專利名稱：基于表面張力的無模型快速成型裝置及其成型方法
技術領域：
本發明涉及一種無模型成型裝置及其成型方法，特別是涉及一種利用金屬液體表
面張力控制冷凝成型的基于表面張力的無模型快速成型裝置及其成型方法。
背景技術：
快速原型制造技術變革了傳統的體積成形與去除成形的加工方式，是一種材料累 加制造方法，可以從三維數字模型直接制造出復雜形狀的零件，適合加工形狀復雜的難成 形、難加工材料、具有特殊要求的零件。在模具制造、航空航天、醫學、工藝美術等領域嶄露 頭角，具有廣泛的應用前景。快速原型工藝大體上有選擇性液體固化、選擇性層片粘接、選 擇性粉末熔接或粘接、熔融擠壓成形和噴點印刷五大類，具體方法更多。然而，眾多的快速 原型技術中普遍存在著成型效率低下，不能適應數量較大的產品生產，而且能用于普通金 屬材料成形的方法很少見。

發明內容
本發明的目的是提供一種基于表面張力的無模型快速成型裝置，本裝置能夠由 計算機數值幾何模型直接轉變為幾何實體，適用于金屬、樹脂等材料，且效率高、適用范圍 更為廣泛，本發明的另一個目的是提供所述基于表面張力的無模型快速成型裝置的成型方 法。 本發明的目的是通過下列技術方案實現的基于表面張力的無模型快速成型裝 置，包括一個耐高溫坩堝，耐高溫坩堝的底部開設有多個微孔，微孔下方設置有一個可上下 移動的托盤，當微孔中充滿金屬液體時，耐高溫坩堝內的金屬液體可通過微孔流到托盤上， 當微孔中充滿氣體或真空時，金屬液體在表面張力的作用下不能通過微孔流到托盤上。
所述耐高溫坩堝的上方設置有一個可上下左右移動用于向微孔中注入氣體或金 屬液體或使微孔中成為真空的移動轉換器。 基于表面張力的無模型快速成型裝置的成型方法，包括下列步驟
A、將金屬液體置入到耐高溫坩堝中； B、設置微孔的通斷，如果需要讓金屬液體從微孔中通過，則通過移動轉換器向微 孔中注入金屬液體，如果需要中斷微孔中金屬液體的通過，則可以通過移動轉換器向微孔 中注入氣體或使微孔中成為真空； C、金屬液體通過微孔流到托盤上，向下移動托盤，金屬液體不斷流下并不斷冷卻 成為零件，利用金屬液體的表面張力控制微孔的開關，同時控制金屬液體的流量、托盤的移 動速度，使冷卻后的零件形成所需的形狀。 從本發明的上述特征可以看出，本發明的優點在于 (1)、與現有的快速原型技術相比，該技術適用的材料范圍廣泛，只要耐高溫坩堝 的微孔內壁與零件材料的液體不發生浸潤即可，特別是適用于普遍使用的金屬材料，應用 前景更為廣闊；
(2)、與現有快速原型技術相比，生產效率大大提高，可以達到工業生產的速度要 求； (3)、與傳統的鑄造工藝相比，可由計算機數值模型直接得到零件，省去了眾多的 鑄造工藝環節； (4)、該技術只須對需要狀態改變的微孔進行操作即可，而一般快速原型技術則需 要對每一處材料都進行操作控制；(5)、開放的太空環境具有微重力、高真空特性，表面張力將是最重要的動力，又無 金屬液體氧化或其它化學反應的問題，凝固方向也可以在凝固過程中更靈活地改變，因此， 太空環境將更能發揮該技術的優勢，該技術有望在未來的太空結構制造和廢棄的太空垃圾 在利用中發揮作用。


本發明將通過實施例并參照附圖的方式說明，其中
圖1是本發明的裝置結構示意圖 其中附圖標記l是耐高溫坩堝 2是微孔3是托盤4是金屬液體 5是移動 轉換器 6是零件
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明做進一步的說明
優選實施例 如圖1所示的基于表面張力的無模型快速成型裝置，包括一個耐高溫坩堝l，耐高 溫坩堝1的底部開設有多個微孔2，微孔2下方設置有一個可上下移動的托盤3，當微孔2 中充滿金屬液體4時，耐高溫坩堝1內的金屬液體4可通過微孔2流到托盤3上，當微孔2 中充滿氣體或真空時，金屬液體4在表面張力作用下不能通過微孔2流到托盤3上。
所述耐高溫坩堝1的上方設置有一個可上下左右移動用于向微孔2中注入氣體或 金屬液體4或使微孔2中成為真空的移動轉換器5。 本發明中的耐高溫坩堝是關鍵部件，其底部設置有間距很小的多個微孔，熔融的
金屬液體通過微孔向下緩慢流出，同時托盤緩慢的向下移動，引導金屬液體凝固形成零件，
零件的水平斷面形狀依靠不同微孔的導通或關閉來控制，耐高溫坩堝選擇與金屬液不發生
浸潤的材料制造。處于關閉狀態的微孔內充滿了空氣或真空，在金屬液體表面張力的作用
下一直保持關閉狀態；處于導通狀態的微孔內充滿了金屬液體，使耐高溫坩堝內的金屬液
體與零件頂部未凝固的金屬液體連通，形成一直保持連通狀態金屬液體通道。 某個處于導通狀態的微孔，需要將其轉換到關閉狀態時，通過移動轉換器，使其對
準該微孔，下降至與微孔接觸，并向微孔中注入空氣或使微孔中成為真空，移開移動轉換
器，該微孔將處于關閉狀態；與之相反，某個處于關閉狀態的微孔，需要將其轉換到導通狀
態時，通過移動轉換器，使其對準該微孔，下降至與微孔接觸，并向微孔中注入金屬液體，移
開移動轉換器，該微孔將處于導通狀態。 本裝置通過控制移動轉換器，托盤的移動，以及耐高溫坩堝內金屬液體的流量，實 現了任意形狀零件的無模型成型。
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基于表面張力的無模型快速成型裝置的成型方法，包括下列步驟
A、將金屬液體4置入到耐高溫坩堝1中； B、設置微孔2的通斷，如果需要讓金屬液體4從微孔2中通過，則通過移動轉換器 5向微孔2中注入金屬液體4，如果需要中斷微孔2中金屬液體4的通過，則可以通過移動 轉換器5向微孔2中注入氣體或使微孔中成為真空； C、金屬液體4通過微孔2流到托盤3上，向下移動托盤3，金屬液體4不斷流下并 不斷冷卻成為零件6，利用金屬液體4的表面張力控制微孔2的開關，同時控制金屬液體4 的流量、托盤3的移動速度，使冷卻后的零件6形成所需的形狀。 本發明的成型方法涉及到主要有幾個方面，一是托盤移動的速度和微孔中金屬液 體流量的協調，保證金屬零件的成型，另外是金屬液體的溫度與逐漸冷卻的介質的協調，保 證凝固過程中所需要的溫度分布。所以需要很好的確定金屬液體通過微孔的流量以及托盤 移動的速度。 本發明并不局限于金屬材料，也可以是其他的材料，比如樹脂材料等。
本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式組合。
本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只 是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。 以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
基于表面張力的無模型快速成型裝置，其特征在于包括一個耐高溫坩堝(1)，耐高溫坩堝(1)的底部開設有多個微孔(2)，微孔(2)下方設置有一個可上下移動的托盤(3)，當微孔(2)中充滿金屬液體(4)時，耐高溫坩堝(1)內的金屬液體(4)可通過微孔(2)流到托盤(3)上，當微孔(2)中充滿氣體或是真空時，金屬液體(4)在表面張力作用下不能通過微孔(2)流到托盤(3)上。
2. 根據權利要求1所述的基于表面張力的無模型快速成型裝置，其特征在于耐高溫坩 堝(1)的上方設置有一個可上下左右移動用于向微孔(2)中注入氣體或金屬液體(4)或使 微孔(2)中成為真空的移動轉換器(5)。
3. 根據權利要求1或2所述的基于表面張力的無模型快速成型裝置的成型方法，其特 征在于包括下列步驟A、 將金屬液體(4)置入到耐高溫坩堝(1)中；B、 設置微孔(2)的通斷，如果需要讓金屬液體(4)從微孔(2)中通過，則通過移動轉換 器(5)向微孔(2)中注入金屬液體(4)，如果需要中斷微孔(2)中金屬液體(4)的通過，則 可以通過移動轉換器(5)向微孔(2)中注入氣體或者使微孔(2)中成為真空；C、 金屬液體(4)通過微孔(2)流到托盤(3)上，向下移動托盤(3)，金屬液體(4)不斷 流下并不斷冷卻成為零件(6)，利用金屬液體(4)的表面張力控制微孔(2)的開關，同時控 制金屬液體(4)的流量、托盤(3)的移動速度，使冷卻后的零件(6)形成所需的形狀。
全文摘要
本發明公開一種基于表面張力的無模型快速成型裝置及其成型方法，涉及一種利用金屬液體表面張力控制冷凝成型的基于表面張力的無模型快速成型裝置及其成型方法。目的是提供一種基于表面張力的無模型快速成型裝置，可由計算機數值幾何模型直接轉變為幾何實體，適用于金屬、樹脂等材料，且效率高、適用范圍更廣，另一個目的是提供基于表面張力的無模型快速成型裝置的成型方法。技術方案通過一個底部具有多個微孔的耐高溫坩堝，耐高溫坩堝內的金屬液體通過微孔流出到托盤中，利用金屬液體的表面張力控制微孔的開關，同時控制金屬液體的流量、托盤的移動速度，塑造出所需要的零件的形狀。本發明可用于普通金屬、樹脂等材料的無模型高效率成型。
文檔編號B22D23/00GK101791688SQ201010300148
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月8日 優先權日2010年1月8日
發明者曾國英, 趙登峰 申請人:西南科技大學