè)的粘合劑的線的末端處的施加輪。將粘合劑分配裝置1從基底升起并且沿Y方向指向下一個鄰線的起始位置以開始 向左(-X方向)移動并且沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)。然而，因?yàn)樾D(zhuǎn)成和基底接觸的凹槽14沒有 填滿，所以沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)不會導(dǎo)致粘合劑的沉積。因此裝置1構(gòu)造成使得輪3旋轉(zhuǎn)并 且所有的凹槽14在每條粘合劑線起點(diǎn)被填滿。如上所述，系統(tǒng)能夠?yàn)榱苏{(diào)節(jié)沉積的粘合劑的量而控制輪的角速度。類似地，角速 度的控制為填充位于擦片7的凹槽提供了控制。在固定的粘合劑壓力下，輪3的角速度指 示在擦片7的前緣或后緣下方的持續(xù)時間，在該處發(fā)生氣體交換并且填充凹槽14。因此，使輪3緩慢旋轉(zhuǎn)便于每個凹槽內(nèi)的填充量較大，并且使輪3以更快的速度旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致每個凹槽 內(nèi)的填充量較低。在相同的構(gòu)造內(nèi)可能希望進(jìn)行不同的填充。例如可能希望在制成的零件上的粘合 劑量較高，并且在零件周圍的無用結(jié)構(gòu)上的粘合劑量較低。因此，在無用結(jié)構(gòu)上沉積較低量 的粘合劑，將使輪3以不與分配機(jī)構(gòu)的線速度同步的角速度旋轉(zhuǎn)，并因此導(dǎo)致滑動。因此使 較少的填充凹槽能夠在特定長度上和基底接觸。在例如零件自身需要較高水平的粘合劑的 情況下，使輪3的角速度增加到高于分配裝置的線速度，并且因此導(dǎo)致自旋。粘合劑輪3的 自旋導(dǎo)致對于給定的長度更多的填滿的凹槽接觸基底。本發(fā)明的粘合劑分配裝置1適合于使用水基PVA粘合劑。由于這種粘合劑的性質(zhì)， 在鋪設(shè)粘合劑和烘干/凝固粘合劑之間的開放時間較長，從而能夠有充分時間放置隨后的 基底層或紙張。本發(fā)明的粘合劑分配裝置1對施加到基底的粘合劑的量的提供非常精確的 控制。通過施加輪的凹槽的形式和尺寸并且通過凹槽在該輪上的間距可以部分地實(shí)現(xiàn)這種 精確控制。特別是，粘合劑分配裝置1可以構(gòu)造成和用來分配粘合劑納米點(diǎn)(nanodot)，即 體積為大約10-50納升、優(yōu)選地大約20-30納升的粘合劑的點(diǎn)。這樣，該裝置可以用來沉積 受控量的水基粘合劑，并且這種控制避免了基底浸透的問題。參照附圖并且特別是圖6-8，描述了結(jié)合有粘合劑分配裝置1的用于快速原型制 作的分層實(shí)體制造(L0M)系統(tǒng)50。參照附圖并且特別是圖9和10，描述了系統(tǒng)的基底進(jìn)給 機(jī)構(gòu)。參照圖11-15描述了分層實(shí)體制造的示例性方法。如圖11所示，根據(jù)本教導(dǎo)的方法開始于期望最終模型的由計算機(jī)生成的圖像文 件。通過順序地將紙張層疊并且通過該過程按需要切割這些紙張，生成最終未除草的切塊 (final un-weeded dice block)，見圖12。當(dāng)模型被封裝在圖12的切塊內(nèi)時，必須使切塊 的外部破裂以暴露制好的模型(圖13)。破裂可以持續(xù)，直到模型被完全露出(圖14)。這種模型的制造需要多個步驟。雖然將在以下更詳細(xì)地討論這些步驟，但是我們 將參照圖15在下面陳述如下的示例性步驟。不需要必須遵循特定排序的步驟，并且可以根 據(jù)待制造的最終模型的特性重復(fù)一些中間步驟。如圖15所示，將第一張紙移至工作面或工作塊(步驟1500)。利用粘合劑分配裝 置將粘合劑放置在該張紙上(步驟1501)。然后將另外的一張紙放置在粘合劑的頂部上，該 粘合劑用來將兩張紙粘合或粘附在一起(步驟1502)。通過在例如單程中將輥?zhàn)邮┘佑趦?張紙之上，可以改進(jìn)相鄰紙張之間的接觸(步驟1503)。一旦實(shí)現(xiàn)這種改進(jìn)，則可以使用切 割工具來根據(jù)這張紙上的期望的最終模型切割模板。切割工具可以實(shí)現(xiàn)同時切割一張或更 多張紙(步驟1504)。然后可以施加熱以提供固化(步驟1505)。然后評價該過程以確定是 否需要重復(fù)前述步驟(步驟1506)。假如需要重復(fù)則將粘合劑施加在最上面的紙張上(步 驟1501)，假如不需要重復(fù)則(以類似于圖12所示的形式)移除完成的零件(步驟1507)。L0M系統(tǒng)50包括多功能頭部51，該多功能頭部51包括粘合劑分配裝置1和刀具 /抓取器頭部52。多功能頭部51是可操作的，以不同模式執(zhí)行不同操作。首先刀具/抓取 器部52的抓取器在被啟動時操作，以從供紙部傳送一張紙，并且將該張紙輸送到構(gòu)建板上 的位置，即制造最終結(jié)構(gòu)的位置中。在執(zhí)行該操作時，刀具/抓取器部52描繪構(gòu)建板到供 紙部和回到構(gòu)建板之間的路徑。其次，刀具/抓取器部52的刀具在被啟動時操作，以將構(gòu) 建板上的最上面的一張紙切割成需要的形式。第三，多功能頭部51的粘合劑分配部1在被啟動時操作，以根據(jù)需要將粘合劑施加于構(gòu)建板上的最上面的一張紙。多功能頭部51安裝在X-Y框架55、56上，該X_Y框架55、56使頭部能夠根據(jù)需要 在構(gòu)建物體54上的基底21之上定位和移動。分配裝置1和刀具/抓取器頭部2沿豎直(z 軸)方向的移動在這種情況下受相應(yīng)的連接的螺線管57和60控制。將紙從供紙部58經(jīng) 進(jìn)紙機(jī)構(gòu)59以紙張形式進(jìn)給到系統(tǒng)。系統(tǒng)50還包括單程輥?zhàn)?1，該單程輥?zhàn)?1經(jīng)過構(gòu)建 物體54，以保證后續(xù)層的確定粘合并且使由切割作用產(chǎn)生的毛刺最小。系統(tǒng)50還包括用于 施加壓力并且使粘合劑硫化的加熱板62。X-Y框架以及進(jìn)紙和放紙的許多特征是傳統(tǒng)的， 并且同樣地是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，并且這里不再詳細(xì)描述。還提供用于快速原型制作的L0M系統(tǒng)50的使用方法，并且可作如下考慮使用我們想要制造的物體/零件的三維(3D)計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)(見圖9)；在 CAD包內(nèi)生成并且儲存立體平版印刷(STL)文件。將該STL文件提供給控制根據(jù)本發(fā)明的 系統(tǒng)50的操作的軟件包。軟件根據(jù)L0M系統(tǒng)50操作以生成零件的一系列橫截面，并且在任何具體的高度處 每個橫截面均產(chǎn)生簡單的二維(2D)輪廓。在本實(shí)施例中將A4尺寸的紙張加載到系統(tǒng)50的輸入盤58。將單張紙21附著于 可移除的構(gòu)建板53的表面以充當(dāng)構(gòu)建物體54的第一未切層?？梢允謩痈街谝粡埣?。用戶操作系統(tǒng)/控制器以將控制信號輸出到系統(tǒng)50，開始構(gòu)造3D的構(gòu)建物體54。在這種情況下，第一步驟是鋪設(shè)用于構(gòu)建物體的基座，即，不會被切割的多層紙和 粘合劑。系統(tǒng)50是可操作的，以沉積一層粘合劑為從進(jìn)紙機(jī)構(gòu)鋪設(shè)第二張紙作準(zhǔn)備。進(jìn)紙 機(jī)構(gòu)59將單頁紙從大量紙的頂部分開并且將該單頁紙傳到等待區(qū)域。操作多功能頭部51 的刀具/抓取器頭部52以抓住紙張，并且將其傳遞到構(gòu)建區(qū)53、54，在構(gòu)建區(qū)53、54紙張被 放置在最近施加的粘合劑層的頂部上。使輥?zhàn)?1經(jīng)過紙張以保證層間的確定粘合。重復(fù) 這些步驟直到鋪設(shè)了具有希望厚度的基座。然后系統(tǒng)50操作以鋪設(shè)構(gòu)建物體的紙張(基底層)，并且將每一層切割成需要的 輪廓。這樣，應(yīng)當(dāng)理解通常A4尺寸的單張紙被從存儲位置取出到工作區(qū)域，在該工作區(qū)域 紙張被上下分層以制造最終結(jié)構(gòu)。通過采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的紙張，根據(jù)本教導(dǎo)提供的L0M系統(tǒng) 可以使用傳統(tǒng)的穩(wěn)定提供的大量紙或者甚至可以采用循環(huán)材料以制造最終的三維結(jié)構(gòu)。多功能頭部51在構(gòu)建物體54的基座的最上面的一張紙的頂面之上移動粘合劑分 配裝置1，并且在鋪設(shè)待設(shè)置切割輪廓的第一張紙之前施加粘合劑層。在螺線管57的控制 下操作粘合劑分配裝置1以使輪3和構(gòu)建物體54上的最上面的紙層接觸。粘合劑分配系統(tǒng)1選擇性地在基底的作為構(gòu)建物體的一部分的那些部分處以較 高密度施加粘合劑，并且在基底的待切除的那些部分，即其廢料部分處以較低密度施加粘 合劑。通過利用可以精確地將粘合劑分配系統(tǒng)指向具體目標(biāo)區(qū)的控制系統(tǒng)，并且還通過采 用不會導(dǎo)致在希望的分配位置之間的粘合劑的滴落或其他不注意的分配的粘合劑分配系 統(tǒng)，而有利于有差別地施加粘合劑。然后多功能頭部51從進(jìn)紙機(jī)構(gòu)58、59拾取下一張紙并且將其放置在構(gòu)建物體54 的最上面的粘合劑層上。經(jīng)過構(gòu)建物體的輥?zhàn)?1將層擠壓在一起。在螺線管60的控制下 操作刀具/抓取器頭53，以使刀具和構(gòu)建物體54的最上面的紙層接觸。然后X-Y定位裝置55、56移動刀具53，以描繪該層的2D輪廓的路徑，并且在此時切割構(gòu)建物體的該具體層的形狀。在已經(jīng)切割了所需的2D輪廓之后，操作刀具53以在該層的切割輪廓內(nèi)外制造一 系列切塊的切口，從而通過將該層的廢部切成小方形塊來幫助去除廢料。一旦完成層的切 割，則將構(gòu)建板53升起以使其和加熱板62接觸。持續(xù)該過程，直到一層一層地建成整個3D 模型。當(dāng)系統(tǒng)50已經(jīng)完成構(gòu)建物體54時，從機(jī)器上移除可移除的構(gòu)建板53，以暴露在內(nèi) 部包含3D零件的未除草的切紙塊(見圖12)?，F(xiàn)在可以用手除去廢料的立方切塊而不用任 何象鑿子一樣的銳器，因?yàn)閺U料僅從粘合劑分配裝置接收最小量的粘合劑。因?yàn)閺U料被除 去，所以內(nèi)部的3D零件變得局部可見(見圖13)。最后當(dāng)已除去所有的廢料時，3D零件完 全暴露(見圖14)。參照圖9. 1和9. 2，更詳細(xì)地描述多功能頭部的基底抓取器部70。抓取器部70包 括支撐面71和相應(yīng)的可動夾持部72。夾持部72可在其中夾持部72與支撐面分開定位的 第一停用或靜止?fàn)顟B(tài)(圖9. 2)和其中夾持部72與支撐面71接觸的第二啟動位置之間移 動。實(shí)際上，啟動抓取器部以夾持保持在夾持部和楔形件之間的一張基底材料，這里是一張 紙21。這張紙21包括前緣22和后緣23。這張紙?jiān)谇熬?2附近被夾持。使楔形件71成 一角度，以保證將該張紙從進(jìn)料器抽出，迫使構(gòu)建物體進(jìn)入彎曲的第一模式，并且因此不會 在角落下降或向下垂。這種彎曲的第一模式在圖10. 2可見，在圖10. 2中看到該張紙21在 抓取器裝置70和進(jìn)紙機(jī)構(gòu)59之間向下彎曲。圖10. 1至10. 4示出從進(jìn)料器分離一頁紙并將其放在構(gòu)建物體54之上的示例性 的步驟的順序。參照圖10. 1，多功能頭部50在上方(這里沿-Y方向)移至進(jìn)紙機(jī)構(gòu)59，新的一 張紙21的前緣22處。多功能頭部50沿相反方向(這里+Y方向)向后移動并且同時進(jìn)紙機(jī)構(gòu)59供應(yīng) 一張紙21。以略高于抓取器頭70的線速度的速度設(shè)定進(jìn)紙機(jī)構(gòu)59的速度，該抓取器頭70 連同楔形件71 一起使新的一張紙21在從進(jìn)紙機(jī)構(gòu)59抽出時進(jìn)入彎曲的第一模式。參照圖10. 2，示出新的一頁21在第一彎曲模式布置中連接至進(jìn)紙機(jī)構(gòu)59和抓取 器部70。在這種情況下，支撐面71成大約10-20度的角度，這表示該頁處于第一彎曲模式， 其中該張紙21在中間向下彎曲。將該頁置于第一彎曲模式防止了當(dāng)該張紙21被定位時， 該張紙的前緣的角部下垂并且可能碰撞構(gòu)建物體54。具有這種楔形支撐面71不需要在前 緣22的總長度上設(shè)置頁抓取器。參照圖10. 3，一旦該張紙21的前緣22 (現(xiàn)在由抓取器部70保持)已經(jīng)經(jīng)過構(gòu)建 物體54的前緣，該張紙就被完全從進(jìn)紙機(jī)構(gòu)59中拉出并且簡單地懸掛在構(gòu)建物體54的邊 緣的上方。參照圖10. 4，多功能頭部50繼續(xù)沿+Y方向移動，直到新的紙21的后緣23與構(gòu)建 物體54的后緣對齊。此時，系統(tǒng)操作以沿Z方向提高構(gòu)建物體54的高度，使得當(dāng)抓取器部 70釋放該新的紙21時，該張紙21僅具有小的降落距離。這種構(gòu)建物體的高度相對于新的 紙的配位防止了紙張的未對準(zhǔn)。這種利用進(jìn)紙機(jī)構(gòu)59和抓取器部70的配位操作來放置紙張21的方法的優(yōu)點(diǎn)包 括與其中僅驅(qū)動紙張的方法相比運(yùn)行速度快，加上不需要如現(xiàn)有技術(shù)中那樣的將紙張供應(yīng)到希望的位置的一組復(fù)雜的輥?zhàn)?。因?yàn)榛灼驼澈蟿┓珠_鋪設(shè)，所以系統(tǒng)的操作有利地容忍未對準(zhǔn)。因此，假如一 些未對準(zhǔn)確實(shí)發(fā)生，那么沒有問題，因?yàn)檫€沒有在表面上切割新的輪廓。實(shí)施例1在一個實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)用來在基底上沉積粘合劑的納米點(diǎn)，并且如下構(gòu) 造具有15mm尺寸(直徑)的輪凹槽量36從凹槽沉積的粘合劑的點(diǎn)的體積是大約10-50nl，優(yōu)選地20-25nl基底的尺寸A4因而實(shí)施例1的粘合劑分配裝置能夠在一個示例性實(shí)施方式中在每頁沉積最多 47，647個納米點(diǎn)，每個納米點(diǎn)均具有22. 9nl (納升)的最大體積。因此對于完成的構(gòu)建體 積，沉積的納米點(diǎn)的總量將大約是6600萬。這非常不同于目前RP中使用的量。例如，機(jī)電點(diǎn)分配系統(tǒng)通?？梢跃哂写蠹s 100, 000到1百萬點(diǎn)的壽命。因此應(yīng)當(dāng)理解，結(jié)合有本發(fā)明的粘合劑分配裝置1的系統(tǒng)50因而適合在例如用于 快速原型制作的L0M系統(tǒng)中用于施加粘合劑的納米點(diǎn)。上述凹槽14具有基本半球形，該半球形具有對于任何給定的表面積提供基本上 最大的體積的優(yōu)點(diǎn)。這種形狀具有當(dāng)凹槽在室8下方通過時有利于空氣和粘合劑容易交換 的另一個優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榘疾鄣谋诓慌c輪接觸面垂直，因此降低空氣被捕獲在空腔中的粘合劑 下方的可能性，假如凹槽具有筆直側(cè)壁則空氣可能被捕獲在空腔中的粘合劑下方。我們注意到在上述實(shí)施例中，實(shí)施例1使用直徑15mm的輪。應(yīng)當(dāng)理解輪的直徑可 以根據(jù)需要變化。然而，輪優(yōu)選地直徑小于20mm，并且最優(yōu)選地在15-20mm直徑的范圍內(nèi)。隨著輪的直徑增大，紙張基底和下一個填充粘合劑的空腔14之間的垂直距離變 小，因此它們成反比，這可以導(dǎo)致溢出(overrun)。補(bǔ)償這種“溢出”的一個方法是增大空腔 間的間距使得垂直距離增大。可替代地，可以減小輪的直徑以維持納米點(diǎn)之間的等間距，如 在實(shí)施例1的15mm輪的情況下。雖然在所述實(shí)施方式中粘合劑分配器裝置的輪在輪上具有單列凹槽，但是應(yīng)當(dāng)理 解輪可以包括一列以上的凹槽列。類似地，雖然在所述實(shí)施方式中，粘合劑分配器包括一個 輪，但是在替代性布置中可以提供多個輪，其中一個或更多個輪可相對于其他輪獨(dú)立地移 動。這種布置旨在提高粘合劑施加工藝的速度。而且，應(yīng)當(dāng)理解雖然在所述實(shí)施方式中，凹 槽等距隔開，但是在替代性布置中，凹槽間距可以變化并且基本上是不等的。這種布置能夠 根據(jù)接觸的輪的部分沉積不同的點(diǎn)圖形。僅僅作為本發(fā)明的粘合劑分配裝置的應(yīng)用范圍和能力的一個實(shí)施例已提供了關(guān) 于使用A4紙張的L0M的示例性方法的實(shí)施例1。本實(shí)施例涉及使用A4紙基底，然而，本領(lǐng) 域技術(shù)人員清楚也可以使用A3尺寸、信或其他適當(dāng)尺寸的基底。應(yīng)當(dāng)理解，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的教導(dǎo)提供的系統(tǒng)提供基于單張紙的連續(xù)層疊的3 維模型，所以通過以預(yù)定順序提供不同顏色的紙張，可以改變最終模型的最終的顏色形貌 (topography)。當(dāng)然應(yīng)當(dāng)理解通過生成模型的Z軸的這種顏色變化可以用來有利地實(shí)現(xiàn)諸如以不同顏色表示不同特征。例如，通過使彩色紙分類進(jìn)入到進(jìn)紙機(jī)構(gòu)中，可以制作通過不 同顏色示出不同海拔的拓?fù)鋱D。也應(yīng)當(dāng)理解，由于該系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)紙格式來制造模型，所以 對用戶來說通過改變使用的原紙的顏色來簡單地改變最終模型的顏色是非常簡單的操作。 也應(yīng)當(dāng)理解，因?yàn)榭勺杂傻乩迷S多不同顏色的彩色紙，結(jié)果用戶可利用的選擇比RP機(jī)器 可利用的傳統(tǒng)色彩多得多。由可以根據(jù)本教導(dǎo)使用的類型的紙?zhí)峁┑娜嵝允褂脩裟軌蜻x擇性地使用不同厚 度的紙。應(yīng)當(dāng)理解可以提供不同厚度的紙。因?yàn)橛糜诒窘虒?dǎo)的L0M裝置的紙張可單獨(dú)地選 擇，所以對用戶來說可以對于他們要做的每個工作而改變紙的厚度。也可以通過在全部的模型的分層中使用相同厚度的紙并且選擇性地在預(yù)定區(qū)域 切掉模型的元件以具有不同厚度的區(qū)域來提供最終模型的這種撓曲或鉸接。比鄰近區(qū)域薄 的區(qū)域?qū)⒈仍撪徑鼌^(qū)域更柔軟，并且同樣地可以制造一體形成但是具有相對于彼此可移動 的元件的復(fù)雜零件。最終部件的一部分相對于另一部分的這種撓曲源自于幾何形狀的控 制，因此較少的層(可少到一層)存在于需要柔性的區(qū)域。使用不同厚度的紙也可以用于制造存在需要更精細(xì)細(xì)節(jié)和不需要這種精細(xì)細(xì)節(jié) 的區(qū)域的3維模型。例如當(dāng)制造垂直壁時，使用可以被切割成提供必需的最終垂直形狀的 多層厚紙就足夠了。假如需要曲面，則使用可以被單獨(dú)切割以提供更連續(xù)的光滑傾斜加工 表面的多個較薄紙張可以更容易地制造這種曲面。因?yàn)檩^厚紙張的分層相比較薄紙張的分 層更快地發(fā)展形成的高度，所以在要求較快構(gòu)建的地方也可以考慮使用較厚的紙。當(dāng)需要 在初始測試設(shè)計時這可以是有益的，但是一旦選定，就將使用較薄紙張構(gòu)造完成的物品以 提供更好的全面加工。雖然在所述的實(shí)施方式中分配裝置的輪被安裝成以直線方式移動以沿直線施加 粘合劑，但是應(yīng)當(dāng)理解在替代性布置中，整個粘合劑分配系統(tǒng)可以安裝成能夠繞其自身的 垂直軸線旋轉(zhuǎn)。這將使輪能夠遵循所制造形狀的輪廓。這種布置將提高粘合劑分配過程的 速度，而不需要裝填輪，這是因?yàn)檩唽⒖偸茄叵嗤较蛐D(zhuǎn)。雖然在所述實(shí)施方式中施加器接觸表面14設(shè)置成形成在輪周上，但是應(yīng)當(dāng)理解 在替代性實(shí)施方式中接觸表面14可以具有環(huán)形并且該環(huán)可以移動和更換，例如，包括不同 尺寸或不同間距的凹槽的許多不同的環(huán)可以設(shè)置成裝配到輪。應(yīng)當(dāng)理解和明白，本文已經(jīng)描述的是分層實(shí)體制造系統(tǒng)的示例性布置。使用這種 系統(tǒng)以在生成三維模型時使用水基粘合劑粘合連續(xù)的多層紙。該紙能以傳統(tǒng)紙張尺寸提 供，并且可一次一頁地在系統(tǒng)內(nèi)從存儲部移動到構(gòu)建物體位置。該系統(tǒng)通常利用粘合劑施 加輪實(shí)現(xiàn)將粘合劑施加在紙上，該粘合劑施加輪具有多個用于容納粘合劑的沿周向間隔開 的凹槽。輪可旋轉(zhuǎn)以將充入一個或更多個凹槽的粘合劑輸送到目標(biāo)基底，并且在該目標(biāo)基 底上的離散點(diǎn)處沉積受控量的粘合劑。本發(fā)明提供將粘合劑施加于紙上的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法保證紙不會被粘合 劑浸透從而使紙張的翹曲最小化。通過可以根據(jù)需要控制沉積到基底之上的粘合劑的量， 而使頁的翹曲最小化。通過對沉積在基底上的粘合劑的量提供精確控制，可以使用水基粘 合劑，例如多乙酸乙烯酯(PVA)。該系統(tǒng)類似地便于使用不同類型的和標(biāo)準(zhǔn)類型的紙。因而 該系統(tǒng)使用傳統(tǒng)的并且易于取得的原料，例如標(biāo)準(zhǔn)辦公紙，并且具有用戶界面友好且易于 操作和供給的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解，通過提供使用水基粘合劑并且可以使用再循環(huán)的傳統(tǒng)供紙的L0M法，浪費(fèi)問題比現(xiàn)有RF方案容易解決。用于L0M處理的供紙可以是廢紙或廢棄紙， 并且來自L0M處理的廢紙可以容易地以和傳統(tǒng)再循環(huán)相同的方式循環(huán)。丟棄水基粘合劑比 丟棄諸如用于現(xiàn)有RP處理的溶劑或塑料更容易。設(shè)置支撐粘合劑分配部的多功能頭部，以及在同一頭上設(shè)置刀具/抓取器部不需 要提供單獨(dú)地實(shí)現(xiàn)這些部件中的每一個的移動的分開的安裝和移動裝置。本發(fā)明的系統(tǒng)的 多功能頭部上的抓取器部的設(shè)置有效地消除了對進(jìn)紙系統(tǒng)的需要。使用安裝有抓取器的頭 部便于在L0M的其中抓取器正將一張紙定位在承載有粘合劑層的一張紙上的情況下容易 地將一張紙定位在構(gòu)建板上。該系統(tǒng)還可以使用多張紙，從運(yùn)行和維護(hù)的觀點(diǎn)看這有利地消除了與操縱輥?zhàn)酉?關(guān)的問題?？梢允褂盟澈蟿@解決了與使用和處理溶劑基粘合劑有關(guān)的更多的環(huán)境問 題和顧慮。本發(fā)明的系統(tǒng)還提供對將粘合劑定位在基底上的卓越控制。還可以控制鋪設(shè)的粘 合劑的密度。這些特征有助于消除粘合劑的浪費(fèi)。本發(fā)明的裝置和系統(tǒng)還包括防止粘合劑的積聚和因此發(fā)生的阻塞的設(shè)計構(gòu)件。自 動清潔構(gòu)件具有在裝置和系統(tǒng)的維護(hù)方面的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本教導(dǎo)提供的系統(tǒng)可以采用標(biāo)準(zhǔn)紙張，例如A4的紙張，該紙張既不在下方預(yù) 涂壓敏粘合劑，也不利用靜電印刷技術(shù)(例如利用“粘性”油墨粘接劑)彼此粘合。由于這 種系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)紙和水基PVA粘合劑，因此該系統(tǒng)是非常環(huán)境友好的。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)紙和水基 粘合劑容易從主流供應(yīng)商處獲得，所以該系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。這種系統(tǒng)可 以使用例如已經(jīng)穿過常規(guī)2D打印機(jī)/辦公打印機(jī)的循環(huán)紙，從而進(jìn)一步降低運(yùn)轉(zhuǎn)成本。雖然已經(jīng)參照附圖描述了優(yōu)選實(shí)施方式，但是在沒有脫離只由權(quán)利要求限制的本 發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行修改。雖然參照一張圖描述了整體或部件，但是應(yīng)當(dāng)理解在 沒有脫離發(fā)明的上下文的情況下它們可以與另一張圖的那些部件交換。當(dāng)用于本說明書時詞語“包括/包含”是表示所述的特征、整體、步驟或部件的存 在，但是不排除存在或添加一個或更多個其他特征、整體、步驟、部件或它們的組合。
18
權(quán)利要求
一種粘合劑分配裝置，該粘合劑分配裝置在用于快速原型制作的分層實(shí)體制造(LOW)系統(tǒng)中使用，從而將粘合劑施加于目標(biāo)基底，所述裝置包括粘合劑施加輪，該粘合劑施加輪具有多個用于容納粘合劑的沿周向間隔開的凹槽，其中所述輪可旋轉(zhuǎn)，以將充入一個或更多個凹槽的粘合劑輸送到所述目標(biāo)基底，并且在該目標(biāo)基底上的離散點(diǎn)處沉積受控量的粘合劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述輪包括構(gòu)造成與所述目標(biāo)基底接觸的接觸表面， 并且其中所述多個凹槽形成在該接觸表面中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，該裝置包括粘合劑擦片，該粘合劑擦片和所 述輪一起限定了用于將粘合劑填充到一個或更多個凹槽內(nèi)的密封的粘合劑填充室。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述擦片聯(lián)接至加壓的粘合劑供給部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述擦片限定所述室的側(cè)壁和開□。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5所述的裝置，其中，所述擦片形成為與所述輪相符。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6所述的裝置，其中，所述密封的粘合劑填充室包括排氣裝置，以 能夠通過從凹槽置換空氣并且從所述室排出空氣來填充所述凹槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述排氣裝置包括所述擦片中的構(gòu)造成與凹槽 相互作用的結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8所述的裝置，其中，所述輪的所述凹槽在旋轉(zhuǎn)通過所述室時被填充。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述接觸表面構(gòu)造成與所述擦 片密封接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求3至10中的任一項(xiàng)所述的裝置，該裝置包括用于維持所述擦片與所 述輪密封接觸的偏壓裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求2至11中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述接觸表面與所述輪成一體。
13.根據(jù)權(quán)利要求2至11中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述接觸表面包括可安裝至所 述輪的環(huán)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述凹槽的尺寸和間距可以根據(jù) 待沉積的粘合劑的量變化。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述凹槽具有大約10-50納升的 容積。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述凹槽為基本半球形。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述接觸表面由低摩擦材料組成 并且/或者包括低摩擦涂層。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述目標(biāo)基底包括紙基底。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述紙以紙張形式提供。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述粘合劑包括水基粘合劑，例 如PVA粘合劑。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述粘合劑通過毛細(xì)管作用從被填充的凹槽沉積到所述目標(biāo)基底。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述輪聯(lián)接至用于控制該輪的旋 轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角速度的輪驅(qū)動裝置。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，該裝置安裝成相對于目標(biāo)基底平移。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，該裝置聯(lián)接至驅(qū)動裝置以控制該裝置相對于所述目 標(biāo)基底的線速度。
25.根據(jù)權(quán)利要求22至24所述的裝置，其中，所述角速度和所述線速度是可控制的，以 根據(jù)需要在所述目標(biāo)基底上鋪設(shè)可變量的粘合劑。
26.—種結(jié)合有根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的粘合劑分配裝置的、用于快速原 型制作的分層實(shí)體制造(LOM)系統(tǒng)。
27.一種用于快速原型制作的分層實(shí)體制造(LOM)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將水基粘合劑施加在 多層的紙基底之上以生成三維物體，該系統(tǒng)包括a)用于所述水基粘合劑的儲槽；b)分配器，該分配器與所述儲槽流體連通，以從該儲槽將所述水基粘合劑分配到所述 紙基底上；c)控制裝置，該控制裝置在所述分配器上可操作，以將該分配器指向所述基底的特定 位置，從而隨后將粘合劑分配到所述紙基底上。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，所述分配器可操作地設(shè)置用于在所述紙基底 上的特定位置處選擇性地分配預(yù)定量的粘合劑。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括進(jìn)紙機(jī)構(gòu)，該進(jìn)紙機(jī)構(gòu)用于接收多 張紙并且根據(jù)需要進(jìn)給所述多張紙中的單張紙。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于從所述進(jìn)紙機(jī)構(gòu)將所述單張紙輸送 到構(gòu)建物體位置以隨后在紙上施加粘合劑的裝置。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中，所述進(jìn)紙機(jī)構(gòu)構(gòu)造成以第一速度分配紙張，所 述用于輸送單張紙的裝置能以第二速度操作，所述第一速度大于所述第二速度。
32.根據(jù)權(quán)利要求27至31中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述分配器包括根據(jù)權(quán)利要 求1至26中的任一項(xiàng)所述的分配系統(tǒng)。
33.一種用于快速原型制作的分層實(shí)體制造(LOM)系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)置用于可控地將粘 合劑施加在多層紙基底之上以生成三維物體，該系統(tǒng)包括a)用于所述粘合劑的儲槽；b)分配器，該分配器與所述儲槽流體連通，以從該儲槽將所述粘合劑分配到位于構(gòu)建 位置的所述紙基底上；c)進(jìn)紙機(jī)構(gòu)，該進(jìn)紙機(jī)構(gòu)用于接收多張紙，并且根據(jù)需要進(jìn)給所述多張紙中的單張紙；d)用于從所述進(jìn)紙機(jī)構(gòu)將所述單張紙輸送到所述構(gòu)建物體位置以隨后施加粘合劑的裝置。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括在所述分配器上可操作的控制裝置，該 控制裝置將所述分配器指向所述基底的特定位置，從而隨后將粘合劑分配到所述紙基底 上。
35.根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的系統(tǒng)，其中，所述進(jìn)紙機(jī)構(gòu)構(gòu)造成接收不同厚度的紙張。
36.根據(jù)權(quán)利要求33至35中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可利用不同顏色的紙張操 作，從而能夠制造三維有色物體。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述進(jìn)紙機(jī)構(gòu)構(gòu)造成接收不同顏色的多張紙， 并且根據(jù)需要選擇性地進(jìn)給所述多張紙中的單張紙。
38.根據(jù)權(quán)利要求33至37中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述分配器包括根據(jù)權(quán)利要 求1至26中的任一項(xiàng)所述的分配系統(tǒng)。
39.一種粘合劑分配裝置，該粘合劑分配裝置包括具有接觸表面的粘合劑施加輪，該接 觸表面包括用于容納擦片處的粘合劑的多個沿周向間隔開的凹槽，并且在所述輪旋轉(zhuǎn)時將 粘合劑輸送到目標(biāo)基底以在該目標(biāo)基底上的離散位置沉積可控量的粘合劑，其中所述輪和 所述擦片一起限定了密封的粘合劑填充室。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的裝置，其中，所述輪接觸表面構(gòu)造成與所述擦片密封接觸。
41.根據(jù)權(quán)利要求39或40所述的裝置，該裝置包括用于維持所述擦片與所述輪的密封 接觸的偏壓裝置。
42.根據(jù)權(quán)利要求39至41中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述輪上的所述凹槽相對于 所述基底的間距使得在任一時刻僅一個凹槽布置成與所述目標(biāo)基底接觸。
43.根據(jù)權(quán)利要求39至42中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述輪上的所述凹槽相對于 所述擦片的形狀的間距使得整數(shù)個凹槽可以被容納在所述擦片中，以實(shí)現(xiàn)所述輪和所述擦 片之間的密封。
44.根據(jù)權(quán)利要求39至43中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述擦片和所述凹槽形成為 使得通過從位于所述擦片處的所述凹槽交換氣體并且使粘合劑進(jìn)入該凹槽內(nèi)而實(shí)現(xiàn)將粘 合劑填充到所述凹槽內(nèi)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的裝置，其中，所述氣體和粘合劑的交換通過使所述凹槽相 對于所述擦片移動而從該凹槽排出氣體來實(shí)現(xiàn)。
46.根據(jù)權(quán)利要求39至45中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述擦片包括厚度小于凹槽 的直徑的前緣和/或后緣，從而當(dāng)所述輪相對于所述擦片旋轉(zhuǎn)時，能夠在所述前緣和/或所 述后緣處排氣和填充粘合劑。
47.根據(jù)權(quán)利要求39至46中的任一項(xiàng)所述的裝置，該裝置包括輪驅(qū)動和控制裝置，該 輪驅(qū)動和控制裝置可操作以控制所述輪的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角速度。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的裝置，其中，所述輪相對于所述擦片的角運(yùn)動是可控的，以 控制填充到凹槽中的粘合劑的量。
49.根據(jù)權(quán)利要求47或48所述的裝置，其中，所述輪相對于所述基底的角運(yùn)動是可控 的，以控制沉積到所述基底的粘合劑的量。
50.根據(jù)權(quán)利要求39至49中的任一項(xiàng)所述的裝置，該裝置包括角位置檢測裝置，該角 位置檢測裝置構(gòu)造成實(shí)時地檢測所述輪的角位置，并且將該角位置數(shù)據(jù)輸出到所述輪驅(qū)動 控制裝置。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的裝置，其中，所述輪驅(qū)動控制裝置是可操作的，以使所述輪 相對于所述擦片同步運(yùn)動，使得所述輪可以以密封方式停止，并且凹槽完全容納在所述擦片內(nèi)以停止粘合劑的流動。
52.根據(jù)權(quán)利要求39至51中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述接觸表面與所述輪成一體。
53.根據(jù)權(quán)利要求39至52中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述接觸表面包括可安裝至 所述輪的環(huán)。
54.根據(jù)權(quán)利要求39至53中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述凹槽的尺寸和間距可以 根據(jù)待沉積的粘合劑的量而變化。
55.根據(jù)權(quán)利要求39至54中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述凹槽具有大約10-50納 升的容積。
56.根據(jù)權(quán)利要求39至55中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述凹槽為基本半球形。
57.根據(jù)權(quán)利要求39至56中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述接觸表面由低摩擦材料 組成并且/或者包括低摩擦涂層。
58.根據(jù)權(quán)利要求39至57中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述目標(biāo)基底包括紙基底。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的裝置，所述紙以紙張的形式提供。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的裝置，其中，所述紙張的顏色是用戶可選擇的。
61.根據(jù)權(quán)利要求39至60中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述粘合劑包括水基粘合劑， 例如PVA粘合劑。
62.根據(jù)權(quán)利要求39至61中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，可操作地通過毛細(xì)管作用將 粘合劑從被填充的凹槽沉積到所述目標(biāo)基底。
63.根據(jù)權(quán)利要求39至62中的任一項(xiàng)所述的裝置，該裝置安裝成相對于目標(biāo)基底平移。
64.根據(jù)權(quán)利要求39至63中的任一項(xiàng)所述的裝置，該裝置構(gòu)造成可操作地安裝至x_y 框架上的多功能頭部，并且構(gòu)造成相對于所述目標(biāo)基底在所述x_y框架上移動。
65.根據(jù)權(quán)利要求63或64所述的裝置，該裝置聯(lián)接至驅(qū)動裝置，以控制該裝置相對于 所述目標(biāo)基底的線速度。
66.根據(jù)權(quán)利要求63至65所述的裝置，其中，所述角速度和所述線速度是可控的，以根 據(jù)需要將可變量的粘合劑鋪設(shè)在所述目標(biāo)基底上。
67.一種結(jié)合有根據(jù)權(quán)利要求39至65中的任一項(xiàng)所述的粘合劑分配裝置的、用于快速 原型制作的分層實(shí)體制造(L0M)系統(tǒng)。
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用多個單張的目標(biāo)基底材料，該系統(tǒng)包括 用于多張基底材料的接收器，包括鄰近所述接收器設(shè)置的基底材料供給裝置，并且包括進(jìn) 料輥和抓取頭部，該抓取頭部構(gòu)造成從所述進(jìn)料輥抽取一張基底材料，并且根據(jù)需要將該 張基底材料定位在所述目標(biāo)基底上以形成構(gòu)建物體。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的系統(tǒng)，其中，所述抓取頭部構(gòu)造成從所述輥夾持一張基底 材料。
70.根據(jù)權(quán)利要求67或68所述的系統(tǒng)，其中，所述抓取頭部包括支撐面和夾持部，其中 所述夾持部是可操作的，以在與所述支撐面分離的靜止位置和與所述支撐面接觸的夾持位 置之間移動。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的系統(tǒng)，所述抓取頭部構(gòu)造成夾持所述一張基底材料的前緣。
72.根據(jù)權(quán)利要求70或71所述的系統(tǒng)，其中，所述支撐面包括楔形形式，該楔形形式構(gòu) 造成當(dāng)所述一張基底材料被抽出而定位在所述目標(biāo)基底上時提供該張基底材料的受控彎曲o
73.根據(jù)權(quán)利要求68至72中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述接收器構(gòu)造成接收呈疊 層結(jié)構(gòu)的多張基底材料，該疊層的單張基底材料至少在顏色上不同于該疊層的其他張基底 材料。
74.根據(jù)權(quán)利要求68至72中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述接收器構(gòu)造成接收不同 厚度或尺寸的多張基底材料。
75.一種快速原型制作方法，該快速原型制作方法包括 提供根據(jù)權(quán)利要求67至74中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)；利用使用水基粘合劑依次彼此粘合的一疊單張紙生成三維模型，所述分配裝置設(shè)置用 于將粘合劑受控地施加在所述紙的特定位置； 使所述三維模型與廢料分離；并且 丟棄廢料。
76.根據(jù)權(quán)利要求75所述的方法，該方法包括使用水基粘合劑將兩個或更多個三維模 型彼此粘附以生成更大的三維模型的后續(xù)步驟。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種分層實(shí)體制造系統(tǒng)。在一個方案中該系統(tǒng)設(shè)置用于使用水基粘合劑在生成三維模型時粘合連續(xù)的多層紙。該紙能以傳統(tǒng)紙張尺寸提供，并且可一次一頁地在系統(tǒng)內(nèi)從存儲部移動到構(gòu)建物體位置。該系統(tǒng)通常利用粘合劑施加輪實(shí)現(xiàn)將粘合劑施加在紙上，該粘合劑施加輪具有多個用于容納粘合劑的沿周向間隔開的凹槽。輪可旋轉(zhuǎn)以將充入一個或更多個凹槽的粘合劑輸送到目標(biāo)基底，并且在該目標(biāo)基底上的離散點(diǎn)處沉積受控量的粘合劑。
文檔編號B29C67/00GK101925411SQ200880125677
公開日2010年12月22日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者康納爾·麥科馬克, 芬譚·麥科馬克 申請人:Mcor科技有限公司