專利名稱：制造三維成型物體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造三維造型的碗形物體(3D物體)或者用于采用木質(zhì)或者木質(zhì)復(fù)合材料制成的可三維彎曲變形的表層構(gòu)件(3D表層構(gòu)件)或者采用可常規(guī)彎曲變形的表層構(gòu)件(2D表層構(gòu)件)對三維造型部件進行覆層的方法，以及實現(xiàn)該方法的裝置。
背景技術(shù)：
制造3D物體以及對此特別適合的3D表層構(gòu)件在DD 271 670 B5中有所介紹。
據(jù)此，多個重疊設(shè)置的3D表層構(gòu)件借助于可移動變形的彈性墊相互擠壓，并作為疊層3D變形。這些墊需要在與3D表層構(gòu)件的結(jié)合下對其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。
這種方法的缺點是，彈性墊對縱向彎曲力的支撐作用相當小，對其移動變形需要很高的力以及通過施加真空或者外部壓力操作墊時費用很高。因此，這種技術(shù)的應(yīng)用面很窄。如果變形程度要求條狀結(jié)構(gòu)件在平面上的彎曲超過其斷裂變形極限的話，按DD 271 670 B5所述的表層構(gòu)件的3D變形達到了幾何形狀造成的變形極限。
此外，EP 0 265 632 B1介紹了一種制造膠合板工件的方法，工件板狀構(gòu)成并采用面膠合板覆層，對其環(huán)繞帶有倒圓斷面的邊緣區(qū)域擠壓變形。在輪廓圓上因此要求在邊緣區(qū)域內(nèi)3D變形。為此使用的擠壓工具只允許5mm的最大工件厚度。依據(jù)EP 365 632 B1，3D區(qū)域內(nèi)的小裂紋通過很高的擠壓力被重新封閉。這種方法適合用于基本上平面的部件，并不適合于制造碗形3D物體。
公開的是主要為平面結(jié)構(gòu)件的膠合板，這些結(jié)構(gòu)件僅在邊角區(qū)域內(nèi)具有很有限(弱)的3D成型的邊緣區(qū)域或者也有中間區(qū)域。這些結(jié)構(gòu)件借助于公知的膜壓技術(shù)覆層，如EP 0 568 935介紹的那樣。在此方面，變形程度僅限于帶有相當小造型的平面結(jié)構(gòu)件。
DE 196 07 051 C2介紹了一種像鋁-壓鑄件這樣的剛性載體件的膠合板覆層方法，其中，先將膠合板粘貼在穩(wěn)定的表層上，然后對帶有平面-偏轉(zhuǎn)角的基本形狀和環(huán)繞倒圓邊緣的載體件進行擠壓。特別是在該邊緣區(qū)域內(nèi)的擠壓沒有介紹。該發(fā)明的目的是精加工的合理化。對帶有特殊3D造型物體的膠合板該方法并不適用。
DE 197 53 243 C2介紹了一種三維造型物體的膠合板覆層方法，其中，從一開始就承認在膠合板中出現(xiàn)裂紋，然而據(jù)稱通過附加的人造樹脂覆層減少裂紋的擴散。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種方法，用于制造特殊三維造型的、薄壁的碗形物體(3D物體)，或者用于對由例如木材、木質(zhì)材料、塑料、鑄鋁等不同材料制成的特殊三維造型部件進行覆層，以及提供一種用于實現(xiàn)該方法的裝置。在此方面，通過該方法可靠消除變形過程期間2D或者3D表層構(gòu)件的所有應(yīng)用方法中存在的穩(wěn)定性失效的危險(縱向彎曲，折疊扭曲和連續(xù)無法控制的壓實和/或者斷裂)。
該目的通過主權(quán)利要求所述特征得以實現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實施例為從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。
制造特殊三維造型的，薄壁的碗形物體(3D物體)或者借助于單個或者多個層狀設(shè)置的3D表層構(gòu)件或者采用改善了造型能力的2D表層構(gòu)件，例如由壓實的木材制成的膠合板，對特殊三維造型的部件進行覆層在多個步驟中進行。
首先將所要成型的2D或者3D表層構(gòu)件按加工尺寸切斷(圖01)。
若是多層成型件，將所要成型的2D或者3D表層構(gòu)件為成型過程定位成疊層，必要時暫時在其位置上定位。在此方面，各3D表層構(gòu)件分別由木材(木質(zhì)膠合板)、多層的木材(分層木材)或者由木材和一種或者多種其他表層材料，像塑性薄膜或者纖維網(wǎng)的復(fù)合材料組成。
接著，將單層或者多層設(shè)置的表層構(gòu)件分段或者整體變形，其中，通過所有參與表層構(gòu)件的和在有效變形區(qū)域范圍內(nèi)表層構(gòu)件同時多軸彎曲變形的平面內(nèi)的移動變形產(chǎn)生形狀變化。
現(xiàn)在借助圖01-03的圖解介紹3D變形的實際原理。附圖示出依據(jù)DD 271 670 B5單個3D表層構(gòu)件01的3D變形，其中，為更清楚地看出移動變形，將3D表層構(gòu)件的各條紋02放大示出。
在由彼此相鄰的，相互借助于粘貼定位的條紋組成的該3D表層構(gòu)件變形時(圖01，圖02)，3D表層構(gòu)件以及擠壓疊層或單個3D表層構(gòu)件的厚度沒有出現(xiàn)值得注意的變化。3D表層構(gòu)件的輪廓通過沿相鄰條紋作用的移動發(fā)生變化。
3D表層構(gòu)件的延伸和切屑壓縮比因此非常小。
除了上述材料外，也可以將由木材，多層的木材或者由木材和其他材料復(fù)合構(gòu)成的可較少移動變形的其他工件作為表層構(gòu)件加工，如果其變形能力與所要實現(xiàn)的變形程度相應(yīng)的話。若是較少移動變形的材料，在3D變形期間產(chǎn)生更高的延伸和切屑壓縮比(圖03)。
為了消除變形區(qū)域內(nèi)表層構(gòu)件的鼓起，扭曲或者折疊，在該范圍內(nèi)產(chǎn)生反壓力，它可以通過在單層或者多層2D或者3D表層構(gòu)件的內(nèi)部方法需要的移動使表層構(gòu)件變形。另一方面，反壓力防止在變形過程期間2D或者3D表層構(gòu)件的穩(wěn)定性失效。
反壓力這樣調(diào)整，使移動變形時表層構(gòu)件彼此相鄰的條紋可以不受阻礙地移動，而表層構(gòu)件變形區(qū)域中出現(xiàn)的反壓力不會危及到成型部件的穩(wěn)定性。
在達到希望的變形程度后，對(一般只是彈性)變形的表層構(gòu)件施加壓力，直至此前涂覆的粘接劑將表層構(gòu)件相互或者與攜帶它們的部件結(jié)合。
在表層構(gòu)件變形和粘接后選擇磨光加工，以便使成型部件的外部邊緣區(qū)域具有最終的形狀。
在一特別優(yōu)選的方法變化中，表層構(gòu)件的變形在20℃和30℃之間進行。在施加2.1Mpa的擠壓壓力后，將表層構(gòu)件置于90℃的溫度下，使粘接劑硬化。
在一同樣優(yōu)選的方法變化中，將所要成型表層構(gòu)件置于80℃的溫度下，由此在隨后的變形期間，表層構(gòu)件除了彈性變形外，更多的是塑性變形，由此彎曲半徑可以更小。同樣，由此將表層構(gòu)件的條紋需要時使用的熱雙面粘接松開。
用于實現(xiàn)方法專用反壓力的裝置作為槽形強制導向裝置(槽)構(gòu)成。
在一優(yōu)選的構(gòu)成中，槽由平面或者弧形固定的板對構(gòu)成，板對基本環(huán)繞表層構(gòu)件并構(gòu)成間隙，從而表層構(gòu)件在變形壓力的作用下可以向其中移動，但不會縱向彎曲或者重疊移動。
在表層構(gòu)件在槽形強制導向裝置一般彈性的2D預(yù)變形后，將變形部件輸送到模具，進行最終的定型和定位。
擠壓表層構(gòu)件(擠壓疊層)的模具這樣調(diào)整，使陰模和陽模的擠壓面至少暫時構(gòu)成正是這種槽。
其邊緣在側(cè)面具有與模具相同弧形的強制導向裝置的板對，利用該邊緣切線方向在模具上引導，擠壓疊層由板對推入槽形調(diào)整的模具。
推入擠壓疊層按照以下方法進行1.通過連接的推桿式部件推進2.通過固定在擠壓疊層上的柔性部件牽引3.使用輔助-表層構(gòu)件壓片式推入或者拉入4.借助于定向的空氣緩沖器吹入5.以振動輸送機方式板對和模具之間間歇式的相對運動如后面實施例1中所介紹的那樣，在槽形強制導向裝置的板對和模具之間的過渡位置上，3D表層構(gòu)件以板對的回程或前移長度暫時顯露，其中，這段距離的長度對擠壓疊層沒有彎曲危險。
在將擠壓疊層推入模具后，處于3D表層構(gòu)件之間的粘接劑擠壓和硬化成成型件。
這類模具特別適用于制造器皿類成型件，但也適用于有限長度的成型件；后面在實施例1和2中舉例詳細介紹。
也可以采用扇形封閉取代間隙形封閉的模具。在此方面，首先將擠壓疊層導入板對，板對的出口邊緣與模具的變化造型基本相應(yīng)。在將擠壓疊層的短件從板對中拉出之后，將該露出的第一區(qū)置放在敞開的模具的起始端，并加裝反-擠壓工具與該第一區(qū)配合的小扇面。在扇面加壓時，在該區(qū)域內(nèi)進行第一3D移動變形。這時將板對以下一個扇面的長度切線方向向敞開凸起的造型工具區(qū)運動，由此露出擠壓疊層的下一個區(qū)。在該切線方向運動期間，擠壓疊層當時露出的部分通過控制的板對-夾緊得到穩(wěn)定的拉應(yīng)力，此時已經(jīng)部分3D變形。
擠壓疊層此時進行的移動變形一直延續(xù)到處于槽內(nèi)的區(qū)域內(nèi)。隨后，再次對反-擠壓工具現(xiàn)在是凹陷的相應(yīng)扇面加壓，該區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)3D變形。在反-擠壓工具加壓時，該區(qū)域內(nèi)通過擠壓工具面構(gòu)成槽，它以降低的間隙厚度和由此提高的3D變形程度對擠壓疊層施加增加的穩(wěn)定性作用。
按照這種方式，先分別將整個擠壓疊層環(huán)繞模具的凸起區(qū)置放，其中，彎曲方向可以更換，隨后裝上凹陷的反向件，直至逐步封閉整個模具。
在一簡單的構(gòu)成中，扇面分別通過固定定位。在其長度上這樣確定，使它們加壓時，在足夠有限的平面區(qū)域內(nèi)進行3D變形，而不會產(chǎn)生3D表層構(gòu)件穩(wěn)定性失效的危險。
3D表層構(gòu)件的最終擠壓通過超出固定作用向擠壓-扇面施加加壓壓力進行，直至3D表層構(gòu)件之間的粘接劑硬化。
這種方法變化特別適用于制造帶有后切口和對流角變化的復(fù)雜造型的部件，將在實施例2中詳細介紹。
模具的另一種變化，是為第一變形步驟-表層構(gòu)件的第一暫時3D變形-具有相當扁平的，由陰模和陽模組成的模具。在置入本來平面的擠壓疊層時，陽模的封閉路徑非常小，從而封閉式構(gòu)成狹窄的槽。在該槽內(nèi)，3D表層構(gòu)件在有限的3D變形期間得到足夠支持。在陽模完全封閉后，3D表層構(gòu)件相互間在該造型中可雙面定位，在打開陽模后，成型件可作為半成品取出。
在過渡時間上將3D表層構(gòu)件的定位松開之后，將該半成品在帶有更深的陰模和相應(yīng)陽模的連續(xù)-模具中類似于第一變形步驟繼續(xù)變形。按照這種方式，可以按照希望的變形程度繼續(xù)進行成型步驟。在最后的成型步驟后，3D表層構(gòu)件的最終定位通過其粘貼成為成型件。
雙面定位通過環(huán)繞擠壓疊層置放的真空包進行，其中最遲在分別打開陽模之前施加全真空。
按照另一種變化，為進行定位在3D表層構(gòu)件之間使用粘滯的粘接劑，它雖然允許擠壓疊層在陽模壓力下變形，但是在迅速繼續(xù)回到下一個模具期間沒有顯示出值得注意的反彈。在需要時希望的中間存放期間，將半成品壓緊。最終定位通過相應(yīng)調(diào)整粘接劑完成，例如在最后一道擠壓期間的網(wǎng)狀連接。
按照一具有優(yōu)點的變化，至少兩個采用持續(xù)粘滯的粘接劑制造的成品，最好薄的相同的3D成型件，借助于網(wǎng)狀連接的粘接劑全面粘貼。具體內(nèi)容參見實施例4和5。
為克服幾何形狀造成的3D表層構(gòu)件的變形極限，例如在制造帶有垂直分布壁的器皿狀成型件時出現(xiàn)的那種，進行特殊的預(yù)變形。
至少在3D表層構(gòu)件變形期間平面方向上經(jīng)受很強彎曲的區(qū)域內(nèi)，分別使用具有與平面中各條紋預(yù)期彎曲方向相反彎曲的3D表層構(gòu)件。在3D變形期間，這種相反的彎曲減少，取消，或者在極限情況下在反向上直至達到斷裂變形極限。
這種預(yù)變形的3D表層構(gòu)件可以根據(jù)極限變形的位置，由多個部件組成一個封閉的平面，或者與單層3D表層構(gòu)件組合。
為制造這種預(yù)變形的部件適用各種方法1.預(yù)變形通過將水平平面上的條紋彎曲成同心的圓弧線或者類似的曲線隨后定位進行，其中條紋不要從側(cè)面相互分離。定位可以通過條紋之間的雙面粘接劑，通過粘貼絲或者平面的粘貼部件，通過塑性加工的加濕和/或者加熱和隨后的干燥和/或者冷卻，或者通過在夾持裝置中簡單的機械夾緊進行。為了能夠?qū)⑦@樣預(yù)變形的表層構(gòu)件相互結(jié)合或者附著在由直條紋構(gòu)成的其他直邊表層構(gòu)件上，直角切割預(yù)變形表層構(gòu)件的彎曲的和所要結(jié)合的邊。
2.但也可以與所述的工序相反，在所要結(jié)合的邊上弧形切割還未在平面上預(yù)變形的，可三維彎曲變形的表層構(gòu)件，隨后按所述方式預(yù)變形，直至弧形邊變直。其他加工如上所述。
3.取代平面上條紋的預(yù)變形，可以將其邊按需要弧形切割的所要結(jié)合的表層構(gòu)件這樣垂直于該平面彎曲，從而使該弧形邊與同樣方式預(yù)加工部件的邊對準。將結(jié)合邊粘合。隨后將這樣形成的立體組織壓入平面，由此表層構(gòu)件的條紋弧形設(shè)置。
4.然而，只要接著進行制造成型件或者覆層的三維變形，也可以取代按第3節(jié)所述的由彎曲的表層構(gòu)件組成的立體組織的平面設(shè)置。在此方面，通過所有平面中條紋的無危險的變形，將由2D平面組成的立體組織變形為三維造型的表層構(gòu)件。這種變化特別的優(yōu)點是，可制造由水平的平面不可能再實現(xiàn)的極限造型的部件。
按照一具有優(yōu)點的變化，條紋本身與平面垂直所見球狀構(gòu)成或向其末端變細，從而條紋向表層構(gòu)件的邊緣越來越強地彎曲排列。
預(yù)變形的3D表層構(gòu)件繼續(xù)加工成3D成型件或者覆層，有選擇地按照所述方法進行，并在實施例6中詳細介紹。
依據(jù)本發(fā)明，采用3D表層構(gòu)件(3D膠合板覆層)對由不同材料制成的三維成型件的覆層，由3D表層構(gòu)件在其中受到防穩(wěn)定性失效的槽進行。3D表層構(gòu)件從槽中出來的短區(qū)域切線方向置放在部件的邊緣上，并采用與部件的形狀配合的壓力部件加壓。槽在切線方向上繼續(xù)引導，3D表層構(gòu)件此時繼續(xù)跟隨部件進展，而壓力部件跟隨槽噴嘴密封，3D表層構(gòu)件繼續(xù)壓緊在部件上。此前涂覆在部件或者3D表層構(gòu)件上的粘接劑將兩個部件定位，也可以選擇，將粘接劑涂覆在部件和3D表層構(gòu)件之間形成的輔助載體層上。3D變形在3D表層構(gòu)件絕大部分還處于槽內(nèi)各自還未粘接的整個區(qū)域內(nèi)進行。槽噴嘴(噴管)和壓力部件之間的距離這樣確定，使該區(qū)域內(nèi)露出的3D表層構(gòu)件穩(wěn)定性不會失效，并在需要時與部件變換的造型配合。
壓力部件可有選擇地作為以下部件構(gòu)成1.輥子，需要時通過傾斜調(diào)整影響3D表層構(gòu)件條紋的壓縮2.連續(xù)設(shè)置的壓力靴，在步進方向上的變換中滑動或者固定，總體上是這樣向前運動3.空氣緩沖器-壓力靴此外，還可以手動連續(xù)施加壓力。這種覆層變化特別適用于家具部件的所謂邊覆層或者任意平面的步進式覆層，在實施例7和8中介紹。
按照一具有優(yōu)點的變化，它是專門為基本上平面的或者較少彎曲的板狀的，帶有環(huán)繞造型邊緣的部件3D覆層開發(fā)的，穩(wěn)定的槽由可以打開的框構(gòu)成。該框大致切線方向?qū)χ考h(huán)繞造型的邊緣。將3D表層構(gòu)件夾緊在該框內(nèi)，與部件平面垂直罩在部件上，其中，在該槽形框中不會產(chǎn)生穩(wěn)定性失效問題，此時，在水平的平面區(qū)域內(nèi)以及在各自從框露出的造型-平面區(qū)域內(nèi)，固定壓力部件，最好是公知的施加壓力或者真空的膜片。特別是在框的角區(qū)域內(nèi)進行3D移動變形。
在這種變形結(jié)束后，通過壓力部件的作用和加熱裝置，將3D表層構(gòu)件與此前粘合的部件進行粘貼(對照實施例9-11)。


下面借助附圖中示出的所選擇的實施例對本發(fā)明作詳細說明。其中圖01示出由并排設(shè)置的條紋構(gòu)成的3D表層構(gòu)件的基本結(jié)構(gòu)；圖02示出按圖01所示3D變形后的表層構(gòu)件；圖03示出3D變形后由具有較少移動變形能力材料構(gòu)成的表層構(gòu)件；圖1示出由3D表層構(gòu)件制造容器型成型件的設(shè)置；圖1a示出依據(jù)圖1設(shè)置的槽2的水平剖面；圖2示出制造護板部件3D成型件的設(shè)置；圖3示出步進式制造復(fù)雜3D成型件的設(shè)置；圖3a示出分體槽14a的水平剖面；依據(jù)圖3設(shè)置的14b；圖4示出完全封閉狀態(tài)下依據(jù)圖3的設(shè)置；圖5示出在連續(xù)-模具中制造3D成型件的設(shè)置；圖6示出按圖5作為半成品制造的成型件；圖7示出按圖5的成品成型件；圖8示出平面預(yù)變形的3D表層構(gòu)件；圖8a示出雙層條紋-3D表層構(gòu)件；圖9示出平面預(yù)變形組成的3D表層構(gòu)件；圖9b示出在使用按圖9的平面預(yù)變形組裝的3D成型件情況下制成的強彎曲容器；圖10示出3D膠合板邊覆層的設(shè)置；圖11示出帶有3D膠合板邊覆層的邊緣造型；圖12示出帶有3D表層構(gòu)件的料箱；圖13示出制造原型-3D成型件的設(shè)置；圖14示出家具-門坯料；
圖15示出門坯料的3D表層構(gòu)件；圖16示出帶有3D變形裝置的膜壓機；圖17示出封閉狀態(tài)下依據(jù)圖16的變形裝置；圖18示出變形過程期間變形裝置的細部。
具體實施例方式
圖01和02中示出3D變形前后3D表層構(gòu)件的基本結(jié)構(gòu)帶有直角輪廓最后平面的3D表層構(gòu)件01由帶有方形橫截面的條紋02組成(放大示出)，將其變形成邊緣區(qū)域04處于平面上的拱形的3D物體03。在此方面，條紋02在縱向上對向移動，從而其移動05與3D物體拱頂?shù)母髯詧A周區(qū)域相應(yīng)，而此時不會加大其相互側(cè)面距離，由此構(gòu)成相對于平面的3D表層構(gòu)件變化的，不再是直角的輪廓06。
對由條紋構(gòu)成的3D表層構(gòu)件01也可以選擇使用不再分為條紋的2D表層構(gòu)件07，它的可移動變形性較小和因此極小的3D變形，但對于特殊用途足夠使用(圖03)。
實施例1(圖1)由條紋構(gòu)成的5個榿木-膠合板3D表層構(gòu)件，規(guī)格為400mm×400mm，厚度1.2mm，根據(jù)木纖維方向交叉重疊置放。接觸面事先采用膠合板生產(chǎn)上常用的尿素-甲醛樹脂膠合劑(UF-膠合劑)覆層。將這樣構(gòu)成的約6.5mm厚的擠壓疊層1裝入槽2內(nèi)，槽由兩個半徑約250mm的剛性圓柱體彎板組成，彎板構(gòu)成7mm的間隙。裝入擠壓疊層在合上板對后通過插入完成，在板合上和定位時，疊層成為槽的圓柱體形狀。
球截面形狀的模具由陰模3和相應(yīng)造型的陽模4組成，平均球半徑250mm，將其這樣調(diào)整，使陰模和陽模之間保留7mm的間隙。將槽利用其弧形邊緣置放在模具的邊緣上，從而槽的間隙和模具的間隙覆蓋。
然后，將擠壓疊層從槽中約15mm的寬度插入模具的間隙內(nèi)。通過下列順序繼續(xù)插入1.通過適當?shù)牧ο陆店柲D壓疊層-邊緣在模具中夾緊；2.將槽從模具回拉15mm，因此擠壓疊層在槽中前移這一距離5；3.通過適當?shù)牧拷鍖D壓疊層在槽中夾緊，同時松開模具的夾緊；4.將槽前移至模具，因此將擠壓疊層繼續(xù)插入模具15mm6；5.將擠壓疊層在模具中夾緊，同時松開槽的夾緊。
將這些步驟以秒的間隔經(jīng)常重復(fù)，直至擠壓疊層完全進入擠壓模具內(nèi)。將擠壓板疊在7mm寬的間隙內(nèi)強制引導，由此通過力轉(zhuǎn)向達到3D表層構(gòu)件的移動變形，并消除穩(wěn)定性失效。擠壓疊層15mm的暫時最大自由夾緊長度僅夠防止3D表層構(gòu)件的縱向彎曲。
擠壓工具具有105℃的工作溫度。在擠壓疊層插入結(jié)束后，將陽模以250kN的擠壓力壓向陰模，直至所使用的粘接劑8分鐘后硬化，并可以在打開模具后取出制成的成型件坯料。該成型件在切割和清除飛邊后作為容器使用。
實施例2(圖2)三個山毛櫸條紋-3D表層構(gòu)件，規(guī)格為500mm×300mm，厚度1.2mm，根據(jù)木纖維方向交叉重疊置放成擠壓疊層7，其中，面板-木纖維方向與500mm長的邊平行分布。接觸面事先用膠合板生產(chǎn)中常用的UF-膠合劑覆層，以較小壓力短時間平面壓緊，使3D表層構(gòu)件的各面浸潤膠合劑。在擠壓疊層300mm長的邊緣上，在上下側(cè)借助于PVA-粘接劑粘貼薄的，抗拉的，稀松編織的和400mm長的紗布編織軌8。
將這樣構(gòu)成的約4mm厚的擠壓疊層裝入槽9內(nèi)，槽由兩個帶有橢圓體造型的剛性圓柱體彎板組成，彎板構(gòu)成4.5mm的間隙。裝入擠壓疊層在合上板對后通過插入完成。在板合上和定位時，疊層成為槽的圓柱體形狀。編織軌基本上處于槽的外面。這是將編織軌這樣置入橢圓形擠壓陰模10內(nèi)，使連接的槽利用其橢圓形造型與陰模的橢圓形邊緣吻合，該軌的末端在對面的陰模邊緣上突起。此后將擠壓陽模11裝入陰模，從而保留4.5mm的間隙?，F(xiàn)在向編織軌的末端這樣施加拉力12，使擠壓疊層被拉入模具的間隙內(nèi)，并與擠壓疊層的移動變形相配合。這樣，擠壓疊層與編織軌粘貼的角很快露出并形成一銳角，而中心區(qū)保留弧形。在擠壓疊層移動變形期間在間隙內(nèi)不斷對其引導，防止穩(wěn)定性失效。
如果擠壓疊層完全拉入模具，用300kN的擠壓力壓向擠壓陽模。擠壓工具具有105℃的溫度，并保持封閉，直至所使用的粘接劑5分鐘后硬化，并可以在打開模具后取出制成的成型件坯料。該成型件在切割和清除飛邊后作為內(nèi)部空間的面板使用。
實施例3(圖3和4)將由1.5mm厚，2400mm長和650mm寬的山毛櫸-膠合板條紋-3D表層構(gòu)件按實施例1和2中那樣膠合，根據(jù)木纖維方向交叉組成5層約8mm厚的擠壓疊層13，短時間平面擠壓，其中，面板的木纖維方向與縱向邊平行分布。
將該擠壓疊層類似于實施例1和2那樣裝入造型半徑1050mm的8.5mm高的槽14內(nèi)，但該槽分為兩個區(qū)域14a；14b，并在擠壓疊層的中心區(qū)留出約50mm。模具15具有整體揚聲器圈的輪廓，分別在輪廓曲線的轉(zhuǎn)折點附近分為扇面。輪廓的橫截面為圓弧，隨著輪廓的變化，半徑從900mm擴大到1200mm?，F(xiàn)在將擠壓疊層沒有被槽包圍的部分切線方向放在安裝在底板上的凸起的扇面16上，利用輔助-夾緊弓17壓緊，將擠壓疊層定位。此時將槽的部分環(huán)繞扇面16擺動，此時釋放出擠壓疊層的相應(yīng)的區(qū)域并將其放在扇面上，其中，槽內(nèi)的擠壓疊層處于壓縮應(yīng)力(p)下，在拉出(釋放)時產(chǎn)生摩擦力。在擠壓疊層的這種擺動時，進行其3D移動變形。隨后，在該區(qū)域上對相應(yīng)的凹陷對應(yīng)扇面18加壓和定位19，使可能還未100％的成型完全變形。在下個步驟中，將連接凸起的扇面20固定在底板上，對此擺動槽，并對相應(yīng)的凹陷扇面21加壓，將第二擠壓疊層區(qū)域定位。按照這種方式，整個擠壓疊層區(qū)域利用兩個槽區(qū)域成型和定位。
在擺動和釋放擠壓疊層期間，槽對擠壓疊層施加通過滑動摩擦產(chǎn)生的縱向拉力22，由此不會在擠壓疊層有限長度上露出的區(qū)域出現(xiàn)3D移動變形時令人擔心的穩(wěn)定性失效問題。槽的不變造型與模具輪廓從半徑R＝900mm到半徑R＝750mm變化的橫截面僅大致近似的吻合，通過拉力的穩(wěn)定性作用同樣受到禁止。擠壓疊層處于槽內(nèi)的部分如實施例1和2那樣，通過間隙引導得到穩(wěn)定。
現(xiàn)在將已經(jīng)成型的加壓疊層連同緊貼和定位的擠壓扇面進行液壓擠壓，在兩個平面施加各1200kN的擠壓力23。擠壓扇面的加熱通過施加高頻-交變場進行。
該成型件在切割和清除飛邊后構(gòu)成整體的揚聲器圈。
實施例4(圖5-7)兩個櫟木膠合板的條紋-3D表層構(gòu)件，厚度0.6mm，規(guī)格250mm×250mm，借助于PVA-粘接劑在交叉設(shè)置的木纖維方向下粘貼成所謂的3D膠合板皮革24。在溫度95℃下，將膠合板皮革裝入由陰模和擠壓陽模組成的，球半徑600mm的雕刻模具25。該模具閉合速度為2mm/sec，其中，膠合板皮革通過平面扭曲3D變形。平面的球半徑在模具封閉期間，構(gòu)成隨著封閉路徑的增長而變窄的槽，它吸收危及穩(wěn)定性的變形力并防止3D膠合板皮革縱向彎曲。在模具完全封閉以后，無需停留時間便重新打開，取出平面成型的3D成型件，送入下一個球半徑500mm的模具并成型。經(jīng)過其他相同的步驟，最后形成1.2mm厚，球半徑90mm的3D成型件26。將該成型件在管狀容器內(nèi)這樣存放，使大量這種部件緊密地相互連接，并使這些部件不能由于反彈力而變平。
需要時可將這種視為半成品的成型件從存放容器中取出，在成型件的內(nèi)側(cè)涂上UF-膠合劑并將第二個成型件插在上面。然后直接在與球形不同的滴狀的并加熱到95℃的模具內(nèi)進行最后的成型步驟。在那里，與更強的局部有限的成型件的彎曲變形相組合進行最后變形。這種最后變形程度再次這樣確定，從而不會出現(xiàn)成型件的穩(wěn)定性失效問題。在擠壓力180kN和擠壓時間3分鐘時完成擠壓并取出成型件。
中間的UF-膠合結(jié)合防止成型件抗成型反彈，而外部的PVA-膠合結(jié)合使成型件對沖擊-彎曲應(yīng)力具有粘滯彈性。這種變化的技術(shù)優(yōu)點在于，可將整體可中間處理的預(yù)變形件用于不同的類似強度成型的成型件，它們可以在唯一簡單的模具中最終成型和進行擠壓。
滴狀成型件27在剪邊和清除飛邊后可用于樂器的小盒部件。
實施例5按照另一變化，將實施例4中介紹的半成品-成型件加熱到95℃，對此前涂有PVA-粘接劑，造型上為復(fù)曲線狀旋轉(zhuǎn)對稱的MDF-塊進行擠壓。該造型與半成品-成型件的圓弧造型近似，從而在此方面要求的變形保持在這種限度內(nèi)，使直至擠壓工具完全封閉不會出現(xiàn)穩(wěn)定性失效問題。擠壓工具加熱到95℃，直至取出成型件封閉2分鐘。
該產(chǎn)品為與櫟木膠和的燈座。
實施例6(圖8，8a，9a)1.2mm厚的條紋-3D表層構(gòu)件28，由層厚0.6mm的胡桃木膠合板28a和粘貼在其下面質(zhì)量較差的山毛櫸膠合板28b組成，長500mm，寬120mm，將其裝入1.4mm高的平面槽內(nèi)，通過槽內(nèi)側(cè)面作用的壓力部件在平面上同心-圓弧狀變形。
通過槽板內(nèi)直線空隙，3D表層構(gòu)件29邊緣上凹陷變形部分剪切成直線，該邊緣上其余的3D表層構(gòu)件用通常的熔絲30兩側(cè)粘貼，由此確保變形回彈。變形的3D表層構(gòu)件對面的邊緣現(xiàn)在為圓弧狀。
現(xiàn)在將兩個這樣的表層構(gòu)件利用直線剪切的邊緣拼接在長500mm，寬260mm的簡單直角的3D表層構(gòu)件上，并借助于橫向分布的熔絲31加固，從而產(chǎn)生最大尺寸500mm×500mm的平面預(yù)變形的3D表層構(gòu)件32(圖9)。
與用9標示的如已經(jīng)介紹的，但是由高價值紅山毛櫸膠合板組成的其他預(yù)變形表層構(gòu)件，共同加工成類似于實施例1的成型件(圖9)，其中，主要區(qū)別在于模具的結(jié)構(gòu)上。
陰模半徑150mm，高度165mm，即陰模容易側(cè)凹。因此，擠壓陽模分成多個縮小圓周的扇面。這種圓周縮小4mm也是必要的，以便在裝入擠壓疊層期間構(gòu)成可配合的槽。
由于幾何形狀和材料造成的局限，在這種成型工具中不再能夠進行簡單3D表層構(gòu)件的變形。然而，通過反向向相關(guān)區(qū)域內(nèi)預(yù)制平面變形，可以達到對表層構(gòu)件無損壞的這種預(yù)變形(參見權(quán)利要求2和3)。
將產(chǎn)生的成型件切割成半球狀，加裝孔并清除飛邊。它成為球狀揚聲器外殼的組成部分(圖9b)。
實施例7(圖10和11)成卷無盡的3D表層構(gòu)件33由0.6mm厚切割成條紋的山毛櫸-膠合板組成，寬40mm，作為中間層包括45mm寬的無盡紙帶，將其在長度1280mm上展直。在此方面，該3D表層構(gòu)件借助于同步的傳送帶34進入0.7mm高和42mm寬的槽35內(nèi)，此前將紙中間層撤離。槽保 3D表層構(gòu)件的平面造型，而各條紋不會無序分布。3D部件展直的和處于槽內(nèi)的長度現(xiàn)在與卷分離并繼續(xù)在槽內(nèi)傳送，直至首端從槽內(nèi)出來15mm，末端上過渡到半徑12mm的弧形造型36內(nèi)。
25mm厚的MDF-板37為半橢圓狀輪廓，圓周1240mm，在半橢圓狀區(qū)域內(nèi)具有直徑23mm的半圓造型38，在過渡區(qū)域內(nèi)具有0.6mm39及1.4mm40深的缺口，將其在整個造型區(qū)域內(nèi)用膠合板邊覆層常用的熔化粘接劑覆層。此后直接，即在熔化粘接劑還為液態(tài)下，將從槽中突出的3D表層構(gòu)件緊貼在MDF-板半橢圓狀的首端，借助于連接在槽上的支承件41和隨后的造型輥對42，對MDF-板的造型上加壓并連續(xù)繼續(xù)傳送，直至3D表層構(gòu)件的整個段粘貼在MDF-板的造型上。此時3D表層構(gòu)件的兩個縱向分布的邊緣進入缺口。在0.6mm深的切口的區(qū)域內(nèi)(成品部件以后的通端)，形成從半圓造型向板-平面的不斷過渡43，而在1.4mm深的缺口(以后在使用位置上看不見)中，留下0.8mm的臺階。該臺階的高度在MDF-板出現(xiàn)可能的厚度公差時可以相應(yīng)變化。
3D表層構(gòu)件緊貼在缺口面上保 3D表層構(gòu)件在覆層期間緊密壓縮。取消了在采用2D邊角膠合板覆層時要求的銑削余量，此外，覆層材料(3D表層構(gòu)件)在寬度上可以100％利用。從覆層的造型向板平面的連續(xù)過渡是平常只有在實心的，從全橫截面中銑削的邊角材料情況下才有可能的質(zhì)量特征。
經(jīng)過清除飛邊和涂漆的該成品部件用于臺面板。
實施例8(圖12和13)條紋-3D表層構(gòu)件長度500mm，寬度80mm，厚度0.8mm，20件并分別用紙層隔開存放在包住表層構(gòu)件-疊層的紙板料箱45內(nèi)。疊層在料箱內(nèi)由作用于最上面的3D表層構(gòu)件的輕型壓簧46連接。在最下面的表層構(gòu)件上，料箱在端面邊上具有通過塑性-部件加強的噴嘴形開口47，可以接受表層構(gòu)件的橫截面。在縱向上的對面端上，料箱具有空隙48，通過空隙可將最下面的表層構(gòu)件前移通過噴嘴約20mm。
作為整體模具使用的石膏成型件49涂有較小作用的附著粘接劑?，F(xiàn)在用3D表層構(gòu)件覆蓋該成型面，方法是將從料箱中突出的20mm邊緣緊貼在模具的邊緣上，在那里借助于膠帶50定位，然后在不斷手動加壓51下，拉過模具的整個頂端區(qū)域，并在對面的邊緣上重新定位。料箱的噴嘴此時沿連續(xù)的支承部位緊密引導。在置放3D表層構(gòu)件期間進行其平面變形，一直延伸到起到支承槽作用的料箱內(nèi)。
結(jié)束時將該3D表層構(gòu)件完全從料箱中拉出。接著，將下一個3D表層構(gòu)件以同樣方式緊挨第一個置放。如果整個模具面都被這樣覆蓋，用緩慢硬化的高粘度PUR-粘接劑涂覆該平面，然后如所述那樣，與第一木纖維方向橫向用第二層3D表層構(gòu)件覆層?，F(xiàn)在將模具裝入真空包內(nèi)，在適當溫度下使置放的各層相互粘接。按照同樣方式再置放另5層并粘貼。
最后將制成的約5mm厚的成型件-坯料與模具分離并切邊以及清除飛邊。
這種方法變化的優(yōu)點在于，在非常簡單的裝置中就可制造復(fù)雜的大體積原型，而無需費時費力的擠壓工具和模具。同樣也可以手工的3D膠合板覆層。
介紹的這種原型-成型件最為椅子殼使用。
實施例8將兩個實施例4中尺寸的白蠟?zāi)?膠合板按該實施例中的介紹進行加工。該膠合板不像DD 271 670 C2中介紹的那樣切割成條紋，但受下面的3D變形限制，這里仍稱為3D表層構(gòu)件。因為其3D可變形性具有很窄的公知的極限，所以第一模具具有900mm的球半徑，下一個820mm，最后一個740mm。形成比較平的1.2mm厚的成型件，依據(jù)實施例4繼續(xù)對其進行加工。但達到的變形程度明顯超過采用傳統(tǒng)的擠壓技術(shù)所能達到的極限。
該成型件在與金屬-邊緣造型的組合下作為容器使用。
實施例10將兩個依據(jù)實施例9的膠合板通過與公知的化學/熱塑性加工相結(jié)合進行公知的浸漬處理，使其變形能力明顯改善。依據(jù)實施例9進行繼續(xù)加工，其中，最后的模具可以具有350mm的球半徑，而不會對3D表層構(gòu)件造成損壞。將形成的成型件粘貼到穩(wěn)定的分層木材框內(nèi)，這樣構(gòu)成小盒的底部。該框支承由于前面塑性加工降低的彈性機械特征值的成型件。
實施例11(圖14-18)規(guī)格為500mm×600mm的家具-門坯料，由20mm厚，采用UF-膠合劑覆層的MDF-板52組成，在造型上和輪廓上依據(jù)圖14倒圓，采用0.5mm厚櫻桃木膠合板的條紋-3D表層構(gòu)件53覆層。該3D表層構(gòu)件事先在約30mm寬的縱向-邊緣條紋54上，在從角測量各自約50mm的長度上依據(jù)實施例6變形。
將門坯料置于膜片擠壓機所屬的高度可移動的襯墊55上，并放入最深的位置。這樣，門坯料上面水平的平面處于與3D表層構(gòu)件打開的成型框56同樣的高度。在將3D表層構(gòu)件置放在門坯料和成型框上之后，封閉成型框的活動部件，因此構(gòu)成3D變形期間的支承槽57。該槽在其橫截面上這樣構(gòu)成，使它在封閉期間就形成3D表層構(gòu)件的部分3D變形。隨后，放上擠壓-膜片58，先從0.4bar施加壓力59。這時門坯料開始通過氣動驅(qū)動的襯墊上升，膜片-擠壓壓力連續(xù)提高。在該運動期間，3D表層構(gòu)件由膜片環(huán)繞3D門平面壓到門坯料上，其中，在還未置放的角區(qū)域60內(nèi)進行通過成型框支承的3D變形。如果門坯料上升22mm，那么膜片壓力增加到4bar并結(jié)束變形。在90℃的溫度下UF-膠合劑硬化，3分鐘后可以取出3D膠合板覆層的門坯料。
將覆層突出的邊緣銑削掉并將邊角清除飛邊。
權(quán)利要求
1.一種用于制造三維造型的碗形物體(3D物體)、或者用于采用木質(zhì)或者木質(zhì)復(fù)合材料制成的可三維彎曲變形的表層構(gòu)件(3D表層構(gòu)件)或采用可常規(guī)彎曲變形的表層構(gòu)件(2D表層構(gòu)件)對三維造型部件進行覆層的方法，其中，將所要成型的2D或者3D表層構(gòu)件按加工尺寸切斷，并為變形過程定位成疊層或者在其位置上彼此定位；將單層或者多層設(shè)置的表層構(gòu)件分段或者整體上變形，其中，通過所有參與表層構(gòu)件的和在有效變形區(qū)域范圍內(nèi)表層構(gòu)件同時多軸彎曲變形的平面內(nèi)的移動變形產(chǎn)生形狀變化；通過在變形區(qū)內(nèi)作用的反壓力，消除變形區(qū)域內(nèi)表層構(gòu)件的鼓起、扭曲或者折疊，其中，反壓力可以通過在單層或者多層2D或者3D表層構(gòu)件的內(nèi)部方法需要的移動使所要變形的表層構(gòu)件變形，同時防止變形過程期間所要變形的2D或者3D表層構(gòu)件的穩(wěn)定性失效；在達到希望的變形程度后，對彈性或者彈性-塑性變形的表層構(gòu)件施加壓力，直至表層構(gòu)件在粘接劑的作用下相互結(jié)合或者表層構(gòu)件內(nèi)部的條紋相互間或者與攜帶它們的部件結(jié)合。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，平面上預(yù)期的移動變形在其反向上多軸彎曲變形之前進行(移動預(yù)變形)，以便在隨后的多軸彎曲變形期間在平面上首先反向變形，接著產(chǎn)生更小的彎曲變形。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在產(chǎn)生適當?shù)慕Y(jié)合邊后，將移動預(yù)變形的表層構(gòu)件相互或者與未移動預(yù)變形的表層構(gòu)件結(jié)合成一個平面。
4.按權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，使用木材多層木材或者木材和/或多層木材構(gòu)成的復(fù)合材料和可變形的表層材料作為2D或者3D表層構(gòu)件。
5.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，使用塑料，纖維網(wǎng)或者鋁造型件作為可變形的表層材料。
6.按權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，表層構(gòu)件的變形在20℃和30℃之間的溫度下進行。
7.按權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，表層構(gòu)件變形后施加0.06Mpa至3Mpa的擠壓力并加熱到粘接劑的反應(yīng)溫度。
8.按權(quán)利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，表層構(gòu)件在變形前加熱到約30℃-180℃的反應(yīng)溫度。
9.按權(quán)利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，3D變形之前先進行所要變形區(qū)域或者所有表層構(gòu)件的2D預(yù)變形，以便2D變形的表層構(gòu)件與后面模具的造型相配合。
10.一種用于制造按權(quán)利要求1-3或者9之一所述的三維造型的碗形物體(3D物體)的裝置，其特征在于，將所要變形的表層構(gòu)件置入強制導向裝置，利用該裝置產(chǎn)生該方法專用的反壓力。
11.按權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，強制導向裝置槽形構(gòu)成。
12.按權(quán)利要求10或11所述的裝置，其特征在于，槽形強制導向裝置由平面的或者弧形的剛性板對組成，板對基本上環(huán)繞表層構(gòu)件并構(gòu)成這樣的間隙，使表層構(gòu)件在變形壓力的作用下可以向內(nèi)移動，但不會縱向彎曲或者重疊移動。
13.一種用于制造按權(quán)利要求1-3和10-12之一所述的三維造型的碗形物體(3D物體)的裝置，其特征在于，強制導向裝置與模具實際結(jié)合，其中進行最終的定型和定位。
14.按權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，擠壓表層構(gòu)件(擠壓疊層)的模具作為陰模工具構(gòu)成，陰模和陽模的擠壓面這樣造型，使它們至少暫時構(gòu)成槽形。
15.按權(quán)利要求13或14所述的裝置，其特征在于，表層構(gòu)件(擠壓疊層)從強制導向裝置向模具的轉(zhuǎn)移通過挺桿式部件進行。
16.按權(quán)利要求13或14所述的裝置，其特征在于，表層構(gòu)件(擠壓疊層)從強制導向裝置向模具的轉(zhuǎn)移通過影響固定在擠壓疊層上的柔性部件的拉力進行。
17.按權(quán)利要求13或14所述的裝置，其特征在于，表層構(gòu)件(擠壓疊層)從強制導向裝置向模具的轉(zhuǎn)移通過壓片式插入或者拉入的輔助-表層構(gòu)件進行。
18.按權(quán)利要求13或14所述的裝置，其特征在于，表層構(gòu)件(擠壓疊層)從強制導向裝置向模具的轉(zhuǎn)移通過借助于定向的空氣緩沖器吹入進行。
19.按權(quán)利要求13或14所述的裝置，其特征在于，表層構(gòu)件(擠壓疊層)從強制導向裝置向模具的轉(zhuǎn)移通過強制導向裝置的板對和模具之間的間歇式相對運動進行。
20.按權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，強制性導向裝置的板對和模具之間的間歇式相對運動通過振動輸送機產(chǎn)生。
21.按權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，槽形模具可完全或者分段式封閉。
22.按權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，可分段式封閉的槽形模具由板對構(gòu)成，其排出邊緣與模具變化的造型相應(yīng)。
23.按權(quán)利要求11或21所述的裝置，其特征在于，槽形強制性導向裝置或者槽形模具排出端(噴管)的橫截面可以變化。
24.按權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所要變形的表層構(gòu)件(擠壓疊層)可裝入有選擇釋放擠壓疊層的強制性導向裝置內(nèi)，從而將露出的區(qū)域置放在打開的模具上并借助于擠壓工具向模具加壓。
25.按權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，擠壓工具扇面形。
26.按權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，第一變形步驟的模具作為平面的，由陰模和陽模組成的模具構(gòu)成。
27.按權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，強3D變形工件或者半成品的模具作為連續(xù)步驟-模具構(gòu)成。
28.按權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，強制性導向裝置由相互平行的傳輸帶組成，其中表層構(gòu)件在變形壓力的作用下移動。
29.按權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，用于造型類3D部件的模具使用連續(xù)作用的工具。
30.按權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，用于表層構(gòu)件擠壓的模具為柔性彎曲的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造特殊三維造型的薄壁的碗形物體(3D物體)，或者用于對由例如木材、木質(zhì)材料、塑料、鑄鋁等不同材料制成的特殊三維造型部件進行覆層的方法，所述方法在多個步驟中進行首先將所要成型的2D或者3D表層構(gòu)件按加工尺寸切斷。若是多層成型件，將所要成型的2D或者3D表層構(gòu)件為成型過程定位成疊層，必要時暫時在其位置上定位。在此方面，各3D表層構(gòu)件分別由木材(木質(zhì)膠合板)、多層木材(分層木材)或者由木材和一種或者多種其他表層材料，像塑性薄膜或者纖維網(wǎng)的復(fù)合材料組成。接著，將單層或者多層設(shè)置的表層構(gòu)件分段或者整體成型，其中，通過所有參與表層構(gòu)件的和在有效變形區(qū)域范圍內(nèi)表層構(gòu)件同時多軸彎曲變形的平面內(nèi)的移動變形產(chǎn)生形狀變化。
文檔編號B32B21/00GK1509224SQ02810074
公開日2004年6月30日 申請日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月17日
發(fā)明者阿希姆·莫勒, 阿希姆 莫勒 申請人:阿希姆·莫勒, 阿希姆 莫勒