專利名稱：用于澆鑄工藝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不用標準模具而快速制作澆鑄作業(yè)用的靜鑄模和芯的方法。
對于三維、復(fù)雜幾何形狀的精密制品的快速生產(chǎn)已有多種慣用的方法，這些方法甚至可在不用標準模具的情況下為制品提供切槽，即它們無需對制品提供陽模或陰模的外部和內(nèi)部形狀，也不用進行機械修飾和切割操作，就可按計算機給出的三維幾何圖象直接由固體、粉狀或液體基料生產(chǎn)出指定的制品。已知的這些方法被稱作再生制造法，快速原型法(RP)，固體隨意形狀制造法(SFM)或快速隨意形狀制造法(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)。這類方法中最有名的是立體平印法(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)。
這些方法可以生產(chǎn)各種樹脂、涂覆紙和蠟制的原型、樣品制件。各種物料適合把由此生產(chǎn)的制品在精細澆鑄過程中作為熔模，因此可不用標準模具而用精細澆鑄來生產(chǎn)澆鑄部件。人們還知道，金屬和陶瓷制品可以用選擇性激光燒結(jié)(SLS)法直接生產(chǎn)而不用標準模具(Int.J.of powder Metallurgy28(1992)4，pp.369—381；Metal-lurgical Transactions A24/1993，pp.757—759)。
有一種選擇性激光燒結(jié)法是在DE4300478C1中披露的。采用這種方法可以生產(chǎn)三維制品，它是將由可固化粒料形成的制品的各層，用激光輻射各層的相應(yīng)部位對制品各層進行依次固化。已知它是通過金屬和陶瓷粉的激光燒結(jié)來生產(chǎn)三維制品的。
在選擇性激光燒結(jié)法中所用的粒料是由組分A和組分B構(gòu)成的兩組分陶瓷型物料，粒料顆粒之間是通過陶瓷型鍵接將A、B結(jié)合在一起的，即粒料組分之間發(fā)生了化學反應(yīng)。
已經(jīng)知道，在二氫磷酸銨或氟代磷酸銨玻璃粉料的粘結(jié)時用三氟化二鋁作粘結(jié)劑，此時二氫磷酸銨或氟代磷酸銨被激光輻射熔化成玻璃相，粒狀氧化鋁滲入并經(jīng)凝固獲得具有一定初始強度的粘結(jié)體，然后將所得物體取出選擇性激光燒結(jié)裝置，于800℃以上的溫度下處理數(shù)小時(焙燒或烘烤處理)，由此各組分完全反應(yīng)形成高密度、高強度、高硬度和高熔融溫度的陶瓷型鍵接體。兩個組份可以混合(

圖1)或一個組分被另一組分涂覆(圖2)，任何方式經(jīng)焙燒后均可制得陶瓷型鍵接的制品(圖3)。迄今為止關(guān)于這種方法的已知實例的典型特性之一是組分A在選擇性激光燒結(jié)裝置中開始時并不熔化，而在焙燒過程中參與化學反應(yīng)形成陶瓷型制品C；另一個典型特性是，需經(jīng)長時間高溫焙燒，而所形成的陶瓷體可用作精細鑄造的模殼或芯。當采用其它物料時，也能制得均勻的陶瓷制件。(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).
選擇性激光燒結(jié)法最常見的應(yīng)用就是樹脂粉經(jīng)顆粒的表面熔融和焙燒而燒結(jié)，由于據(jù)此制得的實物不能直接使用，即不能在砂澆鑄法中作為熔?；蛐荆蚨鴮Υ藢⒉蛔鲈敿毥忉?。同樣對于已知的蠟粒子的處理，由于在精細澆鑄法中依此制得的實物只能用作熔模(陽模)，故也未加討論。(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).
在燒結(jié)金屬粉末的情況中，金屬粒子是用聚合物粘結(jié)劑例如環(huán)氧樹脂涂覆(圖2)或與之混合(圖1)，因此形成物件初始強度的暫時性粘結(jié)作用是由該聚合物粘結(jié)劑提供的。在選擇性激光燒結(jié)裝置中，物料受激光輻射而固化的過程僅僅是由聚合物的表面熔化、浸潤金屬/陶瓷粒子，當冷卻時粒子就相互粘結(jié)起來(圖4)，此時并無化學反應(yīng)發(fā)生。其后將實物移出選擇性激光燒結(jié)裝置之外，通過熱處理將聚合物粘結(jié)劑消除，借此在相當高的溫度下使金屬粒子燒結(jié)在一起(圖5)。據(jù)此制得的實物仍然是多孔的，為了獲得終極密度和強度，還可用低熔點的第二種金屬D浸滲(圖6)。對陶瓷粉末也可用相同的原理和方法來描述。
(Solid Freeform Fabrication Symposium proceedings，Uni-versity of Texas at Austin，如上)。
此外，如上所述的金屬之間的粘結(jié)需要功率更高的激光，因此對于它們的生產(chǎn)就要有更高的輸入功率。因此在砂澆鑄中使用這種方法來生產(chǎn)金屬和陶瓷類制件作熔模和熔芯是不可能的。
人們還知道，用于精細澆鑄法的陶瓷模，也可根據(jù)所謂的直接殼生產(chǎn)澆鑄法借助于由移動式噴嘴擠出的硅酸鹽粘合劑、經(jīng)過陶瓷粉末的選擇固化來制造(Modern Casting March 1993，pp.55 and Au-gust1993，pp.30/31；plastics world February 1993，p.23)。這是一種化學反應(yīng)，其結(jié)果是形成了陶瓷型鍵接，這種鍵接是通過僅在指定部位將粘接劑組份B加入到施于整個表面的基礎(chǔ)組份A中形成的。再次強調(diào)，對于砂澆鑄法按這種方式去生產(chǎn)熔芯和熔模是不可能的。
人們還知道，采用能施工成層狀的可熔性粒子，按照與選擇性激光燒結(jié)法類似的方法也可以獲得制件，即用激光把與欲制件外形對應(yīng)的各層熔融并通過燒結(jié)形成部件。所用的可熔性粒子可以是樹脂、樹脂涂覆的砂?；蚩扇坌陨傲！Ｈ舨捎蒙傲?，激光功率必須足以使砂粒熔化。在金屬砂澆鑄中這種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)。
現(xiàn)在還不知道，除陶瓷材料外，是否還有其它材料可采用再生制造法而不使用標準模具來制作適用于澆鑄作業(yè)的熔模和芯。因此，不用標準模具而生產(chǎn)的所有這類熔模和熔芯的澆鑄應(yīng)用僅限于精細澆鑄作業(yè)，而且對于廣泛采用的砂澆鑄法，現(xiàn)在尚沒有能不用標準模具(模和芯箱)的快速成型的方法。
已經(jīng)知道，升溫或加熱熟化型模塑料可在澆鑄工業(yè)中用以生產(chǎn)鑄芯和鑄模。所制得的鑄芯和鑄?？梢杂萌魏我阎臐茶T材料進行澆鑄。這些模塑料包括按照權(quán)利要求1，2和最終為權(quán)利要求15的模塑基料，按照權(quán)利要求4的粘合劑，而且如果需要的話還可包括按照權(quán)利要求19所述的混合物。但是，迄今為止這些模塑料還只能用標準模具如完全用金屬制造的各種模具和芯箱進行加工，(Flem-ming/TilchFormstoffe und Formuverfahren，Dt.Verl.f.Grund-stoffind.Leipzig/Stuttgart，Ist Edition 1993，pp.333—367，See al-so p.105et seq.)。
若不考慮后序應(yīng)用時的例外情況(芯焙燒處理，參見上述文獻的pp.333—338)，這是一種用化學熟化粘合劑體系的方法，此時化學熟化反應(yīng)是由外部供熱來引發(fā)和驅(qū)動。在熟化反應(yīng)中不參與反應(yīng)而呈化學惰性的模基料A可用能發(fā)生化學反應(yīng)的粘合劑B摻混(圖1)或涂覆(圖2)。
澆鑄作業(yè)中用作模塑料的所有物質(zhì)如硅石砂(以低石英、高石英、方石英或鱗石英礦物形式或無定形石英)、鋯砂、橄欖石砂、鉻鐵礦砂或碳砂，陶渣或金剛砂都可作模塑料。?；峡梢允欠蹱?、粒狀或成粒狀的，并且粒子形狀可以是圓形、不規(guī)則形或破碎粒子；另外，基料可以是新制的、或是由舊模塑料再生制的、或是簡單的再利用，粒子尺寸分布可以非常窄或?qū)挘布雌淞６忍匦韵喈斢谌嗽靻尉盎蚋鞣N谷粒尺寸的天然礦床的混合物。將上述幾種物質(zhì)混合也可得到模塑基料。
各種有機粘合劑都可用作升溫或加熱熟化方法的粘合劑。合用的粘合劑有酚樹脂(線型酚醛或甲階酚醛樹脂)，呋喃樹脂，脲樹脂，氨基樹脂，尿甲醛樹脂，糠醇—尿甲醛樹脂，酚醛改性呋喃樹脂，苯酚甲醛樹脂或糠醇苯酚甲醛樹脂。通過加熱熟化的，還包括含環(huán)氧樹脂和丙烯酸系樹脂粘合劑的模塑料體系；不過，從生產(chǎn)率的觀點看目前這些粘合劑大都用氣體(二氧化硫)熟化。由此看來，粘合劑的選擇取決于澆鑄物料和澆鑄部件的特性，也依賴于要求的質(zhì)量、方法、價格和生產(chǎn)率。當特殊應(yīng)用需要時，需采用按照權(quán)利要求19的一種或多種摻合物來滿足要求。根據(jù)加工方法、所用設(shè)備和特殊應(yīng)用的不同情況，所用粘合劑在涂覆或混合之前可以是液體、固體、粒狀或粉末、改性和/或溶解狀態(tài)。
由模塑基料和粘合劑體系組成的模塑料的固化過程以及隨后的固化是通過粘合劑體系的化學反應(yīng)實現(xiàn)的。模塑基料(所占份數(shù)為全部模塑物料質(zhì)量的85—99％)并不參與該化學反應(yīng)。基本的熟化反應(yīng)是縮聚反應(yīng)，該縮聚反應(yīng)依靠外部供熱使已預(yù)縮聚到一定程度的樹脂進一步反應(yīng)并形成高度三維交聯(lián)的大分子，賦予包括模塑基料組分A在內(nèi)的固化模塑料以內(nèi)聚強度。這種縮聚反應(yīng)是不可逆的，由此得到的粘合劑組份E(圖7)，其化學特性不同于原來的組分B(圖1和圖3)，而作為模塑基料的組分A并不參與反應(yīng)，它沒有改變。
在澆鑄作業(yè)中采用的一種最有名的熱熟化成型法是按照熱固化性樹脂和砂混合(澆鑄)的殼型澆鑄法(如Meyers Lexikon Technikund exate Naturwissenschaften，Vol.2，Bibliographisches InstitutAg.Mannheim1970，p.1150 et seq.所述)。該方法適合于模和芯的制作，其中樹脂涂覆的、干燥且可澆注的模塑基料在加熱的標準模具中(或之上)被熟化。
在該方法中，借助于造型裝置制成的殼型模具即所謂殼型模有大體上均勻的厚度，并由兩片對應(yīng)的這種殼型模組合形成澆鑄的澆鑄模。金屬模件安裝在(所謂的)金屬制模平臺上，通過平臺預(yù)熱到200—400℃，然后把干燥的可澆注模塑料(模塑基料用粘合劑涂覆)澆注到平臺上，通過平臺提供的熱量使模塑料物料逐步發(fā)生上述的化學熟化反應(yīng)(縮聚交聯(lián)到一定程度)，當模塑基料本體的反應(yīng)達到一定深度(該反應(yīng)深度與所用的導(dǎo)熱時間成正比)，倒掉過剩的模塑物料，在留下來的模塑物料層(殼)的另一面補充供熱(例如用氣爐)使其完全熟化，隨后將半殼移出制模裝置，根據(jù)相同的原理可以生產(chǎn)(中空)殼芯，此時，是由芯箱的外表面導(dǎo)入熱量，把留在內(nèi)部的未熟化的模塑物料倒掉。隨后把兩個殼片和另加的芯(如果需要的話)組合成澆鑄模，使用時將澆鑄模粘貼或夾緊和/或回填后即可進行澆鑄作業(yè)。在澆鑄過程中樹脂被燒掉，隨后砂很容易從澆鑄件上清除。
另一個已知的砂澆鑄方法是上述引證文獻中所述的型箱模塑法。
通常，復(fù)雜的砂澆鑄件的模是由兩個殼模片和箱內(nèi)放有一個或幾個芯的多部分模箱組成，這種模的每個部分必須是一個簡單的形狀，以便在其制作成型后從其芯箱中取出或從模板上卸下。這種不得已的簡化會增加所需芯的數(shù)目。為了生產(chǎn)復(fù)雜的澆鑄件例如發(fā)動機缸體，它需要5—20個單芯，這些單芯不是分別放在兩個模箱內(nèi)，就是預(yù)先把它們組合成一個芯包。
已知方法有如下缺點1.每個芯必須由至少一個兩片芯箱制作，它是一項極耗費時間和勞力的事，特別是在原型模階段。對于殼型模需要一個可加熱的制模平臺。
2.芯間的每個連接或殼模與芯之間連接都有公差，因此安裝的整體精確性使其難以生產(chǎn)精密澆鑄件。
3.為固定每一個芯的位置而設(shè)置的直接結(jié)構(gòu)和芯支撐結(jié)構(gòu)，造成額外的開支。
對一組升溫或加熱熟化的模塑物料在殼模鑄造過程中所發(fā)生的化學反應(yīng)將作出詳細解釋；以下所述的基本原理在其它粘合劑體系中可能會有某些變動。
對殼型模塑物料來說，用作粘合劑的酚醛樹脂大都是線型酚醛樹脂，它們已含有高份額的交聯(lián)分子；起始于樹脂合成及用樹脂涂覆模塑基料之時的交聯(lián)過程被中止在早期階段。當涂覆模塑(基)料時需摻混六次甲基四胺，它是甲醛的載體并在熱作用下放出甲醛。在熱作用下，該甲醛促使樹脂進一步固化和交聯(lián)。樹脂由原來的甲階酚醛樹脂狀態(tài)(A—Resol—State，可熔化)經(jīng)乙階酚醛樹脂狀態(tài)(B—Besitol—State，可塑化)不可逆地轉(zhuǎn)化成丙階酚醛樹脂狀態(tài)(C—resitol—State，已固化，不熔)，其中所指的最后狀態(tài)尚未完全達到。約有10—15％的樹脂粘合劑保持在甲階和乙階狀態(tài)，從而使模塑件保有一定的剩余塑性以便在澆鑄作業(yè)中可以對模件進行完善化處理(如制件從標準模具取出后仍可以立即整修)。但是反應(yīng)可繼續(xù)充分地進行直到達到高度不可逆固化狀態(tài)和相應(yīng)的高強度。通常不必進行額外的熱處理。如果仍需進行熱處理(于150—250℃之間熱處理幾分鐘)，如為了從模塑件中除去最后的少量氣體反應(yīng)產(chǎn)物和水蒸汽，從而避免精密澆鑄件的氣體缺陷，那么這種熱處理應(yīng)不能松動模塑基材粒子之間可逆的粘合作用造成模塑件破壞，而應(yīng)當使不可逆的丙階樹脂達到更加完全的熟化以提高強度。
為了熟化模塑基質(zhì)粘合劑所需要的熱能經(jīng)標準模具(當生產(chǎn)外部模時它是模具，當生產(chǎn)芯時它是芯箱)進入模塑物料，該標準模具加熱到200—400℃(視粘合劑類型和模塑件的幾何形狀而定)。這種熱能的進入是通過熱傳導(dǎo)從外層進入模塑物料的深處。由于大多數(shù)模塑基質(zhì)的熱傳導(dǎo)率很低，因此這種熱傳導(dǎo)是耗時較長的過程，它一方面影響生產(chǎn)率，另一方面卻便于調(diào)節(jié)模塑物料的特性，所以為了使熱導(dǎo)入模塑件整體，在標準模具內(nèi)停留一定時間是必要的；在這一時間期限由與熱輻射芯箱直接相接觸并由此暴露在最高熱影響環(huán)境的模塑件外殼必須不燃燒。模塑物料的反應(yīng)能力必須作相應(yīng)調(diào)節(jié)，這總是意味著要妥善解決模塑物料性能和工藝參數(shù)之間的關(guān)系。由于要承受上述高溫及后序的加熱處理，如用氣焰直接加熱，標準造型工具只能完全用金屬材質(zhì)(多為高強度鋼)制造。
采用升溫或加熱熟化模塑物料制得的澆鑄件有優(yōu)良性能，如高尺寸精度、質(zhì)量穩(wěn)定和表面質(zhì)量良好，因而這些模塑物料在各種不同方法中廣泛用于制作模和芯，以便生產(chǎn)高質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)鑄件，特別是生產(chǎn)汽車工業(yè)、運載工具制造、水利工業(yè)和機械工程的澆鑄件。這里指的是鋁和鑄鐵合金以及鋼的澆鑄。然而，采用這些模塑物料進行生產(chǎn)的所有鑄造廠都全面臨一個問題，即用戶所需要的各種部件、原型、小批量套件、樣品等只能在成本高且耗時長的情況下生產(chǎn)，因為在每一個個別情形中都需制作一套完全由金屬材料組成的標準造型工具(模和/或芯箱)，由于那些模塑料需熱加工，而且用其它模塑料以更便宜的成型裝置來制造澆鑄件樣品，就其所得澆鑄件的質(zhì)量參數(shù)來看已不能和用熱固化模塑料以工業(yè)規(guī)模制造的那些部件相比，所以使用其它成型裝置原更便宜方法(木制或環(huán)氧樹脂模)已被淘汰。因此，全金屬工具的成本和準備時間使得利用升溫或加熱固化模塑料進行生產(chǎn)的鑄造廠在與使用其它制模方法的對手進行競爭時處于極為不利的境地。此外，它們還造成鑄造廠在工業(yè)規(guī)模制造之前的工藝試制階段要花費大量成本和時間，因為無論何時，調(diào)整澆鑄和進料口系統(tǒng)的幾何形狀或調(diào)整鑄件的尺寸都需要若干次試驗性鑄造。
由于工藝方面的原因，以上介紹的精密鑄造法中模和芯的已知快速制造法不能用于砂鑄。實際上，用于砂鑄的鑄件在尺寸，質(zhì)量，幾何形狀，復(fù)雜性(內(nèi)輪廓和因此而需要芯)，所需的尺寸精度，表面質(zhì)量和價格等方面都是完全不同的(不考慮澆鑄材料)。用精細澆鑄法制造的樣品部件/原型與后序的工業(yè)化砂鑄制造沒有任何關(guān)系，因而既不能為用戶(為了測試發(fā)動機樣機等)也不能為鑄造廠(為隨后的工業(yè)規(guī)模制造作工藝試制)服務(wù)。由其他快速原型法，如立體平印法，樹脂的選擇性激光燒結(jié)法，涂覆紙的層壓體制造法等方法制造的模具不能用于升溫或加熱固化模塑工藝，因為它們的耐溫性和導(dǎo)熱性太差，除了傳統(tǒng)的制模方法外，沒有更多的選擇，正是基于這一原因，每一個有關(guān)鑄造廠在進行各種小規(guī)模試驗，樣品制作等的時候都是使用與隨后的工業(yè)規(guī)模制造相應(yīng)的金屬模具，而且不得不接受高成本(從簡單芯箱的數(shù)千馬克到100,000馬克—如生產(chǎn)曲軸的模具)和為制作標準造型工具而耗時(從簡單芯箱的大約3周到復(fù)雜工具的12—16周，如汽缸曲軸的生產(chǎn))的缺點，由于成型周期不斷縮短、特別是開發(fā)期限不斷縮短，同相競爭的其他方法相比，澆鑄制造法的競爭性更差了。
為此本發(fā)明的目的是為使用升溫和加熱固化模塑料的翻砂鑄造廠提供一種造型方法，這種方法在工藝上適合于工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)制造，但并不需要使用昂貴、費時的造型器具，即標準造型工具，而且這種造型方法適合于生產(chǎn)砂模和砂芯以鑄造單個部件、原型模和樣品部件，也適合于鑄造廠自身的工藝更新。同時，這些鑄造廠的生產(chǎn)品種規(guī)模將得到擴展，即從目前常見的中等規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模系列的制造，擴展到小批量規(guī)模的個別零件和散件的制造，而且可以開發(fā)高質(zhì)量鑄件的額外市場，這種靈活性將極大的加速產(chǎn)品研制、試驗、結(jié)構(gòu)改進時的開發(fā)過程，并極大地推動運用此類鑄件的各個工業(yè)部門(如汽車工業(yè))的進一步發(fā)展。
本發(fā)明的目的是對以下技術(shù)進行適當?shù)慕M合改進1)最新發(fā)展的，剛起用的各種快速原型法和2)傳統(tǒng)的、久經(jīng)使用的澆鑄模塑料，并建立一種制作升溫固化型模塑料鑄件的方法，這種方法可以快速及低成本的方式生產(chǎn)出任意復(fù)雜性的澆鑄模。
這種目的是分別根據(jù)權(quán)利要求1或26的方法實現(xiàn)的。本發(fā)明的其它改進在從屬權(quán)利要求條款中闡明。
本方法的優(yōu)點是不必首先制得造型部件和芯模就可以制造任意復(fù)雜的鑄模。這種方法特別適用于生產(chǎn)臨時性的小批量復(fù)雜零部件，例如改進發(fā)動機的原型機制作，借助工具的芯模和造型平臺的制作、芯組裝和將整個芯拆分成傳統(tǒng)方法可以制作的若干個芯體的工作都可以完全取消。總之，在節(jié)省大量時間的同時提高了整個模的精度。
本發(fā)明的詳細情況和優(yōu)點將在實施例及參考附圖中闡明。在圖中
圖1和圖2表示由根據(jù)權(quán)利要求2和15的模塑基料A用根據(jù)權(quán)利要求4和19的粘合劑體系進行摻混(圖1)或涂覆(圖2)后所組成的模塑料體系。
圖3表示由圖1或圖2所示的模塑料體系經(jīng)選擇性激光燒結(jié)及焙燒處理后生成的組合物，從專利文獻可知，組分A參與了化學反應(yīng)(例如，精密鑄造中陶瓷殼和芯的制作)。
圖4表示圖3所示的組合物在焙燒處理前的情形。粘合作用僅通過燒結(jié)(熔化、滲透、冷卻、焙燒)組分B形成而未發(fā)生化學反應(yīng)。這一組合物不能存在于本發(fā)明所指的中間過渡階段(這一階段并不是最終產(chǎn)物，且未做權(quán)利要求)(粘合劑組分B停留在甲階酚醛樹脂狀態(tài)或乙階酚醛樹脂狀態(tài)，而未固化成不可逆的丙階酚醛樹脂狀態(tài))。
圖5表示在焙燒爐中經(jīng)熱處理并排除了組分B后組分A粒子所形成的燒結(jié)組合物。
圖6表示低熔點金屬滲入燒結(jié)組合物后的所謂第二步金屬處理的最后階段。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明及權(quán)利要求所限定的方法的最后階段，此時粘合劑組分B的樹脂發(fā)生了不可逆化學反應(yīng)而固化(生成E態(tài))而模塑基料組分A并不參與反應(yīng)。A和B是傳統(tǒng)的鑄模材料而相應(yīng)的E或整個組合物形成最終產(chǎn)物，這一最終產(chǎn)物就是迄今為止按傳統(tǒng)方法處理此類模塑料體系所形成的產(chǎn)物，并已證實該產(chǎn)物適合于鑄造作業(yè)。
圖8是實施本發(fā)明方法的裝置的局部示意圖。
如圖8所示，實施本發(fā)明方法的裝置由一箱體1構(gòu)成，該箱體的頂部是敞口的且有一頂邊1a。在箱體1內(nèi)有一支架4，該支架有一結(jié)實的平臺，還有一個水平方向的支撐平臺5，該平臺與頂邊1a平行，而且借助圖中未表示出來的升降調(diào)整裝置可以在垂直方向上進行上下移動和固定。
有一個未畫出的裝置用于將可固化的模塑料3加入支撐平臺5上以形成料層，同時對模塑料3的料層表面2進行平整，該裝置安裝在箱體1的上方。
澆鑄模6在支撐平臺5上成型，并通過固化模塑料的各個料層6a、6b、6c、6d進行組合來制作，其中的每一層都與支撐平臺5平行。
一臺紅外激光輻射裝置7安裝于箱體1上方，該裝置產(chǎn)生定向光束8。通過折射裝置9，比如一個可旋轉(zhuǎn)的反光鏡，將定向激光光束8折射產(chǎn)生折射光束10作用于箱體1中模塑料3的表面2。控制單元11調(diào)節(jié)折射裝置9，以保證折射光束10可以照射到箱體1中模塑料3表面2的任何部位?？刂茊卧?1與一臺計算機相連，該計算機將固化鑄模6的每一料層(6a，6b，6c，6d)所對應(yīng)的參數(shù)傳輸給控制單元11。
鑄模6的制作方法如下首先借助一個3D—CAD系統(tǒng)在計算機中制作所需物體(模和芯)的幾何圖形。為方便起見，可以所要制作的鑄件的結(jié)構(gòu)為起點，通常用戶已經(jīng)提供了數(shù)字化的鑄件結(jié)構(gòu)參數(shù)。
然后，在計算機中將已做好的CAD模型參數(shù)轉(zhuǎn)換成欲制作的鑄模6的參數(shù)，這些參數(shù)是從所需鑄件的反模轉(zhuǎn)換來的，以后的鑄件的內(nèi)腔，即所謂芯，在形成反模時也應(yīng)予以考慮，這樣就可以在制作鑄模時同時制作模殼和模芯總成。
在所要制作鑄模的CAD模型中，除了澆鑄工藝所要求的開孔外，還應(yīng)在將要形成的物體上開孔以便于以后將未固化的物料除去或倒出，這些開孔必須處于模塑料最容易除去的地方。
內(nèi)燃機(客車、摩托車)曲軸的制造可做為一個例子，與所使用澆鑄材料對應(yīng)的收縮量應(yīng)在CAD系統(tǒng)的原始鑄件設(shè)計時予以考慮。然后根據(jù)澆鑄工藝的要求對幾何圖形進行調(diào)整，例如增加澆道和完善鑄口，直至包括鑄件和澆鑄系統(tǒng)的幾何圖形完美地體現(xiàn)整個幾何構(gòu)造。若所制作的模還要用其它預(yù)制的或購買的部件(例如基座、澆口、熱量導(dǎo)出頭、模的不等高外部部件等；必要時還有芯、冷鑄模)進行后期制作，此時就應(yīng)當為這些部件留出開口。然后在CAD系統(tǒng)中把最終形成的幾何造形進行轉(zhuǎn)換，以獲得待制模和芯的幾何外形(待制鑄件的反?；蚺c待制鑄件外輪廓或內(nèi)輪廓相對應(yīng)的局部負模)。由于不必制成樣模，提升斜坡是多余的，因而所制作的鑄件幾乎就是最終尺寸，而鑄件的后期機加工亦可省去。另外，模塑物料粘合劑分解所產(chǎn)生的氣態(tài)的反應(yīng)產(chǎn)物的排放所需要的排氣孔也可以在模件中形成。在某些情形中還可制得非拆分的模，其條件是未固化的可澆注模塑料可以通過較大的開孔從最后的模中取出，隨后這些開孔被封閉，例如通過預(yù)制的基板或購買的澆口。這樣，二個半殼之間的公差和游動就可降低，而且可以制得接近幾何設(shè)計公差的鑄件，這種整體構(gòu)件制作并因此導(dǎo)致準確度顯著提高的制造方法，通常將用于制作模芯，即使是十分復(fù)雜的模芯，若采用傳統(tǒng)的方法生產(chǎn)這些模芯，就需要用許多簡單部件進行組合，這是因為部件的脫模要求它們必須具備可動性。
然后，所要生產(chǎn)的物體或鑄模6的幾何圖形特征按一定厚度分層存入計算機，每層的厚度根據(jù)所使用的模塑料的粒徑進行調(diào)整(如二倍于平均粒徑)，計算機再把這些幾何特征傳送給燒結(jié)機。模塑料裝填在這個燒結(jié)機中，將工作區(qū)域均勻地加熱到一定溫度，此溫度要比按權(quán)利要求3和8的、模塑料中使用的粘合劑的軟化溫度或軟化區(qū)域的起點溫度低若干度。不過，通常也可以使用室溫的模塑料。然后，通過可動反光鏡系統(tǒng)用激光對一定厚度的模塑料層進行選擇性照射，被照射料層的厚度是根據(jù)與相應(yīng)縱坐標相關(guān)聯(lián)的通過模/芯的橫截面的幾何外形要求確定的，此時被照射的模塑料粒子達到足夠高的溫度使模塑料中的粘合劑組分(圖1和圖2中的B；權(quán)利要求1中的D)固化。
在本方法中支撐平臺5首先定位于箱體1中，這樣所確定的模塑料層厚度精確地等于支撐平臺5的上表面到箱體1內(nèi)模塑料3的表面2之間的距離。于是有一層模塑料3直接加到支撐平臺5上，在支撐平臺5上的模塑料層3上，對鑄模6相對應(yīng)的預(yù)定區(qū)域進行激光照射，照射光束8、10由輻射裝置7產(chǎn)生，由折射裝置9和控制單元11調(diào)控，由此在與鑄模對應(yīng)區(qū)域的模塑料3發(fā)生了固化并形成固化層6a。以與料層厚度相對應(yīng)的數(shù)值降低支撐平臺5，添加模塑料得到新層再在與鑄模6對應(yīng)的區(qū)域?qū)嵤┱丈洌涂梢猿掷m(xù)地形成其它固化層6b、6c、6d。各層的厚度為0.1mm到0.2mm。有關(guān)料層中未受激光照射的型砂沒有固化，但起到支撐上層的作用。未固化的型砂可在以后重復(fù)使用。
照射時必須仔細操作以保證有足夠能量進入要固化的模塑料中，而引發(fā)化學交聯(lián)反應(yīng)(縮聚，S.a.)；否則模塑料粒子僅通過表面燒結(jié)而只是可逆地粘結(jié)在一起，這樣在后續(xù)的熱影響(例如，在爐子中進行附帶的后固化處理，但第二次澆鑄時必有熱過程)下因燒結(jié)組合物的解體會造成鑄件損壞。沒有經(jīng)歷適當化學固化機制所得到的那些鑄件不能用于鑄造作業(yè)。
舉例來說，以酚醛樹脂為基礎(chǔ)的上述殼模塑料在用本文所介紹的方法用激光照射并發(fā)生反應(yīng)時，引發(fā)不可逆固化所需要的能量輸入值可以通過觀察模塑料的顏色變化來確定。
所需要的能量應(yīng)達到經(jīng)照射后模塑料變成深黃色到赭土色/淡棕色。若模塑料停留于淡黃色，則說明乙階酚醛樹脂狀態(tài)和丙酚醛樹脂狀態(tài)尚未達到，粒子之間僅僅是粘附在一起，在熱作用下停留在A階酚醛樹脂狀態(tài)的樹脂重新熔化很容易導(dǎo)致組合物解體，深棕色變成黑色表明樹脂粘合劑燃燒炭化，也會造成粘結(jié)力損失。深赭色到中等深度的棕色表明達到最大強度(完全固化)，但這樣的鑄件在整修處理時會顯得太脆了，而整修處理在第二次澆鑄作業(yè)中是必不可少的。
因此，通過正確選擇能量輸入量可引發(fā)粘合劑的不可逆化學反應(yīng)又可形成被照射模塑料粒子與同其相接觸的鄰近粒子之間的牢固、穩(wěn)定的連接。照射一層后，加入下一層模塑料并再進行照射等一系列過程直到制成整體鑄模。在未被激光作用的區(qū)域，未固化的模塑料成為下一層將要固化的模塑料的支撐體，因而可進行暗挖。
在已知的使用標準造型工具的傳統(tǒng)工藝中，升溫或加熱固化型模塑料的化學反應(yīng)所需要的能量是從被加熱的標準造型工具向該工具內(nèi)的模塑料傳遞，傳熱過程不是同步進行的，而且由于熱傳導(dǎo)使得模塑料中存在能量分布。與此相反，在激光固化中被照射的模塑料粒子固化所需要的能量是通過受控激光束直接到達這些粒子，不必經(jīng)過熱傳導(dǎo)過程就被吸收并用于引發(fā)粘合劑的化學反應(yīng)。這種定點選擇能量輸入和激光束的精確控制，可以制作結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜的鑄件而不需要鑄件幾何外型(正?；蜇撃?圖象的預(yù)制實體，如模具、模型或類似物；制作模件的先決條件僅僅是在計算機中建立幾何形狀的參數(shù)和可澆注的無定形模塑料，這種模塑料在熱作用下能按本文介紹的反應(yīng)機理進行化學固化。
制作過程結(jié)束后，從周圍疏松的砂床中將制成的鑄模取出，鑄模內(nèi)未固化的型砂通過鑄孔和/或通過模型6中專門為清除未固化砂而設(shè)置的開孔吸出、倒出或吹除。在后續(xù)鑄造作業(yè)時澆鑄材料從這些開孔流入并在冷卻后分別予以切除或清除。
制成的鑄?？蛇M行后加工，如進行熱處理后固化，改善表面質(zhì)量。通過手工后處理和施以涂層可以改善模和芯的表面質(zhì)量，而熱后處理可以增加強度。這種后處理可以包括在爐子中用熱空氣對模件進行后固化(大約150—250℃，幾分鐘，取決于尺寸)或通過微波爐處理，從而促使導(dǎo)致模塑料固化的不可逆化學反應(yīng)盡可能完全徹底，并使模塑料達到最高強度。這意味著殼模塑料中的酚醛樹脂粘合劑的大部分固化成丙階酚醛樹脂狀態(tài)，而為保持一定塑性所必須的一部分樹脂則停留于乙階樹脂狀態(tài)。
對于壁厚特別大的模件，所面臨的問題是需要更高的能量輸入才能使模件盡可能完全固化(如果在使用時要求模件具有特別高的強度的話，如用于鐵水澆鑄)和能量的輸入要求對每一層進行多重照射或在特別短的照射距離內(nèi)才能實現(xiàn)。在這樣的情形中，能量的輸入量可能會超過需要值而在模塑料內(nèi)產(chǎn)生一定的熱傳導(dǎo)，使得模塑料中不應(yīng)固化的部分也發(fā)生固化，傳到模件深部的熱量會使非預(yù)定區(qū)域發(fā)生固化反應(yīng)而使模件“變大”，如果在每一層橫截面的有關(guān)外輪廓線上進行高劑量照射，促使粘合劑沿該輪廓線發(fā)生選擇性炭化，就可以避免上述情況的出現(xiàn)。即使強熱流穿過這一輪廓面也不會出現(xiàn)燒固現(xiàn)象，因為模件外表面上的粘合劑已經(jīng)永久性地失去了粘結(jié)力。
在后處理如后固化、整修等以后，模/芯就可用于組裝/完善和澆鑄作業(yè)了，例如，曲軸的模是分成二部分制作；若大小合適，這二部分也可以同時制作，這時在二部分之間要有數(shù)毫米厚的模塑料不被激光照射以做為分離層。若要求對曲軸(如六缸發(fā)動機)的中間軸體進行位置修正補償，二個半模還可彎成曲柄狀，并且已包括內(nèi)澆口、側(cè)澆口和進料裝置作為這些澆鑄系統(tǒng)所要求的部分。對二個半模進行整修、配置進料帽、連接、粘合、配置一個內(nèi)澆口、安裝平坦、回填(以防在澆鑄金屬的熱作用下發(fā)生開裂分離)、緊固或嵌入澆鑄架或澆鑄箱，必要時壓上重物，這些工作完成后就可進行澆鑄作業(yè)了。使用依照本文所述方法制作的模件進行澆鑄作業(yè)時，可采用的其它技術(shù)在里未做說明，但這些技術(shù)在利用熔模和/或熔芯進行澆鑄作業(yè)中是常用的，包括模件后處理、用附件對模件進行澆鑄作業(yè)所必須的修整完善、組合(如與芯箱組合)、嵌入澆鑄箱、受模架等，以及澆鑄作業(yè)本身，這些過程都與利用傳統(tǒng)方法由升溫和加熱固化模塑料制作的模和芯進行澆鑄作業(yè)的常規(guī)過程類似。
由本方法制作的模件，不論是作為芯、模還是其本身都特別適用于砂鑄和低壓及重力靜鑄，但并不僅限于此，上述模件可以用任何已知的澆鑄材料進行澆鑄，當澆鑄材料的熔點比較低時，如鋁硅合金，應(yīng)使用適當改性的酚醛樹脂粘合劑，以改善澆鑄之后模塑料的破碎性能，從而可以采用與處理由傳統(tǒng)方法制作的殼模塑料模件的相同方法進行處置。類似地，澆鑄鋼合金時，在處理澆鑄材料(如磁鐵礦)時加入權(quán)利要求19所介紹的幾種組合物以避免燃燒。另外，在許多情形中在設(shè)計澆鑄和進料系統(tǒng)時，對凝固過程進行模擬計算是有好處的，因為能自然而然地適用于所要制造的原型鑄件的經(jīng)驗澆鑄數(shù)據(jù)幾乎沒有。這種模擬計算所需要的計算上的前提條件已由必備的3D—CAD系統(tǒng)提供。這樣，所獲得的有關(guān)最佳澆鑄和進料工藝條件的信息就可以直接應(yīng)用于第一個鑄件的制造，并且還因此而節(jié)省了開發(fā)時間。
根據(jù)曲軸絕對尺寸的大小不同，在一個模中可以同時制造1個到大約3個。在這個例子中，從制品設(shè)計完畢到獲得第一個鑄件的開發(fā)周期從大約20周減少到幾天至大約2周。如果測試結(jié)果要求對制品的結(jié)構(gòu)進行改進(這是有可能的)，那么這種改進可以在幾小時內(nèi)在CAD系統(tǒng)中完成并在幾天內(nèi)得到一個新的鑄件，這樣產(chǎn)品開發(fā)周期就可以顯著縮短。若部件已很理想，那么就可以按以往的方法制造出用于中試生產(chǎn)及工業(yè)化生產(chǎn)的傳統(tǒng)的標準造型工具，而不必對這種工具進行修改，也不會因幾經(jīng)修改而報廢。
升溫固化模塑料，如涂覆了酚醛樹脂的二氧化硅砂組成的型砂，用作模塑料3。本方法中模塑料3的固化過程是基于涂于砂粒表面的樹脂受激光光束照射而引發(fā)的化學固化過程。這一過程與已知的燒結(jié)過程有著根本的區(qū)別，因為它的要素是粘合劑系統(tǒng)發(fā)生熱致不可逆化學反應(yīng)。在選擇性固化時，僅通過樹脂固化就可以使模塑料固化。在模塑料組成中占90％到95％的砂子在固化過程中不參與任何化學反應(yīng)。與US4247508所介紹的砂熔法相比，本方法的優(yōu)點是只需低得多的激光功率，而且模塑料固化時的收縮和變形等問題基本不出現(xiàn)或大大減輕了。樹脂材料中的反應(yīng)僅被激光引發(fā)并在熱后處理時終結(jié)，其結(jié)果是樹脂固化十分徹底。隨后的鑄件澆鑄作業(yè)時，樹脂燒毀，完整的砂?？蓮蔫T件上清除。
如圖8所示，未來鑄件的空腔20，即所謂的鑄模6的芯，可以通過這種方法與鑄模6本身同時制成并結(jié)合其內(nèi)，因而將芯裝入殼模的傳統(tǒng)安裝步驟被取消了。
所以另一個優(yōu)點是精度高于以往的方法，以往方法中在芯或組合芯嵌入或安裝時要把型砂刮除，這會造成安裝精度下降。
由于省去了為獲得復(fù)雜的整芯而把簡單芯組合起來的制作過程，原型的制作時間大大減少了。例如，制作一個生產(chǎn)汽車用油泵泵體原型的砂模，激光燒結(jié)法需30小時，而用已知的砂鑄法需制作造型裝置和芯箱，預(yù)計要花費約4周時間。
對本方法進行改動是可能的。例如，砂?？梢苑殖啥糠种谱?，然后以與傳統(tǒng)方法相同的方法進行組合。若已有熔芯或永久性的模，還可以(通過本方法)制造出復(fù)雜整芯，以往方法則需分別制作若干個單芯再組裝成芯包。未固化的型砂也可以通過在砂模上進行后期開孔的方法取出。
適宜的模塑料仍可以是鋯砂、橄欖石砂、絡(luò)鐵礦砂、陶渣、金剛砂或炭砂，它們可以單獨使用也可以同一種或數(shù)種其它砂以任意比例摻混，并且配以適當?shù)恼澈蟿ＭǔＵ澈蟿┦巧郎鼗蚣訜峁袒臉渲沉?，它可以涂覆在砂粒表面也可以顆粒形式與砂子混合。除酚樹脂外適宜的樹脂如呋喃樹脂、脲或氨基樹脂、線型酚醛樹脂或甲階酚醛樹脂、脲醛樹脂、糠醇脲醛樹脂、酚改性呋喃樹脂、酚甲醛樹脂、糠醇酚醛樹脂、丙烯酸樹脂、丙烯酸改性酚樹脂或聚丙烯酸樹脂，它可以是液態(tài)、固態(tài)、粒狀或粉狀。還可使用環(huán)氧樹脂?，F(xiàn)有澆鑄作業(yè)中已使用環(huán)氧樹脂，但以胺氣固化。根據(jù)本發(fā)明的方法進行環(huán)氧樹脂熱固化的優(yōu)點是可以立即固化達到終極強度。
粉狀或粒狀金屬或陶瓷用上述某種鑄造用樹脂涂覆或與之混合后也可做為模塑料，用于制作鑄?；蚰Ｐ蜕踔辽勹T模片。
由于不同的粘合材料還具有不同的電磁輻射吸收能力，適當?shù)暮筇幚硎潜匾?，即根?jù)相應(yīng)粘合劑材料吸收率的大小用不同波長的電磁波對鑄模實施有選擇的后固化處理。例如，可在微波爐中用微波輻射對鑄模進行后固化。然后，也可以采用其它方式進行后固化，如依次使用或同時使用若干種方法，如紫外輻射、微波輻射或簡單加熱。
實施本方法的裝置可以是適用于激光燒結(jié)的任意設(shè)備。裝載模塑料的容器并不是非要不可，模塑料也可一層一層地直接加到支撐體上。
總之，本發(fā)明將顯著縮短鑄造廠砂鑄作業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)周期。同時，那些鑄造廠的花色品種將延伸到可以在更低生產(chǎn)規(guī)模下生產(chǎn)單一部件，根據(jù)本發(fā)明的方法，澆鑄作業(yè)中常用的升溫或熱固化模塑料用激光在指定部位進行有選擇的不可逆化學固化，而模塑基料保持化學惰性，并且不使用標準造型工具就可以制成適用于鑄造作業(yè)的復(fù)雜芯和模。應(yīng)當指出的是，本發(fā)明的一個突出優(yōu)點是模塑料的所有組分都是在鑄造廠中長期使用過的已知原料。它們在鑄造工藝中的特性是已知的，所以在進入市場時，不存在這方面的額外風險或困難。
還應(yīng)涉及本發(fā)明的一些其它發(fā)展結(jié)果。當然，除權(quán)利要求2或4分別介紹的模塑料基料外，還可以用其它基料粒子用權(quán)利要求3、7、8的粘合劑體系進行涂覆或摻混并按前述方法用激光固化。它們也可以是金屬或降瓷粒子，而本方法之所以比原先工藝更先進是基于這樣的事實，即如圖7所示，化學惰性的粒子A(分別見圖1或圖2)參與形成由粒子A和不可逆固化了的粘合劑E組成的組合物，是通過粘合劑體系B的不可逆化學反應(yīng)(通過縮聚)，而不是粒子A本身參與了燒結(jié)和/或化學反應(yīng)。根據(jù)上述方法制得的物體在澆鑄應(yīng)用中可作為澆鑄模，但它們的應(yīng)用并不僅限于此。
此處所討論的或用上述本發(fā)明的粘合劑體系涂覆或摻混的本發(fā)明模塑料還可借助一個掩模、以二維方式進行照射，而不是以選擇性方式或在一個掃描模中進行照射，盡管引發(fā)固化機理是相同的。在照射前，須根據(jù)與實際縱坐標相應(yīng)的欲制件的橫截面制作掩模。要根據(jù)照射強度和波長的要求確定適宜的能源。本發(fā)明的這一具體形式特別適合于散件制作，假如在下一橫截面的掩模制成之前可以通過已有掩模對該裝置內(nèi)的若干個具有相同模塑料層(形狀的)部位進行依次照射的話。
權(quán)利要求
1.一種制作三維實體的方法，即在物體模截面所對應(yīng)的各個區(qū)域，用電磁輻射對有關(guān)模塑料的各料層實行持續(xù)固化。其中a)模塑料由二個組分組成，第一個是對電磁輻射呈化學惰性的材料，第二個是在電磁輻射作用下能在其中發(fā)生化學固化過程的材料，和b)控制電磁輻射作用，使第二種材料發(fā)生化學固化而使模塑料固化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一種材料a)包括二氧化硅砂、鋯砂、橄欖石砂、鉻鐵礦砂、陶渣、金剛砂、炭砂，氧化硅材料或任意的其他礦物材料，這些材料可以單獨使用或以任意比例用一種或數(shù)種其它材料摻混，既可以是晶粒狀、顆粒狀也可以是粉狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一種材料是金屬或陶瓷粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任意一項的方法，其中第二種材料包括酚樹脂、呋喃樹脂、脲樹脂或氨基樹脂、線型酚醛樹脂或甲階酚醛樹脂、脲醛樹脂、糠醇脲醛樹脂、酚改性呋喃樹脂、酚甲醛樹脂、糠醇酚醛樹脂、丙烯酸改性酚樹脂或可以熱引發(fā)的任何其它樹脂，既可以是液態(tài)、固態(tài)、粒狀也可以是粉狀，和可以是經(jīng)過改性的和/或溶解的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任意一項的方法，其中第二種材料包括環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或聚丙烯酸樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任意一項的方法，其中模塑料是用第二種材料涂覆的第一種材料的顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任意一項的方法，其中模塑料是第一種材料的顆粒與第二種材料顆粒的摻混物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任意一項的方法，其中輻射作用是將激光光束折射到物體截面相對應(yīng)部位的各料層而產(chǎn)生的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任意一項的方法，其中輻射作用是通過一個掩模實施二維照射實現(xiàn)的，該掩模只允許輻射作用抵達需要固化料層的部位。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任意一項的方法，其中電磁輻射的波長是在紫外區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任意一項的方法，其中輻射的波長是在紅外區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任意一項的方法，其中照射時間和/或照射強度應(yīng)掌握在這樣的水平，即抵達欲固化模塑料的電磁輻射能量輸入值應(yīng)足以引發(fā)第二種材料發(fā)生化學固化過程，而又不能使第一種材料發(fā)生反應(yīng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中化學固化過程是由模塑料的顏色變化控制的，而且必要時還應(yīng)對照射時間和/或照射強度進行再調(diào)節(jié)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13中任意一項的方法，其中欲制作的物體是一個鑄模(6)和/或鑄模的一個芯。
15.根據(jù)權(quán)利要求2到14中任意一項的方法，其中第一種材料包括部分或全部已經(jīng)用過的、再生的或非再生的根據(jù)權(quán)利要求2的材料，而粘附材料可以與第二種材料發(fā)生化學反應(yīng)。
16.根據(jù)上述任意權(quán)利要求的方法，其中固化可以選擇在空氣、氧或惰性氣氛中進行的。
17.根據(jù)上述任意權(quán)利要求的方法，其中固化可以選擇在常壓、正壓或負壓條件下進行。
18.根據(jù)權(quán)利要求6到17中任意一項的方法，其中澆鑄作業(yè)時可以采用冷澆鑄、溫澆鑄、熱澆鑄或熔融澆鑄方法中的一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求6到18中任意一項的方法，其中在用第二種材料摻混第一種材料或用第二種材料涂覆第一種材料的過程中，可以加入一種或若干種配合物，如促進劑、酸、氧化鐵、脫模劑、銨鹽、六次甲基四胺、六胺、脲、磁鐵礦粉、赤鐵礦粉、硬脂酸鈣、甘油、水或各種溶劑。
20.根據(jù)上述任意權(quán)利要求的方法，其中斷片、殼、掩?；蛐竞湍５钠渌糠滞ㄟ^其他方法或用相同的材料或用其他材料制作，并和熔模、靜鑄?；蛐净蚱渌考M行組合。
21.根據(jù)上述任意權(quán)利要求的方法，其中模和芯既可以整體制作，也可以拆成幾部分制作而后進行組合。
22.根據(jù)上述任意權(quán)利要求的方法，其中模和芯的多個不同局部是同時制作的。
23.根據(jù)上述任意權(quán)利要求的方法，其中所制得的模和/或芯在其使用之前，用鑄造工藝所需要的附件進行完善，這些附件用相同的材料或其它材料以相同的方法或其它方法制作。
24.根據(jù)上述任意權(quán)利要求的方法，其中所制得的模和/或芯在其使用之前用涂料涂覆。
25.根據(jù)上述任意權(quán)利要求的方法，其中所制得的模和/或芯經(jīng)過后熱處理以改善其強度和澆鑄作業(yè)適應(yīng)性，后熱處理使第二種材料的固化更徹底。
26.制作熱固化模塑料鑄模的方法包括以下步驟制作欲制鑄模(6)的計算機模型；通過電磁輻射作用從下至上依次在與鑄模相對應(yīng)的部位對熱固化模塑料(3)的各層(6a、6b、6c、6d)進行固化，電磁輻射的作用部位是根據(jù)與計算機模型相對應(yīng)的方式控制的。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中型砂是用作模塑料(3)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中型砂是酚樹脂涂覆的二氧化硅砂。
29.根據(jù)權(quán)利要求26到28中任意一項的方法，其中制得了帶整芯(20)的鑄模。
30.根據(jù)權(quán)利要求26到29中任意一項的方法，其中鑄模(6)是整體制作。
31.根據(jù)權(quán)利要求26到30中任意一項的方法，其中鑄模(6)制作時已包括澆口。
32.根據(jù)權(quán)利要求26到31中任意一項的方法，其中未固化的模塑料(3)在固化后是通過鑄模上開挖的孔清除的。
33.根據(jù)權(quán)利要求26到32中任意一項的方法，其中芯是單獨制造的。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中制得了鑄模(6)的整芯。
35.根據(jù)權(quán)利要求26到34中任意一項的方法，其中電磁輻射是激光輻射。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中使用的輻射是紅外激光(7)。
37.根據(jù)權(quán)利要求26到36中任意一項的方法，其中鑄模經(jīng)過后熱固化。
38.根據(jù)權(quán)利要求26到37中任意一項的方法，其中鑄模由微波輻射實施后固化。
39.根據(jù)權(quán)利要求26到38中任意一項的方法，其中在制作鑄模(6)的計算機模型時已經(jīng)開孔。
40.根據(jù)權(quán)利要求27到39中任意一項的方法，其中型砂包括氧化硅砂、鋯砂、橄欖石砂、鉻鐵礦砂、陶渣、金剛砂或炭砂或石英產(chǎn)品，每種砂都配備了適宜升溫或加熱固化型樹脂粘合劑。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中升溫或加熱固化型樹脂粘合劑是以下一組樹脂中的一種呋喃樹脂、脲或氨基樹脂、脲醛樹脂、糠醇脲醛樹脂、酚改性呋喃樹脂、酚醛樹脂、糠醇酚醛樹脂、丙烯酸改性酚樹脂、丙烯酸樹脂或聚丙烯酸樹脂，各種粘合劑既可是液態(tài)、固態(tài)、粒狀也可以是粉狀。
42.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中環(huán)氧樹脂作為樹脂粘合劑。
43.根據(jù)權(quán)利要求27到42中任意一項的方法，其中固化型砂時，激光引發(fā)的化學固化過程發(fā)生在樹脂中，而砂并不參與化學反應(yīng)。
44.根據(jù)權(quán)利要求1到43中任意一項的方法，其中模塑料是干燥的和可澆注的。
全文摘要
在用升溫固化模塑料制作鑄模(6)的方法中，鑄模(6)和/或芯(20)的制作采用的是通過電磁輻射的作用對模塑料各層實施分層選擇性固化的方法，而不必預(yù)先制作模組件。
文檔編號B22C9/02GK1128966SQ95190480
公開日1996年8月14日 申請日期1995年5月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月27日
發(fā)明者F·溫特, H·朗, C·威爾克寧, P·克勒 申請人:Eos有限公司