CN103038036A - 用于制造注射模制产品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制造注射模制产品（11）的方法，包括：通过建造单部件模具块（2）来制造注射模具（1），该单部件模具块包括模腔（5）和第一供给器管道（7），该模腔的尺寸和形状设置成与注射模制产品的所需形状相对应，该第一供给器管道从模腔伸出；以及将熔融材料通过供给器管道而注入模腔中，以便形成注射模制产品和从该注射模制产品伸入第一供给器管道内的浇口；以及机械加工注射模具块的一部分，以便露出注射模制产品，并在浇口使得产品牢固保持在注射模具的剩余部分中的同时机械加工该注射模制产品。然后，将产品从浇口上切割。

Description

用于制造注射模制产品的方法

优先权信息

本申请要求美国临时专利申请No.61/371868的优先权，该美国临时专利申请No.61/371868的标题为“Method for Manufacturing anInjection Molded Product”，申请日为2010年8月9日，申请人为UrsHulliger和Hugo Flueckiger。该申请的全部内容结合到本申请中，作为参考。

技术领域

本发明通常涉及一种用于通过注射模制来制造产品的方法。

背景技术

与已知注射模具相关联的一个问题是，通常，两部件模具设置成这样，即在模具中形成的产品并不保持在两部件模具的任一部件中，从而产品必须通过特殊的保持、夹紧或固定装置来固定在机器上，用于进一步机械加工。因此，需要一种改进的方法，用于利用注射模具通过注射模制来制造产品，该注射模具能够机械加工或除去注射模具的一部分，使得产品牢固保持在注射模具的剩余部分中，并能够在不需要附加的保持、夹紧或固定装置的情况下进行进一步的处理或机械加工。

发明内容

本发明涉及一种用于制造注射模制产品的方法。根据本发明的示例方法包括以下步骤：通过一层层地建造单部件模具块来制造注射模具，该单部件模具块包括模腔，该模腔的尺寸和形状设置成与要通过注射模制形成的所需产品相对应；以及将熔融材料注入注射模具中，并使得注射的熔融材料冷却，从而形成注射模制产品。注射模具在产品冷却后进行机械加工，以便除去注射模具使得产品完全暴露所需的部分。然后，产品在通过从该产品伸出的一个或多个浇口而牢固保持在注射模具的剩余部分中的同时被机械加工。然后，将产品从该一个或多个浇口上切除。

根据本发明，用于产品的示例模制材料包括PEEK、增强塑料和可注射的金属合金。

根据本发明示例实施例的方法可以通过注射模制技术来加快制造单个产品（例如植入件），还可以快速制造用于单个产品的注射模具，而不需要用于要模制的产品的模型（pattern）。根据本发明的方法还能够在不需要其它保持、夹紧或固定装置的情况下对模制的产品进行机械加工（例如通过铣削），还由于将注射模具构造为消失模（lostmold）而不需要两部件模具。而且，注射和冷却管道能够单独构造，且模具可以安装在界面板上，该界面板适合作为用于不同机器的基体。

在一个示例实施例中，产品的机械加工包括通过铣削而在产品上产生平滑的外表面，以便能够使其用作医疗植入件。孔和螺纹可以根据特殊处理过程的需要而机械加工至产品中。而且，示例的铣削系统和方法能够制造太粗糙以至于不能注射模制的结构，如本领域技术人员所知。

在方法的还一示例实施例中，注射模具可以被制造成使得它牢固地建造在基板上。这种结构的优点是基板可以用作用于不同机器（例如注射模制机器、铣床等）的界面。

在还一示例方法中，注射模具的制造可以包括制造一个或多个供给器管道。因此，注射模具可以完全通过一层层地沉积来完成，使得不需要随后的处理或机械加工。

在另一示例方法中，基板包括：第一表面，该第一表面面对注射模具；第二表面，该第二表面背离注射模具；以及一个或多个流入槽道，该流入槽道与一个或多个供给器管道流体连通。流入槽道有朝着基板的第二表面的扩大截面。该扩大截面使得一个或多个浇口能够贴合（form-fittingly）和刚性地夹紧在基板中，以使得产品能够刚性地保持在注射模具的剩余部分和基板中。流入槽道可以有圆柱形或圆锥形部分。

在另一示例方法中，一层层的沉积可以通过“直接添加激光制造”来进行，该直接添加激光制造需要沉积激光熔化金属粉末。

在还一示例方法中，一个或多个金属结构可以在注射模具的制造过程中被引入注射模具中。金属结构可以在成品中提供成一体的支承件，以便提高产品的机械稳定性。

在还一示例方法中，一个或多个金属插入件可以在注射模具的制造过程中被引入注射模具中。金属插入件可以被牢固锚固在产品内。

在还一示例方法中，产品的机械加工可以包括铣削产品和/或在一个或多个金属插入件中切割螺纹。

在还一示例方法中，注射模具的制造可以包括制造一个或多个空气和材料出口以及一个或多个冷却剂管道。

根据本发明的还一示例实施例，提供了一种用于制造注射模制产品的方法，该方法包括制造注射模具的步骤，该注射模具成两部件模具的形式，该两部件模具包括下部部件和上部部件，该下部部件和上部部件形成在它们之间的模腔，该模腔设置为通过注射模制而形成所需产品。将熔融材料注入注射模具中，并冷却以便形成所需产品。两部件模具的上部部件在产品冷却后除去。注射模具的下部部件被机械加工，以便除去注射模具使得产品完全暴露所需的部分。产品在通过从该产品伸出的一个或多个浇口而牢固保持在注射模具的下部部件的剩余部分中的同时被机械加工。然后，将产品从该一个或多个浇口上切除。

在一个示例方法中，两部件模具通过选择激光熔化处理过程来制造。

在另一示例实施例中，产品的机械加工包括通过铣削而在产品上制造平滑外表面，以便能够使其用作医疗植入件。而且，示例的铣削系统和方法能够制造太粗糙以至于不能注射模制的结构，如本领域技术人员所知。

在另一示例方法中，注射模具可以牢固地建造在基板上，该基板能够用作用于不同机器（例如注射模制机器、铣床等）的交界面。

在另一示例方法中，注射模具的制造可以包括制造一个或多个供给器管道，从而注射模具能够完全通过一层层地沉积来完成，而不需要随后的处理或机械加工。

在另一示例方法中，基板包括：第一表面，该第一表面邻近注射模具；第二表面，该第二表面背离注射模具；以及一个或多个流入槽道，该流入槽道与一个或多个供给器管道流体连通。流入槽道可以有朝着第二表面的扩大截面，以使得一个或多个浇口贴合和刚性地夹紧在基板中。而且，任何流入槽道都可以有圆柱形或圆锥形部分。

根据本发明的另一示例实施例，提供了一种用于制造注射模具的方法，该方法包括一层层地建造单件式模具块的步骤，该模具块包括用于通过注射模制来形成所需产品的模腔、一个或多个供给器管道、空气出口和一个或多个冷却剂管道。

附图说明

下面将通过示例参考附图介绍本发明的多个实施例，附图中：

图1表示了根据本发明方法的示例实施例制造的注射模具的一部分的第一剖视图；

图2表示了图1的注射模具的第二剖视图；

图3表示了根据图1的方法实施例的注射模具的剖视图；

图4表示了根据图1的方法实施例局部机械加工的注射模具的剖视图；

图5表示了根据图1的方法实施例局部机械加工的注射模具的剖视图；

图6表示了根据图1的方法实施例的产品和完全机械加工的注射模具的剖视图；

图7表示了根据本发明方法的另一示例实施例制造的两部件注射模具的剖视图；

图8表示了根据图7的方法实施例的注射模具的下半部分的一部分的剖视图；

图9表示了根据图7的方法实施例的注射模具的上半部分的一部分的剖视图；以及

图10表示了根据图7的方法实施例的注射模具的整个下半部分的剖视图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于制造注射模具和随后在不需要任何夹紧装置的情况下对该注射模具钻孔的系统和方法。具体地说，根据本发明的示例系统和方法涉及使用本领域已知的沉积技术来一层层地建造模具块。在沉积多层时，形成为细长开口的供给器管道设于各层中。一旦模具块完成，注入模具内的材料也流入供给器管道中，以便形成从模制产品延伸至系统基部的细长浇口，从而在进行铣削时将模制产品保持就位。一旦模制的产品已经铣削至所需规格，将浇口从其中除去，以便从基部释放产品。

图1至6表示了用于使用注射模具系统1来制造注射模制产品11的方法的第一示例实施例。注射模具系统1包括模具块2，该模具块2包括建造在基板9上的模腔5，使得在对注射模制产品11进行进一步的处理和/或机械加工时注射模制产品11的一部分保持固定在基板9上。如图1和2中所示，注射模具系统1的模具块2可以使用添加激光制造处理而建造在基板9上，该添加激光制造处理通过使用激光添加装置18在模具块2上一层层地沉积激光熔融金属粉末而建造模具块2。例如，用于直接添加激光制造的已知装置由IREPA LASER,France可以获得。不过，本领域技术人员应当知道，任何已知的激光添加装置可以与系统1一起使用。基板9用作在模具块2和各种机器和/或装置（该机器和/或装置在注射模制处理过程中使用）之间的交界面，从而使得基板9与装置例如激光添加装置18、注射模制装置21和/或机械加工装置（例如铣削切刀23）的机器界面板17连接。

如图1中所示，基板9使用固定元件例如螺钉20而可拆卸地固定在激光制造装置18的机器界面板17上。基板9包括：第一表面25，模具块2建造在该第一表面25上；以及第二表面26，该第二表面26附接在机器界面板17上。基板9包括从第一表面25穿过它延伸至第二表面26的流入槽道24，使得模具材料可以穿过它流向模具块2。基板9还包括穿过它的至少一部分延伸的冷却剂管道28，使得冷却液可以在基板9和模具块2之间流动。基板9还可以包括穿过它延伸的空气和材料出口29。如图1-3中所示，金属粉末通过一个或多个喷嘴注入，并在高功率激光单元19作用下熔化，从而形成金属材料的同质沉积。模具块2建造成包括：供给器管道7，用于将熔融材料供给模腔5；用于空气和材料出口6的管道，如图3中所示，从模腔5开始；以及冷却剂管道8，在注入的熔融材料的冷却过程中用于冷却液。在优选实施例中，模具块2包括两个供给器管道7。供给器管道7可以制造成与流入槽道24连通，冷却剂管道8制造成与冷却剂管道28连通，而空气和材料出口6制造成与基板9的槽道29连通，使得模具块2不需要任何随后处理。为了制造一层，喷嘴和高功率激光单元19一起沿覆盖该层的整个区域的通路运动。因此，金属材料只沉积在与相应层的截面相对应的表面上，以使得材料并不沉积在模腔5、供给器管道7、用于空气和材料出口6的管道以及冷却剂管道8的范围内。

供给器管道7的直径足够大，使得在随后的机械加工过程中，由模制产品11的固化浇铸材料形成的浇口15（如图5中所示）将模制产品11牢固保持在基板9和机器界面板17上。供给器管道7能够分布在模腔5的截面区域上，使得注射模制产品11以机械稳定的方式通过浇口15来保持。流入槽道24可以在基板9的第二表面26处具有扩大截面27，使得由固化的浇铸材料形成的浇口15以贴合的方式保持在基板9中。

如图2中所示，金属结构14和两个金属插入件12可以在制造过程中插入注射模具系统1的模腔5中，以便向模制产品11提供支承。金属插入件12可以用于随后机械加工穿过和在模制产品11中的螺纹。

一旦已经建造了模具块2，注射模具系统1可以安装在注射模制机器21上，如图3中所示。基板9与附接的模具块2一起可拆卸地固定在注射模制机器21的机器界面板17’上。基板9可以以与激光添加装置18类似的方式附接在注射模制机器21上，如上所述。例如，基板9可以通过螺钉20来附接在注射模制机器21上。熔融材料10（例如聚醚醚酮（PEEK）、增强塑料或可注射金属合金）注入该注射模具系统1内，通过流入槽道24和相应供给器管道7进入模腔5中。熔融材料10插入其中，直到模腔5完全充满，包围金属结构14和插入件12，从而熔融材料10的一部分伸入用于空气和材料出口6的管道中。在注射步骤完成之后，冷却液被泵送通过冷却剂管道8，使得注射的熔融材料10冷却，并形成产品11。

图4表示了在产品11冷却之后机械加工注射模具系统1的模具块2的步骤。例如，使用铣刀22，将模具块2的一部分除去，以便完全露出产品11。注射模具系统1的基板9可以安装在铣床22的机器界面板17”上。

图5表示了机械加工产品11的步骤。模制产品11的机械加工在与机械加工模具块2的先前步骤中使用的相同铣床上进行。产品11的机械加工包括在金属插入件12中切割螺纹。铣削工具23可以用于在整个产品11上制造平滑表面。在机械加工过程中，产品11通过两个整体形成的铸造浇口15（该铸造浇口15从模制产品伸入供给器管道7中）而牢固保持在模具块2的剩余部分和/或基板9中。铸造浇口15还可以伸入流入槽道24的扩大端部中，使得模制产品11相对于基板9被牢固保持。本领域技术人员应当知道，浇口15使得模制产品11能够相对于注射模具系统1固定，以使得模制产品11可以在不使用附加夹紧和/或固定装置的情况下进行进一步处理和/或机械加工。

一旦模制产品11已经根据需要进行了机械加工，模制产品11就可以与铸造浇口15分离，从而只留下模制产品11。如图6中所示，可以使用切割工具将最终产品11从两个浇口15上切割。

如图7至10中所示，注射模具系统1'的第二示例实施例基本类似于注射模具系统1，如上所述，但是使用选择的激光熔融处理。不过，注射模具1'包括两部件模具13'，该两部件模具13'包括下部部件3'和上部部件4'，该下部部件3'和上部部件4'一起形成模腔5'。与注射模具系统1类似，两部件模具13'被建造在基板9'上，该基板9'可拆卸的固定在处理和/或机械加工装置的机械界面板上。如图8中所示，注射模具1'的下部部件3'通过首先将金属粉末分散在要制造的下部部件3'的整个表面上而一层层地建造，从而形成模腔5'的第一部分以及供给器管道7'和冷却剂管道8。金属粉末沉积在安装于例如NC机器（数控机床）的机器界面板上的外壳内。然后，刮刀在沉积的金属粉末上面拉过，从而产生具有用于进一步处理所需厚度的金属粉末层。然后，金属粉末在该层中在模腔5'、供给器管道7'和冷却剂管道8'的边界处熔化。熔化的粉末熔合成固体结构，从而限制了模腔5'、供给器管道7'和冷却剂管道8'。然后，机器台板降低一定距离，该距离相应于一层的厚度，以使得另一金属粉末层可以施加在外壳中。重复这些步骤，直到注射模具1'的下部部件3'完成。

支承结构可以在注射模具1'的下部部件3'的制造过程中产生于金属粉末材料中。一旦注射模具1'的下部部件3'已经完成，在模腔5'、供给器管道7'和冷却剂管道8'中剩余的粉末被倒掉。最终形成的、注射模具1'的下部部件3'在图10中表示。如图9中所示，上部部件4'可以使用与建造注射模具1'的下部部件3'类似的方法来建造。例如，与上部部件4'的形状（包括模腔5'的第二部分）相对应的外壳充装金属粉末，该金属粉末被熔化，并一层层地重新施加，从而使得熔融的粉末熔合成固体结构，该固体结构限制了模腔5'以及用于空气和材料出口6'的管道。当注射模具1'的上部部件4'完成时，在用于空气和材料出口6'的管道中剩余的粉末被倒掉。

如图7中所示，下部和上部部件3'、4'建造在基部部分9'上，因此，下部和上部部件3'、4'一起形成模腔5'。下部部件3'可以定位在基板9'上，以使得模腔5'的第一部分沿离开基板9'的方向开口。然后，上部部件4'可以布置在相应位置中，以使得模腔5'的第二部分面对模腔5'的第一部分，并与它对齐。与注射模具系统1类似，在注射模具系统1'的下部部件和上部部件3'、4'闭合固定之前，金属结构14'和两个金属插入件12'可以插入注射模具1′中。金属结构14'用于支承产品11'和金属插入件12'，能够将螺纹随后机械加工至该金属插入件12'中。基板9′与建造于其上的两部件模具13'一起可拆卸的附接在注射模制机器21的机器界面板17'上。如上面对于注射模具系统1所述，用于将熔融材料供给模腔5'的供给器管道7'、用于空气和材料出口6'的管道（从模腔5'开始）以及在注射的熔融材料冷却的过程中用于冷却液的冷却剂管道8'制造成与在基板9′中的相应槽道连通，使得注射模具1'不需要进行随后处理。另外，供给器管道7'的直径可以制造成足够大，使得由固化的铸造材料形成浇口15'，在随后的机械加工过程中该浇口使得模制产品11'牢固保持在注射模具系统1'上。

注射模具系统1'可以以与上面对于注射模具系统1所述基本相同的方式来使用。如图7中所示，熔融材料（例如聚醚醚酮（PEEK）、增强塑料或可注射金属合金）通过两个供给器管道7'而注入注射模具系统1'内并注入模腔5'中。模腔5'完全充满熔融材料，且该熔融材料的一部分伸入用于空气和材料出口6'的管道中。在注射步骤完成之后，冷却液被泵送通过冷却剂管道8'，使得注射的熔融材料冷却，并形成产品11'。

在冷却注射的熔融材料和形成产品11'之后，除去注射模具1'的上部部件4'。随后，将注射模具1'的下部部件3'进行机械加工去除或者使用例如铣刀来进行铣削。注射模具1'的下部部件3'的一部分除去，以便完全露出产品11'。注射模具1'的下部部件3'（该下部部件3'仍然固定在基板9'上）可以安装在例如铣床的机器界面板17上。

与图1至6所示的第一实施例类似，机械加工产品11'的步骤能够在与机械加工注射模具1'的下部部件3'的先前步骤中使用的相同铣床上进行。产品11'的机械加工包括在金属插入件12′中切割螺纹，并使用例如铣削工具在整个产品11'上制造平滑表面。在机械加工过程中，产品11'通过整体的铸造浇口15'（该铸造浇口15'从产品11'伸入供给器管道7′中）而牢固保持在两部件模具13'的下部部件3'的剩余部分中。在产品11'已经根据需要机械加工之后，产品11'可以从浇口15'上切割，从而只留下完成的产品11'。

尽管已经详细介绍了本发明和它的优点，但是应当知道，在不脱离由附加权利要求确定的本发明精神和范围的情况下能够进行多种变化、代替和改变。而且，本申请的范围并不局限于在说明书中所述的处理、机器、制造、物质组分、装置、方法和步骤的特殊实施例。本领域普通技术人员由本发明的说明书很容易知道，根据本发明也可以使用目前已有或以后发展的、执行与这里所述的相应实施例基本相同功能或者获得基本相同结果的处理、机器、制造、物质组分、装置、方法和步骤。

本领域技术人员应当知道，在不脱离附加权利要求的广义范围的情况下能够对本发明进行多种变化和改变。它们中的一些在上面介绍，其它由本领域技术人员可知。

Claims (20)

1.一种用于制造注射模制产品的方法，包括：

通过建造单部件模具块来制造注射模具，所述单部件模具块包括：模腔，所述模腔的尺寸和形状设置成与注射模制产品的所需形状相对应；以及第一供给器管道，所述第一供给器管道从模腔伸出；

将熔融材料通过第一供给器管道而注入模腔中，以便形成注射模制产品和从所述注射模制产品延伸到第一供给器管道内的浇口；

机械加工注射模具块的一部分，以便露出注射模制产品；

在浇口将注射模制产品牢固保持在注射模具的剩余部分内的同时机械加工注射模制产品；以及

从浇口上切割注射模制产品。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：注射模制产品的机械加工包括使得注射模制产品的外表面平滑。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：模具块被牢固建造在基板上。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：模具块包括第二供给器管道。

5.根据权利要求4所述的方法，其中：基板包括：第一表面，所述第一表面邻近模具块；第二表面，所述第二表面背离模具块；以及流入槽道，所述流入槽道与第一供给器管道流体连通，所述流入槽道具有朝向基板的第二表面的扩大部分。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：模具块通过一层层地沉积激光熔化金属粉末而形成。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：在模具块的制造过程中将金属结构插入模腔内，以便向注射模制产品提供支承。

8.根据权利要求1所述的方法，其中：在模具块的制造过程中将金属插入件插入模腔内，使得螺纹可通过插入件而机械加工至注射模制产品中。

9.根据权利要求1所述的方法，其中：产品的机械加工包括铣削产品和在注射模制产品中切割螺纹的一种。

10.根据权利要求1所述的方法，其中：制造注射模具包括制造空气和材料出口和冷却剂管道中的一个。

11.一种用于制造注射模制产品的方法，包括:

制造注射模具，所述注射模具包括：下部部件和上部部件，所述下部部件和上部部件形成在它们之间的模腔，所述模腔的尺寸和形状设置成与要在模腔中注射模制的产品的所需尺寸和形状相对应；以及第一供给器管道，所述第一供给器管道从模腔延伸到下部部件中；

通过第一供给器管道而将熔融材料注入模腔中，以便形成注射模制产品和从所述注射模制产品延伸到第一供给器管道中的浇口；

除去注射模具的上部部件，以便露出注射模制产品的一部分；

机械加工注射模具的下部部件的一部分，以便露出注射模制产品的剩余部分；

在浇口将注射模制产品牢固保持在注射模具的下部部件的剩余部分内的同时机械加工注射模制产品；以及

从浇口上切割注射模制产品。

12.根据权利要求11所述的方法，其中：使用选择性激光熔化处理过程来制造注射模具。

13.根据权利要求11所述的方法，其中：注射模制产品的机械加工包括使得所述注射模制产品的外表面平滑。

14.根据权利要求11所述的方法，其中：注射模具牢固地建造在基板上。

15.根据权利要求11所述的方法，其中：注射模制产品包括第二供给器管道。

16.根据权利要求15所述的方法，其中：基板包括：第一表面，所述第一表面邻近注射模具；第二表面，所述第二表面背离基板；以及流入槽道，所述流入槽道与第一供给器管道流体连通，所述流入槽道具有朝向第二表面的扩大部分。

17.一种注射模具系统，包括：

模具块，所述模具块包括：模腔，所述模腔的尺寸和形状设置成与要在模腔中注射模制的产品的所需尺寸和形状相对应；以及第一供给器管道，所述第一供给器管道延伸到模腔中，使得熔融材料通过所述第一供给器管道注入模腔将形成具有浇口的注射模制产品，所述浇口从所述注射模制产品延伸到第一供给器管道中。

18.根据权利要求17所述的注射模具系统，其中：模具块形成为单个单元。

19.根据权利要求17所述的注射模具系统，其中：模具块包括相互固定的下部部件和上部部件，使得模腔形成于下部部件和上部部件之间。

20.根据权利要求17所述的注射模具系统，还包括：

基板，所述基板具有：第一表面，所述第一表面附接在模具块上；以及第二表面，所述第二表面背离模具块；基板还包括流入槽道，所述流入槽道与第一供给器管道流体连通，使得浇口保持在流入槽道中。

Images