制作三维消失模的方法和制作热固化造型材料砂铸模的方法技术

在用升温固化模塑料制作铸模（６）的方法中，铸模（６）和／或芯（２０）的制作采用的是通过电磁辐射的作用对模塑料各层实施分层选择性固化的方法，而不必预先制作模组件。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种不用标准模具而快速制作浇铸作业用的静铸模和芯的方法。对于三维、复杂几何形状的精密制品的快速生产已有多种惯用的方法，这些方法甚至可在不用标准模具的情况下为制品提供切槽，即它们无需对制品提供阳模或阴模的外部和内部形状，也不用进行机械修饰和切割操作，就可按计算机给出的三维几何图象直接由固体、粉状或液体基料生产出指定的制品。已知的这些方法被称作再生制造法，快速原型法(RP)，固体随意形状制造法(SFM)或快速随意形状制造法(FFFF)(Technische Rundschan 83(1992)20，pp.36—43和44，pp.58—61；Materials World，1993，12，pp.656—658；Modern casting1993，10，pp.25—27)。这类方法中最有名的是立体平印法(Konstruieren+Gieβen 17(1992)4，pp.13—19；Tech-nische Rundschau82(1991)11，pp.40/41；Automobil—produk-tion1992.8，pp.102/104；Laser—praxis1992，5，pp.LS58/LS59)。这些方法可以生产各种树脂、涂覆纸和蜡制的原型、样品制件。各种物料适合把由此生产的制品在精细浇铸过程中作为熔模，因此可不用标准模具而用精细浇铸来生产浇铸部件。人们还知道，金属和陶瓷制品可以用选择性激光烧结(SLS)法直接生产而不用标准模具(Int.J.of powder Metallurgy28(1992)4，pp.369—381；Metal-lurgical Transactions A24/1993，pp.757—759)。有一种选择性激光烧结法是在DE4300478C1中披露的。采用这种方法可以生产三维制品，它是将由可固化粒料形成的制品的各层，用激光辐射各层的相应部位对制品各层进行依次固化。已知它是通过金属和陶瓷粉的激光烧结来生产三维制品的。在选择性激光烧结法中所用的粒料是由组分A和组分B构成的两组分陶瓷型物料，粒料颗粒之间是通过陶瓷型键接将A、B结合在一起的，即粒料组分之间发生了化学反应。已经知道，在二氢磷酸铵或氟代磷酸铵玻璃粉料的粘结时用三氟化二铝作粘结剂，此时二氢磷酸铵或氟代磷酸铵被激光辐射熔化成玻璃相，粒状氧化铝渗入并经凝固获得具有一定初始强度的粘结体，然后将所得物体取出选择性激光烧结装置，于800℃以上的温度下处理数小时(焙烧或烘烤处理)，由此各组分完全反应形成高密度、高强度、高硬度和高熔融温度的陶瓷型键接体。两个组份可以混合(附图说明图1)或一个组分被另一组分涂覆(图2)，任何方式经焙烧后均可制得陶瓷型键接的制品(图3)。迄今为止关于这种方法的已知实例的典型特性之一是组分A在选择性激光烧结装置中开始时并不熔化，而在焙烧过程中参与化学反应形成陶瓷型制品C；另一个典型特性是，需经长时间高温焙烧，而所形成的陶瓷体可用作精细铸造的模壳或芯。当采用其它物料时，也能制得均匀的陶瓷制件。(3rd.Int.Conf.on Rapid Prototyping at the University of Dayton，Conf.Proceedings，Dayton，Ohio，1992，S.73-77；SolidFreeform Fabrication Symposium Proceedings，University ofTexas at Austin，Texas，1991，S.195-205，205-212，u.1992，S.44-53，63-71，124-130，141-146；US-Patents No.5.156.697，5.147.587，4.944.817，Europa-Patentanmeldung Nr.0.416.852.A2).选择性激光烧结法最常见的应用就是树脂粉经颗粒的表面熔融和焙烧而烧结，由于据此制得的实物不能直接使用，即不能在砂浇铸法中作为熔模或芯，因而对此将不做详细解释。同样对于已知的蜡粒子的处理，由于在精细浇铸法中依此制得的实物只能用作熔模(阳模)，故也未加讨论。(US-Patents No.5，155.324，5.053.090，5.076.869，5.132.143，5.017.753，4.863.538，weltpatent-Anmeldung PCT/US87/02635(Internat.Publ.No.W08 8/02677).在烧结金属粉末的情况中，金属粒子是用聚合物粘结剂例如环氧树脂涂覆(图2)或与之混合(图1)，因此形成物件初始强度的暂时性粘结作用是由该聚合物粘结剂提供的。在选择性激光烧结装置中，物料受激光辐射而固化的过程仅仅是由聚合物的表面熔化、浸润金属/陶瓷粒子，当冷却时粒子就相互粘结起来(图4)，此时并无化学反应发生。其后将实物移出选择性激光烧结装置之外，通过热处理将聚合物粘结剂消除，借此在相当高的温度下使金属粒子烧结在一起(图5)。据此制得的实物仍然是多孔的，为了获得终极密度和强度，还可用低熔点的第二种金属D浸渗(图6)。对陶瓷粉末也可用相同的原理和方法来描述。(Solid Freeform Fabrication Symposium proceedings，Uni-versity of Texas at Austin，如上)。此外，如上所述的金属之间的粘结需要功率更高的激光，因此对于它们的生产就要有更高的输入功率。因此在砂浇铸中使用这种方法来生产金属和陶瓷类制件作熔模和熔芯是不可能的。人们还知道，用于精细浇铸法的陶瓷模，也可根据所谓的直接壳生产浇铸法借助于由移动式喷嘴挤出的硅酸盐粘合剂、经过陶瓷粉末的选择固化来制造(Modern Casting March 1993，pp.55 and Au-gust1993，pp.30/31；plastics world February 1993，p.23)。这是一种化学反应，其结果是形成了陶瓷型键接，这种键接是通过仅在指定部位将粘接剂组份B加入到施于整个表面的基础组份A中形成的。再次强调，对于砂浇铸法按这种方式去生产熔芯和熔模是不可能的。人们还知道，采用能施工成层状的可熔性粒子，按照与选择性激光烧结法类似的方法也可以获得制件，即用激光把与欲制件外形对应的各层熔融并通过烧结形成部件。所用的可熔性粒子可以是树脂、树脂涂覆的砂粒或可熔性砂粒。若采用砂粒，激光功率必须足以使砂粒熔化。在金属砂浇铸中这种方法制得的物件是否可用作熔模和芯尚不得而知(US—Patent No.4,247,508)。现在还不知道，除陶瓷材料外，是否还有其它材料可采用再生制造法而不使用标准模具来制作适用于浇铸作业的熔模和芯。因此，不用标准模具而生产的所有这类熔模和熔芯的浇铸应用仅限于精细浇铸作业，而且对于广泛采用的砂浇铸法，现在尚没有能不用标准模具(模和芯箱)的快速成型的方法。已经知道，升温或加热熟化型模塑料可在浇铸工业中用以生产铸芯和铸模。所制得的铸芯和铸模可以用任何已知的浇铸材料进行浇铸。这些模塑料包括按照权利要求1，2和最终为权利要求15的模塑基料，按照权利要求4的粘合剂，而且如果需要的话还可包括按照权利要求19所述的混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作三维实体的方法，即：在物体模截面所对应的各个区域，用电磁辐射对有关模塑料的各料层实行持续固化。 其中： ａ）模塑料由二个组分组成，第一个是对电磁辐射呈化学惰性的材料，第二个是在电磁辐射作用下能在其中发生化学固化过程的材料，和 ｂ）控制电磁辐射作用，使第二种材料发生化学固化而使模塑料固化。

【技术特征摘要】
DE 1994-5-27 P4418466.2;DE 1994-11-11 P4440397.61.一种制作三维实体的方法，即在物体模截面所对应的各个区域，用电磁辐射对有关模塑料的各料层实行持续固化。其中a)模塑料由二个组分组成，第一个是对电磁辐射呈化学惰性的材料，第二个是在电磁辐射作用下能在其中发生化学固化过程的材料，和b)控制电磁辐射作用，使第二种材料发生化学固化而使模塑料固化。2.根据权利要求1的方法，其中第一种材料a)包括二氧化硅砂、锆砂、橄榄石砂、铬铁矿砂、陶渣、金刚砂、炭砂，氧化硅材料或任意的其他矿物材料，这些材料可以单独使用或以任意比例用一种或数种其它材料掺混，既可以是晶粒状、颗粒状也可以是粉状。3.根据权利要求1的方法，其中第一种材料是金属或陶瓷粉末。4.根据权利要求1到3中任意一项的方法，其中第二种材料包括酚树脂、呋喃树脂、脲树脂或氨基树脂、线型酚醛树脂或甲阶酚醛树脂、脲醛树脂、糠醇脲醛树脂、酚改性呋喃树脂、酚甲醛树脂、糠醇酚醛树脂、丙烯酸改性酚树脂或可以热引发的任何其它树脂，既可以是液态、固态、粒状也可以是粉状，和可以是经过改性的和/或溶解的。5.根据权利要求1到3中任意一项的方法，其中第二种材料包括环氧树脂、丙烯酸树脂或聚丙烯酸树脂。6.根据权利要求1到5中任意一项的方法，其中模塑料是用第二种材料涂覆的第一种材料的颗粒。7.根据权利要求1到6中任意一项的方法，其中模塑料是第一种材料的颗粒与第二种材料颗粒的掺混物。8.根据权利要求1到7中任意一项的方法，其中辐射作用是将激光光束折射到物体截面相对应部位的各料层而产生的。9.根据权利要求1到7中任意一项的方法，其中辐射作用是通过一个掩模实施二维照射实现的，该掩模只允许辐射作用抵达需要固化料层的部位。10.根据权利要求1到9中任意一项的方法，其中电磁辐射的波长是在紫外区。11.根据权利要求1到9中任意一项的方法，其中辐射的波长是在红外区。12.根据权利要求1到11中任意一项的方法，其中照射时间和/或照射强度应掌握在这样的水平，即抵达欲固化模塑料的电磁辐射能量输入值应足以引发第二种材料发生化学固化过程，而又不能使第一种材料发生反应。13.根据权利要求12的方法，其中化学固化过程是由模塑料的颜色变化控制的，而且必要时还应对照射时间和/或照射强度进行再调节。14.根据权利要求1到13中任意一项的方法，其中欲制作的物体是一个铸模(6)和/或铸模的一个芯。15.根据权利要求2到14中任意一项的方法，其中第一种材料包括部分或全部已经用过的、再生的或非再生的根据权利要求2的材料，而粘附材料可以与第二种材料发生化学反应。16.根据上述任意权利要求的方法，其中固化可以选择在空气、氧或惰性气氛中进行的。17.根据上述任意权利要求的方法，其中固化可以选择在常压、正压或负压条件下进行。18.根据权利要求6到17中任意一项的方法，其中浇铸作业时可以采用冷浇铸、温浇铸、热浇铸或熔融浇铸方法中的一种。19.根据权利要求6到18中任意一项的方法，其中在用第二种材料掺混第一种材料或用第二种材料涂覆第一种材料的过程中，可以...

【专利技术属性】
技术研发人员：F温特，H朗，C威尔克宁，P克勒，
申请(专利权)人：EOS有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]