專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)模成型方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不使用任何模具從流態(tài)化成型材料生產(chǎn)具有三維結(jié)構(gòu)的模制品的無(wú)模成型方法。
背景技術(shù)：
總的來(lái)說(shuō)，為了從流態(tài)成型材料生產(chǎn)具有三維結(jié)構(gòu)的模制品，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一種流態(tài)化成型方法，該方法包括將流態(tài)成型材料加到用于物理成型制品的物理模具內(nèi)，然后，將模具內(nèi)的流態(tài)成型材料固化為所希望的形狀。然而，作為常規(guī)成型方法中所使用的物理模具的設(shè)計(jì)和制造需要很多時(shí)間并必然伴有極大的費(fèi)用。物理模具僅僅適合于大批量成型制品的生產(chǎn)。因此，人們?cè)噲D不使用任何模具而從流態(tài)成型材料生產(chǎn)具有三維結(jié)構(gòu)的成型制品。
作為不使用模具生產(chǎn)成型制品的一個(gè)例子，有平常已知的無(wú)模成型方法，其在彩繪工藝中使用火焰噴涂。常規(guī)的無(wú)模成型方法包括提供一控制器控制火焰噴涂槍將流態(tài)(熔融)成型材料按所規(guī)定的材料加料數(shù)據(jù)噴涂到所劃分的部分，在該部分，所想象的要被成型的制品模型被切開(kāi)，依次將成型材料噴射到每一平切的部分，從而得到所希望的制品。
然而，作為上述的常規(guī)無(wú)模成型方法受限于極薄地切開(kāi)所想象的制品模型并且要精確控制噴射角度、用于噴射成型材料的噴射槍的噴射量和噴射時(shí)間。結(jié)果，成型制品的精確性不能令人滿(mǎn)意。此外，常規(guī)的無(wú)模成型方法的缺點(diǎn)是要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成制品的成型，因?yàn)榱鲬B(tài)成型材料是一點(diǎn)一點(diǎn)(以非常小量)被堆積的。
在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)SHO 56-144478(A)中公開(kāi)了另一種使用光束的成型方法。此先有技術(shù)光線成型方法使用在紫外線固化樹(shù)脂內(nèi)可垂直移動(dòng)的工作臺(tái)，和激光束，用激光束的照射來(lái)進(jìn)行平切形式的紫外線固化樹(shù)脂的固化。隨后得到平切固化樹(shù)脂的成型制品拼合層。
上述常規(guī)的光成型方法尚不能廣泛應(yīng)用，因?yàn)樵蟽H限于紫外光固化樹(shù)脂和光敏樹(shù)脂。而且，由于成型制品拼合層是由激光束直接形成的平切層構(gòu)成，成型制品的固化表面不能精確地平滑形成。
本發(fā)明要消除常規(guī)無(wú)模成型裝置的缺點(diǎn)，目的是提供無(wú)模成型方法，它包括鋪疊和雕刻成型材料的簡(jiǎn)單過(guò)程并且能在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)高精確度成型制品，本發(fā)明還提供能夠適于實(shí)施該無(wú)模成型方法的無(wú)模成型裝置。對(duì)本發(fā)明的描述為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種無(wú)模成型方法，它包括加入流態(tài)化成型材料以便形成成型材料的料團(tuán)，該料團(tuán)具有要成型的整個(gè)制品的形狀和類(lèi)似于制品外形的形狀，固化該成型材料，然后將已固化的成型材料雕刻為所希望的制品(第一實(shí)施方案)。
根據(jù)此方法，可以通過(guò)切削除去已固化成型材料的料團(tuán)(其體積大體等于制品的外形)的不需要部分得到所希望的制品。作為成型材料，可以使用易于流態(tài)化的合成樹(shù)脂、例如橡膠的增塑材料、低可熔金屬材料例如釬料、陶瓷材料等等。
本發(fā)明的第二實(shí)施方案提供一種無(wú)模成型方法，該方法包括加料和固化流態(tài)化成型材料的料團(tuán)，該料團(tuán)的形狀包括要成型制品的一部分形狀和類(lèi)似于制品的一部分形狀的外形，然后雕刻放在工作臺(tái)上的已固化的成型材料的料團(tuán)來(lái)制備中間產(chǎn)品，在該中間產(chǎn)品上鋪疊并固化流態(tài)化成型材料形成成型材料料團(tuán)，其體積大體等于制品的外形，以便覆蓋要成型的制品的一部分和類(lèi)似于制品的一部分的外形，雕刻鋪疊到中間產(chǎn)品上的已固化成型的材料，重復(fù)此工藝一或多次。
根據(jù)第二實(shí)施方案的方法，可以通過(guò)從已固化成型材料的料團(tuán)形成中間產(chǎn)品來(lái)得到所希望的產(chǎn)品，其體積大體等于產(chǎn)品的外形，切削除去鋪疊到中間產(chǎn)品上的已固化成型材料料團(tuán)的不需要部分。將流態(tài)化成型材料反復(fù)鋪疊到中間產(chǎn)品上并最終雕刻為所希望的產(chǎn)品。作為成型材料，可以使用易于流態(tài)化的合成樹(shù)脂、例如橡膠的增塑材料、低可熔金屬材料例如釬料，陶瓷材料等等。
使中間產(chǎn)品和鋪疊到其上的成型材料一體化的工藝可被加到固化成型材料的工藝中(第三實(shí)施方案)。根據(jù)此第三實(shí)施方案，固化之后隨后與中間產(chǎn)品一體化的成型材料被雕刻為所希望的產(chǎn)品。作為成型材料，可以使用易于流態(tài)化的合成樹(shù)脂、例如橡膠的增塑材料、低可熔金屬材料例如釬料，陶瓷材料等等。陶瓷材料可以通過(guò)加壓形成以便通過(guò)煅燒與中間產(chǎn)品很好地一體化。
本發(fā)明的第四實(shí)施方案提供一種無(wú)模成型方法，它包括把呈棒形或盤(pán)形的成型材料加到工作臺(tái)上，材料的形狀包括要成型的整個(gè)制品的形狀，將成型材料熔融或塑化至類(lèi)似于制品外形的料團(tuán)，然后雕刻該成型材料形成所希望的產(chǎn)品。
在此實(shí)施方案中，可以通過(guò)使用通常的加料機(jī)構(gòu)和方法將棒形或盤(pán)形的成型材料加到工作臺(tái)上或塑化為類(lèi)似于要成型的制品外形的料團(tuán)。作為成型材料甚至可以使用不易通過(guò)使用簡(jiǎn)單設(shè)備而流態(tài)化的金屬材料。當(dāng)然，可以使用合成樹(shù)脂、例如橡膠或類(lèi)似物的增塑材料作為成型材料。在本實(shí)施方案中除了棒形或盤(pán)形的成型材料還可以使用條形或帶狀的細(xì)長(zhǎng)成型材料。盤(pán)形成型材料的形狀不限于扁盤(pán)。即，該成型材料可以被形成為平片，例如薄膜、不考慮其厚度的隔板。在此第四實(shí)施方案中，成型材料的熔融用于使金屬成型材料的分子相互連接。在此實(shí)施方案中成型材料的塑化包括已被塑化的材料例如合成樹(shù)脂與橡膠的塑化，并可通過(guò)焊接或超聲振蕩來(lái)完成。
鋪疊成型材料至中間產(chǎn)品上的方法可以應(yīng)用在第四實(shí)施方案(第五實(shí)施方案)中。這樣，中間產(chǎn)品被重復(fù)用熔融的或塑化的棒形或盤(pán)形的成型材料覆蓋和雕刻，隨后生產(chǎn)出所希望的制品。
另外，為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種無(wú)模成型裝置，該裝置包括數(shù)控機(jī)加工工具，該工具用于將已固化的成型材料雕刻為成型制品，和加料設(shè)備，該設(shè)備用于將流態(tài)化成型材料加到數(shù)控機(jī)加工工具的工作臺(tái)上所確定的材料接收位置或?qū)⒘鲬B(tài)化成型材料鋪疊到放在工作臺(tái)上的中間產(chǎn)品上(第六實(shí)施方案)。這樣，本發(fā)明的無(wú)模成型裝置就可通過(guò)將加料設(shè)備附著到數(shù)控機(jī)加工工具上而構(gòu)成。作為加料設(shè)備，可以使用易于使成型材料流態(tài)化的塑化型或流態(tài)化型加料機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的第七實(shí)施方案提供一種無(wú)模成型裝置，該裝置包括數(shù)控機(jī)加工工具，該工具用于將已固化的成型材料雕刻為成型制品；和連接到數(shù)控機(jī)加工工具控制器上的加料設(shè)備，該設(shè)備將流態(tài)化成型材料加到數(shù)控機(jī)加工工具的工作臺(tái)上或?qū)⒘鲬B(tài)化成型材料鋪疊到放在工作臺(tái)上的中間產(chǎn)品上。這樣，此實(shí)施方案的加料設(shè)備就可通過(guò)數(shù)控機(jī)加工工具的控制器來(lái)控制以便與整體連接的數(shù)控機(jī)加工工具一起操作。通過(guò)實(shí)現(xiàn)另一種加料和數(shù)控加工，將成型材料反復(fù)鋪疊到中間產(chǎn)品上并雕刻，隨后形成所希望的成型制品。
本發(fā)明的第八實(shí)施方案提供一種無(wú)模成型裝置，該裝置包括數(shù)控機(jī)加工工具，該工具用于將已固化的成型材料雕刻為成型制品；和配置到加工系統(tǒng)的加料設(shè)備，以便有選擇地操作數(shù)控機(jī)加工工具內(nèi)的部件從而將流態(tài)化成型材料加到數(shù)控機(jī)加工工具的工作臺(tái)上或?qū)⒘鲬B(tài)化成型材料鋪疊到放在工作臺(tái)上的中間產(chǎn)品上。通過(guò)使用整體結(jié)合的數(shù)控機(jī)加工工具使加料設(shè)備通過(guò)加工系統(tǒng)受到數(shù)控控制。通過(guò)實(shí)現(xiàn)另一種加料和數(shù)控加工，將成型材料反復(fù)鋪疊到中間產(chǎn)品上并雕刻，隨后形成所希望的成型制品。
本發(fā)明的第九實(shí)施方案提供一種無(wú)模成型裝置，該裝置包括數(shù)控機(jī)加工工具，以便將已固化的成型材料雕刻為成型制品，和附著到不受數(shù)控機(jī)加工工具控制的機(jī)器人臂上的加料設(shè)備，以便將流態(tài)化成型材料加到數(shù)控機(jī)加工工具的工作臺(tái)上或?qū)⒘鲬B(tài)化成型材料鋪疊到放在工作臺(tái)上的中間產(chǎn)品上。加料設(shè)備獨(dú)立于數(shù)控機(jī)加工工具從而不受進(jìn)行數(shù)控控制的數(shù)控機(jī)加工工具的控制，以便反復(fù)雕刻鋪疊到中間產(chǎn)品上的成型材料，隨后形成所希望的成型制品。
本發(fā)明的第十實(shí)施方案提供一種無(wú)模成型裝置，該裝置包括數(shù)控機(jī)加工工具，該工具用于將已固化的成型材料雕刻為成型制品；和用于將流態(tài)化成型材料加到在數(shù)控機(jī)加工工具上限定的材料接收位置或?qū)⒘鲬B(tài)化成型材料鋪疊到放在工作臺(tái)上的中間產(chǎn)品上的加料設(shè)備；和連接到數(shù)控機(jī)加工工具控制器上的材料一體化機(jī)構(gòu)，以便當(dāng)在數(shù)控機(jī)加工工具控制器的控制下將成型材料加到中間產(chǎn)品上時(shí)，將中間產(chǎn)品與鋪疊到中間產(chǎn)品上的成型材料一體化。這樣，加料設(shè)備和材料一體化機(jī)構(gòu)就由數(shù)控機(jī)加工工具的控制器控制，致使加料設(shè)備、材料一體化機(jī)構(gòu)與數(shù)控機(jī)加工工具相互聯(lián)合操作。當(dāng)把成型材料加到中間產(chǎn)品上時(shí)，其與中間產(chǎn)品一體化然后通過(guò)重復(fù)的數(shù)控工藝雕刻形成所希望的制品。
本發(fā)明的第十一實(shí)施方案提供一種無(wú)模成型裝置，該裝置包括數(shù)控機(jī)加工工具，以便將已固化的成型材料雕刻為成型制品，和用于將棒形或盤(pán)形的成型材料加到在數(shù)控機(jī)加工工具的工作臺(tái)上所限定的材料接收位置上或?qū)⒘鲬B(tài)化成型材料鋪疊到放在工作臺(tái)上的中間產(chǎn)品上的加料設(shè)備，和連接到數(shù)控機(jī)加工工具控制器的材料一體化機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)用于將中間產(chǎn)品和被熔融或塑化的棒形或盤(pán)形的成型材料一體化以使其形成類(lèi)似于制品外形的料團(tuán)。該用于加入棒形或盤(pán)形成型材料的加料設(shè)備和材料一體化機(jī)構(gòu)由數(shù)控機(jī)加工工具的控制器控制，致使加料設(shè)備、材料一體化機(jī)構(gòu)和數(shù)控機(jī)加工工具相互聯(lián)合操作。當(dāng)成型材料被加到中間產(chǎn)品上時(shí)，其與中間產(chǎn)品一體化然后通過(guò)重復(fù)的數(shù)控工藝雕刻形成所希望的制品。附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
圖1是一透視圖，顯示根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方案和第六至第八實(shí)施方案的無(wú)模成型方法中操作(工藝)和裝置的起始狀態(tài)。
圖2是一透視圖，顯示在圖1的工藝之后的操作(工藝)。
圖3是一透視圖，顯示在圖2的工藝之后的操作(工藝)。
圖4是一透視圖，顯示在圖3的工藝之后的操作(工藝)。
圖5是一透視圖，顯示根據(jù)本發(fā)明第四和第五實(shí)施方案以及第九實(shí)施方案的無(wú)模成型方法中操作(工藝)和裝置的起始狀態(tài)。
圖6是一透視圖，顯示在圖5的工藝之后的操作(工藝)。
圖7是一透視圖，顯示在圖6的工藝之后的操作(工藝)。
圖8是一透視圖，顯示在圖7的工藝之后的操作(工藝)。
圖9是一透視圖，顯示根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施方案的無(wú)模成型裝置。
圖10是一透視圖，顯示根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施方案的無(wú)模成型裝置。
圖11是一正面圖，顯示圖1的主要部分。
圖12是顯示圖11裝置的操作的示意圖。實(shí)施本發(fā)明的最佳模式以下將參考附圖敘述根據(jù)本發(fā)明的無(wú)模成型方法和裝置。
首先，說(shuō)明第六、第七和第十實(shí)施方案的無(wú)模成型裝置。
這些實(shí)施方案每一個(gè)都包括一個(gè)目前的NC(數(shù)控)機(jī)械工具1，加料設(shè)備2，和連用的材料一體化機(jī)構(gòu)3。該無(wú)模成型裝置易于制造且費(fèi)用低廉。
數(shù)控機(jī)加工工具1包括工作臺(tái)11，在它上面放置要加工的成型材料P，用于移動(dòng)工作臺(tái)11的工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元12，具有用于雕刻成型材料P的雕刻工具等等的工具單元13，用于移動(dòng)工具單元13的工具單元驅(qū)動(dòng)單元(未示)，和電連接到工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元12、工具單元13和工具單元驅(qū)動(dòng)單元上的控制器14，以使這些單元接受數(shù)控控制。
加料設(shè)備2包括用于使成型材料P流態(tài)化的主體21，安裝在主體21末端以便從其中排放流態(tài)化成型材料P的注嘴22。主體21根據(jù)成型材料(合成樹(shù)脂、橡膠、金屬材料、陶瓷材料，等等)的特性具有塑化、剪切或流態(tài)化成型材料P的功能。注嘴22根據(jù)成型材料的特性和流態(tài)化狀態(tài)具有擠出或強(qiáng)制排放流態(tài)化成型材料P的功能。作為加料機(jī)構(gòu)的一個(gè)例子可以使用以本發(fā)明申請(qǐng)人的名字申請(qǐng)的日本專(zhuān)利申請(qǐng)HEI 7-225587(公開(kāi)號(hào)08156070)中所揭示的微型加料機(jī)構(gòu)。
加料機(jī)構(gòu)2被固定在數(shù)控加工工具1確定的用于接收成型材料P的材料接收位置，從而在材料接收位置把成型材料P加到工作臺(tái)11上。加料機(jī)構(gòu)2被電氣連接到數(shù)控機(jī)加工工具1的控制器14，從而使該機(jī)構(gòu)接受數(shù)控控制以便控制成型材料P的加料時(shí)間和所加的成型材料的量。
材料一體化機(jī)構(gòu)3緊挨著加料機(jī)構(gòu)2的注嘴22設(shè)置并隨著施加到工作臺(tái)上的成型材料的位置移動(dòng)。材料一體化機(jī)構(gòu)3電連接到數(shù)控機(jī)加工工具1的控制器14上，以使該機(jī)構(gòu)接受數(shù)控控制以便控制成型材料P的加料時(shí)間和施加到工作臺(tái)的成型材料的量。作為材料一體化機(jī)構(gòu)3，例如，可以使用超聲焊接機(jī)構(gòu)30。該超聲焊接機(jī)構(gòu)30在注嘴22之下有一垂直排列的分支31，從而被設(shè)置在中間產(chǎn)品與鋪疊到中間產(chǎn)品上的成型材料之間。
在前面描述的的第六、第七和第十實(shí)施方案的無(wú)模成型裝置操作和加工的基礎(chǔ)上，以下將說(shuō)明第一至第三實(shí)施方案的無(wú)模成型裝置。
在使用這些實(shí)施方案的無(wú)模成型裝置之前，首先將要成型的制品D的結(jié)構(gòu)和加工條件的信息數(shù)據(jù)輸入到數(shù)控機(jī)加工工具1的控制器14。
然后，將工作臺(tái)11移動(dòng)到材料接收位置A以便通過(guò)操作數(shù)控機(jī)加工工具1的工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元12接收成型材料P。
在材料接收位置A，流態(tài)化成型材料P從加料設(shè)備2的注嘴22以帶狀形式被排出，并在工作臺(tái)11上排列得像一螺線管，如圖1所示。工作臺(tái)上的成型材料P的料團(tuán)具有包括要成型的整個(gè)制品的形狀和類(lèi)似于制品外形的形狀。如果需要具有圓筒形的中間產(chǎn)品Da，帶形成型材料就呈螺旋地放置在工作臺(tái)上形成成型材料的圓筒料團(tuán)。流態(tài)化成型材料P可以從加料設(shè)備2的注嘴22根據(jù)例如該成型材料P的粘度以適中的加料速度和預(yù)定的溫度排放到工作臺(tái)11上。
下一步，工作臺(tái)11被移動(dòng)到工作位置B，在該位置工作臺(tái)上的成型材料P被雕刻。
當(dāng)工作臺(tái)11從材料接收位置A朝著工作位置B移動(dòng)時(shí)，流態(tài)成型材料在工作臺(tái)11上固化。在使用，例如，帶形ABS樹(shù)脂作為成型材料P的情況下，該成型材料在常溫時(shí)將在大約5秒后固化。
如圖2所示，在工作臺(tái)上固化的成型材料P通過(guò)附著到工具單元13上的研磨工具15被加工，該工具圍繞成型材料P移動(dòng)，該材料P已被工具單元13驅(qū)動(dòng)裝置(圖中未示)形成為料團(tuán)。在此工藝中，為了降低成型材料的體積，將已固化的大塊成型材料P雕刻成中間產(chǎn)品Da(圓筒形)。此雕刻過(guò)程通過(guò)控制器14非常精確地進(jìn)行數(shù)控控制，并且在短時(shí)間內(nèi)完成。
接著，通過(guò)操作工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元12將工作臺(tái)11返回到材料接收位置A。
在工作臺(tái)11返回的材料接收位置A，流態(tài)化成型材料P被進(jìn)一步從加料設(shè)備2的注嘴22加到中間產(chǎn)品Da，其已從成型材料P形成為料團(tuán)，因此就將成型材料鋪疊到中間產(chǎn)品上，如圖3所示。大塊成型材料P體積上足以包封中間產(chǎn)品Db，其形成要成型的最終制品D的一部分，并具有類(lèi)似中間產(chǎn)品Db外形的外形。
在材料接收位置A，通過(guò)使用超聲焊接機(jī)構(gòu)30產(chǎn)生超聲焊接效果將中間產(chǎn)品Da和新近加到其上的成型材料P的鋪疊層一體化。由超聲焊接機(jī)構(gòu)30所產(chǎn)生的超聲焊接在工作臺(tái)11相對(duì)于超聲焊接機(jī)構(gòu)30移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行。超聲焊接是在鋪疊到中間產(chǎn)品上的成型材料P的固化過(guò)程中，在中間產(chǎn)品Da和成型材料P之間進(jìn)行。當(dāng)然，中間產(chǎn)品Da和成型材料P的鋪疊可以在成型材料固化之前被一體化。
接著，通過(guò)操作工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元12再次將工作臺(tái)11移動(dòng)到工作位置B以便在那里雕刻成型材料P。
當(dāng)工作臺(tái)11從材料接收位置A朝著工作位置B移動(dòng)時(shí)，鋪疊到中間產(chǎn)品Da上的大塊成型材料P固化。
在工作位置B，如圖4所示，已固化的大塊成型材料P被工具單元13加工，其通過(guò)圖中未示的加工單元驅(qū)動(dòng)裝置圍繞成型材料P移動(dòng)。此工藝可以通過(guò)用工具16更換加工單元13來(lái)進(jìn)行。用于降低成型材料體積的雕刻工藝以與上述相同的方式進(jìn)行，隨后形成另一中間產(chǎn)品Db(錐形)。此雕刻工藝通過(guò)控制器14非常精確地進(jìn)行數(shù)控控制，并在短時(shí)間內(nèi)完成。
這樣形成的中間產(chǎn)品Da和Db被一體化成為成型制品D。該成型制品D作為最終制品從工作臺(tái)11移走。
包括加料、固化和雕刻成型材料P的以上連續(xù)工藝可被重復(fù)三或多次。
下一步，將要敘述根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施方案的無(wú)模成型裝置。此實(shí)施方案的相同部件用相同的數(shù)字符號(hào)標(biāo)注。為避免重復(fù)，以下省略這些部件的敘述。
如圖5至圖8所示，此實(shí)施方案通過(guò)將不同的加料設(shè)備4與數(shù)控機(jī)加工工具1以及在上述第一至第三實(shí)施方案和第六至第八實(shí)施方案中所見(jiàn)到的材料一體化機(jī)構(gòu)3結(jié)合而構(gòu)成。
加料設(shè)備4包括用于連續(xù)加入棒形或盤(pán)形成型材料F的機(jī)構(gòu)41。當(dāng)使用帶形成型材料時(shí)，可以使用加料輥或類(lèi)似物作為如圖示的連續(xù)加料機(jī)構(gòu)41。
作為材料一體化機(jī)構(gòu)3，例如，可以使用焊接機(jī)32。該焊接機(jī)32有一在連續(xù)加料機(jī)構(gòu)41之下垂直設(shè)置的注嘴33并靠近成型材料放置。作為焊接機(jī)32，可以使用電焊機(jī)、氬弧焊機(jī)、氧弧焊機(jī)或類(lèi)似物。
下一步，在以上說(shuō)明第十一實(shí)施方案無(wú)模成型裝置的加工和操作的基礎(chǔ)上，將敘述第十四和第十五實(shí)施方案的無(wú)模成型裝置。
如圖5所示，在材料接收位置A，當(dāng)從加料設(shè)備4的連續(xù)加料機(jī)構(gòu)41加入金屬線時(shí)，金屬線用焊接設(shè)備32的注嘴33熔化并被螺旋放置到工作臺(tái)上。接著在工作臺(tái)11上形成大塊成型材料。優(yōu)選在成型材料被弄彎并纏繞的部分設(shè)置許多未示的像焊接設(shè)備32那樣的焊接設(shè)備。在工作臺(tái)上形成的大塊成型材料F具有足夠的體積包封中間產(chǎn)品Da(其形成要成型的最終制品D的一部分)，并且在形狀上類(lèi)似于中間產(chǎn)品Da的外形。在中間產(chǎn)品Da是圓筒形時(shí)，通過(guò)控制工作臺(tái)11和注嘴33的相對(duì)移動(dòng)將成型材料形成為圓筒形。
接著，工作臺(tái)11返回到材料接收位置A，如圖5和圖6所示。
在工作臺(tái)11返回的材料接收位置A，如圖7所示，從連續(xù)加料設(shè)備41新加入金屬線，同時(shí)通過(guò)使用焊接設(shè)備32的注嘴33使金屬線熔融或熔化以鋪疊到中間產(chǎn)品Da的成型材料F上。大塊成型材料F在體積上足以包封中間產(chǎn)品Db(其形成要成型的最終制品D的一部分)，并且在形狀上類(lèi)似于中間產(chǎn)品Da的外形。如圖8所示，成型材料被反復(fù)雕刻為最終的成型制品。另外，在第四實(shí)施方案中，最終的成型制品在一個(gè)加料和雕刻成型材料的工藝中形成。
在圖9所示的第八實(shí)施方案中，加料設(shè)備5帶有加工系統(tǒng)17以便有選擇地操作數(shù)控機(jī)加工工具1的加工單元13。此實(shí)施方案中的加料設(shè)備5直接由數(shù)控機(jī)加工工具1的控制器14控制。
在此第八實(shí)施方案中，數(shù)控機(jī)加工工具1的加工單元13和加料設(shè)備5有選擇地相互轉(zhuǎn)接。根據(jù)此實(shí)施方案，數(shù)控機(jī)加工工具1和加料設(shè)備5可被緊密地一體化。
圖10所示的第九實(shí)施方案有機(jī)器人臂7，其帶有加料設(shè)備6，該加料設(shè)備不受數(shù)控機(jī)加工工具1的控制器14的控制。
在此第九實(shí)施方案中，數(shù)控機(jī)加工工具1和加料設(shè)備6可被同步操作。即，成型材料P可從加料設(shè)備6加到中間產(chǎn)品Da上，以便干擾數(shù)控機(jī)加工工具1的操作。根據(jù)此第九實(shí)施方案，可以使用現(xiàn)有的車(chē)床、銑床、鉆床等等形成數(shù)控機(jī)加工工具1。不需將數(shù)控機(jī)加工工具1的控制器14連接到機(jī)器人臂7的控制器上(未示)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用機(jī)器人臂7上的傳感器，數(shù)控機(jī)加工工具1可與機(jī)器人臂7一起操作。
在第九實(shí)施方案中使用合成樹(shù)脂作為成型材料P的情況下，條形或帶形原料P＇可圍繞材料夾具61纏繞并在主體62中被流態(tài)化。用此機(jī)構(gòu)，材料P可從主體62精確地排出而不分散，甚至當(dāng)加料設(shè)備6由機(jī)器人臂7不規(guī)則運(yùn)動(dòng)時(shí)也如此，以避免發(fā)生粒狀原料P＇從加料設(shè)備的泄漏。
盡管由上述實(shí)施方案最終形成的產(chǎn)品(成型的物體)D可被認(rèn)為已完成的制品，然而可以將其當(dāng)作中間產(chǎn)品Da或Db以便被進(jìn)一步加工，或樣品產(chǎn)品(成型的物體)其在形成所希望的制品之后被除去。
加料設(shè)備2可進(jìn)一步帶有驅(qū)動(dòng)單元以便移動(dòng)加料設(shè)備，其被電連接到數(shù)控機(jī)加工工具1的控制器14上，以使加料設(shè)備2的移動(dòng)受到控制器的數(shù)控控制。根據(jù)具有驅(qū)動(dòng)單元以便移動(dòng)加料設(shè)備的此結(jié)構(gòu)，移動(dòng)加料設(shè)備2或4以便能在工作位置B將成型材料P加料。
作為另一方法，可以將加料設(shè)備2或4電連接至數(shù)控機(jī)加工工具1的控制器14上，以便獨(dú)立控制成型材料P的加料。根據(jù)用于獨(dú)立控制成型材料加料的此結(jié)構(gòu)，控制程序可被簡(jiǎn)化。
還有，加料設(shè)備2和加工單元13的機(jī)組可在工作臺(tái)11的加料方向排列成行，從而可以在推進(jìn)工作臺(tái)11的同時(shí)完成制品的生產(chǎn)。沿著成行排列的部件的方向移動(dòng)的工作臺(tái)11可以是環(huán)形裝置或補(bǔ)充利用環(huán)形裝置，也可以是旋轉(zhuǎn)型。
雖然以上敘述了具有由工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元12驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)11的實(shí)施方案，應(yīng)當(dāng)理解工作臺(tái)的位移不限于此。當(dāng)然可以將工作臺(tái)11設(shè)置在數(shù)控機(jī)加工工具1和加料設(shè)備2或4或材料一體化機(jī)構(gòu)3之間致使工作臺(tái)能夠相對(duì)于數(shù)控機(jī)加工工具或其它部件垂直或水平移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。
以上已經(jīng)討論了使用超聲焊接機(jī)構(gòu)30或焊接設(shè)備32作為材料一體化機(jī)構(gòu)3的實(shí)施方案。然而，除了這些焊接裝置，還可以使用加熱裝置例如加熱器來(lái)一體化成型材料。盡管以上敘述的實(shí)施方案具有與加料設(shè)備2結(jié)合的超聲焊接機(jī)30或與加料設(shè)備4結(jié)合的焊接設(shè)備3，但是該結(jié)合可被改變。
從上述說(shuō)明可見(jiàn)，根據(jù)本發(fā)明的無(wú)模成型方法可以通過(guò)使用數(shù)控機(jī)加工工具從所加入的成型材料料團(tuán)中除去不需要部分而形成成型制品。這樣，本發(fā)明產(chǎn)生顯著的效果，可在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)具有高精確性的成型制品。此外，根據(jù)本發(fā)明，可以最有效地使用成型材料而沒(méi)有浪費(fèi)并高精確地快速雕刻，因?yàn)閷⒊尚筒牧霞恿闲纬深?lèi)似于要被成型的所希望的制品外形的形狀。特別是，根據(jù)本發(fā)明，可以使用各種成型材料不僅生產(chǎn)成型制品或樣品產(chǎn)品，還可以生產(chǎn)壓?；蚰＞?。
此外，根據(jù)本發(fā)明的無(wú)模成型裝置可實(shí)施本發(fā)明的無(wú)模成型方法而不破壞由本發(fā)明無(wú)模成型方法所產(chǎn)生的極好效果。由于本發(fā)明的無(wú)模成型裝置可由如上述的現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)加工工具、加料設(shè)備和/或材料一體化機(jī)構(gòu)構(gòu)成，因此本發(fā)明的裝置可以以低成本簡(jiǎn)單地制造。工業(yè)化應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的無(wú)模成型方法和無(wú)模成型裝置使之有可能通過(guò)使用數(shù)控機(jī)加工工具從所加入的成型材料料團(tuán)除去不需要部分而生產(chǎn)成型制品。這樣，可以在短時(shí)間內(nèi)不使用模具精確地生產(chǎn)出具有三維結(jié)構(gòu)的適宜成型制品。本發(fā)明的無(wú)模成型方法可以使用各種成型材料不僅生產(chǎn)成型制品或樣品產(chǎn)品，還可以生產(chǎn)壓模或模具。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)模成型方法，包括加入流態(tài)化成型材料形成成型材料的料團(tuán)，該料團(tuán)具有要成型的整個(gè)制品的形狀和類(lèi)似于該制品形狀的外形，固化該成型材料，然后將已固化的成型材料雕刻為所希望的制品。
2.一種無(wú)模成型方法，包括加入和固化流態(tài)化成型材料的料團(tuán)，該料團(tuán)具有要成型的制品的部分形狀和類(lèi)似于該制品部分形狀的外形，然后雕刻放在工作臺(tái)上的已固化的上述成型材料的料團(tuán)而制備中間產(chǎn)品，在該中間產(chǎn)品上鋪疊并固化流態(tài)化成型材料再形成成型材料料團(tuán)，其體積大體等于制品的外部輪廓，以便覆蓋要成型的制品的一部分并類(lèi)似于制品的部分外形，雕刻鋪疊到中間產(chǎn)品上的已固化的成型材料，重復(fù)此工藝一或多次。
3.一種無(wú)模成型方法，包括加入和固化流態(tài)化成型材料的料團(tuán)，該料團(tuán)具有要成型的制品的部分形狀和類(lèi)似于該制品部分形狀的外形，然后雕刻放在工作臺(tái)上的已固化的上述成型材料的料團(tuán)而制備中間產(chǎn)品，在該中間產(chǎn)品上鋪疊并固化流態(tài)化成型材料形成成型材料料團(tuán)，其體積大體等于制品的外部輪廓，以便覆蓋要成型的制品的一部分并類(lèi)似于制品的部分外形，將中間產(chǎn)品和鋪疊到其上的成型材料一體化，雕刻鋪疊到中間產(chǎn)品上的已固化的成型材料，重復(fù)此工藝一或多次。
4.一種無(wú)模成型方法，包括把呈棒形或盤(pán)形的成型材料加到工作臺(tái)上，材料的形狀包括要成型制品的一部分，熔融或塑化成型材料使其形成類(lèi)似于制品外形的料團(tuán)，使成型材料與制品一體化，然后雕刻該成型材料形成最終制品。
5.一種無(wú)模成型方法，包括把呈棒形或盤(pán)形的成型材料加到工作臺(tái)上，材料的形狀包括要成型的制品的部分形狀和類(lèi)似于該制品部分形狀的外形，固化加到工作臺(tái)上的上述成型材料形成成型材料的料團(tuán)并使其一體化，其體積大體等于制品的外部輪廓，將該成型材料雕刻為中間產(chǎn)品，一體化該中間產(chǎn)品和鋪疊在其上的成型材料，在所說(shuō)的中間產(chǎn)品上再加料和鋪疊另一棒形或盤(pán)形的成型材料，固化鋪疊到所說(shuō)中間產(chǎn)品上的成型材料形成成型材料的料團(tuán)并使其一體化，其形狀包括要成型的制品的部分形狀和類(lèi)似于該制品部分形狀的外形，雕刻鋪疊到中間產(chǎn)品上的已固化的成型材料，重復(fù)此工藝一或多次。
6.一種無(wú)模成型裝置，該裝置包括數(shù)控機(jī)加工工具，該工具用于將成型材料雕刻為成型制品；和加料設(shè)備，該設(shè)備用于將流態(tài)化成型材料加到數(shù)控機(jī)加工工具的工作臺(tái)上所確定的材料接收位置或?qū)⒘鲬B(tài)化成型材料鋪疊到放在工作臺(tái)上的中間產(chǎn)品上。
7.一種無(wú)模成型裝置，該裝置包括數(shù)控機(jī)加工工具，該工具用于將已固化的成型材料雕刻為成型制品；和連接到數(shù)控機(jī)加工工具的控制器上的加料設(shè)備，該設(shè)備用于將流態(tài)化成型材料加到數(shù)控機(jī)加工工具的工作臺(tái)上所確定的材料接收位置或?qū)⒘鲬B(tài)化成型材料鋪疊到放在工作臺(tái)上的中間產(chǎn)品上。
8.一種無(wú)模成型裝置，該裝置包括數(shù)控機(jī)加工工具，該工具用于將已固化的成型材料雕刻為成型制品；和配備在加工系統(tǒng)上的加料設(shè)備，該設(shè)備用于在數(shù)控機(jī)加工工具中有選擇地操作部件而將流態(tài)化成型材料加到數(shù)控機(jī)加工工具的工作臺(tái)上或?qū)⒘鲬B(tài)化成型材料鋪疊到放在工作臺(tái)上的中間產(chǎn)品上。
9.一種無(wú)模成型裝置，該裝置包括數(shù)控機(jī)加工工具，該工具用于將已固化的成型材料雕刻為成型制品；和附著到不受數(shù)控機(jī)加工工具控制的機(jī)器人臂上的加料設(shè)備，該設(shè)備用于將流態(tài)化成型材料加到數(shù)控機(jī)加工工具的工作臺(tái)上或?qū)⒘鲬B(tài)化成型材料鋪疊到放在工作臺(tái)上的中間產(chǎn)品上。
10.一種無(wú)模成型裝置，該裝置包括數(shù)控機(jī)加工工具，該工具用于將成型材料雕刻為成型制品；和加料設(shè)備，該設(shè)備用于將流態(tài)化成型材料加到數(shù)控機(jī)加工工具的工作臺(tái)上所確定的材料接收位置或?qū)⒘鲬B(tài)化成型材料鋪疊到放在工作臺(tái)上的中間產(chǎn)品上；和連接到數(shù)控機(jī)加工工具控制器上的材料一體化機(jī)構(gòu)，當(dāng)在數(shù)控機(jī)加工工具控制器的控制下把成型材料加到中間產(chǎn)品上時(shí)，該機(jī)構(gòu)用于將中間產(chǎn)品和鋪疊到中間產(chǎn)品上的成型材料一體化。
11.一種無(wú)模成型裝置，該裝置包括數(shù)控機(jī)加工工具，該工具用于將成型材料雕刻為成型制品；和加料設(shè)備，該設(shè)備用于將棒形或盤(pán)形成型材料加到數(shù)控機(jī)加工工具的工作臺(tái)上所確定的材料接收位置或?qū)⒘鲬B(tài)化成型材料鋪疊到放在工作臺(tái)上的中間產(chǎn)品上；和連接到數(shù)控機(jī)加工工具控制器上的材料一體化機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)用于將中間產(chǎn)品和熔融的或塑化的棒形或盤(pán)形成型材料一體化以使其形成類(lèi)似于制品外形的料團(tuán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及不用模具從流態(tài)化成型材料生產(chǎn)三維制品的無(wú)模成型技術(shù)。本發(fā)明的成型方法包括將流態(tài)化成型材料P加到工作臺(tái)11上以便形成成型材料的料團(tuán),該料團(tuán)的體積大體等于整個(gè)制品的外形和類(lèi)似于制品外形的形狀,固化工作臺(tái)11上的成型材料,然后將已固化的成型材料雕刻為所希望的制品。根據(jù)本發(fā)明,通過(guò)使用數(shù)控機(jī)加工工具或類(lèi)似物雕刻除去已固化成型材料的非需要部分,可以在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)高精確性制品。根據(jù)本發(fā)明的無(wú)模成型裝置可以有選擇地使用現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)加工工具、加料設(shè)備、成型材料一體化設(shè)備等等以低成本容易地制造。這樣,本發(fā)明不僅適于不使用模具從流態(tài)化成型材料形成三維成型制品(產(chǎn)品、樣品等等),而且也適于從各種成型材料生產(chǎn)模具。
文檔編號(hào)B29C67/00GK1207067SQ9619946
公開(kāi)日1999年2月3日 申請(qǐng)日期1996年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月31日
發(fā)明者竹內(nèi)宏 申請(qǐng)人:株式會(huì)社新興塞爾比克