CN102218807B - 快速成形工作台 - Google Patents
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Abstract
为了防止成形材料降温速度过快，现有技术中的快速成形设备需增设成形室以提供环境温度，因此造成了快速成形设备复杂和成形过程不易观察及由此导致的无法及时处理实时产生的各种问题的缺陷，本发明提供一种快速成形工作台，包括支撑装置和加热装置，所述支撑装置的上表面包括一支撑面用于支撑成形零件，所述加热装置用于通过对支撑装置加热进而对挤出的成形材料提供环境温度，该工作台为一种自加热的开放式工作台，该工作台本身带有加热装置用以保证成形材料的环境温度，采用该工作台无需设置成形室，使得材料成形的工作过程完全可见以便及时处理实时产生的各种问题。
Description
技术领域
本发明属于快速成形技术领域，特别涉及一种快速成形工作台。
背景技术
快速成形技术作为一种先进的制造技术，打破了传统的制造模式，利用离散/堆积的原理，无需任何工、模具，由CAD模型直接驱动，快速完成任意复杂形状的零件，从而实现了从产品设计到产品制造的数字化和自动化。
熔融挤压快速成形(MEM～Melted Extrusion Modeling)技术是由计算机根据CAD模型确定的几何信息，控制喷嘴，将成形材料通过加热器的挤压头熔化成熔融态，使熔化的热塑料丝通过喷嘴挤出，挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动，挤出半流动的热塑材料沉积固化成精确的实际部件薄层，覆盖于已建造的零件之上，并快速凝固，形成一层材料。随后，挤压头沿纵向向上运动一个微小距离进行下一层材料的建造，这样逐层由底到顶地堆积成一个实体零件。
利用熔融挤压快速成形技术加工塑料零件时，通常会产生翘曲变形，主要是由于成形材料固化时体积收缩引起的，即喷嘴挤出的半流动的热塑性材料的温度快速从熔融温度降到室温，产生了不可补偿的体积收缩，形成翘曲变形。为了消除翘曲变形，现有技术的做法是：在成形设备上加装封闭的成形室，热塑料丝的挤出和固化过程在成形室内部完成，热塑料丝的温度从熔融温度只降到成形室内温度，一般情况下，成形室内的温度被控制在在50-130℃左右，以避免成形材料降温速度过快带来的翘曲变形。成形室内的加热装置使其内温度保持在50-130℃，加热装置一般采用加热管、加热棒、电阻丝加热或者红外线发热装置。但是，上述的技术方案导致了快速成形设备过于复杂，需要增设用于保温的成形室，另外增设的成形室在材料成形过程中始终处于封闭状态，使得成形室内执行部件的工作状态不易观察，无法及时处理实时产生的各种问题。
发明内容
为了防止成形材料降温速度过快，现有技术中的快速成形设备需增设成形室以提供环境温度，因此造成了快速成形设备复杂和成形过程不易观察及由此导致的无法及时处理实时产生的各种问题的缺陷，本发明提供一种快速成形工作台，该工作台为一种自加热的开放式工作台，该工作台本身带有加热装置用以保证成形材料的环境温度；采用该工作台无需设置成形室，使得材料成形的工作过程完全可见以便及时处理实时产生的各种问题。
技术方案：
快速成形工作台，包括支撑装置和加热装置，所述支撑装置的上表面包括一支撑面用于支撑成形零件，所述加热装置用于通过对支撑装置加热进而对挤出的成形材料提供环境温度。
所述支撑装置为金属材质、玻璃材质或石质。
所述支撑装置为至少耐150度温度的高分子材料。
所述支撑装置为一平台。
所述支撑面上分布有凸凹结构。
所述凸凹结构为间隔分布的凹槽和/或凹孔。
所述支撑面上涂覆有高分子材料层，所述高分子材料层的上表面用于支撑成形零件。
所述高分子材料层为塑料层或树脂层或胶粘剂层。
所述高分子材料层的厚度不大于5毫米。
所述高分子材料层的厚度不大于0.5毫米。
所述高分子材料层的上表面为凸凹结构或高分子材料层在所述支撑面上间隔涂覆形成了凹凸结构。
所述凸凹结构为间隔分布的凹槽和/或凹孔。
所述加热装置位于支撑装置的内部或者下方。
所述加热装置的加热温度设定在成形材料软化温度的正负30度范围内。
所述加热装置的加热温度设定在成形材料软化温度的正负10度范围内。
技术效果：
本发明提供一种自加热开放式快速成形工作台，包括有用于支撑成形零件的支撑装置，和用于通过对支撑装置加热进而对挤出的成形材料提供环境温度的加热装置。该快速成形工作台打破的快速成形设备必须设置封闭的成形室的传统观念，别具匠心的提出了一种开放式的工作台，开放式的工作台的好处不仅仅在于简化了快速成形设备的结构，更重要的是使得成形过程可视化，不论作为教学讲解还是生产实际中监测执行部件的工作状态，都是一种突破。另外，这种开放式的工作台同时还是一种自加热的工作台，加热装置对支撑装置加热，具有一定温度的支撑装置对其周围的空气加热，随着热气流的上升，形成了具有一定范围的热环境，挤出的成形材料在降温过程中其温度便只会从熔融温度降低到热环境温度了，并且挤出的成形材料沉积固化成的实际部件薄层与支撑面直接接触或者覆盖于支撑面上已堆积的成形零件之上，同样抑制了成形材料的快速冷却，因此很好的解决了降温速度过快带来的成形零件翘曲变形的问题。
支撑装置可以选择为一平台，利于支撑装置的生产加工，当然也可以根据实际工况选择合适的形状。支撑装置可以为金属材质，比如铝、铜、铁等，不易变形并且导热性好。当然，也可以选择导热性较差的玻璃材质或石质或者耐一定高温的高分子材料。
支撑装置的支撑面上分布有凸凹结构，以增大成形材料的底面与支撑面之间的粘结面积，提高两者之间的粘结力。凸凹结构可以为在支撑面开槽或打孔得到的凹槽或凹孔。
在支撑面上可以涂敷有高分子材料层，高分子材料层的上表面用于支撑成形零件，以增加成形过程中对塑料零件的支撑力，高分子材料层可以选择塑料层、树脂层或胶粘剂层，最好是与待成形材料同类或者相容的材质，以进一步增加支撑粘结力。均衡高分子材料层可以增强支撑力的优点和导热性差的缺点，经过实验表明，涂覆的高分子材料层的厚度最好不大于5毫米，优选地，不大于0.5毫米。高分子材料层的上表面可以为凸凹结构，比如间隔分布的凹槽或凹孔，以增加成形材料的底面与高分子材料层上表面之间的粘结面积。高分子材料层可以在所述支撑面上间隔涂覆形成凹凸结构，比如：高分子材料层由若干间隔分布的高分子材料条组成，或者高分子材料层上分布有若干通孔，此时高分子材料层并没有完全覆盖支撑面，在凹槽和凹孔底面所在的支撑面部分直接与空气或成形材料相接触，极大地提高了热传导效率。
对支撑装置加热的加热装置可以采用常用的电阻丝加热、电热管，平板加热器或电热棒加热等。加热温度控制在成形材料软化温度的正负30度范围内即可，为了进一步控制成形零件的收缩率，加热温度可以控制在成形材料软化温度的正负10度范围内。
附图说明
图1为本发明快速成形工作台第一种实施例的结构示意图；
图2为本发明快速成形工作台第二种实施例的结构示意图；
图3为本发明快速成形工作台第三种实施例的结构示意图；
图4为本发明快速成形工作台第四种实施例的结构示意图；
图5为本发明快速成形工作台第五种实施例的结构示意图。
附图标记示例如下：
1、2、3、4、5-快速成形工作台，10、30、40-金属平台，20-玻璃平台，50-塑料平台，11、21、31、41、51-加热装置，32、42-塑料层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，同时本发明的快速成形工作台并不限于应用在熔融挤压快速成形工艺，还可以应用在快速成形领域的粉末烧结快速成形工艺和熔融喷射成形工艺(MJM～Melted JetModeling)中。
实施例1
参考图1，为本发明快速成形工作台第一种实施例的结构示意图。该快速成形工作台1从上至下依次包括有金属平台10和加热装置11，其中的金属平台10可以为铝平台、铜平台、铁平台等，加热装置11可以为电阻丝加热、加热管或加热棒加热以及其他常用的加热装置。成形过程中，喷嘴挤出的热塑料丝固化堆积到金属平台10的上表面即支撑面，热塑料丝在被挤出、固化过程中其温度从熔融温度只冷却到该塑料的软化温度附近，避免了塑料冷却速度过快造成的翘曲变形。软化温度的提供是由加热装置11对金属平台10的下表面加热，热量从金属平台10的下表面传导到金属平台10的支撑面，并且金属平台10的支撑面的温度随着热气流的上升影响到了该支撑面的上方空间，而形成的一定范围的热环境。加热装置11的温度可以控制在该成形材料的软化温度的正负30度范围内，为了进一步控制成形材料的收缩率，加热装置11的温度可以进一步控制在该成形材料的软化温度的正负10度范围内。在实际的成形过程中，还应考虑环境的温度和成形零件的大小，当环境温度偏低时，考虑到热量在空气中传导过程中会损失较多，可以适当提高加热装置的设定温度；考虑到待成形零件的体积较大，更易于收缩变形时，也可以适当提高加热装置的设定温度。当然，根据实际需求，本实施例中的金属平台10也可以采用玻璃平台或者石台替代，由于玻璃平台和石台的导热性差于金属平台，可以适当提高加热装置11的加热温度，以保证成形材料的热环境温度。
实施例2
见图2，为本发明快速成形工作台第二种实施例的结构示意图。该快速成形工作台2从上至下依次包括有玻璃平台20和加热装置21，该快速成形工作台2的玻璃平台20的上表面(即支撑面)上均布有凹槽，目的在于：其一、用凸凹的表面代替光滑的平面，增大了支撑面与成形零件底面之间的粘结面积，提高支撑面对成形零件的支撑力；其二、玻璃的导热性要差于金属材料，在玻璃平台上开设凹槽，可以局部地减少了玻璃平台的厚度，更有利于热传导。当然，不局限于开设凹槽这一种形式，还可以为打孔形成的凹孔或者网格结构以及其他凸凹结构均可以起到上述的两点作用。
实施例3
见图3，为本发明快速成形工作台第三种实施例的结构示意图。与实施例1中的快速成形工作台1相同，本实施例中的快速成形工作台3从上至下依次包括有金属平台30和加热装置31，但与实施例1中的快速成形工作台1不同的是：该快速成形工作台3的金属平台30的上表面(即支撑面)上涂敷有高分子材料层，优选为塑料层32，目的在于增加成形过程中对成形材料的支撑力，因为金属平台30的支撑面对固化后的塑料成形零件的粘结力不够会导致塑料成形零件在金属支撑面上易产生位移，影响零件的成形，而在金属支撑面上涂覆塑料层32后，特别是涂覆与成形材料同类或相容的塑料材质的塑料层，会增加对成形材料的支撑力，提高成形精度。但由于塑料的导热性较差，因此，塑料层的厚度最好不大于5毫米，优选的，不大于0.5毫米。当然，根据实际工况，本实施例中的塑料层可以用树脂层或胶粘剂层替代。
实施例4
见图4，为本发明快速成形工作台第四种实施例的结构示意图。该快速成形工作台4从上至下依次包括有金属平台40和加热装置41，金属平台40的上表面(即支撑面)上涂敷有塑料层42，目的在于增加成形过程中对成形材料的支撑力，与实施例3区别的是，本实施例中的塑料层42为间隔分布的塑料条组成，形成了凹凸结构，而且塑料条之间的支撑面并没有被塑料层42所覆盖，因此提高了热传导的效率。当然，在塑料层42上开设若干通孔或者其他结构使塑料层成为镂空结构，均可以达到增加支撑力、提高热传导效率的效果。
另外，为了增加塑料层42与成型零件底面之间的粘结面积，还可以采用在塑料层的上表面开设凸凹结构的技术方案，以代替塑料层的镂空结构。
实施例5
参考图5，为本发明快速成形工作台第五种实施例的结构示意图。该快速成形工作台5从上至下依次包括有塑料平台50和加热装置51，其中的塑料平台50的材质可以选择与成形材料同类或相容的材料，以增强对成形材料的支撑力，加热装置51同实施例1中的选择相同可以为电阻丝加热、加热管或加热棒加热等。本实施例中的塑料平台50与金属平台10的显著差别在于塑料的导热性要差于金属的导热性，因此，可以考虑适当的减小塑料平台的厚度或者提高加热装置的加热温度，以补偿导热性差带来的温度损失。另外，为了保证塑料平台50在加热状态下的正常工作，通常会选择耐至少150度温度的塑料作为塑料平台50。当然，为增加粘结面积，还可以在塑料平台50的支撑面上设置如实施例2所述的凸凹结构。
另外，在上述5个实施例中的加热装置均可以设置在平台的内部，以提高热传导的效率。
Claims (15)
1.快速成形工作台，其特征在于，所述快速成形工作台为开放式快速成形工作台，其包括支撑装置和加热装置，所述支撑装置的上表面包括一支撑面用于支撑成形零件，所述加热装置用于通过对支撑装置加热进而对挤出的成形材料提供环境温度，所述支撑面上涂覆有与待成形材料同类或者相容的高分子材料层，所述高分子材料层的上表面用于支撑成形零件，所述高分子材料层的上表面为凸凹结构或高分子材料层在所述支撑面上间隔涂覆形成了凹凸结构。
2.根据权利要求1所述的快速成形工作台，其特征在于，所述支撑装置为金属材质、玻璃材质或石质。
3.根据权利要求1所述的快速成形工作台，其特征在于，所述支撑装置为至少耐150度温度的高分子材料。
4.根据权利要求1所述的快速成形工作台，其特征在于，所述支撑装置为一平台。
5.根据权利要求1所述的快速成形工作台，其特征在于，所述凸凹结构为间隔分布的凹槽和/或凹孔。
6.根据权利要求1所述的快速成形工作台，其特征在于，所述高分子材料层为塑料层。
7.根据权利要求1所述的快速成形工作台，其特征在于，所述高分子材料层为树脂层。
8.根据权利要求1所述的快速成形工作台，其特征在于，所述高分子材料层为胶粘剂层。
9.根据权利要求1所述的快速成形工作台，其特征在于，所述高分子材料层的厚度不大于5毫米。
10.根据权利要求9所述的快速成形工作台，其特征在于，所述高分子材料层的厚度不大于0.5毫米。
11.根据权利要求1-10之一所述的快速成形工作台，其特征在于，所述加热装置位于支撑装置的内部或者下方。
12.根据权利要求1-10之一所述的快速成形工作台，其特征在于，所述加热装置的加热温度设定在成形材料软化温度的正负30度范围内。
13.根据权利要求11所述的快速成形工作台，其特征在于，所述加热装置的加热温度设定在成形材料软化温度的正负30度范围内。
14.根据权利要求12所述的快速成形工作台，其特征在于，所述加热装置的加热温度设定在成形材料软化温度的正负10度范围内。
15.根据权利要求13所述的快速成形工作台，其特征在于，所述加热装置的加热温度设定在成形材料软化温度的正负10度范围内。
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| JP平4-158008A 1992.06.01 |
| 快速成型设备一览;郭永红等;《计算机辅助设计与制造》;20000930(第9期);第36-38页 * |
| 郭永红等.快速成型设备一览.《计算机辅助设计与制造》.2000,(第9期),第36-38页. |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102218807A (zh) | 2011-10-19 |
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