用于分層物體制造的粘性和粘結(jié)膠粘劑系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及層壓或分層物體制造化0M)領(lǐng)域，尤其設(shè)及設(shè)備，特別是用于分層物 體制造的粘性和粘結(jié)膠粘劑系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 快速原型的定義是受計算機控制的增材制造，原因在于它是通過增加材料而不是 通過去除或減少材料的常規(guī)加工方法來制造物體。必須理解，術(shù)語"快速"是一個相對術(shù)語， 在本領(lǐng)域內(nèi)具有特定含義，其原因在于構(gòu)造一個=維物品成品要耗費幾小時到幾天不等， 具體取決于所采用的方法W及模型的大小和復(fù)雜度。已知的在快速原型領(lǐng)域內(nèi)采用的方法 有許多種，分層物體制造化0M)是快速原型（R巧的其中一種形式，設(shè)及將涂有粘合劑的紙、 塑料或金屬層壓板依次層疊，然后將它們依次地粘結(jié)在一起并且用刀具或激光切割機切割 成形。
[0003] 多個介質(zhì)物體層形成之后，執(zhí)行仿形和層粘結(jié)過程。將多個層粘結(jié)在一起，然后執(zhí) 行仿形或除雜過程，該過程包括：從打印的介質(zhì)堆疊中去除不需要的支撐材料，從而使3D 打印物體顯露出來。
[0004] 在L0M快速原型中，最初有L0M物體的兩個區(qū)域。即，L0M物體包括永久區(qū)域和臨 時區(qū)域，其中永久區(qū)域的層被粘合在一起構(gòu)成最終的3D對象，而臨時區(qū)域隨后"除雜"，將 其從最后的3D物體中分離和刪除。在典型的L0M制造中，膠粘劑被預(yù)先施加到卷筒上的介 質(zhì)上。圖1示出了常規(guī)的L0M裝配過程，其中膠粘劑預(yù)施加在卷筒1上的介質(zhì)上。膠粘劑 由加熱漉2激活，W引起若干接觸著的層6粘結(jié)在一起。激光單元5經(jīng)由棱鏡4發(fā)射激光 光束3,W便于去除廢料。 陽0化]在現(xiàn)有的采用基于紙的原材料的L0M系統(tǒng)中，紙W卷的形式提供。提供的紙卷底 面可W預(yù)先附有膠粘劑。在運種情況下，可W通過熱和/或壓力激活膠粘劑，從而在前一層 上形成粘結(jié)。在另一種方法中，膠粘劑可W在材料從卷中抽出時施加于材料的底面上。然 而，存在若干與卷材料的使用有關(guān)的缺點。例如，一臺機器通常只能使用?？谥圃斓牟牧?卷，而獲得和/或取代它的代價高昂。還存在一些與日常原材料卷的使用相關(guān)的缺點。例 如，由于預(yù)先施加了膠粘劑在卷上，在給料機構(gòu)中該卷可能會被卡住或堵塞。由于上述原 因，廢料去除非常困難，因為它與所制成的部件一樣，W相同的粘結(jié)力粘結(jié)在一起。運可能 導(dǎo)致在廢料去除的"除雜"期間損壞所制成的部件，原因在于經(jīng)常需要鑿子和其他尖銳的工 具將物體分離開。
[0006] 在US2011/0094441A1中，膠粘劑通過使用帶凹陷的輪并在該凹陷中填滿膠粘劑 而施用到介質(zhì)上，然后通過輪與基底層接觸，將控制量的膠粘劑轉(zhuǎn)移到基底層的離散點上。 該系統(tǒng)能夠數(shù)字地在L0M裝配的永久粘結(jié)區(qū)域施用高的膠點打印密度，W及在臨時支撐區(qū) 域中施用低的膠點打印密度。
[0007] 在紙層之間施用膠粘劑的其他方法包括：涂布片材的整個工作區(qū)域，如上所述，運 會造成在已完成部件的后處理過程中，當(dāng)去除廢料時產(chǎn)生嚴(yán)重的困難；還使用一種物質(zhì)，當(dāng) 其放置在片材上的某些位置時，可w防止運些位置發(fā)生粘結(jié)。運種技術(shù)的缺點是嚴(yán)重浪費 膠粘劑，運是由膠粘劑涂布片材的整個工作區(qū)域造成的。
[0008] 還應(yīng)該指出，目前L0M系統(tǒng)經(jīng)常使用的膠粘劑為溶劑型，不具有水溶性，因此產(chǎn)生 了環(huán)境問題，例如由于處置（排放）目的。然而，運樣的溶劑型膠粘劑卻不得不天天用在L0M 中，因為使用具有高的濕含量的水基膠粘劑產(chǎn)生了進一步的問題，如紙張的翅曲和變形，運 些問題妨礙了它們在L0M系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0009] 因此，在用于快速原型的L0M系統(tǒng)中，存在大量與粘結(jié)和廢料去除有關(guān)的問題需 要解決。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 綜上，本發(fā)明提供了一種如權(quán)利要求1詳細(xì)描述的點膠裝置。
[00川根據(jù)另一個方面，本發(fā)明提供了一種L0M系統(tǒng)，如權(quán)利要求10所述，其將第一和第 二膠粘劑施用于物體介質(zhì)層的不同區(qū)域。該施用過程還提供了一種粘結(jié)模塊，如權(quán)利要求 31所述。本發(fā)明還提供了一種包括配頁機的L0M系統(tǒng)，如權(quán)利要求37所述。本發(fā)明還提供 了一種根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法。還提供與權(quán)利要求46相符的膠粘劑。有效特征在從 屬權(quán)利要求中提供。
[0012] 包括粘性膠粘劑的膠粘劑，用于為應(yīng)用該膠粘劑的層提供臨時層粘結(jié)。
[0013] 本發(fā)明提供一種在分層物體制造化0M)系統(tǒng)中使用的點膠裝置，通過將膠粘劑應(yīng) 用于多個物體介質(zhì)層形成=維（3D)物體，每個物體介質(zhì)層包括臨時區(qū)域和永久區(qū)域，其中 所述點膠裝置配置為，在物體介質(zhì)層的臨時區(qū)域應(yīng)用第一膠粘劑，而在物體介質(zhì)層的永久 區(qū)域應(yīng)用第二膠粘劑。
[0014] 在上述點膠裝置的一種配置中，包括一個或多個打印頭。該一個或多個打印頭可 W被配置為同時共同打印第一和第二膠粘劑。另外，該裝置可W包括單個打印頭。打印頭 (們）可W包括噴墨打印頭。該裝置可W配置為隔開=維物體介質(zhì)層應(yīng)用膠粘劑。每個打 印頭包括打印頭滑架，配置為當(dāng)打印膠粘劑時掃描物體介質(zhì)層的寬度。每個打印頭包括頁 寬陣列打印頭。該裝置可W配置為在物體介質(zhì)層的特定位置上打印預(yù)定量的第一膠粘劑和 第二膠粘劑。
[0015]在另一中配置中，還提供了形成S維（3D)物體的一種分層物體制造化0M)系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括點膠裝置，其用于施用膠粘劑到物體的物體介質(zhì)層，每個物體介質(zhì)層包括臨時 區(qū)域和永久區(qū)域，其中點膠裝置被配置為應(yīng)用第一膠粘劑和第二膠粘劑到物體介質(zhì)層的不 同區(qū)域。
[0016] 在一種配置中，第一膠粘劑是臨時粘性膠粘劑，其點膠裝置被配置為應(yīng)用第一膠 粘劑到物體介質(zhì)層的臨時區(qū)域。第二膠粘劑可W是永久粘結(jié)膠粘劑，并且點膠裝置被配置 為應(yīng)用第二粘合劑到該物體介質(zhì)層的永久區(qū)域。
[0017] 第一膠粘劑可在粘結(jié)和仿形期間用于臨時粘結(jié)物體介質(zhì)層的臨時區(qū)域。當(dāng)已被應(yīng) 用的該膠粘劑被加熱到高于預(yù)定溫度時，第一膠粘劑可W被配置烙融并流出物體介質(zhì)層的 臨時區(qū)域之間的界面。
[001引根據(jù)另一種配置，提供了一種膠粘劑，其包含對應(yīng)用該膠粘劑的層提供臨時層粘 結(jié)的粘性膠粘劑。
[0019] 在一種LOM系統(tǒng)或膠粘劑的配置中，粘性膠粘劑包括單一的固體蠟?？蛇x地，包括 蜂蠟?？蛇x地，粘性膠粘劑包括在去離子水中的蠟顆粒微乳液?？蛇x地，所述蠟包括石蠟， 蜂蠟或棟桐蠟?？蛇x地，該膠粘劑進一步包括硬脂酸。可選地，粘性膠粘劑具有10到11之 間的PH值?？蛇x地，粘性膠粘劑是一種臨時膠粘劑，被配置為可被釋放和/或失活和/或 移除。
[0020] 在一個方面，第二膠粘劑包括一種粘結(jié)膠粘劑，用于將物體介質(zhì)層的永久區(qū)域彼 此永久地粘結(jié)?？蛇x地，粘接膠粘劑包括在去離子水中的乙締-醋酸乙締醋巧VA)共聚合 物乳膠粒子微乳液。粘結(jié)膠粘劑可W包括大約在去離子水中的5%的EVA固體。該粘接膠 粘劑可具有約1. 66mPa.S的粘度?？蛇x地，該粘性膠粘劑具有的表面張力約為53. 65mN.m1。
[0021] 在一種配置中，第一和第二膠粘劑的每個具有的粘度小于50mPa.s。另外，第一和 第二膠粘劑的每個粘度范圍在1到lOmPa.S。第一和第二膠粘劑的每個可W具有大于34mN. m1的表面張力。第一和第二膠粘劑可配置為被噴墨打印。
[0022] 根據(jù)另一方面，提供了一種粘結(jié)模塊，用于在分層物體制造化0M)系統(tǒng)中粘結(jié)多 個單獨的物體介質(zhì)層W形成=維（3D)物體，每個物體介質(zhì)層包括臨時區(qū)域和永久區(qū)域，其 中臨時區(qū)域被施用第一膠粘劑，永久區(qū)域被施用第二膠粘劑，其中粘結(jié)模塊包括加熱元件， 用于加熱多個施用了膠粘劑的物體介質(zhì)層。
[0023] 加熱元件可W被配置為加熱多個施用了膠粘劑的物體介質(zhì)層，使其溫度高于預(yù)定 溫度，運將導(dǎo)致第一膠粘劑烙融后流出臨時區(qū)域之間的界面，并導(dǎo)致第二膠粘劑將粘結(jié)區(qū) 域永久地粘結(jié)在一起。所述粘結(jié)模塊可W包括構(gòu)造臺，用于將多個物體介質(zhì)層堆疊在上面， 構(gòu)造臺被配置為可移動的，W使物體介質(zhì)層與加熱元件接觸。加熱元件可W包括熱板。預(yù) 定溫度可W是至少80°C。
[0024] 粘結(jié)模塊可W包括本發(fā)明說明書中的點膠裝置。
[0025] 根據(jù)另一個方面，提供了一種分層物體制造化0M)系統(tǒng)，其被配置為組裝多個單 獨的打印介質(zhì)層W形成一個=維（3D)物體，該系統(tǒng)包括： 陽0%] 配頁機，配置為組裝多個單獨的打印介質(zhì)層W形成3D物體。
[0027] 該配頁機包括權(quán)利要求1到9任一項所述的點膠裝置和權(quán)利要求31至36所述的 粘結(jié)模塊。
[0028] 該系統(tǒng)可W包括一種油墨打印模塊，用于在配頁前打印多個物體介質(zhì)層中的每一 層。配頁機可W包括仿形模塊，被配置為實際仿形多個物體介質(zhì)層的單個層，W在3D物體 內(nèi)部生成所需的3D形狀。
[0029] 根據(jù)另一方面，提供了一種在分層物體制造化0M)系統(tǒng)中，粘結(jié)多個單獨物體介 質(zhì)層W形成=維（3D)物體的方法，每個物體介質(zhì)層包括臨時區(qū)域和永久區(qū)域，該方法包 括：
[0030] 應(yīng)用第一粘性膠粘劑到多個物體介質(zhì)層每一層的臨時區(qū)域；
[0031] 應(yīng)用第二粘結(jié)膠粘劑到多個物體介質(zhì)層每一層的永久區(qū)域；
[0032] 在彼此之上放置物體介質(zhì)層W形成物體；
[0033] 加熱物體介質(zhì)層使其溫度高于預(yù)定溫度，導(dǎo)致第一粘合劑烙融，并在冷卻時重新 凝固W形成臨時粘結(jié)區(qū)域；
[0034]加熱物體介質(zhì)層使其溫度高于所述粘性膠粘劑的烙點，導(dǎo)致所述粘性膠粘劑從層 間粘結(jié)區(qū)域通過毛細(xì)現(xiàn)象遷移；和
[0035] 從L0M物體分離所述臨時區(qū)域。
[0036] 該方法可W包括加熱物體介質(zhì)層，使其溫度高于預(yù)定溫度，導(dǎo)致第二粘結(jié)膠粘劑 將永久區(qū)域永久粘結(jié)W形成完成的L0M物體。該方法可W包括加熱該物體介質(zhì)層到高于在 第一膠粘劑中使用的蠟的烙點。該方法可W包括加熱該物體介質(zhì)層至80°CW上，并保持溫 度在該水平一段時間，W保證