專利名稱：制作金屬工藝畫的熱噴涂方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到金屬工藝畫的制作技術(shù)，特別是結(jié)合計算機(jī)輔助設(shè)計，用熱噴涂方法制作金屬工藝裝飾 畫的技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的逐步提高，各種工藝品裝飾畫在辦公室、公共場所以及家居裝 飾有著越來越大的需求。制作工藝品裝飾畫的材料多種多樣，制作的工藝方法層出不窮。雖然許多種材料 都可被用來制作工藝畫，但是金屬材料的堅實、光澤、厚重質(zhì)感仍受到許多人的喜愛。制作金屬工藝畫通 常采用金屬板材，如銅、不銹鋼等塑性材料手工敲制成金屬版畫或簡單的幾何照型；有時也會使用鑄造方 法制取帶有精美圖案的低熔點錫基合金、鋅基合金或銅合金制品。對于某些設(shè)計或制品，使用這些材料及 方法可以恰到好處地滿足消費(fèi)者的需求。
近年來隨著世界金屬價格的不斷上漲，金屬工藝產(chǎn)品的成本和價格不斷提高。金屬工藝品市場迫切需 要一種使用材料少，可批量生產(chǎn)，且又能保持金屬質(zhì)感的工藝品裝飾畫制作工藝方法。針對這一需求，許 多人都在探索，不斷有一些新的T藝品制作技術(shù)方法問世。例如，由模具制作成型的塑料或玻璃鋼制品， 經(jīng)過表面的化學(xué)鍍，可以在制品上獲得許多種金屬涂層。這種方法用材少，方便快捷，缺點是鍍層較薄， 缺少堅實、厚重的金屬質(zhì)感。隨著熱噴涂技術(shù)的引入，也有人開始研究利用熱噴涂金屬涂層的方法制作工 藝裝飾畫。中國專利CN1191814A和CN1283557分別是關(guān)于采用熱噴涂方法制作金屬雕像的專利。中國專 利CN1070145發(fā)明了一種采用熱噴涂技術(shù)制作金屬裝飾圖案的制作方法。但這些方法也僅局限于單件生產(chǎn)。
電弧噴涂是熱噴涂技術(shù)的一種。電弧噴涂是利用燃燒于兩根連續(xù)送進(jìn)的金屬絲之間的電弧熔化金屬， 用壓縮空氣把熔化的金屬霧化，并對霧化的金屬細(xì)滴加速使它們噴向工件形成涂層的技術(shù)。只要可以拉拔 成絲，且可以導(dǎo)電的材料都可以用于電弧噴涂。電弧噴涂具有生產(chǎn)率高，使用成本低，操作方便靈活，制 備的涂層結(jié)合強(qiáng)度高等優(yōu)點，是非常有發(fā)展前景的表面處理方法。隨著計算機(jī)硬件、激光雕刻技術(shù)和三維 設(shè)計軟件技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，工藝品畫的三維設(shè)計技術(shù)已日趨成熟，將計算機(jī)技術(shù)容入工藝品的設(shè)計 和制造過程是未來的發(fā)展趨勢。本發(fā)明基于電弧噴涂并結(jié)合計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)，開發(fā)了一種可以批量生 產(chǎn)的金屬工藝品制作工藝方法。利用本發(fā)明可以用屏幕前的計算機(jī)設(shè)計和快速的激光雕刻替代藝術(shù)家的傳 統(tǒng)手工雕刻工作通過噴涂低熔點金屬或合金到可重復(fù)使用的橡膠陰模上，再經(jīng)過加固處理獲得批量生產(chǎn) 規(guī)模的金屬工藝品畫。

發(fā)明內(nèi)容
目前市場銷售的許多金屬工藝品需要手工制作完成，其設(shè)計周期長，制作成本較高。本發(fā)明的目的是 要開發(fā)一種結(jié)合計算機(jī)技術(shù)、激光雕刻技術(shù)和電弧噴涂技術(shù)的金屬工藝品制造方法。采用本發(fā)明專利可以 通過電腦設(shè)計，快速、批量、低成本地生產(chǎn)出金屬工藝畫產(chǎn)品。本發(fā)明制作金屬工藝品的基本過程是首 先在計算機(jī)中設(shè)計出工藝品畫的電子文件，然后通過激光雕刻機(jī)在橡膠板上雕刻出三維浮雕的陰模，噴涂 一層低熔點金屬或合金到該陰模的表面，再通過最后的加固裝配得到要求的工藝畫產(chǎn)品。其具體的操作步 驟如

圖1所示。
(1)首先利用計算機(jī)設(shè)計出工藝品畫的電子文件。使用計算機(jī)畫圖設(shè)計軟件可以方便地進(jìn)行工藝品 圖畫的整體與細(xì)節(jié)設(shè)計。通常先進(jìn)行一個二維藝術(shù)設(shè)計，Photoshop是常用的二維圖象設(shè)計軟件，功能強(qiáng)
大，界面友好，方便使用。設(shè)計時可以從互連網(wǎng)上或素材庫找到許多圖案或圖片作為設(shè)計的素材組成。對
于更高要求的工藝畫，需借助三維藝術(shù)設(shè)計軟件將其生成三維浮雕。ArtCAM是著名的三維藝術(shù)設(shè)計軟件， 它可以根據(jù)二維設(shè)計建立三維浮雕。(2) 過程的第2步是使用激光雕刻機(jī)在橡膠板上雕刻陰模。橡膠模雕刻時需要二維圖形格式文件， 還是三維格式的文件，主要取決于激光雕刻機(jī)的性能。用于制作陰模的橡膠板不但需要有較高的強(qiáng)度、硬 度要求，還要求具有良好的表面親水性。用于印刷制版領(lǐng)域的電腦激光專用雕刻橡膠版材可以滿足這些要 求。目前已商品化的電腦激光專用雕刻橡膠版材的最大幅面為1750 X600mm，具體規(guī)格尺寸根據(jù)設(shè)計要求 而定，而且版面的大小還取決于電腦激光雕刻機(jī)能加工的規(guī)格尺寸。對于要求更大尺寸的工藝畫可以通過 將多塊橡膠版面組合的方法實現(xiàn)。電腦激光專用雕刻橡膠版材具有如下特點耐油，耐酸堿，耐磨，使用 壽命長；平整度均勻，質(zhì)地細(xì)膩柔軟，雕刻流暢，可雕刻出小于lmm的細(xì)小文字或圖案。電腦激光專用 雕刻橡膠版材的厚度通常為4 10mm。用于噴涂金屬工藝品陰模，最好使用較大厚度的橡膠板材。如果厚 度不夠，還可以將兩塊橡膠板粘在一起使用。電腦激光雕刻機(jī)的種類很多，印刷行業(yè)廣泛使用激光雕刻機(jī)。 印刷用的激光雕刻機(jī)通常僅需要二維圖形的電子文檔。激光雕刻時通過設(shè)定邊緣坡度，雕刻深度等參數(shù)， 可以在橡膠板上雕刻出類似于紙箱印刷版的效果。使用這樣的陰模僅能生產(chǎn)諸如案頭、證書一類的工藝品。 用于模具和工藝品的三維電腦激光雕刻機(jī)通常裝備功能齊全三維動作驅(qū)動軟件，激光頭可以按照電子文件 設(shè)計產(chǎn)生動作，制作出層次分明的三維浮雕。
(3) 過程的第3步是要將雕刻完畢的橡膠板裝卡在一個平整的胎具上。該胎具與橡膠板接觸的表面 要非常平整，有足夠的剛性，以保證橡膠板的整體平整。該胎具要可方便可靠地固定住橡膠板，保證在噴 涂過程中橡膠板與胎具不發(fā)生相對的移動。
(4) 為了使得金屬工藝畫有一定的厚度和方便地安裝到邊框上，還需要在橡膠陰模的圖形外緣四周 粘上一定厚度的橡膠板條。
(5) 第5步是在橡膠陰模表面涂刷脫模劑。熱噴涂的金屬涂層直接橡膠模表面不易獲得良好的結(jié)合， 而且噴涂過程的沉積率低，即使沉積到橡膠模表面，當(dāng)沉積層稍厚時也容易翹起或開裂。涂刷脫模劑后可 保證沉積層較好地結(jié)合在橡膠陰模表面，而且在完成噴涂加固工序后還可以容易地被取下。脫模劑是一種 水溶性物質(zhì)，水溶后制成具有一定點度的溶液。本發(fā)明使用的脫模劑是聚乙烯醇。聚乙烯醇的使用濃度約 為1 4%。脫模劑的涂刷應(yīng)注意力求均勻，在凹陷處不要有過分堆積。待脫模劑完全干透既可進(jìn)行下一步 的電弧噴涂操作。
(6) 過程的這一步驟是在陰模表面電弧噴涂金屬涂層?？墒褂玫慕饘賾?yīng)有較低的熔點，例如錫、 鋅、銀，以及它們的合金，如很好控制噴涂距離和快速移動噴槍還可以噴涂鋅黃銅涂層。噴涂時可手持噴 涂槍進(jìn)行操作，也可設(shè)計機(jī)械化動作。噴涂槍踞橡膠陰模表面的距離通常為150 250mrn。噴槍移動的速 度要均勻，稍快一些。噴涂的基本原則是盡可能地保證沉積的涂層有均勻的厚度。通常，金屬沉積層的厚 度約0.1 0.2111111。其它噴涂工藝參數(shù)取決于噴涂的金屬材料種類。例如對于直徑為3mm鋅絲的噴涂工 作電壓為27V，工作電流100A，霧化空氣壓力0.5MPa; 3mm錫或錫合金的噴涂工作電壓為25V，工作電 流50A，霧化空氣壓力0.4MPa; 3mm銀或銀合金的噴涂工作電壓為28V，工作電流120A,霧化空氣壓力 0.5MPa。
(7) 在這個工序中要對金屬畫的背面進(jìn)行填充。由于金屬沉積層的厚度只有0.1 0.2mm，涂層本身 的強(qiáng)度很低，需要在背面用收縮系數(shù)小的不飽和樹脂填充加固。不飽和樹脂流動充型性好，使用方便，固 化時間短，價格便宜。使用時還可再加入一些固體物質(zhì)，減少樹脂的用量。如滑石粉、石英砂或石粉等。
(8) 不飽和樹脂填充完畢后，在其表面安放一塊平整的背板。背板的材料可以是鋼板、鋁板、塑鋁 板，該板材必須平整，有一定的剛度。使用該背板的目的是在樹脂固化后保證工藝品畫的整體平整，并且 在后面工序中將加固好的金屬畫可靠地安裝到邊框上。背板的具體裝配方法如圖2所示。圖中的1和2分 別是橡膠陰模和橡膠邊條，3是沉積的金屬涂層，4是填充的不飽和樹脂，5是背板，6是支撐橡膠板的鋼 制胎具。
(9) 過程的第9步是脫模。待不飽和樹脂完全固化后就可以脫模了。首先卸下支撐胎具6，然后小心 地去橡膠條2與橡膠板陰模1為一體的橡膠板。由于橡膠板的良好彈性，脫模過程不會有太大困難。
(10) 接著的下一步是對工藝品畫的表面做拋光處理。對多數(shù)金屬畫表面可以使用電動銅絲輪刷進(jìn)行 拋光。根據(jù)要求拋光到合適的光亮程度。(11) 這一步工序是在金屬工藝畫表面涂清漆。除了銀以外，用于制作金屬畫的其它材料在空氣中都 容易氧化，使表面失去金屬光澤。薄薄地噴涂一層清漆后，工藝畫表面的金屬被保護(hù)，光澤持久不變。
(12) 安裝畫框后，熱噴涂制作金屬工藝畫的過程最終完成。
以上是制備金屬工藝畫的基本步驟。橡膠板陰?？梢远啻蔚刂貜?fù)使用。通過制作多個激光雕刻橡膠陰 模，并對橡膠陰模的重復(fù)使用，便可實現(xiàn)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。
除了可以通過電腦對畫面進(jìn)行設(shè)計，使用激光雕刻橡膠陰模外，采用本發(fā)明的技術(shù)還使用硅橡膠直接 從創(chuàng)作的浮雕泥稿、木雕、石膏制品或工藝畫翻制陰模，然后從本發(fā)明敘述的第5步開始進(jìn)行金屬工藝畫 的制作。需要說明的是由于硅橡膠具有憎水性，水溶性的脫模劑不能很好地在其表面潤濕和鋪展。解決辦 法是，在使用于硅橡膠翻制陰模時，在模樣表面先涂刷一層天然橡膠，待其干燥后再使用硅橡膠填充，完 成后續(xù)的陰模制作過程。
具體實施例方式
以下通過具體實例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
實施例1:
使用Adobe Photoshop軟件在電腦中設(shè)計一幅關(guān)于12生肖的仿銀金屬畫。畫面尺寸200X 160mm。然 后以二維灰度圖象的BMP格式文件輸出設(shè)計結(jié)果到印刷制版電腦激光雕刻機(jī)中。電腦激光雕刻機(jī)在厚度為 6mm的雙層電腦激光專用雕刻橡膠版材上雕刻出金屬畫的陰模。雕刻的最大深度1.5mm，斜度1:5。由于 激光雕刻機(jī)還可根據(jù)設(shè)計圖象中灰度值的不同控制激光頭的下切深度，在Photoshop設(shè)計時還對一些需要 有過渡的區(qū)域調(diào)整灰度值的變化，獲得一定的過渡效果。
對雕刻完畢的橡膠版材進(jìn)行剪裁，剪裁后的橡膠版材尺寸為260X210mm。為保證橡膠板的平整和剛度， 在陰模橡膠板的背后又粘貼了一塊同樣尺寸和厚度，并且同樣材質(zhì)的橡膠板。然后分別沿陰模型腔外的邊 緣粘上寬30mm的同樣材質(zhì)和厚度的橡膠板條。再將組合好的橡膠板固定到厚度為8,,尺寸為400 X 300mm 的鋼制噴涂胎具上。在該胎具上有壓緊裝置，可以把橡膠板平整、牢固地固定。
選用2%濃度的聚乙烯醇水溶液作為脫模劑，用手刷涂到模具型腔表面。待脫模劑完全干透，開始電 弧噴涂。使用的材料是成分為Sb8%，Cu4%，其余為Sn的巴氏合金。絲材直徑3mm。噴涂的工藝參數(shù) 為噴涂電壓25V， 噴涂電流45A， 霧化空氣壓力噴涂距離200mm。
噴涂的金屬涂層厚度約為120 um。使用200目的石英砂加入到低收縮系數(shù)的石材不飽和樹脂中，再 加入一定比例的固化劑、促進(jìn)劑調(diào)和均勻，填入陰模中。然后再在樹脂液面的上方放置一塊尺寸為210X 170mm， 1.2mm厚，且平整的冷軋鋼板，裝配方法如圖2所示。
經(jīng)過2小時，不飽和樹脂硬化。從支撐胎具6上取下橡膠板，并將橡膠陰模與金屬畫毛坯分離。然后 使用電動銅絲刷對金屬畫表面做拋光處理，電動銅絲刷的轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分。接著使用聚氨脂清漆對金屬畫 表面噴漆處理。漆膜干燥后，鑲裝畫框，完成組裝。
該制品表面金屬質(zhì)感很強(qiáng)，接近銀制品的感官效果。采用價格較低的錫合金代替貴重的銀，而且用量 較少，具有設(shè)計周期短，生產(chǎn)成本低，可批量生產(chǎn)等優(yōu)點，市場前景非常廣闊。
實施例2:
以在椴木板上雕刻的山水風(fēng)光浮雕圖案作為模樣。先對木制浮雕表面打膩子、拋光，然后加上木制邊 框，以保證填入的硅橡膠不外溢。邊框的厚度均勻，表面光滑，裝配后四個邊框的頂部同在一個大平面上。 在樣模表面先涂刷一層天然橡膠，干燥后再涂一遍天然橡膠，并在其上鋪放一層紗布。待此層天然橡膠干 燥后，填入調(diào)制好的硅橡膠。借助于已牢固結(jié)合在天然橡膠層上的紗布，后面硅橡膠可以與天然橡膠很好 地結(jié)合在一起。然后，填入硅橡膠，直至其液面與邊框的頂部平行。在液面上方放置一塊平整的鋼板或表 面敷有塑料膜的玻璃板，保證固化后的硅橡膠模有平整的底面。硅橡膠固化后脫去木制模樣，然后把硅橡膠模放在表面平整的胎具上，并且固定牢固。接著按方案1 敘述的方法涂刷脫模劑。噴涂的金屬材料是直徑3咖，含量99.9%的純錫。
噴涂的工藝參數(shù)是噴涂電壓24V,噴涂電流45A,霧化空氣壓力0.4MPa^噴涂距離200mm。 噴涂的金屬涂層厚度大約150wm。后續(xù)的加固、脫模、拋光以及裝配方法與實例l敘述的方法相同。
采用本專利制作的錫金屬浮雕畫可與整體錫畫效果接近，但金屬的用量不足后者的1%，制品尺寸越 大，節(jié)約比例越大。
圖1是本發(fā)明制作金屬工藝品畫的工藝流程圖。
圖2是制作金屬工藝品畫過程中?？蜓b配的示意圖。
權(quán)利要求
1、一種制作金屬工藝畫的熱噴涂方法，其特征在于有以下步驟(1)計算機(jī)輔助設(shè)計；(2)激光雕刻橡膠板陰模；(3)采用電弧噴涂在橡膠陰模上沉積低熔點金屬或合金涂層；(4)對工藝畫加固、拋光和裝配。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制作金屬工藝畫的熱噴涂方法，其特征是使用計算機(jī)設(shè)計金屬工藝畫面， 借助于計算機(jī)激光雕刻技術(shù)在橡膠板上制備可重復(fù)使用的陰模。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制作金屬工藝畫的熱噴涂方法，其特征是可以采用多種基材的實物作為模 樣，用天然橡膠作為底層，再用硅橡膠充填制成陰模。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制作金屬工藝畫的熱噴涂方法，其特征是在橡膠陰模上涂刷水溶性的脫模 劑，脫模劑為1 4%聚乙烯醇水溶液。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制作金屬工藝畫的熱噴涂方法，其特征是在橡膠陰模上電弧噴涂低熔點金 屬或合金涂層，它們包括錫、鋅、銀以及它們的合金。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制作金屬工藝畫的熱噴涂方法，其特征是使用銅刷輪對金屬工藝畫的表面 進(jìn)行拋光處理。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種結(jié)合計算機(jī)技術(shù)、激光雕刻技術(shù)和電弧噴涂技術(shù)的金屬工藝畫制作方法。金屬工藝畫制作的基本過程是首先在計算機(jī)中設(shè)計出工藝畫的電子文件，然后通過激光雕刻機(jī)在橡膠板上雕刻出三維浮雕的陰模，噴涂一層低熔點金屬或合金到該陰模的表面，再通過最后的加固、裝配得到要求的工藝畫產(chǎn)品。采用本發(fā)明既可以通過電腦設(shè)計，又可以直接利用多種材質(zhì)的模樣翻制，快速、批量、低成本地生產(chǎn)出金屬工藝畫產(chǎn)品，市場前景廣闊。
文檔編號B44C5/02GK101638026SQ20081001251
公開日2010年2月3日 申請日期2008年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月28日
發(fā)明者張忠禮, 李德元, 董曉強(qiáng) 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)