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用于分層物體制造的粘性和粘結(jié)膠粘劑系統(tǒng)和方法

文檔序號:9307774閱讀:425來源:國知局
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
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