用于纸浆模制过程的3D打印工具的制作方法

本发明涉及用于形成三维（3d）物体的工具和模具，更具体地涉及由增材制造过程（即，3d打印）形成的用于对纸浆产品进行真空成形的工具。

背景技术：

1、现有技术中通常已知提供用于对物体进行真空成形的3d打印模具。

2、发明人andersson等人于2022年6月22日提交并于2022年12月22日公开的美国专利申请公开us 2022/0403604 a1工具或工具部件、包括该工具或工具部件的系统、生产该工具或工具部件的方法以及由纸浆浆料模制产品的方法（tool or tool part, systemincluding such a tool or tool part, method of producing such a tool or toolpart and method of molding a product from a pulp slurry）涉及一种用于在由纸浆浆料模制产品的过程中使用的工具或工具部件。工具或工具部件包括自支撑工具壁部分，该自支撑工具壁部分具有用于接触产品的产品面和相对于产品面在壁的另一侧上的背面。工具壁部分具有孔，这些孔由从产品面到背面延伸穿过工具壁部分的多个通道提供。通道是直的或弯曲的，具有不超过一个拐点。

3、发明人briden等人于2022年9月7日提交并于2023年4月6日公开的美国专利申请公开us 2023/0107827 a1具有部分熔融的构建材料颗粒的多孔部分（porous sectionswith partially-fused build material particles）涉及一种装置，该装置可以包括由构建材料颗粒的熔融部分形成的多个结构和由多个结构支撑的多个多孔部分。多个多孔部分可由部分熔融的构建材料颗粒形成，其中部分熔融的构建材料颗粒可包括可部分熔融在一起以使多个多孔部分具有至少预定孔隙率水平的构建材料颗粒。

4、发明人sealey等人于2020年4月30日提交并于2023年9月12日授权的美国专利us11,752,688 b2使用3d打印技术制造造纸带的制造过程（manufacturing process forpapermaking belts using 3d printing technology）涉及一种造纸带，其包括使用3d打印过程连续铺设的材料区域。这些区域包括至少一个袋状区域，该袋状区域被配置成通过施加真空以将纸幅拉向袋状区域而在纸幅中形成三维结构。在至少一个示例性实施例中，区域还包括至少一个真空破坏区域，至少一个真空破坏区域被配置成限制通过所施加的真空拉动穿过袋状区域的纸纤维的量。

5、发明人kraibühler等人于2015年8月26日提交并于2018年8月7日授权的美国专利us 10,040,249 b2通过生成式构造生产三维物体的方法（method for producing athree-dimensional object by means of generative construction）涉及一种通过生成式构造以直接构造顺序从至少一种可编码材料生产三维物体的方法。至少一种材料组分经由控制装置以可编程的方式以直接构造顺序排出，并且由于排出而生产连接在一起的物体的结构上不同的区域，其中在排出期间获得的几何关系已经对应于物体。通过选择将物体结构不同区域的配置标准预先定义给控制装置，并且控制装置在排出物体结构不同区域的至少一种材料成分期间通过使用所选配置标准来控制排出单元，以便配置物体各个区域所需的三维结构，这意味着提供了一种方法，通过该方法可以根据物体的个性化要求进行材料的排出。

6、发明人brent等人于2023年1月27日提交并于2023年6月1日公开的美国专利申请公开us 2023/0166446 a1制造偏转构件的方法（methods of making a deflectionmember）涉及一种用于制造偏转构件的方法。该方法可包括掺入单体、光引发剂体系、光抑制剂和/或增强构件的步骤。进一步的步骤包括将单体、光引发剂和/或光抑制剂共混以形成共混的光聚合物树脂。进一步的步骤可以是将光聚合物树脂暴露于来自第一辐射源和/或第二辐射源的辐射。

7、发明人gayle等人于1998年3月20日提交并于2001年7月17日授权的美国专利us6,261,493 b1使用由固体自由成形方法形成的模具通过铸造或模制制造具有添加剂的纸产品（fabrication of tissue products with additives by casting or moldingusing a mold formed by solid free-form methods）涉及用于在具有外表面和内表面的模具中模制纸或替代纸产品的方法和系统，其中内表面的至少一部分是多孔的并且其孔与外表面连续连通，并且其中模具可以使用固体自由成形制造技术来制造。

8、发明人batchelder于1996年9月17日提交并于2002年12月4日授权的欧洲专利ep0 852 760 b1制造具有受控孔隙率的三维模型的方法（method of making a three-dimensional model with controlled porosity）涉及一种制造三维物体的方法，该方法通过在接收表面上以预定图案沉积材料，并通过定位沉积的材料以将空气或其他流体的口袋引入部件中，并通过调节从分配器分配材料的速率，将预定的孔隙率引入正在形成的物体中。待构建物体中的最佳孔隙率取决于材料分配时的形状，但通常在1%至26%的范围内。

9、发明人goldberg等人于2021年9月29日提交并于2022年4月7日公开的专利申请wo2022/072555 a1用于制造模制纤维部件的多孔模具及其增材制造方法（porous molds formolded fiber part manufacturing and method for additive manufacturing ofsame）涉及使用诸如三维（3d）打印的增材制造过程来形成多孔模具的系统和方法。概括而言，已经发现，生产通常多孔的模具或具有多孔区域或区的模具可以改善模具的性能和由其生产的部件的质量。已经进一步确定，可以使用增材制造技术通过操纵模具制造参数来生产多孔模具，模具制造参数例如但不限于层厚度、周边层的数量、填充图案和填充密度。通过改变这些制造参数，可以定制由增材制造装置（例如3d打印机）生产的模具的孔隙率以与模制纤维一起使用。

10、发明人goldberg等人于2022年10月12日提交并于2023年4月20日公开的专利申请wo 2023/064797 a1用于制造模制纤维部件的多孔模具的多轴3d打印（muliadis 3dprinting of porous molds for molded fiber part manufacturing）涉及一种制造3d打印多孔模具或过滤器的方法，其中模具/过滤器的外表面由单个打印材料层形成。然后将支撑层铺设在表面层上，以形成在整个模具/过滤器表面上具有基本均匀的孔隙率的多孔体。描述了这种多孔体作为用于制造模制纤维部件的模具上的筛网的用途以及作为具有3d外表面的过滤器的一般用途。

技术实现思路

1、本发明涉及用于由含水纸浆浆料真空成形三维物体的多孔3d打印模具。

2、本发明的一个目的是提供用于形成三维物体的多孔工具。该工具专门设计用于防止纤维在负压期间进入3d打印模具部件。

3、在一个实施例中，本发明包括使用增材制造技术形成的模具，该模具包括产品表面和内部基质、至少一个横向聚合物层以及至少一个填充聚合物层，其中，至少一个横向聚合物层包括叠置长丝的多个相邻列和多个通道，每个通道在叠置长丝的两个相邻列之间延伸，其中，在每根叠置长丝的面向产品表面的端部处过挤出点，其中，模具的产品表面包括形成在叠置长丝的相邻列的点之间的多个孔，其中，孔的宽度小于远离产品表面的通道的宽度，其中，孔被配置为防止纤维进入模具的内部基质，并且其中，填充聚合物层沉积在至少一个横向聚合物层上。换言之，叠置长丝的第一多个相邻列的第一列的面向产品表面的端部处过挤出的点与叠置长丝的第一多个相邻列的相邻第二列的面向产品表面的端部处过挤出的点之间的距离，小于叠置长丝的第一列与叠置长丝的相邻第二列之间的远离产品表面的距离。这在产品表面上形成窄孔，并在远离产品表面的模具内部形成相对较宽的通道。当用于生产纤维产品时，纤维沉积在产品表面上，并且窄孔防止纤维进入模具的内部基质。如果纤维穿过由珠粒形成的产品表面上的窄孔，则侵入性纤维随后进入由横向长丝形成且宽度增大的通道。与产品表面上的珠粒形成的孔相比，通道的宽度增大，从而允许侵入性纤维穿过模具的通道而不会堵塞通道。

4、在另一实施例中，本发明包括用于产生真空成形模具的增材制造方法，该方法包括：沉积初始横向长丝，其中，在初始横向长丝的端部处过挤出点，在初始横向长丝的顶部上沉积至少一根附加横向长丝，其中，在附加横向长丝的端部处过挤出附加点，沉积至少一个相邻横向长丝列，其包括与初始横向长丝和至少一根附加横向长丝相邻的叠置横向长丝层，其中，在至少一个相邻横向长丝列中的每根叠置横向长丝的端部处挤出叠置点，并且在至少一根附加横向长丝和至少一个相邻横向长丝列的顶部上沉积填充聚合物层，其中，至少一个填充聚合物层使初始横向长丝、至少一根附加横向长丝和至少一个相邻横向长丝列稳定。

5、在第三实施例中，本发明包括用于模制纸浆纤维产品的系统，该系统包括模具、真空系统以及纸浆浆料，模具包括产品表面和背面，其中，模具使用增材制造过程产生，真空系统联接到模具，纸浆浆料包括天然纤维，其中，填充聚合物层沉积在第一横向聚合物层的顶部上，其中，第一横向聚合物层包括叠置长丝的第一多个相邻列，其中，至少一个附加横向聚合物层沉积在填充聚合物层的顶部上，其中，至少一个附加横向聚合物层包括叠置长丝的附加多个相邻列，其中，在每根叠置长丝的面向产品表面的端部处过挤出点，其中，模具的产品表面包括形成在叠置长丝的相邻列的点之间的多个孔，其中，孔被配置为防止纤维进入模具的内部基质，其中，模具的产品表面接触纸浆浆料，其中，通过联接到模具的真空系统向模具施加负压，并且其中，纸浆浆料的天然纤维聚集在模具的产品表面上，形成模制纸浆产品。

6、在又一实施例中，本发明包括产生模制纤维产品的方法，该方法包括经由增材制造过程形成模具，步骤包括：沉积相邻横向长丝，其中，在每根相邻横向长丝的面向产品表面的端部处过挤出点，在初始横向长丝的顶部上沉积至少一根附加横向长丝，其中，在至少一根附加横向长丝的面向产品表面的端部处过挤出附加点，形成叠置横向长丝的一系列相邻列，在至少一根附加横向长丝的顶部上沉积填充聚合物层，其中，至少一个填充聚合物层使初始横向长丝和至少一根附加横向长丝稳定，形成模具的产品表面，其中，模具的产品表面包括形成在相邻长丝的端部处挤出的点之间的多个孔，并且形成模具的背面，并且将模具浸没在纸浆浆料中，其中，模具联接到真空系统，其中，真空系统穿过模具的内部基质向产品表面施加负压。

7、在阅读以下结合附图对优选实施例的描述后，本领域技术人员将清楚本发明的这些和其他方面，因为它们支持所要求保护的发明。