[发明专利]用失金属模型形成陶瓷模的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种制备精确的陶瓷模的方法，该方法通过使用热可逆的金属(heat reversible metal)来制备模型(pattern)的过渡模，然后用该过渡模浇注出陶瓷模。该陶瓷模以后可用来制造耐久性更强的金属模，用于浇注许多个与初始模型相同的塑料部件。

发明背景

以快于竞争对手的速度将新产品打入市场被认为是获得巨大市场份额的关键。对整个市场时机有显著影响的产品开发的一个领域是制备用于市场测试的产品和包装的原型(package prototype)。这些测试通常需要许多个外观相似、感觉相似和功能相似的原型供消费者检查或使用。

包装元件通常包括用非常昂贵的含有多个模腔的钢模制得的塑料部件。例如，大多数瓶子是吹塑制得的，大多数瓶盖是注射模塑制得的。通常当大量生产时，具有许多模腔的生产模具的成本才能被证明是合算的。市场较小时，或者仅制造数百件试样时，就为此制造单个模腔的模子或原型模子。原型模子提供了是否能一致地制得该部件的重要知识，并提供了可用来制备试验部件的工具。在由生产级金属(如P20或H13钢)制备模具的情况下，通常使用放电加工(EDM)。EDM电极的形状被制成能在它所施加的金属中产生反模。所述电极通常由铜或石墨加工制得。这些电极材料在EDM过程中会破坏并磨损，必须加工并替换取代电极以完成EDM过程。目前可获得用于EDM电极的耐磨损性很好的材料，但是这些材料不易加工。需要的是一种制备耐磨损性高的电极而无需对其加工的方法。

快速按原型制造容器或部件的一种方法是用由快速造型体系产生的模型代替常规注射模塑得到的蜡模型进行的熔模铸造法。所述模型的一个例子是QUICKCASTTM模型，3D Systems，Inc.of Valencia，CA的商标。通常用浸渍方法将中空的塑料模型涂上一薄层陶瓷壳体。将塑料模型从将陶瓷壳体上烧掉，此时会留下少量灰渣。然后将金属熔体注入该陶瓷壳体中，浇铸出金属部件或用于制备塑料部件的金属模。因为该陶瓷壳体只有一个小孔用于接收金属熔体，所以难以检查关键表面上的灰渣情况。如果关键表面上有灰渣，就会破坏金属铸件。金属熔体冷却并收缩，结果是关键表面未能被精确地复制。部件越大，不精确性就越大。

授予Tobin的1996年4月的U.S.5，507，336中揭示了制造全致密模具的一种改进方法。该方法包括将一个模型放入一根管子中，所述管子的熔点高于将被用于制造金属模的渗透材料的熔点。在模型表面和管子的开口端之间浇注一陶瓷元件，使关键模型表面转移到陶瓷元件上。所述陶瓷表面与模型表面是反象的。烧毁掉该模型，陶瓷表面就留在管子内。然后，用金属粉末和渗透材料从管子的另一端覆盖该陶瓷体，将该管子置于炉中，以便在陶瓷表面上形成金属部件。该金属部件的表面与陶瓷表面是反象的。当除去陶瓷元件时就得到了金属模。金属模与原型形状相同，可用于模制具有反象形状的塑料部件。对于具有外部关键表面的部件而言，这是一个理想的方法。

Tobin的方法是毁去赖以制得陶瓷模的模型。需要一种方法，它能快速地形成陶瓷模所用的模型而不毁坏该模型，且又有精确性。此外，通常需要提供用于模制塑料部件的配合金属模。为此目的，金属模可能需要与模型反象的形状。这样，陶瓷模需要具有与模型相同的形状，因此需要在陶瓷模和模型之间制备一个过渡模。象用Tobin的早先方法一样，任何陶瓷模都不应在其表面上被污染，这样得到的金属模才是精确的。

为了避免毁坏模型，需要使用一种由能按需要除去或再使用的材料制得的过渡模，以便将关键模型表面转移至陶瓷模。蜡和硅橡胶已经被用于这些用途。蜡(它是热可逆的)的缺点是脆性，当它与模型分离时会有小蜡片裂开下来，尤其是涉及有侧凹部位和薄壁时。蜡在加热时会膨胀使陶瓷开裂。硅橡胶需要被固化，而陶瓷在“凝固”时释放热量，会使硅橡胶变形，结果在陶瓷模中产生不精确性。此外，硅橡胶必须通过空气喷射或其它脱离陶瓷的方式才能从模型中取出。这些方式会使陶瓷模破裂，尤其是在薄壁部位。

因此，本发明的一个目的是提供一种制备具有与模型相同形状的陶瓷模的方法，该方法能制得任何尺寸的模型的精确的复制品，容差在±0.005英寸的范围内，该方法不会在陶瓷模上留下灰渣和其它残渣。

本发明还有一个目的是提供这样一种方法，它使用热可逆的金属制备模型的反象过渡模，该过渡模在由其形成陶瓷模的过程中不会变形，但是该过渡模可以容易地与陶瓷模分离，而不会破坏陶瓷模的精密特征。

从下文的说明可以看出这些目的和其它目的。

发明的概述