專(zhuān)利名稱(chēng)：快速成形工作臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于快速成形技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種快速成形工作臺(tái)。
背景技術(shù)：
快速成形技術(shù)作為一種先進(jìn)的制造技術(shù)，打破了傳統(tǒng)的制造模式，利用離散/堆積的原理，無(wú)需任何工、模具，由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，快速完成任意復(fù)雜形狀的零件，從而實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品制造的數(shù)字化和自動(dòng)化。熔融擠壓快速成形(MEM Melted Extrusion Modeling)技術(shù)是由計(jì)算機(jī)根據(jù) CAD模型確定的幾何信息，控制噴嘴，將成形材料通過(guò)加熱器的擠壓頭熔化成熔融態(tài)，使熔化的熱塑料絲通過(guò)噴嘴擠出，擠壓頭沿零件的每一截面的輪廓準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)，擠出半流動(dòng)的熱塑材料沉積固化成精確的實(shí)際部件薄層，覆蓋于已建造的零件之上，并快速凝固，形成一層材料。隨后，擠壓頭沿縱向向上運(yùn)動(dòng)一個(gè)微小距離進(jìn)行下一層材料的建造，這樣逐層由底到頂?shù)囟逊e成一個(gè)實(shí)體零件。利用熔融擠壓快速成形技術(shù)加工塑料零件時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生翹曲變形，主要是由于成形材料固化時(shí)體積收縮引起的，即噴嘴擠出的半流動(dòng)的熱塑性材料的溫度快速?gòu)娜廴跍囟冉档绞覝兀a(chǎn)生了不可補(bǔ)償?shù)捏w積收縮，形成翹曲變形。為了消除翹曲變形，現(xiàn)有技術(shù)的做法是在成形設(shè)備上加裝封閉的成形室，熱塑料絲的擠出和固化過(guò)程在成形室內(nèi)部完成， 熱塑料絲的溫度從熔融溫度只降到成形室內(nèi)溫度，一般情況下，成形室內(nèi)的溫度被控制在在50-130°C左右，以避免成形材料降溫速度過(guò)快帶來(lái)的翹曲變形。成形室內(nèi)的加熱裝置使其內(nèi)溫度保持在50-130°C，加熱裝置一般采用加熱管、加熱棒、電阻絲加熱或者紅外線(xiàn)發(fā)熱裝置。但是，上述的技術(shù)方案導(dǎo)致了快速成形設(shè)備過(guò)于復(fù)雜，需要增設(shè)用于保溫的成形室， 另外增設(shè)的成形室在材料成形過(guò)程中始終處于封閉狀態(tài)，使得成形室內(nèi)執(zhí)行部件的工作狀態(tài)不易觀(guān)察，無(wú)法及時(shí)處理實(shí)時(shí)產(chǎn)生的各種問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了防止成形材料降溫速度過(guò)快，現(xiàn)有技術(shù)中的快速成形設(shè)備需增設(shè)成形室以提供環(huán)境溫度，因此造成了快速成形設(shè)備復(fù)雜和成形過(guò)程不易觀(guān)察及由此導(dǎo)致的無(wú)法及時(shí)處理實(shí)時(shí)產(chǎn)生的各種問(wèn)題的缺陷，本發(fā)明提供一種快速成形工作臺(tái)，該工作臺(tái)為一種自加熱的開(kāi)放式工作臺(tái)，該工作臺(tái)本身帶有加熱裝置用以保證成形材料的環(huán)境溫度；采用該工作臺(tái)無(wú)需設(shè)置成形室，使得材料成形的工作過(guò)程完全可見(jiàn)以便及時(shí)處理實(shí)時(shí)產(chǎn)生的各種問(wèn)題。技術(shù)方案快速成形工作臺(tái)，包括支撐裝置和加熱裝置，所述支撐裝置的上表面包括一支撐面用于支撐成形零件，所述加熱裝置用于通過(guò)對(duì)支撐裝置加熱進(jìn)而對(duì)擠出的成形材料提供環(huán)境溫度。所述支撐裝置為金屬材質(zhì)、玻璃材質(zhì)或石質(zhì)。
所述支撐裝置為至少耐150度溫度的高分子材料。所述支撐裝置為一平臺(tái)。 所述支撐面上分布有凸凹結(jié)構(gòu)。所述凸凹結(jié)構(gòu)為間隔分布的凹槽和/或凹孔。所述支撐面上涂覆有高分子材料層，所述高分子材料層的上表面用于支撐成形零件。所述高分子材料層為塑料層或樹(shù)脂層或膠粘劑層。所述高分子材料層的厚度不大于5毫米。所述高分子材料層的厚度不大于0. 5毫米。所述高分子材料層的上表面為凸凹結(jié)構(gòu)或高分子材料層在所述支撐面上間隔涂覆形成了凹凸結(jié)構(gòu)。所述凸凹結(jié)構(gòu)為間隔分布的凹槽和/或凹孔。所述加熱裝置位于支撐裝置的內(nèi)部或者下方。所述加熱裝置的加熱溫度設(shè)定在成形材料軟化溫度的正負(fù)30度范圍內(nèi)。所述加熱裝置的加熱溫度設(shè)定在成形材料軟化溫度的正負(fù)10度范圍內(nèi)。技術(shù)效果本發(fā)明提供一種自加熱開(kāi)放式快速成形工作臺(tái)，包括有用于支撐成形零件的支撐裝置，和用于通過(guò)對(duì)支撐裝置加熱進(jìn)而對(duì)擠出的成形材料提供環(huán)境溫度的加熱裝置。該快速成形工作臺(tái)打破的快速成形設(shè)備必須設(shè)置封閉的成形室的傳統(tǒng)觀(guān)念，別具匠心的提出了一種開(kāi)放式的工作臺(tái)，開(kāi)放式的工作臺(tái)的好處不僅僅在于簡(jiǎn)化了快速成形設(shè)備的結(jié)構(gòu)，更重要的是使得成形過(guò)程可視化，不論作為教學(xué)講解還是生產(chǎn)實(shí)際中監(jiān)測(cè)執(zhí)行部件的工作狀態(tài)，都是一種突破。另外，這種開(kāi)放式的工作臺(tái)同時(shí)還是一種自加熱的工作臺(tái)，加熱裝置對(duì)支撐裝置加熱，具有一定溫度的支撐裝置對(duì)其周?chē)目諝饧訜?，隨著熱氣流的上升，形成了具有一定范圍的熱環(huán)境，擠出的成形材料在降溫過(guò)程中其溫度便只會(huì)從熔融溫度降低到熱環(huán)境溫度了，并且擠出的成形材料沉積固化成的實(shí)際部件薄層與支撐面直接接觸或者覆蓋于支撐面上已堆積的成形零件之上，同樣抑制了成形材料的快速冷卻，因此很好的解決了降溫速度過(guò)快帶來(lái)的成形零件翹曲變形的問(wèn)題。支撐裝置可以選擇為一平臺(tái)，利于支撐裝置的生產(chǎn)加工，當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)際工況選擇合適的形狀。支撐裝置可以為金屬材質(zhì)，比如鋁、銅、鐵等，不易變形并且導(dǎo)熱性好。 當(dāng)然，也可以選擇導(dǎo)熱性較差的玻璃材質(zhì)或石質(zhì)或者耐一定高溫的高分子材料。支撐裝置的支撐面上分布有凸凹結(jié)構(gòu)，以增大成形材料的底面與支撐面之間的粘結(jié)面積，提高兩者之間的粘結(jié)力。凸凹結(jié)構(gòu)可以為在支撐面開(kāi)槽或打孔得到的凹槽或凹孔。在支撐面上可以涂敷有高分子材料層，高分子材料層的上表面用于支撐成形零件，以增加成形過(guò)程中對(duì)塑料零件的支撐力，高分子材料層可以選擇塑料層、樹(shù)脂層或膠粘劑層，最好是與待成形材料同類(lèi)或者相容的材質(zhì)，以進(jìn)一步增加支撐粘結(jié)力。均衡高分子材料層可以增強(qiáng)支撐力的優(yōu)點(diǎn)和導(dǎo)熱性差的缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，涂覆的高分子材料層的厚度最好不大于5毫米，優(yōu)選地，不大于0. 5毫米。高分子材料層的上表面可以為凸凹結(jié)構(gòu)， 比如間隔分布的凹槽或凹孔，以增加成形材料的底面與高分子材料層上表面之間的粘結(jié)面積。高分子材料層可以在所述支撐面上間隔涂覆形成凹凸結(jié)構(gòu)，比如高分子材料層由若干間隔分布的高分子材料條組成，或者高分子材料層上分布有若干通孔，此時(shí)高分子材料層并沒(méi)有完全覆蓋支撐面，在凹槽和凹孔底面所在的支撐面部分直接與空氣或成形材料相接觸，極大地提高了熱傳導(dǎo)效率。對(duì)支撐裝置加熱的加熱裝置可以采用常用的電阻絲加熱、電熱管，平板加熱器或電熱棒加熱等。加熱溫度控制在成形材料軟化溫度的正負(fù)30度范圍內(nèi)即可，為了進(jìn)一步控制成形零件的收縮率，加熱溫度可以控制在成形材料軟化溫度的正負(fù)10度范圍內(nèi)。


圖1為本發(fā)明快速成形工作臺(tái)第一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明快速成形工作臺(tái)第二種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明快速成形工作臺(tái)第三種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明快速成形工作臺(tái)第四種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明快速成形工作臺(tái)第五種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記示例如下1、2、3、4、5_快速成形工作臺(tái)，10、30、40_金屬平臺(tái)，20-玻璃平臺(tái)，50-塑料平臺(tái)， 11、21、31、41、51_ 加熱裝置，32、42_ 塑料層。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明， 并不用于限定本發(fā)明，同時(shí)本發(fā)明的快速成形工作臺(tái)并不限于應(yīng)用在熔融擠壓快速成形工藝，還可以應(yīng)用在快速成形領(lǐng)域的粉末燒結(jié)快速成形工藝和熔融噴射成形工藝(MJM Melted JetModeling)中。實(shí)施例1參考圖1，為本發(fā)明快速成形工作臺(tái)第一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該快速成形工作臺(tái)1從上至下依次包括有金屬平臺(tái)10和加熱裝置11，其中的金屬平臺(tái)10可以為鋁平臺(tái)、銅平臺(tái)、鐵平臺(tái)等，加熱裝置11可以為電阻絲加熱、加熱管或加熱棒加熱以及其他常用的加熱裝置。成形過(guò)程中，噴嘴擠出的熱塑料絲固化堆積到金屬平臺(tái)10的上表面即支撐面，熱塑料絲在被擠出、固化過(guò)程中其溫度從熔融溫度只冷卻到該塑料的軟化溫度附近，避免了塑料冷卻速度過(guò)快造成的翹曲變形。軟化溫度的提供是由加熱裝置11對(duì)金屬平臺(tái)10的下表面加熱，熱量從金屬平臺(tái)10的下表面?zhèn)鲗?dǎo)到金屬平臺(tái)10的支撐面，并且金屬平臺(tái)10的支撐面的溫度隨著熱氣流的上升影響到了該支撐面的上方空間，而形成的一定范圍的熱環(huán)境。加熱裝置11的溫度可以控制在該成形材料的軟化溫度的正負(fù)30度范圍內(nèi)，為了進(jìn)一步控制成形材料的收縮率，加熱裝置11的溫度可以進(jìn)一步控制在該成形材料的軟化溫度的正負(fù)10度范圍內(nèi)。在實(shí)際的成形過(guò)程中，還應(yīng)考慮環(huán)境的溫度和成形零件的大小，當(dāng)環(huán)境溫度偏低時(shí)，考慮到熱量在空氣中傳導(dǎo)過(guò)程中會(huì)損失較多，可以適當(dāng)提高加熱裝置的設(shè)定溫度；考慮到待成形零件的體積較大，更易于收縮變形時(shí)，也可以適當(dāng)提高加熱裝置的設(shè)定溫度。當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際需求，本實(shí)施例中的金屬平臺(tái)10也可以采用玻璃平臺(tái)或者石臺(tái)替代， 由于玻璃平臺(tái)和石臺(tái)的導(dǎo)熱性差于金屬平臺(tái)，可以適當(dāng)提高加熱裝置11的加熱溫度，以保證成形材料的熱環(huán)境溫度。實(shí)施例2見(jiàn)圖2，為本發(fā)明快速成形工作臺(tái)第二種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該快速成形工作臺(tái) 2從上至下依次包括有玻璃平臺(tái)20和加熱裝置21，該快速成形工作臺(tái)2的玻璃平臺(tái)20的上表面(即支撐面)上均布有凹槽，目的在于其一、用凸凹的表面代替光滑的平面，增大了支撐面與成形零件底面之間的粘結(jié)面積，提高支撐面對(duì)成形零件的支撐力；其二、玻璃的導(dǎo)熱性要差于金屬材料，在玻璃平臺(tái)上開(kāi)設(shè)凹槽，可以局部地減少了玻璃平臺(tái)的厚度，更有利于熱傳導(dǎo)。當(dāng)然，不局限于開(kāi)設(shè)凹槽這一種形式，還可以為打孔形成的凹孔或者網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以及其他凸凹結(jié)構(gòu)均可以起到上述的兩點(diǎn)作用。實(shí)施例3見(jiàn)圖3，為本發(fā)明快速成形工作臺(tái)第三種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。與實(shí)施例1中的快速成形工作臺(tái)1相同，本實(shí)施例中的快速成形工作臺(tái)3從上至下依次包括有金屬平臺(tái)30和加熱裝置31，但與實(shí)施例1中的快速成形工作臺(tái)1不同的是該快速成形工作臺(tái)3的金屬平臺(tái)30的上表面(即支撐面)上涂敷有高分子材料層，優(yōu)選為塑料層32，目的在于增加成形過(guò)程中對(duì)成形材料的支撐力，因?yàn)榻饘倨脚_(tái)30的支撐面對(duì)固化后的塑料成形零件的粘結(jié)力不夠會(huì)導(dǎo)致塑料成形零件在金屬支撐面上易產(chǎn)生位移，影響零件的成形，而在金屬支撐面上涂覆塑料層32后，特別是涂覆與成形材料同類(lèi)或相容的塑料材質(zhì)的塑料層，會(huì)增加對(duì)成形材料的支撐力，提高成形精度。但由于塑料的導(dǎo)熱性較差，因此，塑料層的厚度最好不大于5毫米，優(yōu)選的，不大于0.5毫米。當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際工況，本實(shí)施例中的塑料層可以用樹(shù)脂層或膠粘劑層替代。實(shí)施例4見(jiàn)圖4，為本發(fā)明快速成形工作臺(tái)第四種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該快速成形工作臺(tái) 4從上至下依次包括有金屬平臺(tái)40和加熱裝置41，金屬平臺(tái)40的上表面(即支撐面)上涂敷有塑料層42，目的在于增加成形過(guò)程中對(duì)成形材料的支撐力，與實(shí)施例3區(qū)別的是，本實(shí)施例中的塑料層42為間隔分布的塑料條組成，形成了凹凸結(jié)構(gòu)，而且塑料條之間的支撐面并沒(méi)有被塑料層42所覆蓋，因此提高了熱傳導(dǎo)的效率。當(dāng)然，在塑料層42上開(kāi)設(shè)若干通孔或者其他結(jié)構(gòu)使塑料層成為鏤空結(jié)構(gòu)，均可以達(dá)到增加支撐力、提高熱傳導(dǎo)效率的效果。另外，為了增加塑料層42與成型零件底面之間的粘結(jié)面積，還可以采用在塑料層的上表面開(kāi)設(shè)凸凹結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案，以代替塑料層的鏤空結(jié)構(gòu)。實(shí)施例5參考圖5，為本發(fā)明快速成形工作臺(tái)第五種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該快速成形工作臺(tái)5從上至下依次包括有塑料平臺(tái)50和加熱裝置51，其中的塑料平臺(tái)50的材質(zhì)可以選擇與成形材料同類(lèi)或相容的材料，以增強(qiáng)對(duì)成形材料的支撐力，加熱裝置51同實(shí)施例1中的選擇相同可以為電阻絲加熱、加熱管或加熱棒加熱等。本實(shí)施例中的塑料平臺(tái)50與金屬平臺(tái)10的顯著差別在于塑料的導(dǎo)熱性要差于金屬的導(dǎo)熱性，因此，可以考慮適當(dāng)?shù)臏p小塑料平臺(tái)的厚度或者提高加熱裝置的加熱溫度，以補(bǔ)償導(dǎo)熱性差帶來(lái)的溫度損失。另外，為了保證塑料平臺(tái)50在加熱狀態(tài)下的正常工作，通常會(huì)選擇耐至少150度溫度的塑料作為塑料平臺(tái)50。當(dāng)然，為增加粘結(jié)面積，還可以在塑料平臺(tái)50的支撐面上設(shè)置如實(shí)施例2所述的凸凹結(jié)構(gòu)。
另外，在上述5個(gè)實(shí)施例中的加熱裝置均可以設(shè)置在平臺(tái)的內(nèi)部，以提高熱傳導(dǎo)的效率。
權(quán)利要求
1.快速成形工作臺(tái)，包括支撐裝置和加熱裝置，所述支撐裝置的上表面包括一支撐面用于支撐成形零件，所述加熱裝置用于通過(guò)對(duì)支撐裝置加熱進(jìn)而對(duì)擠出的成形材料提供環(huán)境溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成形工作臺(tái)，其特征在于，所述支撐裝置為金屬材質(zhì)、玻璃材質(zhì)或石質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成形工作臺(tái)，其特征在于，所述支撐裝置為至少耐150度溫度的高分子材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成形工作臺(tái)，其特征在于，所述支撐裝置為一平臺(tái)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的快速成形工作臺(tái)，其特征在于，所述支撐面上分布有凸凹結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速成形工作臺(tái)，其特征在于，所述凸凹結(jié)構(gòu)為間隔分布的凹槽和/或凹孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的快速成形工作臺(tái)，其特征在于，所述支撐面上涂覆有高分子材料層，所述高分子材料層的上表面用于支撐成形零件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的快速成形工作臺(tái)，其特征在于，所述高分子材料層的上表面為凸凹結(jié)構(gòu)或高分子材料層在所述支撐面上間隔涂覆形成了凹凸結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的快速成形工作臺(tái)，其特征在于，所述凸凹結(jié)構(gòu)為間隔分布的凹槽和/或凹孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的快速成形工作臺(tái)，其特征在于，所述加熱裝置位于支撐裝置的內(nèi)部或者下方。
全文摘要
為了防止成形材料降溫速度過(guò)快，現(xiàn)有技術(shù)中的快速成形設(shè)備需增設(shè)成形室以提供環(huán)境溫度，因此造成了快速成形設(shè)備復(fù)雜和成形過(guò)程不易觀(guān)察及由此導(dǎo)致的無(wú)法及時(shí)處理實(shí)時(shí)產(chǎn)生的各種問(wèn)題的缺陷，本發(fā)明提供一種快速成形工作臺(tái)，包括支撐裝置和加熱裝置，所述支撐裝置的上表面包括一支撐面用于支撐成形零件，所述加熱裝置用于通過(guò)對(duì)支撐裝置加熱進(jìn)而對(duì)擠出的成形材料提供環(huán)境溫度，該工作臺(tái)為一種自加熱的開(kāi)放式工作臺(tái)，該工作臺(tái)本身帶有加熱裝置用以保證成形材料的環(huán)境溫度，采用該工作臺(tái)無(wú)需設(shè)置成形室，使得材料成形的工作過(guò)程完全可見(jiàn)以便及時(shí)處理實(shí)時(shí)產(chǎn)生的各種問(wèn)題。
文檔編號(hào)B29C47/88GK102218807SQ201010150610
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者唐果林, 郭戈, 顏旭濤 申請(qǐng)人:郭戈