專利名稱：形體組合造型方法及設(shè)備的制作方法
本方法屬形體(或型體)的成形工藝，由形體材料制的小組元(形料微元體)組合成形體的造形方法，形體(或稱型體)——任何一種有任何形狀的物體，如鑄型、藝術(shù)形體、建筑物、機械另件、…等等…物體。
國內(nèi)專利88105593.X公開了一種基于幾何學(xué)微積分原理應(yīng)用于形體造形工藝的方法，將形體材料和填空材料分別制成一個個很小的形體材料微元體和填空材料微元體，將二類材料的微元體一個個以各自的指定方向布置在某空間(形箱)內(nèi)各自的指定位置，布置使形體材料微元體正好組合成所需形體，而填空材料微元體填補在形體內(nèi)外的空腔。
但以此原理的成形工藝中，就目前已知的和可想而知的具體實施方案，都須用機械設(shè)備制取大量的簡單的微元體立方體、長方體、球體等等，布置都須從微元體—細(xì)條—層片—形體。微元體的制作量極大，常常數(shù)以億計，布置量也極大，精度不易控制。而相應(yīng)的設(shè)備反而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如專利89108335所示的有大量小芯片的機構(gòu)，造形速度較慢。
本方法的一個目的在于利用了場(電場或磁場)對于場量子(電荷或磁荷)的非接觸式的場作用力，來制取(切割)薄片狀的微元體(以下簡稱薄片)的方法，大大加快制取薄片(微元體)的速度。
本方法的這一目的是這樣實現(xiàn)的，先制得其上分布有場量子的薄片，用特定分布的場對整片分布有場量子的薄片中的所需幾何圖形狀的區(qū)域，作用了指向薄片側(cè)向(剪切式)的場力，該場力從該整片薄片中切割出有所需形狀的薄片。
本造形方法的目的在于利用上的場力切割薄片的方式，用特定分布場，分別將分布有場量子的形體材料薄片切割成有所需形狀的形體材料薄片，分布有場量子的填空材料薄片切割出有所需形狀的填空材料薄片，將這二類薄片，放在某空間內(nèi)組合，該組合將形體材料組合成所需形體，可實現(xiàn)最簡單、最快速的造形工藝。
本造形方法的目的是這樣實現(xiàn)的，先分別制得其上分布有場量子的形體材料薄片，和分布有場量子的填空材料薄片，用特定分布的場，對整片薄片有場量子的形體材料薄片中所需形狀區(qū)域，作用了指向薄片某側(cè)(剪切的)場力，場力從該薄片中切割出有所需形狀的形體材料薄片，一次次改變場的分布區(qū)域的形狀，用場力切割出一片片有所需形狀的形體材料薄片，同樣方式，可用場力切割出一片片有所需形狀的填空材料薄片，將一片片有所需形狀的形體材料薄片和一片片有所需形狀的填空材料薄片，放在某空間內(nèi)進(jìn)行組合該組合使一片片形體材料薄片正好組合成所需的形體，一片片填空材料薄片填補在形體內(nèi)外的空腔。此時，形體已成形。
若還能再使組合成形體的形體材料相互粘連、固結(jié)成整體就又可從形體的內(nèi)外去除填空材料，可得一個獨立的所需形體。
優(yōu)點和積極效果本方法主要優(yōu)點是利用電場力切割出所需幾何圖形的薄片，省略了已有方法的須從微元體—細(xì)條—薄片，這幾個中間過程，大大減少了制取和布置微元體的量，且制作分布電荷的薄片，僅需極簡單的方法和機構(gòu)，點陣狀分布成幾何圖形的電場，正如液晶顯示的、或靜電復(fù)印中的圖形電場，極易實現(xiàn)。而由電子計算機控制的圖形變化速度極快，電場力切割薄片因是非接觸的作用力，切割速度幾乎不受限制。
因而，本方法的相應(yīng)設(shè)備，機構(gòu)簡單、速度可成倍提高。
實施例1.是用絕緣的粘結(jié)劑和不導(dǎo)電的砂類材料(如鑄造用的型砂等)拌倉成的形體材料中，再拌入同種電性的電荷的細(xì)顆粒體，均勻拌合成分布有電荷的形體材料。同樣，作為填空材料—粉粒料的石蠟—中拌入合同種電性的電荷細(xì)顆粒，均勻拌合成分布有電荷的填空材料。
在滾筒對(或壓板付)1之間，將分布有電荷的形體材料滾壓制成與形體相比很薄的分布有電荷的形體材料薄片2，將薄片2移至電場板3上，電場板3上有點陣狀分布成幾何形狀的區(qū)域電場，電場板3上在所需的幾何形狀區(qū)域4內(nèi)是點陣狀分布成、對薄片2上的與區(qū)域4相同的區(qū)域5，作用有從外指向電場板3的電場力的電場，將薄片的區(qū)域5吸附在電場板的區(qū)域4上，(即電場板3的區(qū)域4內(nèi)含有的電荷與薄片2含有的電荷電性相反異性電荷相吸)。電場板3上除區(qū)域4之外的其余區(qū)域6內(nèi)，也是由點陣狀分布成的，對薄片2上除區(qū)域5外的其余區(qū)域7，則作用了從電場板3內(nèi)指向外的電場力的電場，區(qū)域6內(nèi)含電荷與薄片2的電荷相同電性，同性電荷相斥。區(qū)域6與區(qū)域7之間的電場排斥力，將薄片2中的區(qū)域7從薄片中推出。就是說，電場力從薄片2中切割出了所需幾何形狀的形體材料薄片5。
一次次改變區(qū)域電場的分布圖形，可用電場力切割出一片片所需幾何形狀的形體材料薄片8。
同理，可用電場力切割出一片片所需幾何圖形狀填空材料薄片9。

圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6。
將二類材料的一片片有所需幾何形狀的形體材料薄片8和填空材料薄片9，(每片以各自的指定方向)布置在形箱(某空間)10內(nèi)的各自的指定位置，該布置使一片片形體材料薄片9正好組合成所需的形體11，一片片的填空材料薄片9填補在形體11內(nèi)外的空腔中。此時，形體材料已被布置成型體。圖7。
本例中，形體材料中已拌有粘結(jié)劑，有的組合成形體，可自行粘連后固結(jié)成整體。這是因為，有的粘結(jié)劑有流動性，如膠水等，加適量后，會自行滲透遍整個形體。
但有的還需再用外力壓實形體，如該布量空間四周的壓板、形箱上的壓板的壓力、或置于離心、或振動機構(gòu)，利用該機構(gòu)所產(chǎn)生的離心、或振動壓力，壓緊實形體，使形體材料足以相互粘連成整體狀的形體，最后可固結(jié)成一體。
形體固結(jié)后，可再從形體內(nèi)外去除填空材料，這可用鏟除、剝離、刮除等等的機械方法，或是以加熱等物理方法、熔化、氣化、汽化填空材料，或用其他物質(zhì)與填空材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的方法都是使填空材料轉(zhuǎn)化成流體從形體內(nèi)外去除。
實施例2.先將形體材料經(jīng)滾筒對(或壓板付)1壓制成形體材料薄片12，在薄片12的兩側(cè)表面上，分布遍外包絕緣層的內(nèi)封存有電荷的很小的小含電體13，并固定在薄片12上，如粘附、或嵌入在薄片12的AB兩個面上，以防止小含電體13移動。小含電體(或稱為小戴電體)的外形，可以是小片狀、塊狀、或帶針的小片。將分布有電荷的薄片12，移入特定的電場區(qū)內(nèi)，薄片12的A側(cè)面面向電場基板14。基板14上有較均勻的分布電勢，吸附薄片12的12B側(cè)的小含電體13，而將薄片12壓貼在基板14上?；迳虾碾姾膳c小含電體13的電荷(異性電荷相吸)。薄片12的另一側(cè)B側(cè)，則有吸離電場板15，電場板15上點陣狀分布成所需幾何圖形的電場區(qū)域16，區(qū)域16內(nèi)的電場對薄片12上與之相同區(qū)域17內(nèi)的小含電體13，特別是12的A面，作用著指向電場板15的電場力，而且此電吸力大于基板14的吸力，(區(qū)域16內(nèi)的電荷與薄片12的電荷也異性相吸)，夾著區(qū)域17內(nèi)的所需幾何圖形的薄片從整片薄片12中吸離出來。電場力切割出所需幾何圖形的形體材料薄片。以此過程，再制一片片所需幾何圖形的形體材料薄片18。
同理，可制得一片片有所需幾何圖形的填空材料薄片19。
此時，薄片上的小含電體已可有可無，應(yīng)盡力回收。
此例中，若形體材料薄片上無粘結(jié)劑，可在薄片表面涂粘結(jié)劑；也可在布置成形后，再都浸入粘結(jié)劑液體中，使粘結(jié)劑滲透到形體內(nèi)。圖8、圖9、圖10、圖11、圖12。
將二類材料的一片片有所需幾何圖形的形體材料薄片18和填空材料薄片19，(每片以各自的指定方向)布置在形箱(某空間)20內(nèi)的各自的指定位置，該布置使一片片形體材料薄片19正好組合成所需的形體21，一片片的填空材料薄片19填補在形體11內(nèi)外的空腔中。此時，形體材料已被布置成形體。圖13。
而后，可按例1所述的方法，或由形體材料自行粘連、或經(jīng)壓力壓緊實后，粘連及固結(jié)成整體狀的形體。
還可按例1所述的方法去除填空材料。
實施例3.先用粘結(jié)劑和細(xì)鐵粉(磁荷)與形體材料均勻拌和，得分布有鐵粉的形體材料。用滾筒對1將合鐵粉的形體材料壓制成很薄的分布有鐵粉(磁荷)的形體材料薄片21，將薄片21移至磁場組件26上，組件26的表面分布有均勻的磁場勢能q，吸附薄片21。另有一切割(吸離)磁場組件27，組件27的表面可以點(矩)陣狀分布成所需形狀的區(qū)域磁場25，磁場25的勢能f＞q。因而，組件27可區(qū)域25內(nèi)，從薄片21中切割出與區(qū)域25相同的區(qū)域23部分的薄片23。而薄片21中其余區(qū)域22的部分，仍附在件26上。以此，一次次改變磁場區(qū)域25的形狀，可制得一片片的有所需形狀的形體材料薄片23。
同理，可用磁場力切割出一片片有所需形狀的填空材料薄片。
再按上二例的方式，在一空間內(nèi)將形體材料薄片組合成所需形體。圖14、圖15、圖16、圖18。
例4.將例2中的電場板改成磁場組件一電場改磁場，電荷改磁荷一小含電改小鐵片。將會又是一種具體的切割薄片方法，及相應(yīng)的造形方法。
有的形體組合中，既有以上述的場力切割薄片，制得的薄片狀微元體；又有以其它方式制得的微元體。這時，就將由各種方式制得的微元體，都一一放在某空間內(nèi)進(jìn)行組合，該組合也是將形體材料微元體組合成所需的形體，填空材料微元體填補在形體內(nèi)外的空腔。
本設(shè)備是上述的組合造形方法的相應(yīng)設(shè)備，屬造形機電一體化設(shè)備。
本設(shè)備的目的在于設(shè)計，可將幾種所用材料壓成分布有場量子的薄片，并有場切割器場力切割一片片所需形狀的薄片，有機構(gòu)將所有薄片一一布置就位，實現(xiàn)造形設(shè)備自動化。
本設(shè)備的目的是這樣實現(xiàn)的，由滾筒對壓制薄片，再將分布有場量子的薄片由場力吸附在移送件上，移送件將薄片通過場切割器，場切割器上可形成一個特定分布的場，以場力從薄片中切割出有所需形狀的薄片，再由移送件吸附及一一移至布量臺上指定位置，直至組合出一個形體。
例5.料斗31內(nèi)盛形體材料32，料斗34內(nèi)的粉粒35被摩擦輥33摩擦生電，成帶電荷粉粒。粉粒放入料斗31內(nèi)，經(jīng)拌器40與形體材料均勻拌和。再放落到滾筒對41與94之間，被滾壓成分布有電荷的形體材料薄片2，再將薄片2由電場力吸附移送件42上，再將薄片2移到移送件54上，被電場板59吸附在件54上。再將薄片2移經(jīng)過電場切割器44，薄片2不需要的部份形狀，被切割器44上的分布成相同形狀的、更高的同性電場排斥，并被推回到移送件42，被帶回料斗47。其余的所需形狀的薄片仍附在件54上。同理，料斗38盛填空材料39，料斗36內(nèi)的粉粒被摩擦輥37摩擦生電，含電粉粒放入料斗39內(nèi)，經(jīng)拌器40與填空材料均勻拌和，再放落移送件50上，經(jīng)滾筒對45與95滾壓成分布有電荷填空材料薄片。并被電場板100吸附在移送件50上，經(jīng)電場切割器44，薄片中的不需要的形狀部份，被切割器44上的相同形狀的電場吸附到滾筒51，被刮板48等回收料斗49 。所需形狀部份的薄片由件50移至件54上，并與件54上的薄片2相嵌。最后，將薄片都移至臺58上的指定位置，電場板57的電場轉(zhuǎn)向，又可以電場力壓在臺58上，層層疊放53，直至可形成一個形體11，圖17、圖24所示。
電場切割器44，如圖19所示。由相交排列的二組電位線60和61，所有的交點62構(gòu)成方陣。當(dāng)某點的二條電位線者取電位k時，交點處的電位2k，這樣的交點組成一個圖形狀，其余的交點的電位只有k或0。V為電場板59和100的電位2k＞V≥k，可從薄片中吸出相同形狀的薄片。
整個設(shè)備可由電機驅(qū)動傳動機構(gòu)，傳動機構(gòu)帶動各執(zhí)行機構(gòu)(摩擦輥，壓制機構(gòu)，刮板、移送機構(gòu)、臺58等)。移送件54由移送機構(gòu)帶動?；蛴刹竭M(jìn)電機直接驅(qū)動移動機構(gòu)及移送件，可使移送件與臺58在某個相對位置處有短暫停留，以實現(xiàn)放置片2時的精確定位。臺58可上下移動。
例6.如圖20所示為磁造形機。料斗63內(nèi)將形體材料與細(xì)鐵粉拌勻64，再放落移送件85上，被滾筒對87與90壓成分布有鐵粉(場量子)的形體材料薄片，被磁鐵組99吸附在件85上，再移到移送件8上被磁鐵組81吸附在件82上，移經(jīng)磁場切割器74上切割器上的分布成一個所需形狀的、更高的磁場，從件82上切割(吸離)出相應(yīng)形狀的薄片，被件85帶回料斗98，所需形狀的薄片仍留在件82上。
同理，料斗65內(nèi)填空材料66與鐵粉拌勻，再放落件72上，經(jīng)滾筒對68與91壓成分布有磁荷的填空材料薄片，被磁鐵96吸附在件72上，移經(jīng)磁切割器73，從件72上的薄片中切割出不需要形狀部份，經(jīng)刮板70等送回料斗71。件72上其余的所需形狀薄片被移至件82上與形體材料薄片相嵌。
最后，將件82上的薄片移至布置臺77上，消除磁鐵79的磁場，將薄片一一放到臺77上的指定位置，薄片層層放置。
磁場切割器73和74，如圖21所示。由很多個小電磁鐵91的排列而成，每個小磁電鐵有一鐵芯92，及外接線90和線圈93，個小電磁鐵91的線路是獨立的。切割器73、74上的某些指定位置處的小電磁鐵的電路“導(dǎo)通”一個小磁場。這組小磁場在器73、74上組成所需形狀的磁場89，如圖22、23所示。
本申請案還涉及一種與本工藝相關(guān)的形(型)芯在形體(或鑄型)內(nèi)的裝配(固定)結(jié)構(gòu)。
本工藝中，形芯也是由一片片薄片組合而成的，通常與形體同時布置成。通常整個形體是在成形后經(jīng)粘結(jié)而固結(jié)成牢固的整體，這樣形芯只能與形體直接固結(jié)。但由于形芯多是細(xì)長類形狀的結(jié)構(gòu)部份，對于可能經(jīng)歷溫差很大的變化，(如鑄型在澆鑄熾熱的鐵水時，溫差達(dá)1000多℃)，會引起形芯的熱變形(熱脹)，但形體本身會限制形芯的尺寸變化，這樣會在形芯內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，可能會使形芯斷裂。
本文中再提供一種形體組合成形工藝中如何以布置方法，構(gòu)成一種形芯與形體之間的固定結(jié)構(gòu)，在形體連接處，形芯可微量移動，允許形芯的變形，防止產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。
本結(jié)構(gòu)的目的是這樣實現(xiàn)的，將形芯與形體的連接處改成類似軸與孔的裝配式結(jié)構(gòu)，在形芯與形體之間布置另一類非固結(jié)的混合型形體材料，將形芯與形體隔開，再在軸端的軸向予留供伸縮的間隙。
優(yōu)點用非固結(jié)材料隔開形體與形芯，使形芯與形體分成二個固體，形芯端頭留出的間隙，允許形芯端部有少量移動，使有熱變形的形芯可自由伸縮，避免了內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，防止其斷裂。
實施例7如圖25(a)、(b)所示，形芯101，形體104，填空材料102，非固結(jié)材料103。
形芯101與形體104的連接(固定)，設(shè)計成如圖的軸與孔式的鉸接，在形芯與形體之間布置非固結(jié)的形體材料，如拌有機械油的石英砂103，可將形芯101與形體104隔開。形芯的端頭布置石蠟類的填料102，在加熱后熔化并滲入周圍材料的縫隙之中，給形芯端頭留空隙。這空隙足以允許形芯在熱變形后在軸端的移動。
本文還提及一種光學(xué)測量方法及裝置，其涉及非接觸式測量曲面形物體的表面的形位精度的光學(xué)測量裝置。
本工藝中形體是逐層疊放成的，如何隨時測得每放一層時，該層的表面的形位精度，面又不影響布置過程，接觸表面的測量方法會干擾這布置過程。光束掃描法，須對整個曲面掃描一遍，費時太長。
這測量裝置的目的在于，認(rèn)曲面(或圓柱面)上的母線形狀排列的點光源組、及感光器組，可使這組按母線狀分布的光線可緊貼母線射過同時可測母線上各點的位置，測速快。
本測量裝置的目的這樣實現(xiàn)的，將一排光源與一排感光器分別固定在一個測儀機架上的兩端，機架可擺動，將形體表面布置成圓柱面，機架擺動中心線與圓柱面的中心軸重合，這排光線與圓柱面表面相切，所有的切點構(gòu)成圓柱面上的某條母線，實際的母線形狀被感光器上的每個感光點的光線是否被擋，而感測到，記錄出實際的母線形狀。同樣，機架擺動，可依次測得圓柱面各條母線的形狀，從而測出整個圓柱面的表面形狀。
實施例8，如圖26所示，測儀架109，一排光源105，一排感光器108，形體111，擺動軸110，導(dǎo)光管114，光敏元件115，吸光的壁113。
并列一排的光源105和一排并列的感光器108，排列方向與圖面垂直，分別被固定在測儀機架109的兩端，形體111外于中間位置，表層為圓柱面，一排平行光線107，從光源105射向感光器108過程中，與圓柱面相切，切點組成一條線(為圓柱面的母線)，線上各點高低不平，影響這排光線中各條射線可否入射到感光器108。感光器有細(xì)長的導(dǎo)光管114，及吸光壁113，斜向入射的光被管壁吸收，只有與孔中心線平行的光線可到達(dá)孔底的光敏元件115，光敏元件可分上中下三層，每層間距0.5mm，通常母線上的點在這1mm寬度內(nèi)分布，各光敏元件115的感光與否可反映各被測點的位置。光敏元件將光訊號轉(zhuǎn)換成電訊號，輸入計算機。隨機架109擺動，可測得圓柱面上各條母線上的各個點，基本上可測得圓柱面的形狀，擺動軸與圓柱軸重合。
這樣的測量裝置，測量時既不影響主機工作過程，又可較簡易地測得移體的較精確的形位誤差值，測速較快。
對于球面形狀的被測物，可將一列點光源、感光器都按球半徑的圓周排列，圓周分布的光線緊貼著球面上圓弧線射過，擺動軸穿過球心。
電場另一種切副器的結(jié)構(gòu)，可以是一排排，一列列以方陣次(點陣狀)排列而成的導(dǎo)電材料細(xì)條120群，每根細(xì)條120外涂有絕緣涂層121。每根細(xì)條120是獨立的電路，各有獨立的電引出線122，由控制電路分別控制每根細(xì)條的電位。最終，在切割器上可分布成一個圖形電場。如圖27、圖28、圖29。
圖24為另一種滾壓機構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種(電或磁場力切割薄片的方法，其特點是先制得其上分布有場量子的薄片，用特定分布的場，對整片分布有場量子的薄片中的所需幾何圖形狀的區(qū)域，作用了指向薄片側(cè)向(剪切式)的場力，該場力從該整片薄片中切割出有所需形狀的薄片。
2.一種由形體材料微元體組合成形體的造形方法，其特征是將以場力切割制得的薄片狀微元體，和以其他方式制得的微元體，都一一放在某空間內(nèi)進(jìn)行組合，該組合是將形體材料微元體組合成所需的形體，填空材料微元體填補在形體內(nèi)外的空腔。
3.一種由形體材料微元體組合成形體的造形方法，其特征是先分別制得其上分布有場量子的形體材料薄片，和分布有場量子的填空材料薄片，用特定分布的場，對整片薄片有場量子的形體材料薄片中所需形狀區(qū)域，作用了指向薄片某側(cè)(剪切)的場力，場力從該薄片中切割出有所需形狀的形體材料薄片，一次次改變場的分布區(qū)域的形狀，用場力切割出一片片有所需形狀的形體材料薄片，同樣方式，可用場力切害出一片片有所需形狀的填空材料薄片，將一片片有所需形狀的形體材料薄片和一片片有所需形狀的填空材料薄片，放在某空間內(nèi)進(jìn)行組合，該組合使一片片形體材料薄片正好組合成所需的形體，一片片填空材料薄片填補在形體內(nèi)外的空腔。
4.一種場式形體造形設(shè)備，其特點是由料斗，滾壓筒對、移送件、場切割器、布置臺、機械傳動機構(gòu)等組成，幾個料斗中的幾種材料可分別經(jīng)滾壓筒對壓幾種不同材料的可布有場量子薄片，各薄片由移送件送經(jīng)過場切割器，切割器上分布成所需形狀的場，場從分布有場量子的薄片中切割出所需形狀的薄片，一片片薄片由移送件移至布置臺上的指定位置，一一疊放直止組合成形體。
5.形體與形芯的固定結(jié)構(gòu)，特點是類似孔與軸的裝配方式，在形體與形芯之間布置非固結(jié)的形體材料。
6.一種測量曲面形狀的裝置，特點是按曲面上母線排列的光源組、感光器組固定在機架兩端，及相應(yīng)光線與曲面上母線相切，感測出母線上各點的位置，機架以曲面中心線擺動，依次測得曲面形狀。
全文摘要
本方法設(shè)備屬形體造型工藝。在先專利已有了用形體材料微元體組合成型的有效方法，但因其僅是最基本的構(gòu)想，不夠?qū)嵱?。本方法及設(shè)備利用了電(或磁)場力切割薄片狀的微元體，有切割機構(gòu)十分簡單，切割薄片及組合形體的速度大大提高的優(yōu)點。
文檔編號B26F1/28GK1114604SQ94112220
公開日1996年1月10日 申請日期1994年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月8日
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