一種三維成型裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維成型裝置，包括：成型腔體、閥門層、儲液腔體、驅(qū)動回收裝置和控制裝置。本發(fā)明還公開了一種應(yīng)用于上述三維成型裝置的三維成型方法，包括：根據(jù)待生產(chǎn)的三維立體模型確定所述三維立體模型的三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)；根據(jù)所述三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)計算出所述閥門層中各個射流孔需要噴射的液柱高度；根據(jù)所述液柱高度計算所述驅(qū)動回收裝置所需動力和所述閥門層中各個閥門所需載荷；控制所述驅(qū)動回收裝置使之持續(xù)提供所述動力，并分別給所述各個閥門施加所述載荷，獲得三維成型產(chǎn)品。本發(fā)明提供的三維成型裝置和方法，利用了智能材料流體介質(zhì)的黏度可以隨外界條件快速變化的特點，具有成型速度快、所生成模型可實時變化等優(yōu)點。
【專利說明】一種三維成型裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及三維成型【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種三維成型裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 三維成型已經(jīng)在各種不同的領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)有的三維成型，主要通過以 下方式實現(xiàn)：
[0003] 1.通過傳統(tǒng)機械加工的方式，實現(xiàn)三維成型。
[0004] 例如，以可塑性強的材料為介質(zhì)，通過三維模具，以沖壓的方式生成所需的三維立 體模型，再例如，通過沖壓金屬或者塑性強的材料形成薄殼件。
[0005] 2.針對不同介質(zhì)，通過可控的固化工藝（也包括燒結(jié)工藝)，實現(xiàn)三維成型。
[0006] 例如，以紫外固化膠為介質(zhì)，采用分層紫外曝光工藝，將三維模型在一個軸上α匕 如Ζ軸)的垂直截面分層，層層曝光，每層獲得的圖案不同，最后形成三維立體模型。其成型 精度取決于分層的厚度。類似的工藝還有，以焊接的方式堆積金屬焊料，最后形成所需的三 維立體模型，模型精度取決于熔滴大小，熔滴越小、精度越高。
[0007] 可控的固化工藝與傳統(tǒng)機械加工的方式相比，具有節(jié)省材料、可形成復(fù)雜模型、成 型速度快、可批量生產(chǎn)、成本低等優(yōu)勢。不過無論采用哪種三維成型方式，成型介質(zhì)一旦制 成三維立體模型之后，如果需要重復(fù)使用成型介質(zhì)，通常需要先通過諸如冶煉等方式對已 成型的三維立體模型進行回收處理，之后才能使用經(jīng)回收處理后的成型介質(zhì)，而不能直接 重復(fù)使用成型介質(zhì)。
[0008] 可見，現(xiàn)有技術(shù)的三維成型方法均不能實現(xiàn)成型介質(zhì)的直接重復(fù)使用，更不能讓 已成型的三維立體模型的實時變化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 有鑒于此，本發(fā)明實施例的一個目的在于：提供一種三維成型裝置，該裝置能夠?qū)?現(xiàn)成型介質(zhì)的直接重復(fù)使用。
[0010] 本發(fā)明實施例的另一個主要目的在于：提供一種應(yīng)用于所述三維成型裝置的方 法，該方法夠能直接重復(fù)使用成型介質(zhì)。
[0011] 根據(jù)上述一個目的，本發(fā)明實施例提供了一種三維成型裝置，包括：
[0012] 成型腔體，用于提供流體介質(zhì)的三維成型空間；
[0013] 閥門層，與所述成型腔體緊密相連，所述閥門層包括若干閥門和閥門支撐體，所述 閥門通過所述閥門支撐體固定，所述閥門包括流體介質(zhì)黏度控制組件，每個流體介質(zhì)黏度 控制組件內(nèi)具有射流孔，所述流體介質(zhì)黏度控制組件通過控制所述射流孔內(nèi)流體介質(zhì)的黏 度，來控制所述射流孔內(nèi)所射出的流體介質(zhì)的高度；
[0014] 儲液腔體，與所述閥門層緊密連接，用于存儲流體介質(zhì)；
[0015] 驅(qū)動回收裝置，連通所述儲液腔體與所述成型腔體，給所述儲液腔體內(nèi)的流體介 質(zhì)施加動力，使所述儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)獲得噴射所需的動能，并且，吸收所述成型腔體 底部積存的流體介質(zhì)，將其輸送到所述儲液腔體內(nèi)；
[0016] 控制裝置，獲取待制作的三維立體模型的三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)，根據(jù)所述三維包絡(luò) 曲面數(shù)據(jù)計算所述閥門層內(nèi)各個射流孔需要噴射的液柱高度，根據(jù)所述液柱高度計算所述 各個閥門所需載荷，分別給所述各個閥門施加所述載荷；控制所述驅(qū)動回收裝置持續(xù)給所 述儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力，以動態(tài)形成所述三維立體模型。
[0017] 其中，所述驅(qū)動回收裝置包括：泵體、主回收通道和支回收通道，
[0018] 所述主回收通道，一端與所述泵體聯(lián)接，另一端與所述儲液腔體聯(lián)接；
[0019] 所述支回收通道，一端與所述泵體聯(lián)接，另一端與所述成型腔體聯(lián)接；所述成型腔 體通過所述支回收通道、泵體及主回收通道與所述儲液腔體連通；
[0020] 所述泵體，通過所述主回收通道給所述儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力，使所述 儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)獲得噴射所需的動能，通過所述支回收通道吸收所述成型腔體底部 積存的流體介質(zhì)，并且通過所述支回收通道、主回收通道將吸收的流體介質(zhì)傳送給所述儲 液腔體。
[0021] 其中，所述流體介質(zhì)黏度控制組件包括至少一對控制組件內(nèi)流體介質(zhì)黏度的電 極，所述流體介質(zhì)為電流變液；或者，
[0022] 所述流體介質(zhì)黏度控制組件包括控制組件內(nèi)流體介質(zhì)黏度的磁極，所述流體介質(zhì) 為磁流變液；或者，
[0023] 所述流體介質(zhì)黏度控制組件為用于控制溫度的器件，所述流體介質(zhì)為黏度隨溫度 變化的流體介質(zhì)。
[0024] 其中，所述三維成型裝置還包括：膜片，覆蓋在所述成型腔體上，在流體介質(zhì)的沖 擊下隨著射流液柱的高度變化而變形，以形成動態(tài)直觀的三維形狀。
[0025] 其中，所述三維成型裝置還包括：攪拌裝置，設(shè)置在所述儲液腔體內(nèi)，用于在控制 裝置的控制下，攪拌所述儲液腔體內(nèi)所述流體介質(zhì)。
[0026] 其中，所述各射流孔的截面形狀全部相同、或部分相同、或完全不同。
[0027] 其中，在所述流體介質(zhì)黏度控制組件包括控制射流黏度的磁極，所述流體介質(zhì)為 磁流變液時，所述三維成型裝置還包括：若干磁屏蔽塊，分別安裝在所述磁極之間，以屏蔽 一個閥門所產(chǎn)生的磁場對其他閥門內(nèi)的流體介質(zhì)黏度的影響。
[0028] 其中，在所述流體介質(zhì)黏度控制組件包括控制射流黏度的磁極，所述流體介質(zhì)為 磁流變液時，所述三維成型裝置還包括磁屏蔽體，安裝在所述閥門層的頂面和/或底面上， 以屏蔽一個閥門所產(chǎn)生的磁場對其他閥門內(nèi)的流體介質(zhì)黏度的影響。
[0029] 根據(jù)上述另一個目的，本發(fā)明實施例還提供了一種三維成型方法，其特征在于，應(yīng) 用于權(quán)利要求1所述的三維成型裝置中，所述三維成型方法包括：
[0030] 根據(jù)待制作的三維立體模型確定所述三維立體模型的三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)；
[0031] 根據(jù)所述三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)計算各個射流孔需要噴射的液柱高度；
[0032] 根據(jù)所述液柱高度計算各個閥門所需載荷，分別給各個閥門施加所述載荷；
[0033] 持續(xù)給儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力，通過流體介質(zhì)液柱高度動態(tài)形成所述三 維立體模型。
[0034] 其中，持續(xù)給儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力的動力值，根據(jù)預(yù)先設(shè)置確定，或 者，根據(jù)射流孔需要噴射的液柱高度確定。
[0035] 本發(fā)明實施例提供的三維成型裝置和三維成型方法，利用了流體介質(zhì)的黏度可以 隨外界條件變化而快速變化的特點，根據(jù)待制作的三維立體模型，通過持續(xù)給儲液腔體內(nèi) 的流體介質(zhì)施加動力，以及分別給各個閥門施加不同的載荷，利用流體介質(zhì)液柱高度的不 同來動態(tài)生成三維立體模型。由于流體介質(zhì)可通過驅(qū)動回收裝置實時回收，因而應(yīng)用本發(fā) 明能夠?qū)崿F(xiàn)成型介質(zhì)的直接重復(fù)使用。
[0036] 再有，當(dāng)給各個閥門施加不同的載荷時，各射流孔所射出的流體介質(zhì)液柱高度會 隨之變化，因而應(yīng)用本發(fā)明實施例所生成的三維立體模型可實時變化，而且在變化的過程 中不需要更換介質(zhì)。
[0037] 可見，應(yīng)用本發(fā)明實施例所提供的裝置和方法，可以動態(tài)的顯示三維立體模型，具 有成型速度快，控制簡單，成型介質(zhì)可重復(fù)使用，節(jié)省材料等優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0039] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一較佳實施例的三維成型裝置的單射流孔的剖面結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0040] 圖2示出了圖1所示三維成型裝置中射流孔的分布示意圖；
[0041] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一較佳實施例的三維成型裝置中閥門的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 圖4示出了一種應(yīng)用于圖1和圖3所示三維成型裝置的三維成型方法的示意圖。

【具體實施方式】 [0043]
[0044] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0045] 本發(fā)明實施例是利用一些流體介質(zhì)在射流狀態(tài)所述產(chǎn)生的動能，形成具有一定高 度的液柱，利用液柱高度的不同，構(gòu)成三維立體模型。這種三維立體模型可以根據(jù)需要動態(tài) 調(diào)節(jié)，三維立體模型頂部曲面的形狀是實時變化的，變化過程中不需要更換介質(zhì)。
[0046] 上述流體介質(zhì)具有下面性質(zhì)：流體介質(zhì)自身黏度可以由外界條件控制，如磁場、電 場、溫度場等，流體介質(zhì)的黏度隨著外界條件的變化而變化。
[0047] 在流體介質(zhì)液粘度變化之后，射流孔內(nèi)流阻也會因此而改變，而流阻通過流體介 質(zhì)的黏度變化來調(diào)節(jié)，黏度大，則流阻大，黏度小，則流阻小；經(jīng)流阻大的射流孔所射出的液 柱，要低于經(jīng)流阻小的射流孔所射出的液柱；這樣，通過動態(tài)調(diào)整液柱高度差便動態(tài)的形成 了三維立體模型。
[0048] 參見圖1，圖1為根據(jù)本發(fā)明一較佳實施例的三維成型裝置的單射流孔的剖面結(jié) 構(gòu)示意圖，包含：
[0049] 成型腔體11，提供了流體介質(zhì)16的成型空間；
[0050] 上述流體介質(zhì)16自身黏度可以由外界條件控制，如磁場、電場、溫度場等，流體介 質(zhì)的黏度隨著外界條件的變化而變化，例如流體介質(zhì)可以為電流變液或磁流變液，其中：
[0051] 電流變液是一種智能材料，其是通過在基液中添加特定的納米級顆粒形成的，在 不發(fā)生沉降的時候，屬于膠體溶液。電流變液具有自身黏度隨著外加電場強度的變化而變 化的性質(zhì)，也就是說，電流變液的黏度可以通過外加電場來調(diào)節(jié)。外加電場強度越大，電流 變液黏度越高。也即，電流變液是一種在電場作用下可以產(chǎn)生在液態(tài)和類固態(tài)之間變化的 液體，在電場作用下電流變液可以從液態(tài)快速變?yōu)轭惞虘B(tài)，在去除電場作用時，電流變液可 以從類固態(tài)快速變?yōu)橐簯B(tài)。
[0052] 磁流變液也是一種智能材料，是由高磁導(dǎo)率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導(dǎo) 磁性液體混合而成的懸浮液。這種懸浮液在零磁場條件下呈現(xiàn)出低黏度的牛頓流體特性； 當(dāng)外加磁場時，磁流變液的黏度隨著磁場的增強而增大并最終失去流動性變成固態(tài)。
[0053] 需要說明的是，任何可以隨外界條件變化而改變流體介質(zhì)粘度的液體都可以應(yīng)用 于本申請中，本申請并不對流體介質(zhì)的具體載體做限定。
[0054] 閥門層12,與成型腔體11緊密連接，所述閥門層12包括若干閥門121和閥門支 撐體122,所述閥門121通過所述閥門支撐體122固定；所述閥門121包括流體介質(zhì)黏度控 制組件1212,每個流體介質(zhì)黏度控制組件1212內(nèi)具有射流孔1211，該射流孔1211即為閥 門121內(nèi)的流體介質(zhì)通道；所述流體介質(zhì)黏度控制組件1212通過控制所述射流孔1211內(nèi) 流體介質(zhì)16的黏度，增加射流阻力，來控制所述射流孔1211內(nèi)所射出的流體介質(zhì)16的高 度；
[0055] 由于每個閥門都可以單獨控制，因而每個射流孔內(nèi)流阻也是可以單獨控制的，具 體控制方法為現(xiàn)有技術(shù)，這里不做詳細說明；
[0056] 本實施例中，在所述流體介質(zhì)16為電流變液時，所述流體介質(zhì)黏度控制組件1212 包括至少一對控制射流黏度的電極；在所述流體介質(zhì)16為磁流變液時，所述流體介質(zhì)黏度 控制組件1212包括至少一對控制射流黏度的磁極。
[0057] 以流體介質(zhì)黏度控制組件為電極，流體介質(zhì)是電流變液為例，如果外加電場強度 越大，則電流變液黏度越高，因此通過射流孔的阻力越大，阻力越大也就消耗射流液柱的一 部分動能，與未加電場前的電流變液射流而出的液柱高度相比，可以獲得高度相對較低的 液柱。多個不同高度的液柱一起，便動態(tài)形成了 一個三維立體模型。
[0058] 其中，所述閥門支撐體122,設(shè)置在所述閥門121之間，用于在所述閥門121之間形 成支撐。此外，在流體介質(zhì)16采用電流變液時，所述閥門層中的閥門支撐體122優(yōu)選電絕 緣材料。在流體介質(zhì)16采用磁流變液時，所述閥門層中的閥門支撐體122優(yōu)選磁場絕緣性 強的材料，用于降低射流孔1211之間的電磁場干擾。
[0059] 儲液腔體13,與所述閥門層12緊密連接，用于存儲流體介質(zhì)16 ;
[0060] 驅(qū)動回收裝置15,連通所述儲液腔體13與所述成型腔體11，給所述儲液腔體13 內(nèi)的流體介質(zhì)16施加動力，使儲液腔體13內(nèi)的流體介質(zhì)16獲得噴射所需的動能，并且， 吸收所述成型腔體11底部積存的流體介質(zhì)16,將其輸送到儲液腔體13內(nèi)；
[0061] 仍參見圖1，在一種可能的實施例中，所述驅(qū)動回收裝置15包括主回收通道151、 泵體152和支回收通道153,其中：
[0062] 所述主回收通道151，一端與泵體152聯(lián)接，另一端與儲液腔體13聯(lián)接；
[0063] 所述泵體152,通過主回收通道151給所述儲液腔體13內(nèi)的所述流體介質(zhì)16施加 動力，使所述儲液腔體13內(nèi)的流體介質(zhì)16獲得噴射所需的動能，通過支回收通道153吸收 所述成型腔體11底部積存的流體介質(zhì)，并且通過支回收通道153、主回收通道151將吸收的 流體介質(zhì)傳送給儲液腔體13。
[0064] 所述支回收通道153, 一端與泵體152聯(lián)接，另一端與成型腔體11聯(lián)接；所述成型 腔體11通過主回收通道151、泵體152及支回收通道153與所述儲液腔體13連通；
[0065] 在一個較佳實施例中，所述泵體152優(yōu)選為循環(huán)泵。循環(huán)泵的出口壓力隨著應(yīng)用 需求不同而變化，同時也隨著負載的不同而變化。
[0066] 需要說明的是，所述支回收通道153可以為一條或多條，例如，圖1所示實施例中 存在兩條支回收通道，在實際應(yīng)用中，支回收通道的數(shù)量根據(jù)具體的需求而定，本文并不對 支回收通道的條數(shù)作限定。
[0067] 控制裝置17,獲取待制作的三維立體模型的三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)，根據(jù)所述三維包 絡(luò)曲面數(shù)據(jù)計算閥門層12內(nèi)各個射流孔1211所需噴射的液柱高度，根據(jù)所述液柱高度計 算所述各個閥門121所需載荷，分別給所述各個閥門121施加所述載荷；控制所述驅(qū)動回收 裝置15持續(xù)給所述儲液腔體13內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力，以動態(tài)形成所述三維立體模型。
[0068] 三維包絡(luò)曲面是三維單調(diào)曲面，以射流方向為Z軸，射流孔平面為XY面，則XY面 上每個射流孔噴出的高度值是唯一的，也即垂直于射流軸線的投影面上任意射流孔只對應(yīng) 一個高度點。
[0069] 這里，控制驅(qū)動回收裝置15持續(xù)給所述儲液腔體13內(nèi)流體介質(zhì)施加動力的動力 值，可以通過以下方式確定：
[0070] -種可能的方式是，根據(jù)預(yù)先設(shè)置來確定；
[0071] 例如，根據(jù)經(jīng)驗值預(yù)先確定一個動力值，
[0072] 另一種可能的方式是，根據(jù)射流孔需要噴射的最高液柱高度確定；
[0073] 例如，最高液柱所需的動力值為Fmax，則，持續(xù)給儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動 力的動力值F可利用下面的公式（1)來計算：
[0074] F=K*Fmax (1)
[0075] 其中，K為系數(shù)，不小于1，K的選擇可以根據(jù)具體的工況條件而定。
[0076] 再一種可能的方式是，根據(jù)每個射流孔的液柱高度、流體介質(zhì)的零場黏度和各個 射流孔的狀態(tài)參數(shù)(如孔的長度、孔內(nèi)壁粗糙度、孔截面形狀等)，分別計算出各射流孔內(nèi) 流體介質(zhì)在零場條件下噴射到指定高度所需的動力值，取計算出的各個動力值的最大值 Fmax，再利用上述公式（1)來計算持續(xù)給儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力的動力值。
[0077] 這樣，針對不同的三維立體模型每次驅(qū)動回收裝置所提供的動力值都可能是不一 樣的。
[0078] 需要說明的是，計算驅(qū)動回收裝置所需施加動力值的方法有多種，以上只是兩種 可能的實現(xiàn)方式而已，本文并不對具體的計算方式做限定。
[0079] 需要說明的是，上述控制裝置17在具體實現(xiàn)過程中，既可以是一個物理設(shè)備，也 可以是多個物理設(shè)備，本文并對控制的裝置的外在表現(xiàn)形式做限定。
[0080] 應(yīng)用圖1所示實施例，通過持續(xù)給儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力，以及分別給 各個閥門施加不同的載荷，利用流體介質(zhì)液柱高度的不同來動態(tài)生成三維立體模型。由于 流體介質(zhì)可通過驅(qū)動回收裝置實時回收，因而應(yīng)用本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)成型介質(zhì)的直接重復(fù)使 用，且成型速度快，控制簡單。
[0081] 需要說明的是，在流體介質(zhì)16為磁流變液時，圖1所示三維成型裝置還可以包括 若干磁屏蔽塊（圖1中未示出），分別安裝在每對磁極1212之間，用于屏蔽一個閥門所產(chǎn)生 的磁場對其他閥門內(nèi)流體介質(zhì)16的黏度的干擾。此外，所述三維成型裝置還可以包括磁屏 蔽體（圖1中未示出），安裝在所述閥門層的底面123和/或頂面124上，以屏蔽一個閥門所 產(chǎn)生的磁場對其他閥門內(nèi)的流體介質(zhì)黏度的影響。也就是說，圖1所示三維成型裝置既可 以只包括磁屏蔽塊，也可以只包括磁屏蔽體，還可以同時包括磁屏蔽塊和磁屏蔽體，無論哪 種情況，本文對磁屏蔽塊、磁屏蔽體的個數(shù)都沒有限制。
[0082] 需要說明的是，上述磁屏蔽塊、磁屏蔽體的材質(zhì)及應(yīng)用方法本身為現(xiàn)有技術(shù)，這里 不再詳細說明。
[0083] 綜上，上述流體介質(zhì)黏度控制組件包括至少一對控制組件內(nèi)流體介質(zhì)黏度的電 極，此時所述流體介質(zhì)為電流變液；或者，所述流體介質(zhì)黏度控制組件包括控制組件內(nèi)流體 介質(zhì)黏度的磁極，此時所述流體介質(zhì)為磁流變液；或者，所述流體介質(zhì)黏度控制組件為用 于控制溫度的器件，此時所述流體介質(zhì)為黏度隨溫度變化的流體介質(zhì)，例如液壓油等。
[0084] 需要說明的是，上述三維成型裝置還可以包括膜片18,覆蓋在所述成型腔體11 上，在射流的沖擊下，可以隨著射流液柱高度的不同而變化，以形成動態(tài)直觀的三維形狀， 因而該膜片18通常由又輕又薄且有韌性的材質(zhì)做成。
[0085] 需要說明的是，上述三維成型裝置還可以包括攪拌裝置14,設(shè)置在儲液腔體13 內(nèi)，用于在控制裝置17的控制下，攪拌儲液腔體13中的流體介質(zhì)16。在這種情況下，所述 控制裝置17還用于定時或根據(jù)接收到的攪拌指令控制所述攪拌裝置14。
[0086] 圖2示出了圖1所示三維成型裝置中射流孔1211的分布示意圖。在圖2所示實 施例中，各射流孔1211的截面均為圓形，且各射流孔的間距、直徑都相等。
[0087] 本文并不對射流孔1211的數(shù)量、各射流孔的分布間距以及各射流孔的截面大小 等分布參數(shù)做限定。在其他可能的實施例中，各個射流孔1211的截面形狀可以全部相同、 也可以部分相同，還可以完全不同，例如，各射流孔截面形狀可以為圓形、矩形、正方形、不 規(guī)則形狀等。此外，可以有的射流孔間距近、有的射流孔間距遠，上述射流孔分布參數(shù)可以 根據(jù)不同模型需求調(diào)整。
[0088] 參見圖4,圖4為根據(jù)本發(fā)明另一較佳實施例的三維成型裝置中閥門的結(jié)構(gòu)示意 圖。本實施例中，利用通電線圈能產(chǎn)生磁場的特點，采用磁流變液為流體介質(zhì)，與圖1所示 的實施例相比較，只是流體介質(zhì)黏度控制組件有所不同，其他完全相同，這里對相同的內(nèi)容 不再重復(fù)說明。以下僅對流體介質(zhì)黏度控制組件進行詳細說明。
[0089] 首先，如圖3所示，本實施例中的閥門421包括流體介質(zhì)黏度控制組件，所述流體 介質(zhì)黏度控制組件至少一個控制射流黏度的磁極，每個磁極包括空心柱4211和纏繞在所 述空心柱上的線圈4212,空心柱4211內(nèi)具有射流孔4213,所述閥門421用于控制所述射流 孔4213內(nèi)磁流變液46的黏度。
[0090] 圖4僅為流體介質(zhì)黏度控制組件一種可能的實現(xiàn)方式，本文并不對流體黏度控制 組件的具體實現(xiàn)方式做限定，任何可能的實現(xiàn)方式都可以應(yīng)用于本申請中。其中，所述閥門 支撐體422,設(shè)置在所述閥門421之間，用于在所述閥門421之間形成支撐。
[0091] 進一步地，所述三維成型裝置還可以包括若干磁屏蔽塊(未示出），分別安裝在所 述流體介質(zhì)黏度控制組件之間，用于屏蔽所述閥門所產(chǎn)生的磁場對其他閥門內(nèi)流體介質(zhì) 46的黏度的干擾。此外，所述三維成型裝置還可以包括至少一個磁屏蔽體4214,安裝在所 述閥門層的底面423和/或頂面424上。所述磁屏蔽體的選用和設(shè)計為現(xiàn)有技術(shù)，這里不 再詳細說明。
[0092] 本發(fā)明實施例還提供了一種三維成型的方法，該方法應(yīng)用于圖1或圖4所示三維 成型裝置上，參見圖4,所述方法具體包括：
[0093] 步驟41，根據(jù)待制作的三維立體模型確定所述三維立體模型的三維包絡(luò)曲面數(shù) 據(jù)；
[0094] 例如，利用3D掃描儀在軟件中建立三維立體模型的三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)。
[0095] 這里，任何能夠根據(jù)待制作的三維立體模型確定所述三維立體模型的三維包絡(luò)曲 面數(shù)據(jù)的方法都可以應(yīng)用于本文中，本文并不對三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)的確定方法做限定。 [0096] 步驟42,根據(jù)所述三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)計算各個射流孔所需要噴射的液柱高度；
[0097] 例如，先獲得各個射流孔標(biāo)識，再根據(jù)三維立體模型的三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)計算出 各個射流孔所需要的噴射高度，進而將各個射流孔的標(biāo)識與各個射流孔的需要的噴射高度 對應(yīng)保存，獲得各個射流孔所需要噴射的高度數(shù)據(jù)；
[0098] 這里，任何能夠根據(jù)三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)計算各個射流孔所需要噴射的液柱高度的 方法都可以應(yīng)用于本文中，本文并不對具體的計算方法做限定。
[0099] 步驟43,根據(jù)所述液柱高度計算各個閥門所需載荷，分別給各個閥門施加所述載 荷。
[0100] 例如，根據(jù)所述液柱高度和驅(qū)動回收裝置持續(xù)提供的動力值，計算出各個閥門內(nèi) 流體介質(zhì)的阻力，進而結(jié)合射流孔的狀態(tài)參數(shù)(如孔的長度、孔內(nèi)壁粗糙度、孔截面形狀等） 和流體介質(zhì)的特性(例如流體介質(zhì)的零場黏度）計算出所述各個閥門所需載荷；通過驅(qū)動回 收裝置分別給各個閥門施加計算出載荷，例如，計算出閥門1、閥門2所需載荷為分別為U1、 U2,則將載荷U1施加于閥門1上，將載荷U2施加于閥門2上。
[0101] 這里，任何能夠根據(jù)液柱高度計算各個閥門所需載荷的方法都可以應(yīng)用于本文 中，本文并不對具體的計算方法做限定。
[0102] 步驟44,持續(xù)給儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力，通過流體介質(zhì)液柱高度動態(tài)形 成所述三維產(chǎn)品的立體模型。
[0103] 持續(xù)給儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力的動力值可通過多種方法來確定,一種可 能的計算方法是：
[0104] 根據(jù)每個射流孔的液柱高度、流體介質(zhì)的零場黏度和各個射流孔的狀態(tài)參數(shù)(如 孔的長度、孔內(nèi)壁粗糙度、孔截面形狀等)，分別計算出各射流孔內(nèi)流體介質(zhì)在零場條件下 噴射到指定高度所需的動力值，取計算出的各個動力值的最大值Fmax，利用上述公式（1) 來計算持續(xù)給儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力的動力值。
[0105] 當(dāng)然，本文并不對具體的計算方法做限定，任何可能的計算方法都可以應(yīng)用于本 文中。
[0106] 在計算出持續(xù)給儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力的動力值后，由驅(qū)動回收裝置持 續(xù)給儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力，在對各個閥門施加不同載荷的配合下，即可動態(tài)形 成三維立體模型。
[0107] 上述待制作的三維立體模型可以根據(jù)施加給各個閥門不同的載荷而定時或?qū)崟r 改變。
[0108] 應(yīng)用上述方法，通過持續(xù)給儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力，以及分別給各個閥 門施加不同的載荷，利用流體介質(zhì)液柱高度的不同來動態(tài)生成三維立體模型。由于流體介 質(zhì)可通過驅(qū)動回收裝置實時回收，因而應(yīng)用本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)成型介質(zhì)的直接重復(fù)使用，且 成型速度快，控制簡單。
[0109] 在上述所有實施例中，都是一種外界條件如電場或磁場發(fā)生變化而導(dǎo)致流體介質(zhì) 的黏度發(fā)生變化，在其他可能的實施例中，也可以是多種外界條件發(fā)生變化而導(dǎo)致流體介 質(zhì)的黏度發(fā)生變化。本發(fā)明實施例所涉及的流體介質(zhì)至少要擁有一種外界條件可以控制自 身黏度變化的性質(zhì)。如磁流變液可以通過磁場控制其黏度變化；電流變液可以通過電場控 制其自身黏度變化；還有某些流體可通過溫度場來控制其黏度變化。只要是具有至少一種 外界條件使其自身黏度發(fā)生變化，且這種黏度變化在外界條件撤消后可恢復(fù)到原來狀態(tài)的 流體介質(zhì)，都可以用于本發(fā)明實施例中?？傊?，在本文中，既不對外界條件的具體載體做限 定，也不對流體介質(zhì)具體載體做限定，任何可以控制流體介質(zhì)粘度發(fā)生變化的外界條件都 可以應(yīng)用于本文中，與此同時，任何可以隨外界條件變化而產(chǎn)生粘度可恢復(fù)變化的流體介 質(zhì)也都可以應(yīng)用于本文中。
[0110] 下面以山體的三維模型為例，對本發(fā)明實施例再做詳細說明。
[0111] 所述山體的三維模型中有山峰、山谷，假設(shè)山體中的一個山峰與射流孔A相對應(yīng)， 山體中的一個山谷與射流孔B相對應(yīng)，本例中流體介質(zhì)為電流變液，載荷為電壓，利用圖1 所述三維成型裝置顯示山的模型的方法可以包括：
[0112] 1.在軟件中建立三維立體模型，具體的，可以通過山體的模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)來建立， 也可以根據(jù)3D掃描結(jié)果來建立，根據(jù)所建立的三維立體模型獲得山體的三維包絡(luò)曲面數(shù) 據(jù)；
[0113] 2.根據(jù)所述三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)計算各個射流孔需要噴射的液柱高度；
[0114] 例如，計算出射流孔A對應(yīng)的液柱高度為H1，射流孔B對應(yīng)的液柱高度為H2;
[0115] 3.根據(jù)所述液柱高度計算各個閥門所需載荷，分別給各個閥門施加所述載荷；
[0116] 例如，根據(jù)前述計算方法，計算出射流孔A需要施加的電壓為U1，射流孔B需要施 加的電壓為U2,其中，U2的值大于U1 ;之后，為射流孔A所對應(yīng)的閥門施加電壓U1，為射流 孔B所對應(yīng)的閥門施加電壓U2 ;這樣，射流孔B的流阻大，其液柱高度低，射流孔A流阻小， 其液柱高；
[0117] 4.由驅(qū)動回收裝置持續(xù)給儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力，通過流體介質(zhì)液柱高 度動態(tài)形成所述三維立體模型。
[0118] 由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明實施例利用了智能材料流體介質(zhì)的黏度可以隨外 界條件快速變化的特點，具有成型速度快、所生成模型可實時變化等優(yōu)點。
[0119] 由于裝置實施例和方法實施例非常類似，相關(guān)之處可以相互參見。
[0120] 需要說明的是，術(shù)語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包 含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括 沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。 在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個……"限定的要素，并不排除在包括所述要素 的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0121] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍 內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種三維成型裝置，其特征在于，包括： 成型腔體，用于提供流體介質(zhì)的三維成型空間； 閥門層，與所述成型腔體緊密相連，所述閥門層包括若干閥門和閥門支撐體，所述閥門 通過所述閥門支撐體固定，所述閥門包括流體介質(zhì)黏度控制組件，每個流體介質(zhì)黏度控制 組件內(nèi)具有射流孔，所述流體介質(zhì)黏度控制組件通過控制所述射流孔內(nèi)流體介質(zhì)的黏度， 來控制所述射流孔內(nèi)所射出的流體介質(zhì)的高度； 儲液腔體，與所述閥門層緊密連接，用于存儲流體介質(zhì)； 驅(qū)動回收裝置，連通所述儲液腔體與所述成型腔體，給所述儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施 加動力，使所述儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)獲得噴射所需的動能，并且，吸收所述成型腔體底部 積存的流體介質(zhì)，將其輸送到所述儲液腔體內(nèi)； 控制裝置，獲取待制作的三維立體模型的三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)，根據(jù)所述三維包絡(luò)曲面 數(shù)據(jù)計算所述閥門層內(nèi)各個射流孔需要噴射的液柱高度，根據(jù)所述液柱高度計算所述各個 閥門所需載荷，分別給所述各個閥門施加所述載荷；控制所述驅(qū)動回收裝置持續(xù)給所述儲 液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力，以動態(tài)形成所述三維立體模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維成型裝置，所述驅(qū)動回收裝置包括：泵體、主回收通道和 支回收通道， 所述主回收通道，一端與所述泵體聯(lián)接，另一端與所述儲液腔體聯(lián)接； 所述支回收通道，一端與所述泵體聯(lián)接，另一端與所述成型腔體聯(lián)接；所述成型腔體通 過所述支回收通道、泵體及主回收通道與所述儲液腔體連通； 所述泵體，通過所述主回收通道給所述儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力，使所述儲液 腔體內(nèi)的流體介質(zhì)獲得噴射所需的動能，通過所述支回收通道吸收所述成型腔體底部積存 的流體介質(zhì)，并且通過所述支回收通道、主回收通道將吸收的流體介質(zhì)傳送給所述儲液腔 體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維成型裝置，其特征在于， 所述流體介質(zhì)黏度控制組件包括至少一對控制組件內(nèi)流體介質(zhì)黏度的電極，所述流體 介質(zhì)為電流變液；或者， 所述流體介質(zhì)黏度控制組件包括控制組件內(nèi)流體介質(zhì)黏度的磁極，所述流體介質(zhì)為磁 流變液；或者， 所述流體介質(zhì)黏度控制組件為用于控制溫度的器件，所述流體介質(zhì)為黏度隨溫度變化 的流體介質(zhì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維成型裝置，其特征在于， 所述三維成型裝置還包括：膜片，覆蓋在所述成型腔體上，在流體介質(zhì)的沖擊下隨著射 流液柱的高度變化而變形，以形成動態(tài)直觀的三維形狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維成型裝置，其特征在于，所述三維成型裝置還包括：攪拌 裝置，設(shè)置在所述儲液腔體內(nèi)，用于在控制裝置的控制下，攪拌所述儲液腔體內(nèi)所述流體介 質(zhì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維成型裝置，其特征在于，所述各射流孔的截面形狀全部 相同、或部分相同、或完全不同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維成型裝置，其特征在于，在所述流體介質(zhì)黏度控制組件 包括控制射流黏度的磁極，所述流體介質(zhì)為磁流變液時，所述三維成型裝置還包括：若干磁 屏蔽塊，分別安裝在所述磁極之間，以屏蔽一個閥門所產(chǎn)生的磁場對其他閥門內(nèi)的流體介 質(zhì)黏度的影響。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3或7所述的三維成型裝置，其特征在于，在所述流體介質(zhì)黏度控制組 件包括控制射流黏度的磁極，所述流體介質(zhì)為磁流變液時，所述三維成型裝置還包括磁屏 蔽體，安裝在所述閥門層的頂面和/或底面上，以屏蔽一個閥門所產(chǎn)生的磁場對其他閥門 內(nèi)的流體介質(zhì)黏度的影響。
9. 一種三維成型方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的三維成型裝置中，所述三 維成型方法包括： 根據(jù)待制作的三維立體模型確定所述三維立體模型的三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述三維包絡(luò)曲面數(shù)據(jù)計算各個射流孔需要噴射的液柱高度； 根據(jù)所述液柱高度計算各個閥門所需載荷，分別給各個閥門施加所述載荷； 持續(xù)給儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力，通過流體介質(zhì)液柱高度動態(tài)形成所述三維立 體模型。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，持續(xù)給儲液腔體內(nèi)的流體介質(zhì)施加動力 的動力值，根據(jù)預(yù)先設(shè)置確定，或者，根據(jù)射流孔需要噴射的液柱高度確定。
【文檔編號】B21D26/02GK104117566SQ201310146311
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月24日
【發(fā)明者】徐魯寧, 郭少朋, 韓立, 劉俊標(biāo) 申請人:中國科學(xué)院電工研究所