專利名稱：一種基于超薄層木塑復(fù)合材料的實(shí)體制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)制造方法，特指一種基于超薄層木塑復(fù)合材料的實(shí)體制造方法。
背景技術(shù)：
在制造業(yè)中，隨著經(jīng)濟(jì)的全球化，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，產(chǎn)品越來(lái)越向多品種、小批量、高精度、低成本的方向發(fā)展?？焖僭椭圃旒夹g(shù)1988年誕生于美國(guó)，迅速擴(kuò)展到歐洲和日本，并于九十年代初期引進(jìn)我國(guó)。快速原型技術(shù)可以分為兩大類基于激光技術(shù)(激光立體光刻、分層實(shí)體制造、激光選擇燒結(jié))和基于微滴技術(shù)(熔融沉積制造、三維印刷、實(shí)體磨削固化、多相噴射沉積等)。 從材料方面看，目前應(yīng)用的是樹(shù)脂、塑料、紙、蠟等較易成形的材料；但由于材料的限制，這些成型工藝后期的成本和維護(hù)費(fèi)用高昂，使其應(yīng)用難以進(jìn)一步拓展，而且快速成型設(shè)備本身也非常昂貴。因此快速成形技術(shù)研究的重點(diǎn)是快速成形材料的研究開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用，研究目標(biāo)是研發(fā)價(jià)格低廉、收縮率小、具有不同用途所要求的力學(xué)性能、顏色、導(dǎo)電性、耐腐蝕性等的功能材料。我國(guó)研究學(xué)者還提出了以石蠟、水、石膏等混合物作為快速成形的原材料，并取得了有效的進(jìn)展，但沒(méi)有涉及基于木塑復(fù)合材料進(jìn)行快速成型的方法。木塑復(fù)合材料是一類新型復(fù)合材料，指利用塑料和木質(zhì)材料等主要成分，經(jīng)擠壓、注射成型等塑料加工工藝，生產(chǎn)出板材或型材。本發(fā)明針對(duì)快速原型制造設(shè)備和材料的現(xiàn)有缺陷，提出了一種基于超薄層木塑復(fù)合材料的實(shí)體制造方法。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種基于超薄層木塑復(fù)合材料的實(shí)體制造方法，包括以下步驟(I)通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD (Computer aided design)軟件構(gòu)造所要生產(chǎn)的三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型；(2)將三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化成立體光刻文件STL(Stereo Lithography file)格式的圖形文件；(3)根據(jù)被加工的三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型的特征和精度，選擇合適的成型方向，在成型高度方向上對(duì)STL圖形文件進(jìn)行切割，并提取每個(gè)切割所得切層截面的信息，每相互兩個(gè)切割面的間距d = O. 08mm Imm,間隔d越小,成形精度越高；(4)將切層截面信息編寫(xiě)成數(shù)控NC (Numerical control)加工程序；(5)利用粉碎機(jī)將鋸屑、稻殼、秸桿等纖維或者幾種纖維的混合物，粉碎成粒徑在15 30 μ m的木質(zhì)纖維；(6)按如下質(zhì)量比例進(jìn)行混合22 28%聚氯乙烯、52% 65%木質(zhì)纖維、1. 5% 2% TCPP阻燃劑、I % 1. 5%高分子型抗靜電劑、1. 5% 2%由橡膠與馬來(lái)酸酐的共聚物組成的相容劑、1. 5% 3%玻璃纖維增強(qiáng)劑、8% 15%聚醋酸乙烯樹(shù)脂膠粘合劑，得到木塑混合體，再利用50 100KW功率的平行同向雙螺桿對(duì)木塑混合體進(jìn)行擠壓，得到木塑復(fù)合材料；(7)將木塑復(fù)合材料壓制模具固定在模壓機(jī)上，為了便于后續(xù)切割處理，木塑復(fù)合材料壓制模具內(nèi)部型腔最大尺寸Lmax和切層截面最大尺寸Smax存在以下關(guān)系，Lfflax =Smax+(6 IOmm);為了保證壓合力和尺寸精度，木塑復(fù)合材料壓制模具的上模和下模貼合后的型腔高度H和兩切割面間距d存在以下關(guān)系，H = d-(0. 001 O. 002mm);擠出的木塑復(fù)合材料直接充盈到方形的木塑復(fù)合材料壓制模具中，等待5 10秒后，采用50 100噸的四柱型模壓機(jī)對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行壓合，得到木塑復(fù)合材料薄板；(8)根據(jù)步驟⑷中得到的NC加工程序，激光切割機(jī)對(duì)木塑復(fù)合材料薄板外輪廓進(jìn)行切割，得到和步驟(3)中切層截面形狀一致的木塑復(fù)合材料薄板；(9)將加工好的各層木塑復(fù)合材料薄板粘合，由底部向上逐層疊加，得到所需要的實(shí)體模型后，在進(jìn)行后續(xù)邊緣打磨或涂料等加工，提高三維實(shí)體加工精度和表面質(zhì)量。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于可以根據(jù)所造型的實(shí)體的需要加入導(dǎo)電劑、色粉等功能材料，得到帶有顏色和導(dǎo)電性能的木塑復(fù)合材料。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于可以采用滾壓法得到木塑復(fù)合材料薄板，兩壓輥的間距比兩切割面間距d小O. 001 O. 002mm。采用本發(fā)明進(jìn)行快速原形加工零件時(shí)，木塑復(fù)合材料需滿足以下要求①由于木粉和樹(shù)脂的界面不相容性，添加適量和適種的相容劑和偶聯(lián)劑可以提高成形件性能；對(duì)于不同粒度的配料，還能起到填補(bǔ)空隙得到作用。②由于利用激光切割機(jī)的熱效應(yīng)進(jìn)行切割，所以木塑復(fù)合材料需要加入定量的阻燃劑。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)適用范圍廣、成本低、效率高和成形精度高；可應(yīng)用于不規(guī)則外形、難于一次整體成形的零件，甚至封閉殼體；可以降低成本和能耗，減少環(huán)境污染，且該材料可以回收利用；由于是“層疊成形”，可以提高成形速度；而且整個(gè)過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化批量生產(chǎn)。


圖1為一種基于超薄層木塑復(fù)合材料的實(shí)體制造方法的流程圖；圖2為CAD軟件構(gòu)造要生產(chǎn)的三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型以及切層處理后的實(shí)體；圖3為模壓機(jī)以及通過(guò)模壓機(jī)制造的木塑復(fù)合材料薄板；圖4為數(shù)控激光切割機(jī)以及加工完的板材切片；圖5為粘貼加工完的實(shí)體以及經(jīng)過(guò)后處理成形的實(shí)體。I所要生產(chǎn)的三維實(shí)體2切層截面3模壓機(jī)4木塑復(fù)合材料薄板5激光切割機(jī)6切割好的木塑復(fù)合材料薄板7加工好的各層木塑復(fù)合材料薄板8加工好的三維實(shí)體
具體實(shí)施例方式為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，結(jié)合附圖1 附圖5，將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
實(shí)施例一本發(fā)明涉及一種基于超薄層木塑復(fù)合材料的實(shí)體制造方法，包含以下步驟(I)根據(jù)實(shí)體I,通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD(Computer aided design)軟件構(gòu)造所要生產(chǎn)的三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型；(2)將三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化成立體光刻文件STL(Stereo Lithography file)格式的圖形文件；(3)根據(jù)被加工的三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型的特征和精度，選擇合適的成型方向，在成型高度方向上對(duì)STL圖形文件進(jìn)行切割，并提取 每個(gè)切割所得切層截面，2信息，每相互兩個(gè)切割面的間距d = O. 08mm Imm,間隔d越小,成形精度越高；(4)將切層截面2信息編寫(xiě)成數(shù)控NC (Numerical control)加工程序；(5)利用粉碎機(jī)將鋸屑、稻殼、秸桿等纖維或者幾種纖維的混合物，粉碎成粒徑在15 30 μ m的木質(zhì)纖維；(6)按如下質(zhì)量比例進(jìn)行混合22 28%聚氯乙烯、52% 65%木質(zhì)纖維、1. 5% 2% TCPP阻燃劑、I % 1. 5%高分子型抗靜電劑、1. 5% 2%由橡膠與馬來(lái)酸酐的共聚物組成的相容劑、1. 5% 3%玻璃纖維增強(qiáng)劑、8% 15%聚醋酸乙烯樹(shù)脂膠粘合劑，得到木塑混合體，再利用50 100KW功率的平行同向雙螺桿對(duì)木塑混合體進(jìn)行擠壓，得到木塑復(fù)合材料；為了達(dá)到其他性能要求，可以根據(jù)所造型的實(shí)體的需要加入導(dǎo)電劑、色粉等功能材料，得到帶有顏色和導(dǎo)電性能的木塑復(fù)合材料；(7)將木塑復(fù)合材料壓制模具固定在模壓機(jī)3上，為了便于后續(xù)切割處理，木塑復(fù)合材料壓制模具內(nèi)部型腔最大尺寸Lmax和切層截面最大尺寸Smax存在以下關(guān)系，Lfflax =Smax+(6 IOmm);為了保證壓合力和尺寸精度，木塑復(fù)合材料壓制模具的上模和下模貼合后的型腔高度H和兩切割面間距d存在以下關(guān)系，H= d-(0.001 0.002mm);擠出的木塑復(fù)合材料直接充盈到方形的木塑復(fù)合材料壓制模具中，等待5 10秒后，采用50 100噸的四柱型模壓機(jī)對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行壓合，得到木塑復(fù)合材料薄板4 ；(8)根據(jù)步驟⑷中得到的NC加工程序，激光切割機(jī)5對(duì)木塑復(fù)合材料薄板外輪廓進(jìn)行切割，得到和步驟(3)中切層截面形狀一致的切割好的木塑復(fù)合材料薄板6;(9)將加工好的各層木塑復(fù)合材料薄板粘合，由底部向上逐層疊加，得到所需要的實(shí)體模型后，在進(jìn)行后續(xù)邊緣打磨或涂料等加工，提高三維實(shí)體加工精度和表面質(zhì)量。實(shí)施例二 結(jié)合附圖1 附圖5，給出具體的實(shí)施例如下本發(fā)明涉及一種基于超薄層木塑復(fù)合材料的實(shí)體制造方法，包含以下步驟(I)根據(jù)實(shí)體I,通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD(Computer aided design)軟件構(gòu)造所要生產(chǎn)的三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型；(2)將三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化成立體光刻文件STL(Stereo Lithography file)格式的圖形文件；(3)根據(jù)被加工的三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型的特征和精度，選擇合適的成型方向，在成型高度方向上對(duì)STL圖形文件進(jìn)行切割，并提取每個(gè)切割所得切層截面，2信息，每相互兩個(gè)切割面的間距d = 0. 08mm Imm,間隔d越小,成形精度越高；(4)將切層截面2信息編寫(xiě)成數(shù)控NC (Numerical control)加工程序；
(5)利用粉碎機(jī)將鋸屑、稻殼、秸桿等纖維或者幾種纖維的混合物，粉碎成粒徑在15 30 μ m的木質(zhì)纖維；(6)按如下質(zhì)量比例進(jìn)行混合22 28%聚氯乙烯、52% 65%木質(zhì)纖維、1. 5% 2% TCPP阻燃劑、I % 1. 5%高分子型抗靜電劑、1. 5% 2%由橡膠與馬來(lái)酸酐的共聚物組成的相容劑、1. 5% 3%玻璃纖維增強(qiáng)劑、8% 15%聚醋酸乙烯樹(shù)脂膠粘合劑，得到木塑混合體，再利用50 100KW功率的平行同向雙螺桿對(duì)木塑混合體進(jìn)行擠壓，得到木塑復(fù)合材料；為了達(dá)到其他性能要求，可以根據(jù)所造型的實(shí)體的需要加入導(dǎo)電劑、色粉等功能材料，得到帶有顏色和導(dǎo)電性能的木塑復(fù)合材料；(7)擠出的木塑復(fù)合材料采用滾壓法進(jìn)行滾壓，得到木塑復(fù)合材料薄板，兩壓輥的間距比兩切割面間距d小O. 001 O. 002mm，兩壓輥的寬度W和切層截面最大尺寸Sniax存在以下關(guān)系，W = Smax+(6 IOmm)；
(8)根據(jù)步驟⑷中得到的NC加工程序，激光切割機(jī)5對(duì)木塑復(fù)合材料薄板外輪廓進(jìn)行切割，得到和步驟(3)中切層截面形狀一致的切割好的木塑復(fù)合材料薄板6;(9)將加工好的各層木塑復(fù)合材料薄板粘合，由底部向上逐層疊加，得到所需要的實(shí)體模型后，在進(jìn)行后續(xù)邊緣打磨或涂料等加工，提高三維實(shí)體加工精度和表面質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種基于超薄層木塑復(fù)合材料的實(shí)體制造方法，其特征在于，包含以下步驟(1)通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD(Computeraided design)軟件構(gòu)造所要生產(chǎn)的三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型；(2)將三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化成立體光刻文件STL(StereoLithography file)格式的圖形文件；(3)根據(jù)被加工的三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型的特征和精度，選擇合適的成型方向，在成型高度方向上對(duì)STL圖形文件進(jìn)行切割，并提取每個(gè)切割所得切層截面的信息，每相互兩個(gè)切割面的間距d = O. 08mm Imm,間隔d越小,成形精度越高；(4)將切層截面信息編寫(xiě)成數(shù)控NC(Numerical control)加工程序；(5)利用粉碎機(jī)將鋸屑、稻殼、秸桿等纖維或者幾種纖維的混合物，粉碎成粒徑在15 30 μ m的木質(zhì)纖維；(6)按如下質(zhì)量比例進(jìn)行混合22 28%聚氯乙烯、52% 65%木質(zhì)纖維、1.5% 2% TCPP阻燃劑、I % 1. 5%高分子型抗靜電劑、1. 5% 2%由橡膠與馬來(lái)酸酐的共聚物組成的相容劑、1. 5% 3%玻璃纖維增強(qiáng)劑、8% 15%聚醋酸乙烯樹(shù)脂膠粘合劑，得到木塑混合體，再利用50 100KW功率的平行同向雙螺桿對(duì)木塑混合體進(jìn)行擠壓，得到木塑復(fù)合材料；(7)將木塑復(fù)合材料壓制模具固定在模壓機(jī)上，為了便于后續(xù)切割處理，木塑復(fù)合材料壓制模具內(nèi)部型腔最大尺寸Lniax和切層截面最大尺寸Sniax存在以下關(guān)系，Lmax = Smax+ (6 IOmm);為了保證壓合力和尺寸精度，木塑復(fù)合材料壓制模具的上模和下模貼合后的型腔高度H和兩切割面間距d存在以下關(guān)系，H = d-(0. 001 0.002mm);擠出的木塑復(fù)合材料直接充盈到方形的木塑復(fù)合材料壓制模具中，等待5 10秒后，采用50 100噸的四柱型模壓機(jī)對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行壓合，得到木塑復(fù)合材料薄板；(8)根據(jù)步驟(4)中得到的NC加工程序，激光切割機(jī)對(duì)木塑復(fù)合材料薄板外輪廓進(jìn)行切割，得到和步驟(3)中切層截面形狀一致的木塑復(fù)合材料薄板；(9)將加工好的各層木塑復(fù)合材料薄板粘合，由底部向上逐層疊加，得到所需要的實(shí)體模型后，在進(jìn)行后續(xù)邊緣打磨或涂料等加工，提高三維實(shí)體加工精度和表面質(zhì)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超薄層木塑復(fù)合材料的實(shí)體制造方法，其特征在于，可以根據(jù)所造型的實(shí)體的需要加入導(dǎo)電劑、色粉等功能材料，得到帶有顏色和導(dǎo)電性能的木塑復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超薄層木塑復(fù)合材料的實(shí)體制造方法，其特征在于，可以采用滾壓法得到木塑復(fù)合材料薄板，兩壓輥的間距比兩切割面間距d小0. 001 .0.002mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)制造方法，提出了一種利用木塑復(fù)合材料建立三維立體造型的方法，本發(fā)明使用的木塑復(fù)合材料主要是由聚苯乙烯或添加了熱穩(wěn)定的聚氯乙烯、木質(zhì)纖維、阻燃劑、抗靜電劑、相容劑、增強(qiáng)劑等混合而成，再通過(guò)模壓機(jī)或滾壓機(jī)制成薄板；本發(fā)明使用計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)軟件建立三維實(shí)體對(duì)象且將此實(shí)體對(duì)象構(gòu)建成為三維計(jì)算機(jī)圖形文件，再將檔案保存為STL切層格式檔，通過(guò)激光切割等快速切割方法加工各層薄板形狀，最后將加工成形的板料膠合成三維實(shí)體。本發(fā)明將快速原型技術(shù)所能加工的材料從樹(shù)脂、塑料、紙、蠟、金屬等擴(kuò)展到木塑復(fù)合材料，不僅大大降低了加工成本，同時(shí)也縮短了生產(chǎn)周期。
文檔編號(hào)B29C69/00GK103009633SQ20121057888
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者王勻, 許楨英, 王榮茂, 吳俊峰, 蔣素琴, 王誠(chéng)強(qiáng), 朱凱, 陸廣華 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)