一種選擇性施膠的增材製造方法
2023-07-15 11:40:31 1
一種選擇性施膠的增材製造方法
【專利摘要】一種選擇性施膠的增材製造方法，根據待成形件的形狀要求，構建其三維模型，並按照加工方向進行分層離散化處理；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立升降的細小施膠棒；移動微氣孔吸附盤，連同吸附的顆粒原料到膠池液位上方，施膠棒的上端設有凹槽，根據切片圖形，根據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；重複以上過程，直到最後一層，實現層間的疊加，清理多餘的顆粒原料，形成最終的待成形件，本發明具有成型速度快、節約材料、無需另外設置支撐等優點。
【專利說明】一種選擇性施膠的增材製造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於增材製造【技術領域】，特別涉及一種選擇性施膠的增材製造方法。
【背景技術】
[0002]與傳統的製造相比，增材製造技術是在平面的X軸和Y軸之上增加了 Z軸，用材料堆積的方法實現了立體化的逐層製造技術。該技術以金屬、塑料和陶瓷等為主要原料，遵循「分層固化，層層累加」技術原理，根據層內固化的方式，可將常見的增材製造技術可分為三類:第一類是光固式，如立體光刻技術(SL)，受紫外線等的逐點照射掃描，使液態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)、選區雷射燒結(SLS)、電子束熔融(EBM)，均以熔化再凝固為基本原理，使材料逐點熔化並固化在一起形成薄層；第三類是粘固式，如三維噴塗粘接(3DP)、分層實體製造(LOM)，是將粉末材料選擇性地逐點粘結成為一個整體，或將薄層材料粘結後沿邊緣逐點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現方法，還是哪類的固化形式，現有的絕大多數增材製造技術均採用特殊光線或能量的逐點掃描方式進行，通過點的移動逐步形成線條，達到邊緣後轉向，繼續掃描，最終形成一個平面。顯而易見，在每個單層平面上均為逐點掃描，這種掃描方式的最大缺點是成型速度慢，效率有待提高。另外，對一些產品中懸空的部分，熔絲沉積造型(FDM)等技術必須提前設計「支撐」，既浪費材料又增加了後續清除成本。
【發明內容】
[0004]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種選擇性施膠的增材製造方法，在微氣孔均勻吸附原料層下方，根據離散出的切片圖形，在對應位置，有選擇地施膠後一次可直接堆積出一個平面，具有成型速度快、節約材料、無需另外設置支撐等優點。
[0005]為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是:
[0006]一種選擇性施膠的增材製造方法，包括:
[0007]I)根據待成形件的形狀要求，構建其三維模型，並按照加工方向進行分層離散化處理；
[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立升降的細小施膠棒，所述施膠棒的下方設置有獨立的微氣囊，充氣則可升起對應的施膠棒，不充氣則保持該施膠棒浸入膠池狀態，根據離散出切片圖形的需要，進行施膠棒升降，從而實現精確控制粘接劑在平面的分布點陣；
[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，施膠棒的上端設有凹槽，根據切片圖形，當某位置不需要施膠時，位於施膠棒的下方的獨立微氣囊不充氣，對應的施膠棒保持浸入膠池狀態，而當某位置需要施膠時，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)重複以上逐層的吸附、選擇性施膠和粘接、堆放過程，直到最後一層，實現層間的疊加，清理多餘的顆粒原料，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量和孔徑的氣孔點陣。
[0014]所述施膠棒根據單層圖形的形狀，可實現單獨的升降。
[0015]所述施膠棒上端設有凹槽，可將粘接劑從膠池中提升到一定高度。
[0016]所採用的原料為金屬、塑料或陶瓷等。
[0017]所採用的原料要求顆粒的粒度均勻、圓度好。
[0018]與現有技術相比，本發明提供的基於選擇性施膠技術的增材製造方法，採用面成型的方法進行零件的製造，可實現一次直接成形一個平面，具有成型速度快、節約材料、無需另外設置支撐的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發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)則可升起對應的施膠棒，不充氣則保持該施膠棒浸入膠池狀態。
[0020]圖2是實施例提供的選擇性施膠的增材製造方法的實現過程示意圖。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是實施例提供的選擇性施膠的增材製造方法某層的材料分布點陣示意圖。8為不需要施膠的位置，9為需要施膠的位置。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。
[0023]本發明包括如下步驟:
[0024]I)根據待成形件的形狀要求，構建其三維模型，並按照加工方向進行分層離散化處理；
[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立升降的施膠棒，這些施膠棒可根據離散出的切片圖形進行升降，從而實現精確控制粘接劑在平面的分布點陣；
[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，施膠棒的上端設有凹槽，根據切片圖形，當某位置不需要施膠時，位於施膠棒的下方的獨立微氣囊不充氣，對應的施膠棒保持浸入膠池狀態，而當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)重複以上逐層的吸附、選擇性施膠和粘接、堆放過程，直到最後一層，實現層間的疊加，清理多餘的顆粒原料，形成最終的待成形件。
[0030]其中，如圖1所示，本發明微氣孔吸附盤由許多微小的管道按一定規律整齊排列，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別的(如圖3所示)，這些區別被計算機識別後，圖形信號便可轉化為數位訊號，該數位訊號可精確控制每個施膠棒3的升降:需要顆粒原料時，與該點對應的施膠棒3升起，將上端的粘接劑帶出並塗抹在顆粒原料2上；不需要顆粒原料時，該處的施膠棒不升起，對應位置的顆粒原料2上將不會施膠。
[0032]實施例:參見圖1、圖2和圖3，選擇性施膠製備顆粒的零件，包括以下步驟:
[0033]1、利用三維軟體完成該零件的建模，並儲存成STL文件格式；
[0034]2、對模型進行離散化處理，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 」標記的圓表示需要材料的對應位置，有「 X 」標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、將微氣孔吸附盤置於顆粒容器的上方，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，在需要材料的對應位置，如圖3的有「 V」標記處，位於施膠棒的下方的獨立微氣囊充氣，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，其餘位置處的施膠棒保持浸入膠池狀態，即可控制粘接劑在平面的分布，實現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、重複以上逐層的吸附、選擇性施膠和粘接、堆放過程，直到最後一層，實現層間的疊加，清理多餘的顆粒原料，形成最終的待成形件。
【權利要求】
1.一種選擇性施膠的增材製造方法，包括: 1)根據待成形件的形狀要求，構建其三維模型，並按照加工方向進行分層離散化處理； 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立升降的細小施膠棒，所述施膠棒的下方設置有獨立的微氣囊，充氣則可升起對應的施膠棒，不充氣則保持該施膠棒浸入膠池狀態，根據離散出切片圖形的需要，進行施膠棒升降，從而實現精確控制粘接劑在平面的分布點陣； 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，施膠棒的上端設有凹槽，根據切片圖形，當某位置不需要施膠時，位於施膠棒的下方的獨立微氣囊不充氣，對應的施膠棒保持浸入膠池狀態，而當某位置需要施膠時，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)重複以上逐層的吸附、選擇性施膠和粘接、堆放過程，直到最後一層，實現層間的疊力口，清理多餘的顆粒原料，形成最終的待成形件。
2.根據權利要求1所述選擇性施膠的增材製造方法，其特徵在於，所述的微氣孔吸附盤上均布有一定數量和孔徑的氣孔點陣，固定在一起形成盤狀，每個氣孔通過管道接一個單獨的氣閥。
3.根據權利要求1所述選擇性施膠的增材製造方法，其特徵在於，所述施膠棒根據單層圖形的形狀，可實現單獨的升降。
4.根據權利要求1所述選擇性施膠的增材製造方法，其特徵在於，所述施膠棒上端設有凹槽，從而將粘接劑從膠池中提升至一定高度。
5.根據權利要求1所述選擇性施膠的增材製造方法，其特徵在於，所採用的原料為金屬、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 優先權日:2014年5月14日
【發明者】樊小蒲, 王秀峰 申請人:陝西科技大學