专利名称：一种基于超薄层木塑复合材料的实体制造方法
技术领域：
本发明涉及一种产品快速设计制造方法，特指一种基于超薄层木塑复合材料的实体制造方法。
背景技术：
在制造业中，随着经济的全球化，市场竞争日趋激烈，产品更新换代加快，产品越来越向多品种、小批量、高精度、低成本的方向发展。快速原型制造技术1988年诞生于美国，迅速扩展到欧洲和日本，并于九十年代初期引进我国。快速原型技术可以分为两大类基于激光技术(激光立体光刻、分层实体制造、激光选择烧结)和基于微滴技术(熔融沉积制造、三维印刷、实体磨削固化、多相喷射沉积等)。 从材料方面看，目前应用的是树脂、塑料、纸、蜡等较易成形的材料；但由于材料的限制，这些成型工艺后期的成本和维护费用高昂，使其应用难以进一步拓展，而且快速成型设备本身也非常昂贵。因此快速成形技术研究的重点是快速成形材料的研究开发及其应用，研究目标是研发价格低廉、收缩率小、具有不同用途所要求的力学性能、颜色、导电性、耐腐蚀性等的功能材料。我国研究学者还提出了以石蜡、水、石膏等混合物作为快速成形的原材料，并取得了有效的进展，但没有涉及基于木塑复合材料进行快速成型的方法。木塑复合材料是一类新型复合材料，指利用塑料和木质材料等主要成分，经挤压、注射成型等塑料加工工艺，生产出板材或型材。本发明针对快速原型制造设备和材料的现有缺陷，提出了一种基于超薄层木塑复合材料的实体制造方法。本发明的目的通过以下技术方案来实现一种基于超薄层木塑复合材料的实体制造方法，包括以下步骤(I)通过计算机辅助设计CAD (Computer aided design)软件构造所要生产的三维实体数据模型；(2)将三维实体数据模型转化成立体光刻文件STL(Stereo Lithography file)格式的图形文件；(3)根据被加工的三维实体数据模型的特征和精度，选择合适的成型方向，在成型高度方向上对STL图形文件进行切割，并提取每个切割所得切层截面的信息，每相互两个切割面的间距d = O. 08mm Imm,间隔d越小,成形精度越高；(4)将切层截面信息编写成数控NC (Numerical control)加工程序；(5)利用粉碎机将锯屑、稻壳、秸杆等纤维或者几种纤维的混合物，粉碎成粒径在15 30 μ m的木质纤维；(6)按如下质量比例进行混合22 28%聚氯乙烯、52% 65%木质纤维、1. 5% 2% TCPP阻燃剂、I % 1. 5%高分子型抗静电剂、1. 5% 2%由橡胶与马来酸酐的共聚物组成的相容剂、1. 5% 3%玻璃纤维增强剂、8% 15%聚醋酸乙烯树脂胶粘合剂，得到木塑混合体，再利用50 100KW功率的平行同向双螺杆对木塑混合体进行挤压，得到木塑复合材料；(7)将木塑复合材料压制模具固定在模压机上，为了便于后续切割处理，木塑复合材料压制模具内部型腔最大尺寸Lmax和切层截面最大尺寸Smax存在以下关系，Lfflax =Smax+(6 IOmm);为了保证压合力和尺寸精度，木塑复合材料压制模具的上模和下模贴合后的型腔高度H和两切割面间距d存在以下关系，H = d-(0. 001 O. 002mm);挤出的木塑复合材料直接充盈到方形的木塑复合材料压制模具中，等待5 10秒后，采用50 100吨的四柱型模压机对木塑复合材料进行压合，得到木塑复合材料薄板；(8)根据步骤⑷中得到的NC加工程序，激光切割机对木塑复合材料薄板外轮廓进行切割，得到和步骤(3)中切层截面形状一致的木塑复合材料薄板；(9)将加工好的各层木塑复合材料薄板粘合，由底部向上逐层叠加，得到所需要的实体模型后，在进行后续边缘打磨或涂料等加工，提高三维实体加工精度和表面质量。本发明的进一步改进在于可以根据所造型的实体的需要加入导电剂、色粉等功能材料，得到带有颜色和导电性能的木塑复合材料。本发明的进一步改进在于可以采用滚压法得到木塑复合材料薄板，两压辊的间距比两切割面间距d小O. 001 O. 002mm。采用本发明进行快速原形加工零件时，木塑复合材料需满足以下要求①由于木粉和树脂的界面不相容性，添加适量和适种的相容剂和偶联剂可以提高成形件性能；对于不同粒度的配料，还能起到填补空隙得到作用。②由于利用激光切割机的热效应进行切割，所以木塑复合材料需要加入定量的阻燃剂。本发明与现有技术相比具有以下优点适用范围广、成本低、效率高和成形精度高；可应用于不规则外形、难于一次整体成形的零件，甚至封闭壳体；可以降低成本和能耗，减少环境污染，且该材料可以回收利用；由于是“层叠成形”，可以提高成形速度；而且整个过程可以实现自动化批量生产。
图1为一种基于超薄层木塑复合材料的实体制造方法的流程图；图2为CAD软件构造要生产的三维实体数据模型以及切层处理后的实体；图3为模压机以及通过模压机制造的木塑复合材料薄板；图4为数控激光切割机以及加工完的板材切片；图5为粘贴加工完的实体以及经过后处理成形的实体。I所要生产的三维实体2切层截面3模压机4木塑复合材料薄板5激光切割机6切割好的木塑复合材料薄板7加工好的各层木塑复合材料薄板8加工好的三维实体
具体实施例方式为了加深对本发明的理解，结合附图1 附图5，将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一本发明涉及一种基于超薄层木塑复合材料的实体制造方法，包含以下步骤(I)根据实体I,通过计算机辅助设计CAD(Computer aided design)软件构造所要生产的三维实体数据模型；(2)将三维实体数据模型转化成立体光刻文件STL(Stereo Lithography file)格式的图形文件；(3)根据被加工的三维实体数据模型的特征和精度，选择合适的成型方向，在成型高度方向上对STL图形文件进行切割，并提取 每个切割所得切层截面，2信息，每相互两个切割面的间距d = O. 08mm Imm,间隔d越小,成形精度越高；(4)将切层截面2信息编写成数控NC (Numerical control)加工程序；(5)利用粉碎机将锯屑、稻壳、秸杆等纤维或者几种纤维的混合物，粉碎成粒径在15 30 μ m的木质纤维；(6)按如下质量比例进行混合22 28%聚氯乙烯、52% 65%木质纤维、1. 5% 2% TCPP阻燃剂、I % 1. 5%高分子型抗静电剂、1. 5% 2%由橡胶与马来酸酐的共聚物组成的相容剂、1. 5% 3%玻璃纤维增强剂、8% 15%聚醋酸乙烯树脂胶粘合剂，得到木塑混合体，再利用50 100KW功率的平行同向双螺杆对木塑混合体进行挤压，得到木塑复合材料；为了达到其他性能要求，可以根据所造型的实体的需要加入导电剂、色粉等功能材料，得到带有颜色和导电性能的木塑复合材料；(7)将木塑复合材料压制模具固定在模压机3上，为了便于后续切割处理，木塑复合材料压制模具内部型腔最大尺寸Lmax和切层截面最大尺寸Smax存在以下关系，Lfflax =Smax+(6 IOmm);为了保证压合力和尺寸精度，木塑复合材料压制模具的上模和下模贴合后的型腔高度H和两切割面间距d存在以下关系，H= d-(0.001 0.002mm);挤出的木塑复合材料直接充盈到方形的木塑复合材料压制模具中，等待5 10秒后，采用50 100吨的四柱型模压机对木塑复合材料进行压合，得到木塑复合材料薄板4 ；(8)根据步骤⑷中得到的NC加工程序，激光切割机5对木塑复合材料薄板外轮廓进行切割，得到和步骤(3)中切层截面形状一致的切割好的木塑复合材料薄板6;(9)将加工好的各层木塑复合材料薄板粘合，由底部向上逐层叠加，得到所需要的实体模型后，在进行后续边缘打磨或涂料等加工，提高三维实体加工精度和表面质量。实施例二 结合附图1 附图5，给出具体的实施例如下本发明涉及一种基于超薄层木塑复合材料的实体制造方法，包含以下步骤(I)根据实体I,通过计算机辅助设计CAD(Computer aided design)软件构造所要生产的三维实体数据模型；(2)将三维实体数据模型转化成立体光刻文件STL(Stereo Lithography file)格式的图形文件；(3)根据被加工的三维实体数据模型的特征和精度，选择合适的成型方向，在成型高度方向上对STL图形文件进行切割，并提取每个切割所得切层截面，2信息，每相互两个切割面的间距d = 0. 08mm Imm,间隔d越小,成形精度越高；(4)将切层截面2信息编写成数控NC (Numerical control)加工程序；
(5)利用粉碎机将锯屑、稻壳、秸杆等纤维或者几种纤维的混合物，粉碎成粒径在15 30 μ m的木质纤维；(6)按如下质量比例进行混合22 28%聚氯乙烯、52% 65%木质纤维、1. 5% 2% TCPP阻燃剂、I % 1. 5%高分子型抗静电剂、1. 5% 2%由橡胶与马来酸酐的共聚物组成的相容剂、1. 5% 3%玻璃纤维增强剂、8% 15%聚醋酸乙烯树脂胶粘合剂，得到木塑混合体，再利用50 100KW功率的平行同向双螺杆对木塑混合体进行挤压，得到木塑复合材料；为了达到其他性能要求，可以根据所造型的实体的需要加入导电剂、色粉等功能材料，得到带有颜色和导电性能的木塑复合材料；(7)挤出的木塑复合材料采用滚压法进行滚压，得到木塑复合材料薄板，两压辊的间距比两切割面间距d小O. 001 O. 002mm，两压辊的宽度W和切层截面最大尺寸Sniax存在以下关系，W = Smax+(6 IOmm)；
(8)根据步骤⑷中得到的NC加工程序，激光切割机5对木塑复合材料薄板外轮廓进行切割，得到和步骤(3)中切层截面形状一致的切割好的木塑复合材料薄板6;(9)将加工好的各层木塑复合材料薄板粘合，由底部向上逐层叠加，得到所需要的实体模型后，在进行后续边缘打磨或涂料等加工，提高三维实体加工精度和表面质量。
权利要求
1.一种基于超薄层木塑复合材料的实体制造方法，其特征在于，包含以下步骤(1)通过计算机辅助设计CAD(Computeraided design)软件构造所要生产的三维实体数据模型；(2)将三维实体数据模型转化成立体光刻文件STL(StereoLithography file)格式的图形文件；(3)根据被加工的三维实体数据模型的特征和精度，选择合适的成型方向，在成型高度方向上对STL图形文件进行切割，并提取每个切割所得切层截面的信息，每相互两个切割面的间距d = O. 08mm Imm,间隔d越小,成形精度越高；(4)将切层截面信息编写成数控NC(Numerical control)加工程序；(5)利用粉碎机将锯屑、稻壳、秸杆等纤维或者几种纤维的混合物，粉碎成粒径在15 30 μ m的木质纤维；(6)按如下质量比例进行混合22 28%聚氯乙烯、52% 65%木质纤维、1.5% 2% TCPP阻燃剂、I % 1. 5%高分子型抗静电剂、1. 5% 2%由橡胶与马来酸酐的共聚物组成的相容剂、1. 5% 3%玻璃纤维增强剂、8% 15%聚醋酸乙烯树脂胶粘合剂，得到木塑混合体，再利用50 100KW功率的平行同向双螺杆对木塑混合体进行挤压，得到木塑复合材料；(7)将木塑复合材料压制模具固定在模压机上，为了便于后续切割处理，木塑复合材料压制模具内部型腔最大尺寸Lniax和切层截面最大尺寸Sniax存在以下关系，Lmax = Smax+ (6 IOmm);为了保证压合力和尺寸精度，木塑复合材料压制模具的上模和下模贴合后的型腔高度H和两切割面间距d存在以下关系，H = d-(0. 001 0.002mm);挤出的木塑复合材料直接充盈到方形的木塑复合材料压制模具中，等待5 10秒后，采用50 100吨的四柱型模压机对木塑复合材料进行压合，得到木塑复合材料薄板；(8)根据步骤(4)中得到的NC加工程序，激光切割机对木塑复合材料薄板外轮廓进行切割，得到和步骤(3)中切层截面形状一致的木塑复合材料薄板；(9)将加工好的各层木塑复合材料薄板粘合，由底部向上逐层叠加，得到所需要的实体模型后，在进行后续边缘打磨或涂料等加工，提高三维实体加工精度和表面质量。
2.根据权利要求1所述的一种基于超薄层木塑复合材料的实体制造方法，其特征在于，可以根据所造型的实体的需要加入导电剂、色粉等功能材料，得到带有颜色和导电性能的木塑复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种基于超薄层木塑复合材料的实体制造方法，其特征在于，可以采用滚压法得到木塑复合材料薄板，两压辊的间距比两切割面间距d小0. 001 .0.002mm。
全文摘要
本发明涉及一种产品快速设计制造方法，提出了一种利用木塑复合材料建立三维立体造型的方法，本发明使用的木塑复合材料主要是由聚苯乙烯或添加了热稳定的聚氯乙烯、木质纤维、阻燃剂、抗静电剂、相容剂、增强剂等混合而成，再通过模压机或滚压机制成薄板；本发明使用计算机三维辅助设计软件建立三维实体对象且将此实体对象构建成为三维计算机图形文件，再将档案保存为STL切层格式档，通过激光切割等快速切割方法加工各层薄板形状，最后将加工成形的板料胶合成三维实体。本发明将快速原型技术所能加工的材料从树脂、塑料、纸、蜡、金属等扩展到木塑复合材料，不仅大大降低了加工成本，同时也缩短了生产周期。
文档编号B29C69/00GK103009633SQ20121057888
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者王匀, 许桢英, 王荣茂, 吴俊峰, 蒋素琴, 王诚强, 朱凯, 陆广华 申请人:江苏大学