专利名称：用于铸造沙型的工艺和成套工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于铸造沙型的工艺和成套工具，尤其涉及适于可安全地在家庭中使用的工艺和成套工具。
在二十世纪八十年代早期，这种兴趣引发而产生了三种固定沙子的技术。第一种技术提供了一种可将沙子固定在两维方向上的方法，它是通过在一个表面上涂敷粘胶然后将沙子喷到粘胶上来实现的。第二种技术采用带有沟槽和通道的玻璃容器来将沙子固定在三维方向上。第三种技术可将海滩上的沙子城堡变成工艺品，它是通过在建好沙子城堡后就将雾状粘胶喷在沙子城堡上，以临时性地固定沙子。虽然这些技术均提供了固定沙子的方法，但没有一种能将沙子永久地固定在三维方向上。
几乎在同时，本申请人开发了一种用于铸造沙型的商用工艺，在此工艺中，通过用环氧树脂或芳香族树脂与沙子混合，然后将沙子和树脂的混合物注入浸胶塑模或硅模中，从而可以得到永久的沙铸件。这种工艺对商业用途的铸造沙型是有用的。然而，这种工艺尤其是所用的树脂不适于或无法安全地用于不通风的场所，或是不适于非商业用途的使用。
在现有技术中已进行了一些尝试，开发了可安全地用于非商业用途和供儿童使用的铸造沙型的成套工具。
特别是，在美国专利No.5895304中提供了一种可制作临时性的湿沙结构的成套工具。这种成套工具包括铸模、支柱、支撑板和夹子，可用于多层湿沙结构的成形。
美国专利No.3447256中公开了一种游戏器具，其为可制作临时性沙结构和构件的成套工具的形式。通过将沙子和水混合成含水的浆状物，浆状物(通过滴眼器等)滴到具有很强毛细作用的层(例如有色沙子的具有很强毛细作用的层)中，这样去除了浆状物中的湿气，并使沙子在此层上形成装饰性的图案，这样便形成了沙构件。成套工具提供了用于制作沙构件的全部部件，包括用于固定基体材料的隔腔、用于制作浆状物的沙子，以及进行混合和分配的装置。此成套工具还考虑了沙子的重复利用。
美国专利No.2451711中公开了一种用于沙子造型的装置，包括带有沙筛的沙桶、沙铲和位于内部的沙子模具。为了铸造沙子，首先将沙子放在桶中，然后将模具和沙筛置于桶中，使得这种设置可促进通过翻转沙桶并将沙子筛选到具有适当形状的模具中而进行造型。
然而，这些成套工具中没有一种能将沙子永久地固定在三维方向上。
因此存在一种需求，即提供一种能将铸造砂型永久地固定在三维方向上的工艺，这种工艺可由老人和儿童在家中安全且容易地使用。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于铸造沙型的工艺，所述工艺包括步骤将沙子和无毒的粘合树脂混合，形成树脂/沙子混合物；将树脂/沙子混合物铸成优选的形状；在微波炉中加热树脂/沙子混合物，直到沙铸件成型为止；以及冷却沙铸件。
在本发明的一个实施例中，采用可微波加热的模具(microwavablemold)将树脂/沙子混合物铸成优选的形状。
在本发明的另一实施例中，此工艺还包括在加热前雕刻树脂/沙子混合物以及在冷却后修饰沙铸件的步骤。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于制作沙铸件的成套工具。所述成套工具包括沙子；无毒的粘合树脂；和可微波加热的模具。
在本发明的另一实施例中，此成套工具包括雕刻工具和修饰工具。
本发明的用于铸造沙型的工艺和成套工具具有许多优点。尤其是，本发明采用可在传统微波炉中安全地进行加热的无毒树脂，因而可在家庭中和由儿童安全地使用此工艺和成套工具。所用的树脂也是粘合树脂。因此可形成一种沙子混合物，当加热时可形成永久固定的三维沙结构。此工艺还包括在微波炉中加热沙铸件并使其成型的步骤。使用微波炉还提供了另外的优点，即可保证完全和均匀地干燥沙铸件，并得到坚固和不易碎的沙铸件。
通过阅读本发明的下述介绍中并结合附图
，本领域的技术人员将清楚各种其它优点。
图2是用于铸造沙型的成套工具的优选实施例的透视图。
因此，用于铸造沙型的工艺的第一部分包括将沙子和无毒的粘合树脂混合，形成树脂/沙子混合物。
树脂可以是任何安全的无毒树脂，其可在微波加热的条件下粘合并固定沙子。树脂最好包括聚乙酸乙烯酯，其在微波加热的条件下不会释放出有害气味，而且在加热时其粘合能力提高。一种此聚乙酸乙烯酯为Elmer’s Product公司售卖的ELMER’S万能粘胶。
在一个优选实施例中，树脂和沙子以一定比例混合，混合比例在从约1∶4到1∶6的范围内，最好为1∶5，从而形成树脂/沙子混合物。树脂和沙子的比例增大到超过1∶4会使树脂/沙子混合物难于雕刻。树脂和沙子的比例下降到小于1∶6会使树脂/沙子混合物不牢固，且在加热后无法很好地成型。因此，优选1∶5的比例，以保证足够的耐久性和可雕刻性。
为了避免凝集和变形，树脂/沙子混合物应在加热前充分地混合。特别是，树脂/沙子混合物应完全地混合，直到混合物具有均匀的密度。
一旦制备好树脂/沙子混合物，就将其铸成所需的形状。在一个优选实施例中，将树脂/沙子混合物置于适于在微波炉中使用的可微波加热的模具中。对于本领域的技术人员来说很清楚，可以采用任何形状和大小的模具，只要此模具是由可微波加热的材料制成。模具的形状和大小根据所需的沙铸件的形状和大小来选择。在一个示例中，30毫升的树脂和135毫升的沙子的混合物可以制出4英寸×2英寸×0.5英寸的沙铸件。
然后在微波炉中加热沙铸件，以便将沙铸件永久地固定成其所需的形状。在一个优选实施例中，树脂/沙子混合物置于普通的家用微波炉中在高火状态下加热约2到5分钟，或者加热到沙铸件成型为止。树脂/沙子混合物最好在高火状态下加热3分钟。然而，对于本领域的技术人员来说很明显，最佳加热时间是微波炉功率和沙铸件的大小的函数。
在完成了在微波炉中的加热后，将沙铸件从微波炉中取出，并让其冷却。最好让沙铸件冷却至少1分钟，或者是冷却到可以用手拿住沙铸件为止。
在冷却后，可通过涂色或钻孔对沙铸件进行修饰。如果准备进行钻孔的话，那么树脂和沙子的比例应降低到约1∶4。
在加热步骤之前可以通过将切削工具放入树脂/沙子混合物中来对沙铸件进行雕刻。对于一些给定形状来说，可将曲奇饼成形器放入已预先微波加热的树脂/沙子混合物中，并在加热前将成形器取出，这样在树脂/沙子混合物中形成了所需形状的轮廓。
在微波炉中进行加热后，从模具中取出沙铸件，并采用传统的雕刻工具容易地去除多余的沙子。
为了在加热前雕刻沙铸件，必须先用木槌或类似物混合树脂/沙子混合物，以便增强切割部位周围的树脂/沙子混合物的强度，并避免沙子在切割时移动。雕刻工具在雕刻时应保持湿润，以便去除聚集在雕刻工具上任何残留的树脂/沙子混合物。可以使用任何类型的雕刻工具。雕刻工具最好选择成可对沙铸件进行干净利落的切割，并在使用时容易保持湿润。
为了在沙铸件上形成有光泽的精饰表面，可以在加热前或加热后在沙铸件上涂敷光亮胶。一般用于此目的的光亮胶的例子包括Crayola光亮胶，其与易于使用的定量配给涂敷器一起使用。
采用本发明的工艺可以得到非常精致的沙铸件。为了制备更复杂和更精致的沙铸件，可以采用多腔的可微波加热的真空模具。在一些情况下，在使用多腔的可微波加热的真空模具时，可能需要额外的加热或成型时间。因此这种模具最好由耐热塑料制成，并具有足够的耐久性，以承受由于此额外的加热时间所带来的任何热损伤。
采用多腔的可微波加热的真空模具在将树脂/沙子混合物装入模型中时还需花另外的功夫，以保证模具的所有区域都填充了树脂/沙子混合物。因此需要采用滑石粉，保证在加热后可以完整地将沙铸件从模具的整个区域中取下来。
虽然重要的一点是应采用浓度较高的树脂以便具有最佳的成型然而采用浓度较稀的树脂/沙子混合物可以更容易地将混合物注入复杂的多腔模具中。然而不应经常采用这种稀释，这是因为稀释到树脂和水的比例为1∶1时会使沙铸件需要较长的加热时间来固定，因此产生了可微波加热的模具在较长时间的加热中可能在微波炉内融化、损伤或破裂的危险。
可以清楚，树脂/沙子混合物可以通过几种方式进行铸造而不脱离本发明的范围。在一个优选实施例中采用了可微波加热的模具。然而在另一实施例中，可以采用位于平台上的滚销和代用的可调节的保持器，从而抹平和压缩树脂/沙子混合物，以在加热前进行雕刻。
将此工艺所用的部件设置在成套工具中，可以更容易地进行铸造沙型的工艺。如图2所示，成套工具1的优选实施例包括一袋沙子5、无毒粘合树脂的容器10、可微波加热的模具15，以及用于制备沙铸件的说明。作为选择，成套工具还可以包括雕刻工具如曲奇饼成形器25，雕刻刀30，修饰工具如涂料35、涂料刷40，以及光亮胶45。
在说明中可提供关于将混合在一起的沙子和树脂的适宜混合用量、混合时间的长度、微波加热的适宜时间和持续时间以及冷却时间的信息。作为选择，这些说明还可包括关于如何雕刻、涂刷和修饰沙铸件的信息。
成套工具的第二实施例包括滚销、可微波加热的平台和可调节的保持器，而不使用可微波加热的模具。
对于本领域的技术人员来说很明显，可以对本发明进行许多其它的变化和修改，这些修改应被视为包括在本发明内。所有这种变化和修改均属于所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于铸造沙型的工艺，所述工艺包括步骤(a)将沙子和无毒的粘合树脂混合，形成树脂/沙子混合物；(b)将所述树脂/沙子混合物铸成优选的形状；(c)在微波炉中加热所述树脂/沙子混合物，直到所述沙铸件成型为止；和(d)冷却所述沙铸件。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述无毒的粘合树脂包括聚乙酸乙烯酯。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述铸造树脂/沙子混合物的步骤包括将所述树脂/沙子混合物置于可微波加热的模具中。
4.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，将所述树脂/沙子混合物加热约2到5分钟。
5.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，将所述树脂/沙子混合物加热约3分钟。
6.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，在步骤(a)中，所述树脂和沙子的混合比例在约1∶4到1∶6的范围内。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述混合比例约为1∶5。
8.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括在加热前雕刻所述树脂/沙子混合物的步骤。
9.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括在冷却后修饰所述树脂/沙子混合物的步骤。
10.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述步骤(b)包括采用位于平台上的滚销。
11.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述可微波加热的模具为多腔的可微波加热的真空模具。
12.根据权利要求11所述的工艺，其特征在于，所述无毒粘合树脂用水以约1∶1的比例进行稀释。
13.一种用于制作沙铸件的成套工具，包括沙子；无毒粘合树脂；和可微波加热的模具。
14.一种用于制作沙铸件的成套工具，包括沙子；无毒粘合树脂；滚销；可微波加热的平台；和可调节的保持器。
15.根据权利要求13所述的成套工具，其特征在于，所述无毒的粘合树脂包括聚乙酸乙烯酯。
16.根据权利要求14所述的成套工具，其特征在于，所述无毒的粘合树脂包括聚乙酸乙烯酯。
17.根据权利要求13所述的成套工具，其特征在于，所述成套工具包括雕刻工具。
18.根据权利要求14所述的成套工具，其特征在于，所述成套工具包括雕刻工具。
19.根据权利要求13所述的成套工具，其特征在于，所述成套工具包括修饰工具。
20.根据权利要求14所述的成套工具，其特征在于，所述成套工具包括修饰工具。
21.一种在铸造沙型的工艺中使用的权利要求13所述的成套工具，所述工艺包括步骤(a)将沙子和无毒的粘合树脂混合，形成树脂/沙子混合物；(b)采用可微波加热的模具将所述树脂/沙子混合物铸成优选的形状；(c)加热所述树脂/沙子混合物，直到所述沙铸件成型为止；和(d)冷却所述沙铸件。
22.一种在铸造沙型的工艺中使用的权利要求14所述的成套工具，所述工艺包括步骤(a)将沙子和无毒的粘合树脂混合，形成树脂/沙子混合物；(b)采用滚销、可微波加热的平台和可调节的保持器将所述树脂/沙子混合物铸成优选的形状；(c)加热所述树脂/沙子混合物，直到所述沙铸件成型为止；和(d)冷却所述沙铸件。
全文摘要
提供了一种用于铸造沙型的工艺和成套工具，其可由儿童在家庭中安全有效地使用。此工艺包括步骤将沙子和无毒的粘合树脂混合，形成树脂/沙子混合物；将树脂/沙子混合物铸成优选的形状；在微波炉中加热树脂/沙子混合物，直到沙铸件成型为止；以及冷却沙铸件。
文档编号B29C67/24GK1393274SQ0212335
公开日2003年1月29日 申请日期2002年6月14日 优先权日2001年6月15日
发明者M·兰道尔 申请人:Mqh投资有限公司