图形薄片制备方法及装置与造型

本方法及装置属静电造型工艺中，图形薄片的制备方法及装置，顺 便提及相应的造型方法。

在本人的专利申请94119705.0中，提出了一种以空气电离后，附着 在电场板(表面有绝缘层)上的电离子层，将这电离子层分别附着在薄片 的两个表面上，再用图形电场切割薄片的方法，制备图形薄片。

但在空气中，由于受到空气击穿场强(约35kv/cm)的限制，电场板上 的电离子密度最高只能达到3×10-5库仑/米。而薄片在电场作用下，其 表面的极化电荷面密度，却是空气电离子分布密度的数倍(薄片的ε＞空 气的ε介电常数)。薄片表面的极化电荷与电场板内的感应电荷之间 的静电作用力，大于电场对薄片表面电离子的作用力。图形电场难以 薄片表面分布的空气电离子的电场作用力，来切割薄片。

本方法的目的在于利用图形电场对薄片内图形区域内的静电吸附 力，来制备图形薄片。

本方法的目的是这样实现的，先将粉粒料滚压成薄片(或分布成粉 层)，再将薄片(或粉层)放入图形分布的电场区域内，薄片(或粉层)贴合 在电场内的吸附薄片(或粉层)的载体，利用电介质的薄片(或粉层)在电 场中会被极化，薄片(或粉层)中相应图形内的两个表面会有极化电荷； 吸附薄片(或粉层)的载体内也会产生相应图形的感应电荷(或极化电 荷)，该电荷对薄片上紧贴载体的异性的极化电荷，具有异性相吸的静电 作用力，图形区域之外的薄片中无极化电荷，而其上作用了与静电力方 向相反的重力或其它力，从整片薄片中分离(切割)出所需图形的薄片。

优点和积极效果：薄片作为电介质只要放入电场中，就立即被极化， 会产生极化电荷，同时与载体之间产生静电力。图形电场吸附力来源 简单，不需要再用电离空气的方法及装置，减少了中间过程；作为电场的 两个电极，只需一个图形电极是点阵状分布成图形的电极，而另一个可 以是简单结构的电极。

图1.静电切割薄片的方法。图2.静电分离粉层的方法。图3. 薄片的静电切割及移送装置。图4.粉层的静电分离及移送装置。 图5.利用粉末喷涂装置的粉层静电分离及移送装置。

实施例：方法一，见图1。图形吸附电极1，另一电极2，薄片3，在电 极1与电极2之间施加的电压4，在电极1与电极2.之间形成电场。先将电 极1设在上面，电极2设在下面。粉粒滚压成薄片3，放入电场内，并将薄 片3放在电极1上。电场可使薄片(电介质)极化，图形电极1可使薄片3中 相应的图形区域内产生极化电荷，薄片3的上表面产生(呈显)负性电荷； 下表面呈显正的极化电荷。电极(由金属导体制成)表面在电场中产生 感应电荷，电极1表面感应出正的电荷；电极2表面感应出负的电荷。电 极1表面正的感应电荷与薄片的上表面负的极化电荷，异性相吸。然后， 将整个装置颠倒设置，电极1放上面，电极2放下面。

图形电极1只对薄片3中相应图形区域内作用了相上的电场力，并 大于该区域内薄片的向下的重力(或振动力，甚至两种力相加)，该区域 内的薄片始终被吸附在电极1上；而薄片中该图形区域之外的薄片部分 上，只有向下的重力，只能落下到回收带上。薄片被分离(切割)成不同 形状的两片。

留在图形电极1上的所需的图形的薄片，可被移至成型处，叠片成 型体。

方法2，见图2.先将图形电极1与电极2，如图2放置，将粉粒(电介质) 撒落(或用粉末喷涂方式-----采用粉末喷涂装置，将粉末喷涂)到图形电 极1上。与上例原理相同，电极1上图形区域内的感应电荷，可吸附相同 区域内的粉粒。而后，将电极1与电极2的电场，完整地倒置，电极1在上 方，电极2在下。粉层中图形电极1区域外的粉粒，因只有向下的重力作 用而落下。图形区域内的粉层仍然吸附在电极1上，将板5伸进电极1下， 消除电源，除掉电场，图形粉层受到重力(或振动力)作用而落在板5上。 重复几次这样的过程，可在板5上，将几层图形粉层，叠放(对齐位置)成 较厚的图形薄片。

根据方法一，可设计出相应的滚压＋切割(分离)薄片的装置。如图 3所示。

装置的机构特征：本装置由料斗1，滚压筒对(滚筒2和滚筒3)，伴压带 4，驱动轮5，驱动轮6，导向滚筒7，外电极8，振动器9，滚筒10，电极11，回收 料斗12，电极13，图形吸附电极14，电极15，移送带16，振动器17，驱动轮18， 回收带19，电位线20，绝缘层21，等等组成。

料斗1设在滚压筒对的上方，出料口对着移送带16。滚筒2和滚筒3 组成滚压筒对，但外面分别各包绕移送带16和伴压带4。移送带16与滚 压带4之间留有间隙，间隙正好是薄片的厚度。移送带16和伴压带4的 运行线速度相同。

伴压带4是一条很薄的带，环绕滚筒3、驱动轮5运行，由驱动轮5驱 动，这三件组成伴压机构。振动器17设在伴压带4环内的下方，A点处。

移送带16是一条很薄的带，环绕滚筒2、驱动轮6、滚筒7运行，由 驱动轮6驱动，滚筒7本身是个可充电的电极。电极13和图形吸附电极 16及电极15，设在移送带16内的下方。

回收机构设在整个装置的最下方，由回收带19环绕滚筒10和滚筒 18运行而构成。电极11设在回收带17环内的上边缘。回收带19上表面 与移送带16之间有超过薄片厚度的间隙。回收料斗12设在回收机构的 左端的下方。

外电极8设在滚筒电极7的外围。

电场分布特征：给电极7、电极15、电极13、图形吸附电极14(其 中所需的图形区域)，都充上相同电极性的电位；给予外电极8、电极11、 电极20，都充相反电极性的电位。因而，图中从B点到C点是由电极7和 外电极8形成的电场区域；而从D点到E点是由电极15和电极11形成的 电场区域；而从E点到F点是由图形电极14与电极11(电极11中的与图形 电极14对称的中段部位，也可以改成图形电极，两个对称的图形电极所 形成的图形电场，精度更高)所形成的图形电场区域；而从F点到G点是 由电极13与电极11形成的电场区域。处在移送带16内的电极7、电极 15、电极13、图形吸附电极14，都是紧贴着移送带16的表面；而设在移 送带16外面的电极11、外电极8、电极20，都与移送带16及其上的薄片 有一定的距离(薄片与处在其外围的电极之间有空气间隙)。

图形吸附电极14：是由很多根电位线以纵横排列成点阵状的阵列 来组成，每根为一根电位线20，外涂绝缘层21，每根电位线20具有自己 独有的电位。从图形吸附电极14的端面上看，某个图形区域范围内的 电位线都充上一定的电位，而该图形区域之外的电位线无电位(或零电 位)。从而，在电极14端面上组成一个图形状的电位分布区域---简称图 形电场。

整个装置的工作过程：料斗1中的粉粒料放落到移送带16上，经过 滚压筒对(滚筒2和滚筒3)的滚压薄片，并直接滚压在移送带16上。由 移送带16和伴压带4(可能会有少量的粉粒粘在伴压带4上)一起载着薄 片经过H点。此时由伴压带4内的振动器17，给予伴压带4微微的振动， 将薄片全部振落到移送带16上。薄片随移送带16向前移动，进入B点到 C点的电场区域。在该区域内的电场作用下，移送带16的外表面分布有 电荷(如果是金属材料将是感应出的电荷；而如果是绝缘材料会是极化 的电荷)，而在薄片表面上也产生极化电荷。移送带16与薄片是紧贴在 一起的，在贴合面上，移送带16表面上的电荷与薄片表面的电荷极性相 反，而产生异性相吸的静电作用力，将薄片吸附在移送带16上；电极8与 薄片之间有间隙，虽然间隙内的空气也会被极化成极化电荷，但是空气 的极化电荷面密度很小，其对薄片中电荷的作用力可忽略不计。

同理，薄片随着移送带16继续前移，在D点到E点区段的电极15与 电极11的电场作用下，仍然吸附在移送带16上。

薄片附在移送带16上经过E点到F点的区段，将经过图形电极14与 电极11的图形电场的作用。薄片经过图形电极14时，因电极14上由点 阵状排列电位线组成的图形电极，其上每根电位线分别由电子计算机 控制其电位。并令其上图形区域随移送带16一起向左方前移，并且图 形区域的移动速度与移送带16相同。图形区域经过的电位线都取相 同的电位值f。这样，意味着该图形吸附电场是以移送带16的相同速度 向左移动。对薄片而言图形电极(电场)是相对静止不动的。

薄片经过图形电极14时，在图形电极14与电极11的电场作用下，图 形区域内的薄片仍吸附在移送带16上。而图形区域外的薄片，因其上 是无电场力的，主要由向下的重力。如果图形电场区域之外的薄片仅 靠其自身的重力，或因其上仍有残余的静电力，不能全部落下。可利用 设在图形电极14上的振动器9，传过电极14和移送带16给予薄片微微的 振动，振落余料薄片。在图形电极14的下方，分离(切割)下来的余料薄 片，作为余料落下到回收带19上，由回收带19移运到K点附近，由重力作 用(或由刮板)落到回收料斗12内。

所需的图形薄片仍然吸附在移送带16上，在F点到G点的区段，由电 极13与电极11的电场作用，继续吸附在移送带16上。以后，薄片可由延 伸的移送带16直接移至并放置到布置形体的平台上；或转移到其它移 送带上，与其它材料的图形薄片拼合成大的薄片后，再放置在平台上，叠 片成形体。

薄片随移送带10向左方前移，电极5和电极8的电场作用，继续吸附 在移送带10上。

薄片经过图形电极12时，因电极12上由点阵状排列电位线组成的 图形电极，其上每根电位线分别由电子计算机控制其电位。并令其上 图形区域随移送带10一起向左方前移，并且图形区域的移动速度与移 送带10相同。图形区域经过的电位线都取相同的电位值f。这样，意味 着该图形吸附电场是以移送带10的相同速度向左移动。对薄片而言 图形电极(电场)是相对静止不动的。

薄片经过图形电极12时，在图形电极12与电极8的电场作用下，图 形区域内的薄片仍吸附在移送带10上。而图形区域外的薄片，因其上 是无电场力的，主要由向下的重力(或给予整个装置一点振动力)作用， 落到下面的回收带11上。并随回收带11一起向左走，最后落到回收料 斗15内。

所需图形区域内的图形状薄片，仍吸附在移送带10上(吸附薄片的 电场先后由电极5和电极8提供)，与移送带10向前移。

以后，图形薄片可直接放落到布置形体的平台上，或与其它材料的 图形薄片拼合成大的薄片后，再放落在平台上，叠片成形体。

根据方法二设计出另一种装置，见图4或图5。整个装置主要由料 斗30(或粉末喷涂装置31)，移送带32，外电极34，图形吸附电极22，电极23， 电极24，滚筒25，驱动轮26叠层带27，滚筒28，滚筒29，回收料斗35，电极 36，振动器37，振动器38，等等组成。

料斗30设在移送带32的左上方，移送带32环绕着滚筒25和滚筒26 运行，由驱动轮26驱动，外电极33是个半圆弧形状后又一段直线段的形 状，设在滚筒25的外围，滚筒25本身是可以充电的电极；电极23是个薄板 形的电极，设在滚筒25的旁边，位置从R点到S点的区段；图形电极22紧 跟在电极23后，位置从S点到T点的区段；电极23也是个薄板形的电极， 紧跟在图形电极22后，位置从T点到U点的区段；电极36是格栅状的电极， 设在移送带32的下方、图形电极22的正下方，位置从S点到T点的区段； 电极40是板状的电极，设在移送带32的下方，位置从T点到U点的区段， 并在叠层带27的上方；电极41是板状的电极，位置设在叠层带27内的上 边缘。设在移送带32内的电极23，电极25，图形电极22，电极24，电极39 都与移送带32紧贴；而设在移送带32外的电极34，电极36，电极40，电极 41都应与移送带32上的薄片有足够的间隙。

装置的电场分布特征：给予滚筒电极25、电极23、电极24、电极 39、及图形电极22上的图形区域内都充上同样电极性的电位；给予移 送带32外面的电极33、电极34、电极36、电极40和电极41都充上相 反电极性的电位。

这样，在整个装置上，从P点到R点的区段，具有由电极25与电极34 产生的电场区域；而从R点到S点，具有由电极23与电极34产生的电场区 域；而从S点到T点的区段，具有由图形电极22与电极36产生的电场区域； 而从T点到U点的区段，具有由电极24与电极40(加可充电的滚筒电极) 产生的电场区域；而从U点到V点的区段，具有由图形电极39与电极41 产生的电场区域。

图形电极22的结构及图形电场的形成原理，与上例装置(见图3)的 相同。

装置的工作过程：料斗30内的粉粒撒落(或粉粒喷嘴)到移送带32 上，形成一层粉层，粉层随移送带32前移经过点到点的区段，由电极25与电 极34的电场作用，继续吸附在移送带32上；移经过点到点的区段，由电极 23与电极34的电场作用，仍附在移送带32上；移经过点到点的区段，由图 形电极22与电极36的电场作用，与上例的图形电场相同，所需图形内的 粉层，仍吸附在移送带32上；粉粒余料下落到回收料斗内、或电极36上， 电极36微微振动，抖落到料斗内。

图形薄片附在移送带32上，移经T点到U点区段，由电极24由电极40 的作用；最后，到U点到V点的区段，由电极39吸附。此时，移送带32停止， 消除电极39和电极41上的电位，振动器39振动移送带32，将粉层抖落到 叠层带27上。重复上述这样的过程，可将几层粉层叠加在叠层带27上， 叠成为一片有一定厚度的图形薄片。

而图5所示的是将上述的机构中的料斗改换成粉末喷涂(或静电粉 末喷涂)装置及喷嘴，构成另外一种装置。

图形薄片组合成形体的方法可参见专利申请94119705.0所记载的 方法。即是以上述方法制得两大类材料的很多有所需几何图形的薄片： 形体材料的薄片和填空材料的薄片。然后，将每片有所需几何图形的 薄片，按照其各自指定的方向及其各自指定的位置，先后布置在某个空 间内。该布置使得所有的形体材料薄片，正好组合成为所需形状的形 体；而所有的填空材料薄片，恰好填补在该空间内除形体外的所有空 腔。而具体的布置过程，是从该空间的底层开始逐层叠层布置：先挑拣  出底层相应的薄片布置好，再布置上一层的薄片。在该空间内逐层叠 加，完成所有薄片的布置。本方法中薄片是干法制备，可布置过程中，每 布置一层，往形体材料薄片上注入液态粘结剂，使液态粘结剂渗透进形 体材料内，使所有的形体材料都渗透有液态粘结剂，最后能相互粘结成 一体，固结后成为坚固的形体。