CN103203837B

CN103203837B - 一种光固化注射成型模具及方法

Info

Publication number: CN103203837B
Application number: CN201310151651.6A
Authority: CN
Inventors: 谢鹏程; 常乐; 焦志伟
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2013-04-27
Filing date: 2013-04-27
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2033-04-27
Also published as: CN103203837A

Abstract

本发明提出一种光固化注射成型模具及方法，属于聚合物加工成型领域。所述模具主要包括成型组件、导向组件、光固化组件，根据光固化材料的加工成型特点将紫外线固化装置集成于模具上，使得热塑性注射机的合模机构可对其进行开、合模操作。所述光固化注射成型的方法是：合模；将光固化材料注入模具型腔；紫外线透过玻璃照射模具型腔；开模后顶出机构将制品顶出；去除料棒、飞边后获得制品。所述注射成型方法具有成型效率高，常温下可成型高精密制品的特点。

Description

一种光固化注射成型模具及方法

技术领域

本发明涉及一种光固化注射成型模具及方法，属于聚合物复合材料成型加工技术领域。

背景技术

近年来，光固化技术发展迅速，应用领域越发广泛。光固化技术在医疗材料、立体模型制造、微细加工光致抗蚀剂、压印光刻等多领域均得到了较快的发展。中国专利CN201033467应用紫外线固化技术制造紫外线固化快速成型设备。中国专利CN101231463应用紫外线固化技术压印成型光学元件，并且将模塑制造原理引入光固化制造领域，取得了一定的成功。但无论是紫外线快速成型技术还是紫外线压印技术均存在一定的问题，如紫外线快速成型技术成型的制品其精密度较低，紫外压印技术制造的产品形式过于单一；成型的制品是由光固化材料与石英玻璃胶合在一起的双材料制品，在受到较大拉伸时会产生脱胶等缺陷。

发明内容

针对现有光固化成型技术的不足，提供一种光固化注射成型模具，在热塑性材料注射成型模具的基础上增设紫外线固化装置，将紫外线固化材料注射进型腔后用紫外光照射使其固化成型制品。与传统注射成型加工方法相比，光固化注射成型方法不存在冷却阶段，缩短了制品的成型周期，提高了成型效率。并且由于整个制品采用同种材料成型，不存在转印技术成型制品存在的双材料制造产生的强度不足的缺陷。

为实现上述目的所采用的技术方案是：一种光固化注射成型模具，主要包括：成型组件、导向组件、光固化组件。

其中，成型组件包括：浇口块、上托板、成型模板、弹簧、顶出杆，气缸连接杆、微型气缸。浇口块直接嵌入上托板；成型模板与上托板采用螺纹连接；弹簧套于顶出杆一端后装入成型模板的顶出通道；气缸连接杆连接在微型气缸的顶杆端螺纹端后与微型气缸一起固定在成型模板侧面微型气缸放置孔内。导向组件包括：导柱、玻璃放置板、玻璃、玻璃顶板。导柱穿入玻璃放置板的导孔内；玻璃位于玻璃放置板的放置槽，玻璃用玻璃顶板固定；玻璃顶板与玻璃放置板之间采用螺纹连接。光固化组件包括：光固化装置放置板、紫外灯线光源、丝杠螺母连接件、线性导轨、滚珠丝杠、丝杠螺母、紫外灯线光源连接件、前端轴承座、后端轴承座、支撑板、下托板。前端轴承座、后端轴承座固定在光固化装置放置板上；丝杠螺母套于滚珠丝杠上后装在两轴承座上；丝杠螺母连接件一端连接于丝杠螺母上，另一端连接在线性导轨上；紫外灯线光源连接件一端连接紫外灯线光源，另一端连接线性导轨上；支撑板、光固化装置放置板由导柱串接于玻璃放置板上；下托板与支撑板之间以螺纹连接。

在整个光固化注射成型模具中，成型组件安装于合模机构的定模板端，导向组件安装于合模机构的动模板端。导柱在导向组件与光固化组件之间起连接作用，导柱在成型组件与导向组件之间起导向作用。在注射成型过程中导向组件在动模板的带动下向成型组件移动，在移动的过程中导向组件上的导柱起到导向作用。合模完成后，由注射装置向型腔内注射光固化材料，待注射完成，紫外灯线光源开启，紫外灯线光源在滚珠丝杠的带动下移动一次将型腔内液体固化。导向组件在动模板的带动下开模，微型气缸带动气缸连接杆推顶推顶杆将制品顶出，同时弹簧被压缩，微型气缸带动气缸连接杆回撤，弹簧回弹使得推顶杆复位。

采用本发明一种光固化注射成型模具制造制品的方法是：

第一步：将质量分数分别为60％～90％的两官能团聚氨酯丙烯酸酯、5％～10％的六官能团聚氨酯丙烯酸酯、5％～10％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、2％～6％的1-羟基环己基苯基甲酮和0.3％～1％的2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯倒入三口烧瓶，用精密搅拌器进行搅拌，搅拌速度为10～200r/min，搅拌时间为5～60min。将搅拌后的液体导入烧杯，放置在抽真空机内进行抽真空，真空时间为1～5小时，之后取出将混合液体导入注射装置。

第二步：模具合模，将紫外线固化材料通过浇口块注射进模具型腔，注射压力为2～10MPa，注射速度20～200mL/s，注射时间为0.2～5s，注射结束后进行保压，保压压力为1～8MPa，保压时间直至光固化制品成型后。

第三步：将紫外线固化材料通过浇口块注射进模具型腔后开启紫外线固化灯，照度为0.2～1.0W/cm²，在滚珠丝杠的带动下，紫外光线光源照射整个成型模板内的型腔，待光固化液体固化成型，停止保压。

第四步：保压结束后，关闭紫外线固化灯，开模后微型气缸带动气缸连接杆推动顶出杆将制品顶出。同时，通过未固化材料回收流道，将未固化的紫外线固化材料回收以便重复利用。

第五步：去除成型制品的料棒，得到最终微结构制品。

本发明一种光固化注射成型模具及方法的有益效果：

1.该模具增设了紫外线固化装置，模具型腔的一部分采用玻璃材质制成，可使紫外线射入型腔内，使得紫外光注射成型方式实现。

2.该模具可用于成型超薄及微型制品，成型制品的流长比可达到100以上。

3.成型过程中没有冷却阶段，成型周期更短，只需紫外光5s即可成型制品，同时，可根据型腔内制品的规格调整紫外线光源照射面积，以缩短成型时间。

4.成型制品节省了原料成本，成型制品过程中所需要的物料仅为紫外线照射后固化部分，其余部分材料均收集利用，并且回收物料没有化学及物理上的相变，不属于回收再利用物料。

附图说明

图1为本发明一种光固化注射成型模具的三维结构示意图。

图2为本发明一种光固化注射成型模具的爆炸图。

图3为本发明一种光固化注射成型模具中成型模板的放大图。

图4为本发明一种光固化注射成型模具中制品顶出结构的放大图。

图5为本发明一种光固化注射成型模具中光固化成型机构的放大图。

图6为本发明一种光固化注射成型模具成型的带有微结构突起的制品的主视图。

图7为本发明一种光固化注射成型模具成型的带有微结构突起的制品的侧视图。

图中：1-成型组件，2-导向组件，3-光固化组件，4-浇口块，5-上托板，6-成型模板，7-顶出杆，8-微型气缸，9-玻璃放置板，10-玻璃，11-导柱，12-支撑板，13-下托板，14-光固化装置放置板，15-紫外灯线光源，16-前端轴承座，17-滚珠丝杠，18-丝杠螺母连接件，19-丝杠螺母，20-后端轴承座，21-紫外灯线光源连接件，22-线性导轨，23-玻璃顶板，24-弹簧，25-气缸连接杆。

具体实施方式

本发明一种光固化注射成型模具，如图1和图2所示，该模具主要包括：成型组件1、导向组件2、光固化组件3。其中，成型组件1包括：浇口块4、上托板5、成型模板6、弹簧24、顶出杆7、气缸连接杆25、微型气缸8，其中浇口块4直接嵌入上托板5，成型模板6与上托板5采用螺纹连接，弹簧24套于顶出杆7一端，装入成型模板6的顶出通道，气缸连接杆25连接在微型气缸8的顶杆端螺纹端，与微型气缸8一起固定在成型模板6侧面的孔内；导向组件2包括：导柱11、玻璃放置板9、玻璃10、玻璃顶板23，其中导柱11穿入玻璃放置板9的导孔内，玻璃10位于玻璃放置板9的放置槽，玻璃10用玻璃顶板23固定，玻璃顶板23与玻璃放置板9之间采用螺纹连接；光固化组件3包括：光固化装置放置板14、紫外灯线光源15、丝杠螺母连接件18、线性导轨22、滚珠丝杠17、丝杠螺母19、紫外灯线光源连接件21、前端轴承座16、后端轴承座20、支撑板12、下托板13，其中前端轴承座16、后端轴承座20固定在光固化装置放置板14上，丝杠螺母19套在滚珠丝杠17上，装在两轴承座上，丝杠螺母连接件18一端与丝杠螺母17相连接，另一端与线性导轨22相连接；紫外灯线光源连接件18一端与连接紫外灯线光源15相连接，另一端与线性导轨22相连接；支撑板12、光固化装置放置板14由导柱11串接于玻璃放置板9上；下托板13与支撑板12之间以螺纹连接。在整个光固化注射成型模具中，成型组件安装于合模机构的定模板端，导向组件安装于合模机构的动模板端。导柱在导向组件与光固化组件之间起连接作用，导柱在成型组件与导向组件之间起导向作用。在注射成型过程中导向组件在动模板的带动下向成型组件移动，在移动的过程中导向组件上的导柱起到导向作用。合模完成后，由注射装置向型腔内注射光固化材料，待注射完成，紫外灯线光源开启，紫外灯线光源在滚珠丝杠的带动下移动一次将型腔内液体固化。导向组件在动模板的带动下开模，微型气缸带动气缸连接杆推顶推顶杆将制品顶出，同时弹簧被压缩，微型气缸带动气缸连接杆回撤，弹簧回弹使得推顶杆复位。

采用本发明一种光固化注射成型模具制造制品的方法是：

第一步：将质量分数分别为85％的量官能团聚氨酯丙烯酸酯、8％的六官能团聚氨酯丙烯酸酯、4％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、2.5％的1-羟基环己基苯基甲酮、0.5％的2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基磷酸乙酯倒入500ml的三口烧瓶，用精密搅拌器进行搅拌，搅拌速度为60r/min，搅拌时间为10min。将搅拌后的液体导入烧杯，放置在抽真空机内抽真空，真空时间为2小时，之后取出将混合液体导入注射装置。

第二步：模具合模，将紫外线固化材料通过浇口块4注射进模具型腔，注射压力为4MPa，注射速度100mL/s，注射时间为1s，注射结束后进行保压，保压压力为3MPa，保压直至光固化制品成型。

第三步：开启紫外线固化灯，照度为1.0W/cm²，在滚珠丝杠17的带动下，紫外光线光源15照射整个成型模板6内的型腔，待光固化液体固化成型，停止保压。

第四步：开模后微型气缸8带动气缸连接杆25推动顶出杆7将制品顶出。同时，通过未固化材料回收流道，将未固化的紫外线固化材料回收以便重复利用。

第五步：去除成型制品的料棒，得到最终微结构制品。

Claims

1.一种光固化注射成型模具，其特征在于，主要包括：成型组件、导向组件、光固化组件，成型组件安装于合模机构的定模板端，导向组件安装于合模机构的动模板端；导柱在导向组件与光固化组件之间起连接作用，导柱在成型组件与导向组件之间起导向作用；成型组件包括：浇口块、上托板、成型模板、弹簧、顶出杆、气缸连接杆和微型气缸，浇口块直接嵌入上托板；成型模板与上托板采用螺纹连接；弹簧套位于顶出杆一端后装入成型模板的顶出通道；气缸连接杆连接在微型气缸的顶杆端螺纹端后与微型气缸一起固定在成型模板侧面微型气缸放置孔内；导向组件包括：导柱、玻璃放置板、玻璃、玻璃顶板，导柱穿入玻璃放置板的导孔内；玻璃位于玻璃放置板的放置槽，玻璃用玻璃顶板固定；玻璃顶板与玻璃放置板之间采用螺纹连接；光固化组件包括：光固化装置放置板、紫外灯线光源、丝杠螺母连接件、线性导轨、滚珠丝杠、丝杠螺母、紫外灯线光源连接件、前端轴承座、后端轴承座、支撑板、下托板，前端轴承座、后端轴承座固定在光固化装置放置板上；丝杠螺母套于滚珠丝杠上后装在两轴承座上；丝杠螺母连接件一端连接于丝杠螺母上，另一端连接在线性导轨上；紫外灯线光源连接件一端连接紫外灯线光源，另一端连接线性导轨上，紫外灯线光源是移动的；支撑板、光固化装置放置板由导柱串接于玻璃放置板上；下托板与支撑板之间以螺纹连接；导向组件在动模板的带动下开模，微型气缸带动气缸连接杆推顶推顶杆将制品顶出，同时弹簧被压缩，微型气缸带动气缸连接杆回撤，弹簧回弹使得推顶杆复位。

2.采用权利要求1所述的一种光固化注射成型模具成型制品的方法，其特征在于，第一步：将一定比例的两官能团聚氨酯丙烯酸酯、六官能团聚氨酯丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1-羟基环己基苯基甲酮和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯倒入三口烧瓶，用精密搅拌器进行搅拌，将搅拌后的液体导入烧杯，放置在抽真空机内进行抽真空，之后取出将混合液体导入注射装置；

第二步：模具合模，将紫外线固化材料通过浇口块注射进模具型腔，注射结束后进行保压，保压时间直至光固化制品成型后；

第三步：将紫外线固化材料通过注射装置的浇口块注射进模具型腔后开启紫外线固化灯，在滚珠丝杠的带动下，紫外光线光源照射整个成型模板内的型腔；

第四步：保压结束后，关闭紫外线固化灯，开模后微型气缸带动气缸连接杆推动顶出杆将制品顶出；同时，通过未固化材料回收流道，将未固化的紫外线固化材料回收以便重复利用；

第五步：去除成型制品的料棒，得到最终微结构制品。