一種選擇性施膠的增材制造方法
【專利摘要】一種選擇性施膠的增材制造方法，根據(jù)待成形件的形狀要求，構(gòu)建其三維模型，并按照加工方向進(jìn)行分層離散化處理；打開微氣孔吸附盤上所有氣孔的氣閥，均勻地吸附一層球形顆粒原料；膠池中均布多根可獨(dú)立升降的細(xì)小施膠棒；移動微氣孔吸附盤，連同吸附的顆粒原料到膠池液位上方，施膠棒的上端設(shè)有凹槽，根據(jù)切片圖形，根據(jù)是否需要施膠控制膠棒升降，直到充分接觸顆粒原料，以完成選擇性施膠；將顆粒層移至工作平臺或已有的顆粒層上，施膠顆粒的粘接、固化，未施膠顆粒的可作支撐使用；重復(fù)以上過程，直到最后一層，實(shí)現(xiàn)層間的疊加，清理多余的顆粒原料，形成最終的待成形件，本發(fā)明具有成型速度快、節(jié)約材料、無需另外設(shè)置支撐等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種選擇性施膠的增材制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于增材制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種選擇性施膠的增材制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)的制造相比，增材制造技術(shù)是在平面的X軸和Y軸之上增加了 Z軸，用材料堆積的方法實(shí)現(xiàn)了立體化的逐層制造技術(shù)。該技術(shù)以金屬、塑料和陶瓷等為主要原料，遵循“分層固化，層層累加”技術(shù)原理，根據(jù)層內(nèi)固化的方式，可將常見的增材制造技術(shù)可分為三類:第一類是光固式，如立體光刻技術(shù)(SL)，受紫外線等的逐點(diǎn)照射掃描，使液態(tài)光敏聚合物因光聚合，硬化成薄層；第二類是熱固式，包括熔絲沉積造型(FDM)、選區(qū)激光燒結(jié)(SLS)、電子束熔融(EBM)，均以熔化再凝固為基本原理，使材料逐點(diǎn)熔化并固化在一起形成薄層；第三類是粘固式，如三維噴涂粘接(3DP)、分層實(shí)體制造(LOM)，是將粉末材料選擇性地逐點(diǎn)粘結(jié)成為一個整體，或?qū)⒈硬牧险辰Y(jié)后沿邊緣逐點(diǎn)切割形成所需的截面形狀。
[0003]如上所述，無論是哪種具體的實(shí)現(xiàn)方法，還是哪類的固化形式，現(xiàn)有的絕大多數(shù)增材制造技術(shù)均采用特殊光線或能量的逐點(diǎn)掃描方式進(jìn)行，通過點(diǎn)的移動逐步形成線條，達(dá)到邊緣后轉(zhuǎn)向，繼續(xù)掃描，最終形成一個平面。顯而易見，在每個單層平面上均為逐點(diǎn)掃描，這種掃描方式的最大缺點(diǎn)是成型速度慢，效率有待提高。另外，對一些產(chǎn)品中懸空的部分，熔絲沉積造型(FDM)等技術(shù)必須提前設(shè)計(jì)“支撐”，既浪費(fèi)材料又增加了后續(xù)清除成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種選擇性施膠的增材制造方法，在微氣孔均勻吸附原料層下方，根據(jù)離散出的切片圖形，在對應(yīng)位置，有選擇地施膠后一次可直接堆積出一個平面，具有成型速度快、節(jié)約材料、無需另外設(shè)置支撐等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種選擇性施膠的增材制造方法，包括:
[0007]I)根據(jù)待成形件的形狀要求，構(gòu)建其三維模型，并按照加工方向進(jìn)行分層離散化處理；
[0008]2)打開微氣孔吸附盤上所有氣孔的氣閥，均勻地吸附一層球形顆粒原料；
[0009]3)在膠池中均布多根可獨(dú)立升降的細(xì)小施膠棒，所述施膠棒的下方設(shè)置有獨(dú)立的微氣囊，充氣則可升起對應(yīng)的施膠棒，不充氣則保持該施膠棒浸入膠池狀態(tài)，根據(jù)離散出切片圖形的需要，進(jìn)行施膠棒升降，從而實(shí)現(xiàn)精確控制粘接劑在平面的分布點(diǎn)陣；
[0010]4)移動微氣孔吸附盤，連同吸附的顆粒原料到膠池液位上方，施膠棒的上端設(shè)有凹槽，根據(jù)切片圖形，當(dāng)某位置不需要施膠時，位于施膠棒的下方的獨(dú)立微氣囊不充氣，對應(yīng)的施膠棒保持浸入膠池狀態(tài)，而當(dāng)某位置需要施膠時，微氣囊充氣，該處的施膠棒從膠池中升起，粘接劑便會隨之升起，直到充分接觸顆粒原料，以完成選擇性施膠；
[0011]5)將顆粒層移至工作平臺或已有的顆粒層上，施膠顆粒的粘接、固化，未施膠顆粒的作支撐使用；[0012]6)重復(fù)以上逐層的吸附、選擇性施膠和粘接、堆放過程，直到最后一層，實(shí)現(xiàn)層間的疊加，清理多余的顆粒原料，形成最終的待成形件。
[0013]所述的微氣孔吸附盤上均布有一定數(shù)量和孔徑的氣孔點(diǎn)陣。
[0014]所述施膠棒根據(jù)單層圖形的形狀，可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的升降。
[0015]所述施膠棒上端設(shè)有凹槽，可將粘接劑從膠池中提升到一定高度。
[0016]所采用的原料為金屬、塑料或陶瓷等。
[0017]所采用的原料要求顆粒的粒度均勻、圓度好。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于選擇性施膠技術(shù)的增材制造方法，采用面成型的方法進(jìn)行零件的制造，可實(shí)現(xiàn)一次直接成形一個平面，具有成型速度快、節(jié)約材料、無需另外設(shè)置支撐的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明微氣孔吸附盤的工作位置剖切示意圖。I為吸附盤上的微氣孔，其中向上的箭頭表示打開的氣閥產(chǎn)生向上的吸附力，可吸附顆粒原料，2為顆粒原料，3為升起的施膠棒，41為施膠棒上端凹槽中的粘接劑，5為膠池，6為獨(dú)立的施膠棒升降微氣囊，充氣(如下方的箭頭所示)則可升起對應(yīng)的施膠棒，不充氣則保持該施膠棒浸入膠池狀態(tài)。
[0020]圖2是實(shí)施例提供的選擇性施膠的增材制造方法的實(shí)現(xiàn)過程示意圖。I為微氣孔，21為新疊加顆粒原料，22為已疊加顆粒原料，42為固化的粘接劑，7為工作平臺。
[0021]圖3是實(shí)施例提供的選擇性施膠的增材制造方法某層的材料分布點(diǎn)陣示意圖。8為不需要施膠的位置，9為需要施膠的位置。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0023]本發(fā)明包括如下步驟:
[0024]I)根據(jù)待成形件的形狀要求，構(gòu)建其三維模型，并按照加工方向進(jìn)行分層離散化處理；
[0025]2)打開微氣孔吸附盤上所有氣孔的氣閥，均勻地吸附一層原料，該原料為金屬、塑料或陶瓷的球形顆粒；
[0026]3)膠池中布置有多根可獨(dú)立升降的施膠棒，這些施膠棒可根據(jù)離散出的切片圖形進(jìn)行升降，從而實(shí)現(xiàn)精確控制粘接劑在平面的分布點(diǎn)陣；
[0027]4)移動微氣孔吸附盤，連同吸附的顆粒原料到膠池液位上方，施膠棒的上端設(shè)有凹槽，根據(jù)切片圖形，當(dāng)某位置不需要施膠時，位于施膠棒的下方的獨(dú)立微氣囊不充氣，對應(yīng)的施膠棒保持浸入膠池狀態(tài)，而當(dāng)某位置需要施膠時微氣囊充氣，該處的施膠棒從膠池中升起，粘接劑便會隨之升起，直到充分接觸顆粒原料，以完成選擇性施膠；
[0028]5)將顆粒層移至工作平臺或已有的顆粒層上，施膠顆粒的粘接、固化，未施膠顆粒的可作支撐使用；
[0029]6)重復(fù)以上逐層的吸附、選擇性施膠和粘接、堆放過程，直到最后一層，實(shí)現(xiàn)層間的疊加，清理多余的顆粒原料，形成最終的待成形件。
[0030]其中，如圖1所示，本發(fā)明微氣孔吸附盤由許多微小的管道按一定規(guī)律整齊排列，固定在一起形成盤狀。每個管道的上端均接有氣閥，微氣孔I向上的箭頭表示氣閥打開，產(chǎn)生向上的吸附力，可吸附顆粒原料2。
[0031]施膠棒的具體說明如下:確定的位置有無顆粒原料2，在每個單層上都是有明顯區(qū)別的(如圖3所示)，這些區(qū)別被計(jì)算機(jī)識別后，圖形信號便可轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，該數(shù)字信號可精確控制每個施膠棒3的升降:需要顆粒原料時，與該點(diǎn)對應(yīng)的施膠棒3升起，將上端的粘接劑帶出并涂抹在顆粒原料2上；不需要顆粒原料時，該處的施膠棒不升起，對應(yīng)位置的顆粒原料2上將不會施膠。
[0032]實(shí)施例:參見圖1、圖2和圖3，選擇性施膠制備顆粒的零件，包括以下步驟:
[0033]1、利用三維軟件完成該零件的建模，并儲存成STL文件格式；
[0034]2、對模型進(jìn)行離散化處理，獲得模型分層截面信息；
[0035]3、對離散出的每個切片圖形，再次逐層離散為每個平面上材料的點(diǎn)陣模型，得到材料的平面分布。對該零件，第三層的材料分布如圖3所示，其中陰影部分為理想的切片圖形，有“ V ”標(biāo)記的圓表示需要材料的對應(yīng)位置，有“ X ”標(biāo)記的圓表示不需要材料的位置。如果縮小顆粒材料的粒度，可有效提高圖形的擬合度；
[0036]4、將微氣孔吸附盤置于顆粒容器的上方，打開微氣孔吸附盤上的所有微氣孔I的氣閥，均勻地吸附一層顆粒，在需要材料的對應(yīng)位置，如圖3的有“ V”標(biāo)記處，位于施膠棒的下方的獨(dú)立微氣囊充氣，升起施膠棒，粘接劑便會隨之升起，直到充分接觸顆粒原料，以完成選擇性施膠，其余位置處的施膠棒保持浸入膠池狀態(tài)，即可控制粘接劑在平面的分布，實(shí)現(xiàn)顆粒的選擇性施膠過程，如圖1所示；
[0037]5、將顆粒層21移至工作平臺7或已有的顆粒層22上，已施膠的顆粒將會粘接、固化，未施膠顆粒的可作支撐使用；
[0038]6、重復(fù)以上逐層的吸附、選擇性施膠和粘接、堆放過程，直到最后一層，實(shí)現(xiàn)層間的疊加，清理多余的顆粒原料，形成最終的待成形件。
【權(quán)利要求】
1.一種選擇性施膠的增材制造方法，包括: 1)根據(jù)待成形件的形狀要求，構(gòu)建其三維模型，并按照加工方向進(jìn)行分層離散化處理； 2)打開微氣孔吸附盤上所有氣孔的氣閥，均勻地吸附一層球形顆粒原料； 3)在膠池中均布多根可獨(dú)立升降的細(xì)小施膠棒，所述施膠棒的下方設(shè)置有獨(dú)立的微氣囊，充氣則可升起對應(yīng)的施膠棒，不充氣則保持該施膠棒浸入膠池狀態(tài)，根據(jù)離散出切片圖形的需要，進(jìn)行施膠棒升降，從而實(shí)現(xiàn)精確控制粘接劑在平面的分布點(diǎn)陣； 4)移動微氣孔吸附盤，連同吸附的顆粒原料到膠池液位上方，施膠棒的上端設(shè)有凹槽，根據(jù)切片圖形，當(dāng)某位置不需要施膠時，位于施膠棒的下方的獨(dú)立微氣囊不充氣，對應(yīng)的施膠棒保持浸入膠池狀態(tài)，而當(dāng)某位置需要施膠時，微氣囊充氣，該處的施膠棒從膠池中升起，粘接劑便會隨之升起，直到充分接觸顆粒原料，以完成選擇性施膠； 5)將顆粒層移至工作平臺或已有的顆粒層上，施膠顆粒的粘接、固化，未施膠顆粒的作支撐使用； 6)重復(fù)以上逐層的吸附、選擇性施膠和粘接、堆放過程，直到最后一層，實(shí)現(xiàn)層間的疊力口，清理多余的顆粒原料，形成最終的待成形件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述選擇性施膠的增材制造方法，其特征在于，所述的微氣孔吸附盤上均布有一定數(shù)量和孔徑的氣孔點(diǎn)陣，固定在一起形成盤狀，每個氣孔通過管道接一個單獨(dú)的氣閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述選擇性施膠的增材制造方法，其特征在于，所述施膠棒根據(jù)單層圖形的形狀，可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的升降。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述選擇性施膠的增材制造方法，其特征在于，所述施膠棒上端設(shè)有凹槽，從而將粘接劑從膠池中提升至一定高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述選擇性施膠的增材制造方法，其特征在于，所采用的原料為金屬、塑料或陶瓷。
【文檔編號】B29C67/00GK103978207SQ201410203967
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】樊小蒲, 王秀峰 申請人:陜西科技大學(xué)