CN102666080B - 用于形成具有厚壁和薄壁挤压件的模具 - Google Patents

Abstract

一种用于形成挤压件的模具，包括模具本体、本体馈送段和挤压件形成段。模具本体可包括入口和出口，入口和出口限定穿过模具本体的挤压料流动路径。本体馈送段可定位在入口与出口之间，并包括设置在本体馈送通道的布置。挤压件形成段可定位在本体馈送段与出口之间，并包括流体联接至至少一个厚壁形成部分的薄壁形成部分。薄壁形成部分可包括从本体馈送段朝向出口延伸的销的阵列，而厚壁形成部分可包括定位在穿过厚壁形成部分的挤压料流动路径内的至少一个挡板部分。厚壁形成部分的面积可大于各销之间的间隙面积。

Description

用于形成具有厚壁和薄壁挤压件的模具

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年6月12日提交的、题为“Dies For Forming ExtrusionsWith Thick And Thin Walls”的美国非临时专利申请第12/483,574号的权益和优先权，本申请所依赖的内容以参见的方式整体地纳入本文。

技术领域

本发明总体涉及用于形成挤压件的模具，且更具体地涉及用于形成具有厚壁和薄壁部分的挤压件的模具。

技术背景

具有复杂横截面结构的玻璃、聚合物和陶瓷物品可用于各种应用中。例如，玻璃或聚合物微结构光纤可从微结构光纤预制件拉制而成，该微结构光纤预制件可大致包括被包层或相对厚壁实心套管围绕的中心微结构区域。微结构区域可围绕中心芯部，该中心芯部提供从预制件拉制的光纤的光导特性。该微结构区域可形成有多个通道或气孔，使得该微结构区域具有非常高的开固比(opento solid ratio)(例如微结构光纤是“空气填充的”)。预制件的微结构区域可用薄壁撑架网连接至厚壁套管和芯部，该薄壁撑架网将微结构区域悬置在芯部与实心套管之间。因而，微结构光纤的径向横截面可包括厚壁部分和薄壁部分。

诸如上述的微结构光纤预制件可用各种技术制成，诸如堆叠拉制方法，其中将毛细管束围绕玻璃芯部组装并插入拉制成预制件的玻璃套管内。但是，可能理想的是开发出形成微结构光纤预制件和其它玻璃、聚合物或陶瓷结构的替代方法。

发明内容

在一实施例中，一种用于形成挤压件的模具，包括模具本体、本体馈送段和挤压件形成段。模具本体可包括入口和出口，入口和出口限定穿过模具本体的挤压料流动路径。本体馈送段可定位在入口与出口之间，并包括设置在挤压料流动路径内的本体馈送通道的布置。挤压件形成段可定位在本体馈送段与出口之间，并包括流体联接至至少一个厚壁形成部分的薄壁形成部分。薄壁形成部分可包括从本体馈送段朝向出口延伸的销的阵列，而厚壁形成部分可包括定位在穿过厚壁形成部分的挤压料流动路径内的至少一个挡板部分。厚壁形成部分可具有比相互相邻销之间的间隙面积大的径向横截面面积。

在另一实施例中，一种用于制造整体式模具的方法，该整体式模具用于形成具有薄壁部分和厚壁部分的挤压件，该方法可包括沉积基材的初始层并通过将辐射源的输出以预定图案在基材的初始层上穿过而固结基材的初始层，从而形成模具的初始横截面薄片。此后，模具的至少一个另外的横截面薄片可通过如下步骤形成在模具的初始横截面薄片上：a)将一层基材沉积在模具的先前固结的横截面薄片上，以及b)通过将辐射源的输出以预定图案在可烧结粉末层上穿过而将该一层基材固结至模具的先前固结的横截面薄片。重复步骤a)和b)来制造整体式模具。通过该方法形成的整体式模具可包括模具本体、定位在模具本体的入口与出口之间的本体馈送段和定位在本体馈送段与出口之间的挤压件形成段。挤压件形成段可包括薄壁形成部分和至少一个带挡板的厚壁形成部分，薄壁形成部分具有从本体馈送段向出口延伸的多个销。带挡板的厚壁形成部分可具有比相互相邻销之间的间隙面积大的径向横截面面积。

在另一实施例中，用本文所述模具形成的挤压件具有径向横截面，该径向横截面包括与至少一个薄壁部分一体形成的至少一个厚壁部分。薄壁部分包括将多个开口孔道分开的薄撑架网。各撑架的厚度可小于厚壁部分的径向厚度。

将在以下详细描述中阐述本文所述各实施例的附加特征和优点，这些特征和优点在某种程度上对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实践包括以下详细描述、权利要求书以及附图的本文所述的本发明可认识到。

应理解的是，上述总体说明和各实施例的下面详细说明都意在提供概况或框架以便理解所要求保护的性质和特征。包括附图是为了提供对各实施例的进一步理解，附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出所描述的各实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理和操作。

附图的简要说明

图1是通过根据本文所示和所描述一个或多个实施例的挤压模具形成的包括厚壁部分和薄壁部分的挤压件的横截面；

图2示出根据本文所示和描述的一个或多个实施例的模具的出口侧；

图3示出根据本文所示和描述的一个或多个实施例的模具的入口侧；

图4示出根据本文所示和描述的一个或多个实施例的模具的剖视图；

图5示出根据本文所示和描述的一个或多个实施例的图4的模具的局部剖视图；

图6示出根据本文所示和描述的一个或多个实施例的图4的模具的局部剖视图；

图7示出根据本文所示和描述的一个或多个实施例的图4的模具的局部剖视图；

图8示出根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图4的模具的薄壁形成部分的三个相互相邻销之间的间距；

图9示出薄壁部分的剖视图，该薄壁部分具有用于形成根据本文所示和所描述的一实施例挤压件内实心芯部的芯部形成件；

图10示出图4的模具的局部剖视图，为了说明目的未示出薄壁形成部分；

图11A示出烧结至构建平台的模具的初始横截面薄片；

图11B示出模具的本体馈送段的横截面薄片；以及

图11C示出根据本文所示和描述的一个或多个实施例的模具的本体馈送段的横截面薄片。

具体实施方式

将详细参照用于形成带有厚壁部分和薄壁部分的挤压件的模具的各种实施例，附图中示出该模具的各示例。只要有可能，在所有附图中都用相同的附图标记来表示相同或类似的部件。图2中示出用于形成带有厚壁部分和薄壁部分的挤压件的模具的一实施例，该模具始终总体由附图标记100标示。该模具可总体包括模具本体，该模具本体包括入口和出口，入口和出口限定挤压料流动路径。模具本体可形成有挤压件形成段，该挤压件形成段包括薄壁形成部分和厚壁形成部分，薄壁形成部分具有多个销，厚壁形成部分具有一个或多个挡板部分。本文将更详细描述模具的每个部分以及用于形成和使用模具的技术。

参照图1，在剖视图中示出包括厚壁部分和薄壁部分的挤压件10的一实施例。挤压件10可借助于通过模具来挤压陶瓷、玻璃熔融体、聚合物熔融体或类似可挤压材料而形成，该模具具有挤压件形成段，挤压件形成段包括厚壁形成部分和薄壁形成部分，如本文所述。在所示示例中，挤压件10是借助于通过带挡板模具来挤压聚合物熔融体或玻璃熔融体形成的微结构光纤预制件，如本文将进一步描述的。挤压件10通常包括至少一个厚壁部分和至少一个薄壁部分，厚壁部分诸如实心芯部12或实心套管16，薄壁部分诸如微结构区域14。本文使用的厚壁和薄壁是指挤压件10的各部分的相对厚度。

在图1所示的实施例中，挤压件10包括由微结构区域14围绕的实心芯部12。相对厚壁的实心套管16围绕微结构区域14。微结构区域14可包括沿着预制件的长轴线向下延伸的多个开口孔道18，形成通道或空气线路。每个孔道18通过相对薄壁撑架20的网与相邻孔道分开。在所示实施例中，撑架20的网在芯部12与套管16之间延伸。一般而言，各撑架20的厚度基本上小于套管16和/或芯部12的径向厚度。

尽管图1示出挤压件10具有被微结构区域14和套管16围绕的实心芯部12，但应当理解，也可能有利用本文所述带挡板模具形成的挤压件10的薄壁部分和厚壁部分的各种其它构造和定向。例如，挤压件可具有实心芯部、中空芯部、多芯部(例如多实心芯部、多中空芯部或其组合)或没有芯部。

现参照图2-4，示出用于形成带厚壁部分和薄壁部分的挤压件的模具100的一实施例。模具100通常包括模具本体102，模具本体102形成有本体馈送段104和挤压件形成段105。挤压件形成段105包括薄壁形成部分106和包括至少一个挡板部分108的至少一个厚壁形成部分107。在本文所示实施例中，模具100还可包括入口馈送段160和本体馈送段104。但是，应当理解，模具100可形成具有或不具有入口馈送段160和本体馈送段104。

模具本体102可包括具有内部侧壁116、入口110和出口112的大致圆筒形管。模具本体102的内径可为从约2mm至约200mm，更佳地为从约10mm至约100mm，最佳地为从20mm至约80mm。入口110和出口112定位在模具本体102的两端并大致限定穿过模具本体102的挤压料流动路径，使得在所施加压力或力下进入入口110的挤压料馈送穿过模具本体102并在出口112处排出模具本体102。因而，应当理解，模具100的入口110流体联接至模具100的出口112。

尽管模具本体102在本文示出和描述为大致圆筒形，但应当理解，模具本体102可具有各种其它几何构造。例如，模具本体102和/或穿过模具本体102的挤压料流动路径的横截面可以是方形、矩形、三角形等，取决于形成的挤压件的所要求的形状。

现参照图3-5，当模具100包括入口馈送段160时，入口馈送段160可定位在模具本体内，使得当挤压料进入入口110时，挤压料首先流过入口馈送段160。因而，应当理解，入口馈送段160流体联接至模具本体102的入口110。入口馈送段160可包括入口馈送通道164的布置，这些入口馈送通道设置在穿过模具本体102的挤压料流动路径内。入口馈送通道164由多个入口馈送肋162形成，多个入口馈送肋162横跨模具本体102延伸。在图3-5所示的实施例中，各入口馈送肋162布置成相交图案，使得入口馈送通道164为六边形横截面。但是，应当理解，在其它实施例(未示出)中，入口馈送肋162可具有各种其它布置，使得入口馈送通道164具有不同的横截面形状。例如，入口馈送通道164可具有圆形、三角形、方形、矩形、八边形等的横截面。

尽管本文示出和描述的模具100的各实施例包括入口馈送段160，但应当理解，入口馈送段160是选配的，且模具100可形成为不具有入口馈送段160而不影响模具100的功能。

现参照图4和6，模具100可包括本体馈送段104。当如图4所示且如上所述模具100包括入口馈送段160时，本体馈送段104在挤压件形成段105与入口馈送段160之间定位在模具本体102内，使得本体馈送段104流体联接至入口馈送段160并进而流体联接到入口110。但是，在模具100不包括入口馈送段160的其它实施例(未示出)中，本体馈送段104在挤压件形成段105与入口110之间定位在模具本体102内，使得本体馈送段104直接流体联接至入口110。

本体馈送段104可包括本体馈送通道124的布置，这些本体馈送通道设置在穿过模具本体102的挤压料流动路径内。本体馈送通道124由多个本体馈送肋120形成，多个本体馈送肋120跨越模具本体102内部布置。在图6所示的实施例中，各本体馈送肋120布置成相交图案，使得本体馈送通道124为三角形横截面。但是，应当理解，在其它实施例(未示出)中，本体馈送肋120可具有各种其它布置，使得本体馈送通道124具有不同的横截面形状。例如，各本体馈送肋120可布置成使得本体馈送通道124可具有圆形、方形、矩形、六边形、八边形等的横截面。

当如本文所述实施例中所示模具100包括入口馈送段160和本体馈送段104时，本体馈送通道124设置在入口馈送通道164上方，使得本体馈送通道124流体联接至入口馈送通道164。此外，每个本体馈送通道124的横截面面积(例如由形成每个本体馈送通道的各本体馈送肋120封围的横截面面积)小于每个入口馈送通道164的横截面面积(例如由入口馈送肋162封围的横截面面积)。

参照图4，在一实施例中，本体馈送段104的出口侧(例如，本体馈送段104的最靠近出口112的一侧)形成有U形或凹陷环形部分170，使得本体馈送段104具有到模具本体102的内部侧壁116和薄壁形成部分106的渐缩过渡。凹陷环形部分170在模具本体的微结构形成部分与内部侧壁116之间围绕本体馈送段104的出口侧延伸。此外，尽管将本体馈送段104示出和描述为形成有凹陷环形部分170，但应当理解，该环形部分可具有不同的横截面面积。例如，环形部分可以是V形或楔形的(例如，本体馈送段104可从模具本体102的内部侧壁116向内渐缩至微结构形成部分)。此外，尽管本文示出和描述模具100的各实施例为包括凹陷环形部分170，但应当理解，模具100可形成为没有凹陷环形部分170。

现参照图4和7-8，模具100的挤压件形成段105在模具100的入口110与出口112之间定位在模具本体102内。当模具100如本文所述包括本体馈送段104时，挤压件形成段可定位在本体馈送段104与出口112之间。挤压件形成段105可大致包括至少一个厚壁形成部分107和至少一个薄壁形成部分106。本文使用的术语“厚壁”和“薄壁”是指由挤压件形成段105的厚壁形成部分107和薄壁形成部分106形成的挤压件的各部分的相对壁厚。因而，应当理解，厚壁形成部分107形成的挤压件部分的壁厚比由薄壁形成部分106形成的挤压件部分的壁厚厚。

仍参照图4和7-8，薄壁形成部分106通常包括定位在模具本体102内并设置在模具100的挤压料流动路径内的多个销130。各销130具有沿模具本体102轴向的长度L并沿朝向模具100的出口112的方向从本体馈送段104延伸。各销130的长度L可为从约0.1mm至约25mm，较佳地为从约1mm至约20mm，且最佳地为从约5mm至约10mm。各销130的直径可为从约0.08mm至约10mm，较佳地从约0.5mm至约3mm。在如本文所述模具100包括本体馈送段104的情况下，各销130可从本体馈送段104的本体馈送肋120延伸。在一实施例中，在各本体馈送肋120以相交图案定向的情况下，各销130可从各本体馈送肋120的交点延伸。各销130可彼此间隔开且各销130之间的空隙面积182彼此流体联接，并联接至本体馈送通道124、出口112以及厚壁形成部分107。相邻销之间的间距为从约0.1mm至约5mm，较佳地从约0.15mm至约1mm。

由于各销130之间的空隙面积182彼此流体联接，流过薄壁形成部分106的挤压料材料沿径向围绕各销130重新结合或重新固结。但是，各销130的长度L足以在挤压料材料排出薄壁形成部分106时防止挤压料材料沿径向重新结合或重新固结。因而，应当理解，薄壁形成部分106的各销130赋予挤压料材料以结构，且更具体地形成挤压料材料内的通道，这些通道的横截面对应于各销130的横截面。

当使用模具100来形成类似于图1所示的挤压件时，流过空隙面积182的挤压料材料形成挤压件10的微结构区域14，且各销130的形状确定孔道18的横截面形状，而各销130的相对定向和布置决定薄壁撑架20的形状和布置。在本文所示实施例中，各销130是圆形横截面。但是，应当理解，各销130可具有其它横截面形状，包括而不限于方形、矩形、三角形、六边形、八边形等。此外，应当理解，挤压件形成段105可包括具有不同横截面的销的组合。

此外，在本文所示和所述实施例中，各销130布置成各偏移排的图案，使得一排中销的中心点位于相邻排内两个接连销之间的中点处，如图8所示。但是，应当理解，各销130可以各种其它定向或随机定向布置。

如上所述，挤压件形成段105还可包括厚壁形成部分107。厚壁形成部分107通常包括设置在穿过模具本体的挤压料流动路径内的通道。厚壁形成部分107可通常与薄壁形成部分106共同延伸并流体联接至薄壁形成部分106的空隙面积182，如图4和7所示。例如而非限制，在图4所示模具100的实施例中，厚壁形成部分107包括围绕各销130与模具本体102的内部侧壁116之间的薄壁形成部分延伸的环形通道。但是，应当理解，厚壁形成部分可具有不同的构造，且可能有厚壁形成部分107和薄壁形成部分106的不同相对定向，如本文将更详细描述的。

厚壁形成部分107通常具有的厚度(例如在图7所示实施例中径向厚度R)使得厚壁形成部分107的径向横截面面积大于薄壁形成部分106的相邻销130之间的空隙面积182。模具100的厚壁形成部分107的径向厚度可为从约0.5mm至约25mm，较佳地从约1mm至约10mm，且最佳地为从约2mm至约8mm。空隙面积182与厚壁形成部分107的径向横截面面积之差可由于不同的牵拉量而造成流动通过模具的挤压料流动路径的挤压料材料具有不均匀的流率和跨越挤压件形成段105的径向横截面的相应压降。具体来说，移动通过厚壁形成部分107的挤压料材料比移动通过薄壁形成部分106的挤压料材料经受较小的牵拉，这可能致使形成的挤压件内的不规则。因而，为了补偿该效应，模具100包括设置在厚壁形成部分107内的一个或多个挡板部分108。挡板部分108阻碍挤压料材料流过厚壁形成部分107并由此使厚壁形成部分107和薄壁形成部分106内的挤压料材料的流率相等。

参照图4和10，至少一个挡板部分108设置在厚壁形成部分107内。更具体地，在图2所示的实施例中，挡板部分108悬置在薄壁形成部分106与模具本体102的内部侧壁116之间。图10示出模具本体102的部分横截面，未示出薄壁形成部分以更好地示出挡板部分108。在该实施例中，挡板部分108在本体馈送段104与出口112之间轴向设置在模具本体102内并围绕薄壁形成部分106延伸。挡板部分108与本体馈送段104和模具100的出口112都间隔开。

在本文所示实施例中，挡板部分108包括悬置在薄壁形成部分和模具本体102的内部侧壁116之间的肋状挡板140的布置。在本文所述的实施例中，挡板140的高度H可为从约0.02mm至约10mm，较佳地从约0.1mm至约1mm，最佳地从约0.4mm至约0.5mm。各挡板140的厚度可为从约0.02mm至约10mm，较佳地为从约0.1mm至约1mm，且最佳地为从约0.4mm至约0.5mm。

各挡板140布置成形成延伸穿过挡板部分108的多个挡板通道142。随着挤压料材料流动通过挡板部分108，挡板104阻碍或减慢挤压料材料的流动，于是通过将挤压料材料的流动围绕挡板140并穿过挡板通道142分开而使穿过厚壁形成部分107和薄壁形成部分106的流率相等。但是，各挡板140的高度H显著小于薄壁形成部分106的各销130的长度L，使得在挤压料材料围绕挡板140穿过并通过挡板通道142之后，挤压料材料沿轴向和径向重新结合或重新固结。在本文所示和所述实施例中，各销130的长度L与挡板140的高度H的比值可能小于约1000，更佳地小于约100，且最佳地小于约10。因而，应当理解，挡板140和挡板通道142不赋予流过薄壁形成部分107的挤压料材料以结构。

在本文所示和所述的模具100的实施例中，挡板通道142呈大致三角形横截面。但是，应当理解，各挡板通道142可具有各种其它横截面，包括而不限于圆形、方形、矩形、六边形、八边形等。

在图4和10所示的实施例中，模具100包括单个挡板部分108，且挡板部分108内每个挡板通道142的面积大致等于相互相邻的销130之间的间隙面积182。但是，应当理解，也可能有挡板部分108的各种其它构造。例如，在(未示出的)其它实施例中，模具100可包括沿模具100的轴向长度设置在厚壁形成部分107内的多个挡板部分，每个挡板部分作用以单独地或总地阻碍挤压料材料在厚壁形成部分107内的流动。如本文所述，每个挡板部分可包括多个挡板和挡板通道，且对于每个接连的挡板部分，每个挡板通道的面积可以相同。在替代实施例中，接连的挡板部分内的挡板通道的面积可沿模具100的轴向长度渐变，使得较靠近模具入口的挡板部分包括较小的挡板通道，而较靠近出口的挡板部分具有较大的挡板通道。在替代实施例中，每个挡板通道的面积可沿模具100的轴向长度渐变，使得较靠近模具入口的挡板部分包括较大的挡板通道，而较靠近出口的挡板部分具有较小的挡板通道。因而，应当理解，在模具100中可利用具有挡板140的各种构造和挡板通道142的各尺寸和形状的多个挡板部分，以阻碍挤压料材料穿过厚壁形成部分的流动，并由此使挤压料材料在挤压件形成段105内跨越模具的径向横截面的流率相等。

在一实施例中，如图4和10所示，挡板部分108相对于薄壁形成部分106和模具本体102的内部侧壁116以一定角度定向。具体参照挡板部分108的出口侧，薄壁形成部分106与挡板部分108的出口侧之间的角度θ小于约90度。但是，应当理解，挡板部分108可在模具本体102内定向成使得挡板部分108的出口侧与模具本体的内部侧壁116之间的角度小于约90度或等于90度。

在图4所示模具100的实施例中，厚壁形成部分107围绕薄壁形成部分106延伸。因而，流过厚壁形成部分107的材料形成围绕流过薄壁形成部分106的材料的厚壁套管，类似于图1所示挤压件10内围绕微结构区域14的厚壁套管16。但是，应当理解，也可能有厚壁形成部分107和薄壁形成部分106的其它相对定向和构造以形成不同构造的挤压件。

例如参照图9，示出挤压件形成段105A的一替代实施例的径向横截面。在该实施例中，薄壁形成部分106A径向延伸至模具本体102的内部侧壁116并形成围绕厚壁形成部分107A的环形环。薄壁形成部分包括如上所述的多个销130。厚壁形成部分107A通常是六边形径向横截面并包括挡板部分，该挡板部分具有设置在穿过厚壁形成部分107A的挤压料流动路径内的多个挡板140。如本文所述，各挡板140布置成形成各挡板通道142，各挡板通道142在所示实施例中呈三角形横截面。具有该构造的挤压件形成段105A的模具可用于形成具有通过厚壁形成部分107A形成的厚壁实心芯部的挤压件，该厚壁实心芯部由通过薄壁形成部分106A形成的薄壁撑架的网和孔道围绕。尽管图9所示的挤压件形成段105A的实施例示出为包括用于形成实心芯部的厚壁形成部分107A，但应当理解，厚壁形成部分107A可形成有具有各种横截面形状和构造的多个通道(未示出)，以形成具有多个实心芯部件的挤压件。

在(未示出的)另一实施例中，挤压件形成段可包括多个薄壁形成部分和/或多个厚壁形成部分。例如，图1所示且包括厚壁实心套管16、微结构区域14和实心芯部12的挤压件10可用包括两个厚壁形成部分和一个薄壁形成部分的模具形成，两个厚壁形成部分和一个薄壁形成部分定向成使得第一带挡板厚壁形成部分被薄壁形成部分围绕，该薄壁形成部分又被第二带挡板厚壁形成部分围绕。

应当理解，薄壁形成部分和厚壁形成部分可以呈圆形、三角形、方形、矩形、六边形、八边形或任何其它适当的规则或不规则几何构造和/或其各种组合。例如，带挡板的三角形厚壁形成部分可定位在圆形薄壁形成部分的中心。

在一实施例中，模具100可一体形成，且这样，上述模具的每个部分可与模具本体一体形成。因而，尽管模具100的结构在本文中以各离散部位或部分进行描述，但应当理解，该模具可形成为单个整体件。

例如，模具100可以利用层层叠加工艺整体地形成，其中基材的接连的离散层沉积并固结以整体形成模具的各特征。利用类似于2006年11月29日提交的题为“EXTRUSION DIE MANUFACTURING METHOD”的美国专利申请第11/605,755号中所描述的工艺也可形成该模具，该申请以参见的方式纳入本文。具体地，该模具可通过将基材的初始层，诸如可烧结陶瓷粉末或可烧结金属粉末沉积在构建平台上来形成。可在惰性气氛下、例如在氩气或氮气气氛下将可烧结粉末沉积在构建平台上。在沉积可烧结粉末之后，诸如激光或电子束的辐射源以预定图案在沉积粉末上穿过以使基材固结(例如当基材为粉末金属或陶瓷时烧结基材)成具有所要求特征的固体层。在该实施例中，通过辐射源赋予粉末的热能将粉末烧结至构建平台，由此形成模具的初始横截面薄片。此后，通过将基材的另外各层沉积在初始横截面薄片上并使辐射源以预定图案在每个基材沉积层上穿过，由此将基材的另外层固结并将该层结合至先前固结的横截面薄片，而将模具的另外横截面薄片形成在初始横截面薄片上。该过程可重复多次以构建模具的本体和任何内部特征。应当理解，辐射源在其上穿过的图案可以变化以形成模具的不同特征，如本文将更详细描述的。

参照图2-4和11A-11C，在一实施例中，模具100可使用层层粉末沉积和固结工艺从出口向入口制成。该方法包括将基材的初始层202沉积在构建平台200上。在该实施例中，基材可以是诸如钴铬合金金属粉末或类似金属粉末之类的可烧结材料。或者，可烧结材料可以是陶瓷粉末。在本文所述的实施例中，可烧结材料包括以80微米筛分的离散颗粒，但应当理解，根据模具所要求的表面光洁度也可利用其它尺寸的颗粒。可烧结材料可沉积成约20微米厚的层，但根据用于固结各层粉末的辐射源的功率，也可沉积更厚或更薄的层。

在沉积可烧结材料的初始层之后，辐射源(在该实例中是烧结激光)以预定图案在基材上穿过，由此将基材的初始层固结或烧结至构建平台。例如，参照图11A，模具100的初始横截面薄片通过以下方式形成：使辐射源以对应于销130和模具本体102的图案在可烧结材料的沉积层上穿过，由此烧结可烧结材料以制成对应于挤压件形成段105的模具本体102和销130的模具的横截面薄片。将材料沉积和固结步骤重复多次，以构建模具的每个部分，使每个新沉积的横截面薄片沉积并烧结在先前烧结的横截面薄片上。例如，为了形成本体馈送段104，以本体馈送肋120和模具本体102的图案烧结可烧结材料的沉积层，如图11B所示。类似地，为了形成入口馈送段160，以入口馈送肋162和模具本体102的图案烧结可烧结材料的沉积层。

尽管本文描述的模具100的各实施例可利用层层沉积和固结工艺整体形成，在该工艺中沉积和固结粉末基材的多个离散层，但应当理解，也可使用其它层层沉积和固结技术来形成该模具。例如，在一实施例中，模具100可利用立体光刻来构造，其中基材是沉积在各离散层上的液态聚合树脂。沉积后，每个离散层可用诸如UV辐射源的辐射源固结或固化，然后沉积下一后续的液态聚合树脂层。UV辐射源可以预定图案在液态聚合树脂层上穿过，使得固结层具有模具的所要求的特征。

在另一实施例中，层层沉积和固结工艺可包括沉积各基材的离散层，该基材包括含有粘结剂的粉末金属或陶瓷材料。在沉积基材之后，诸如紫外或红外辐射源之类的辐射源可以以预定图案在沉积层上穿过，由此以所要求图案固化粘结剂并固结基材。因而，应当理解，可使用各种沉积技术来整体形成本文所述的模具100。

现将参照图2-4来描述在使用模具100形成类似于图1所示挤压件10的挤压件时穿过模具100的挤压料材料的流动，但使用图2-4的模具100，形成没有芯部的挤压件。为了形成该挤压件(在该实例中是微结构光纤预制件)，在入口110处将挤压料材料引入模具100内。在本实施例中，挤压料可以是聚合物熔融体或玻璃熔融体。例如，当挤压料材料是聚合物熔融体时，熔融体可包括环烯烃共聚物、PMMA、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯、聚乙烯或可用于形成聚合光纤的类似聚合物材料。或者，当挤压料材料是玻璃熔融体时，玻璃熔融体可包括硼硅酸盐玻璃、硫系玻璃、硫化物、磷酸盐或可能适于形成玻璃光纤的任何其它玻璃成分。为了本实例的目的，熔融体包括聚合物材料。

在一实施例中，聚合物熔融体可通过流体联接至入口110的馈送管(未示出)被馈送到模具100的入口110内。例如，在一实施例中，馈送管可包括使用机械压力或液压强制挤压料材料进入模具100的夯锤型挤出器。但是，应当理解，也可使用用于馈送挤压料材料通过馈送管和模具100的其它机构。例如，在一实施例中，馈送管可包括挤压螺杆，挤压螺杆在转动时使熔融体流入模具100的形成在入口110与出口112之间的挤压料流动路径。

当模具100包括入口馈送段160时，如图2-4所示，挤压料材料最初流入入口馈送通道164。从入口馈送通道164，挤压料材料流入本体馈送段104，在本体馈送段104挤压料材料被进一步分入更小的本体馈送通道124内。挤压料材料排出本体馈送通道124并进入挤压件形成段105的薄壁形成部分106或厚壁形成部分107。

当挤压料材料排出本体馈送段104并进入挤压件形成段105的薄壁形成部分106时，挤压料材料流入各销130之间的空隙面积182。但是，应当理解，当挤压料材料在薄壁形成部分106的各销130之间且围绕各销130流动时，挤压料材料沿径向重新结合或重新固结由此形成如上所述的薄壁撑架网和开口孔道。此外，因为各销130之间的空隙面积182流体联接至厚壁形成部分107，撑架的网和开口孔道沿径向重新结合或重新固结，挤压料材料流过厚壁形成部分107。但是，各销130防止挤压料材料沿轴向重新固结，使得当挤压料材料排出模具的出口112时，挤压料材料被赋予被薄撑架网分开的开口通道的结构，类似于图1所示。

排出本体馈送段104并进入挤压件形成段105的厚壁形成部分107的挤压料材料部分形成挤压件10的厚壁套管16。当挤压料材料流过厚壁形成部分107时，挤压料材料的一部分与如上所述流过薄壁形成部分106的挤压料材料沿径向重新结合。挤压料材料的重新结合将撑架网附连至套管，由此将挤压件的微结构区域附连至套管。

当挤压料材料流过厚壁形成部分107时，挤压料材料也流过阻碍挤压料材料流动的挡板140，使得挤压料材料穿过厚壁形成部分107的流率大致等于挤压料材料穿过薄壁形成部分106的流率。具体来说，当挤压料材料流过挡板140时，挤压料材料经受由于挡板的阻碍造成的压降，该压降大致等于流过薄壁形成部分106的挤压料材料经受的压降。因为流入厚壁形成部分107的挤压料材料与流过薄壁形成部分106的挤压料材料之间的压降基本上相同，所以挤压料材料的流峰跨越模具100的径向横截面保持均匀，且于是，基本上消除或减少挤压料材料内的剪切力，由此消除形成的挤压件内的不规则或缺陷。

此外，挡板140的高度H(且因此挡板通道142的高度)允许挤压料材料在穿过挡板部分108之后重新结合，使得各挡板140和挡板通道142不赋予挤压料材料以结构，且形成的挤压料的套管基本上是实心的。但是，各销130的长度L足够长，使得挤压料材料在排出微结构形成部分106之后不会沿轴向重新结合，如上文所述。

在排出挤压件形成段105之后，挤压料材料排出模具的出口112，类似于图1所示挤压件的示例实施例具有由厚壁形成部分107形成的相对厚壁部分和由薄壁形成部分106形成的相对薄壁部分，挤压件10包括封围微结构区域14的相对厚壁套管16，微结构区域14包括多个相对薄壁撑架20。

尽管本文使用的具体实例描述了用于从玻璃或聚合物熔融体形成微结构光纤预制件的模具的实施例，但应当理解，这些模具可用于从其它类型的挤压料材料形成其它类型的挤压件。例如而非限制，本文描述的各模具可用于陶瓷挤压料材料以形成可用作例如过滤器的陶瓷挤压件。

现在应当理解，本文示出和描述的带挡板模具可用于提供既包括相对厚壁部分又包括相对薄壁部分的挤压件。通过提供具有薄壁形成部分和带挡板厚壁形成部分的模具而便于形成这些挤压件，使得材料穿过厚壁形成部分的流率受阻，这又形成挤压料材料通过模具的均匀流率。具有该构造的模具具有挤压料材料内减小的剪切力，这基本上减少或消除由于挤压料材料穿过模具的不均匀流率造成的形成挤压件内的缺陷。

此外，还应当理解，本文所述的模具可使用层层沉积和固结工艺整体形成为单件。整体形成模具提供的模具比机械附连或粘结在一起的离散部分组装成的模具更牢固。此外，通过层层沉积和固结工艺整体形成模具还允许在挤压料流动路径内形成挡板，利用常规加工技术在整体式模具内可能无法以其它方式来实现。

对本领域技术人员显而易见的是，可对本文描述的单体式模具作出各种修改和变化而不背离本发明的精神和范围。因此本发明旨在覆盖本发明的修改和变型，只要这些修改和变型在所附权利要求及其等价物的范围内。

Claims (17)

1.一种用于形成挤压件的模具，所述模具包括模具本体、本体馈送段和挤压件形成段，其中：

所述模具本体包括入口和出口，所述入口和出口限定穿过所述模具本体的挤压料流动路径；

所述本体馈送段定位在所述入口与出口之间，并包括设置在所述挤压料流动路径内的本体馈送通道的布置；

所述挤压件形成段定位在所述本体馈送段与所述出口之间，并包括流体联接至至少一个厚壁形成部分的薄壁形成部分，其中所述薄壁形成部分包括从所述本体馈送段朝向所述出口延伸的销的阵列，而所述厚壁形成部分在所述销的阵列与所述模具本体的内部侧壁之间围绕所述薄壁形成部分延伸，其中所述厚壁形成部分还包括定位在穿过所述厚壁形成部分的所述挤压料流动路径内的所述厚壁形成部分内的至少一个挡板部分，所述厚壁形成部分具有比相互相邻销之间的间隙面积大的径向横截面面积。

2.如权利要求1所述的模具，其特征在于，所述至少一个厚壁形成部分是两个壁厚形成部分，所述两个壁厚形成部分是第一厚壁形成部分和第二厚壁形成部分，且所述薄壁形成部分设置在所述第一厚壁形成部分与所述第二厚壁形成部分之间。

3.如权利要求1所述的模具，其特征在于，所述至少一个挡板部分包括布置成形成多个挡板通道的多个挡板。

4.如权利要求3所述的模具，其特征在于，由所述多个挡板通道中的每个挡板通道限定的面积基本上等于所述薄壁形成部分的相互相邻销之间的销间隙面积。

5.如权利要求1所述的模具，其特征在于，所述销的长度与所述挡板的高度之比小于1000。

6.如权利要求1所述的模具，其特征在于，所述本体馈送段和所述挤压件形成段与所述模具本体整体形成。

7.如权利要求3所述的模具，其特征在于，由所述多个挡板通道中的每个挡板通道限定的面积小于由每个本体馈送通道限定的面积。

8.如权利要求1所述的模具，其特征在于，所述模具还包括入口馈送段，所述入口馈送段包括定位在所述入口与所述本体馈送段之间的多个入口馈送通道。

9.如权利要求8所述的模具，其特征在于，所述入口馈送段、本体馈送段和挤压件形成段与所述模具本体整体形成。

10.如权利要求1所述的模具，其特征在于，所述至少一个挡板部分与所述本体馈送段间隔开并形成延伸穿过所述挡板部分的多个挡板通道。

11.一种制造整体式模具的方法，所述整体式模具用于形成具有薄壁部分和厚壁部分的挤压件，所述方法包括：

沉积基材的初始层；

通过将辐射源的输出以预定图案在所述基材的初始层上穿过而固化所述基材的初始层，从而形成所述模具的初始横截面薄片；

在所述模具的所述初始横截面薄片上形成所述模具的至少一个另外的横截面薄片，其中所述至少一个另外的横截面薄片通过以下步骤形成：

a)将一层基材沉积在所述模具的先前固结的横截面薄片上；

b)通过将辐射源的输出以预定图案在可烧结粉末层上穿过而将所述一层基材固结至所述模具的先前固结的横截面薄片；以及

c)重复步骤a)和b)以制造所述整体式模具，其中所述整体式模具包括模具本体、定位在所述模具本体的入口与出口之间的本体馈送段和定位在所述本体馈送段与所述出口之间的挤压件形成段，其中所述挤压件形成段包括：

薄壁形成部分，所述薄壁形成部分包括从所述本体馈送段朝向所述出口延伸的销的阵列；以及

至少一个带挡板的厚壁形成部分，其中所述带挡板的厚壁形成部分在所述销的阵列与所述模具本体的内部侧壁之间围绕所述薄壁形成部分延伸并包括穿过厚壁形成部分的挤压料流动路径内设置在所述厚壁形成部分内的至少一个挡板部分，其中所述至少一个带挡板的厚壁形成部分具有比相互相邻销之间的间隙面积大的径向横截面面积。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述薄壁形成部分形成有从所述本体馈送段朝向所述出口延伸的销的阵列。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述带挡板的厚壁形成部分形成有多个挡板，所述多个挡板布置成形成挡板通道。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述本体馈送段形成有设置在所述模具本体的挤压料流动路径内的多个本体馈送通道。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述基材沉积成具有20微米厚度的各层。

16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述基材具有小于80微米的粒度。

17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述基材是金属粉末或陶瓷粉末，且所述基材通过用烧结激光烧结所述基材而固结。