CN103959900B - 高动态温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成型系统的加热/冷却模块(10)，包括限定部分模腔(17)的模具表面(18)、冷却单元(14)和层状加热器(16)。所述冷却单元(14)设置为与所述模具表面(18)相邻、用于冷却所述模具表面(18)。所述层状加热器(16)设置为与所述模具表面(18)相邻、用于加热所述模具表面(18)。

Description

高动态温度控制系统

相关申请交叉引用

本申请要求申请号为61/540,704、申请日为2011年9月29日的临时申请的权益，在此通过引用包括其全部内容。

技术领域

本发明涉及成型系统，并且，尤其涉及成型系统的模具或加热器。

背景技术

本部分中的陈述仅提供本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

用于塑料和增强塑料的成型系统通常包括模具和用以加热塑料材料的加热系统。所述模具限定了具有与待制造的塑料部件对应的形状的模腔。对于某些成型工艺，需要将限定了模腔的模具表面快速升温和冷却。这种工艺被称为变模温成型工艺，除了其他之外，提供了以极高的流道-壁截面比制造成型零部件，成型零部件有功能性的微米和纳米结构表面，尤其是以热固塑料或人造橡胶等的交联反应来活化。

可以用例如传热介质来完成模具表面的加热和冷却，所述传热介质被控制在所述模腔表面附近的多个通道中。在典型的变模温成型系统中的主要问题是：使用了包括低动态成型周期的传输介质，能源利用效率低，在所述模具表面缺少温度选择性，在模腔和其他的成型工具之间缺少温度分离。

发明内容

在本发明的一种形式中，提供了一种成型系统的加热/冷却模块。所述加热/冷却模块包括模具表面、冷却单元和层状加热器。所述模具表面限定了部分模腔。所述冷却单元设置在模具表面附近，用于冷却所述模具表面。所述层状加热器设置在模具表面附近，用于加热所述模具表面。

在另一种形式中，提供一种成型系统的加热/冷却模块，其包括设置在模具内并包括模具表面的模衬。冷却单元限定了多个冷却剂通道，以允许冷却剂流动，其中所述冷却单元冷却模具表面。层状加热器设置在模衬和冷却单元之间、用于加热所述模具表面，所述层状加热器通过热喷涂形成在模衬和冷却单元之一上。

在另一种形式中，用于加热和冷却目标的加热/冷却模块包括设置在所述目标附近的加热/冷却表面，层状加热器通过加热/冷却表面对所述目标进行加热，并且冷却单元通过加热/冷却表面对所述目标进行冷却。所述层状加热器与所述冷却单元一体成形为集成单元。所述加热/冷却表面是层状加热器和冷却单元之一的表面。

本发明的其它方面的一部分是显而易见的，另一部分将在下面指明。但应当理解，本发明的各个方面可以独立或相互组合地实施。还应当理解，详细描述和附图，虽然表示了本发明的某些示例性的形式，但仅仅用于举例说明的目的，不应被理解为限制本发明的范围。

附图说明

本文中所描述的附图仅用于举例说明目的，并且不以任何方式来限制本发明的范围。

图1是根据本发明的第一实施例的成型系统的加热/冷却模块的示意性剖视图；

图2是图1的层状加热器的顶部透视图；

图3是其上形成有层状加热器的冷却单元的示意性剖视图；

图4是根据本发明的第二实施例的加热/冷却模块的示意性剖视图；

图5是根据本发明的第三实施例的加热/冷却模块的示意性剖视图；

图6是根据本发明的第四实施例的加热/冷却模块的示意性剖视图；

图7是根据本发明的第五实施例的加热/冷却模块的示意性剖视图；

图8是根据本发明的第六实施例的加热/冷却模块的示意性剖视图；

图9是图8的层状加热器的示意性剖视图；

图10是根据本发明的第七实施例的加热/冷却模块的示意性剖视图；

图11是根据本发明的第八实施例的加热/冷却模块的示意性剖视图；

图12是根据本发明的第九实施例的加热/冷却模块的示意性剖视图；

图13是根据本发明的第十实施例的加热/冷却模块的示意性剖视图；

图14是根据本发明的第十一实施例的加热/冷却模块的示意性剖视图；

图15是根据本发明的第十二实施例的加热/冷却模块的示意性剖视图；

图16是根据本发明的教导的冷却单元的一种变形的示意性剖视图；

图17是根据本发明的教导的冷却单元的另一种变形的示意性剖视图；

图18是根据本发明的教导的加热器一种变形的示意性剖视图；以及

图19是使用了两个控制器并且以本发明的原理构建的用于控制热喷涂加热器的温度的系统的示意图。

应当理解的是，在整个附图中，相应的附图标记指代相同或相应的部件和特征。

具体实施方式

下面的描述本质上仅仅是示例性的，并非用来限制本发明或本发明的应用或用途。

第一实施例

参考图1，示出了根据本发明的第一实施例的成型系统(未示出)的加热/冷却模块10。所述成型系统可以是注塑成型系统；用于形成纤维增强复合材料的系统，例如树脂传递模塑(RTM)，反应注塑成型(RIM)或使用以热固性塑料或热塑性塑料为基体材料并且使用以玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维为增强材料的预浸材料；热成型系统；光盘成型系统或本领域已知的利用加热模具的任何成型系统。

加热/冷却模块10包括模衬12，冷却单元14和设置在模衬12和冷却单元14之间的层状加热器16。

模衬12用于如塑料零部件或光学零部件的产品的成形。当成型系统是光盘成型系统时，模衬12可以是用于模制光盘的压模。模衬12包括模具表面18，并且与多个模具部件15配合，以限定模腔17。模衬12的模具表面18与容纳在模腔17内的熔融树脂直接接触。当模具表面18被显示为平坦的表面时，模具表面18可具有取决于应用的不同形状。模具表面18可以是宏观的表面结构、微结构表面、纳米表面结构或抛光的表面，等等。加热/冷却模块10提供加热和冷却，并用作回火单元，用于调整模衬12的模具表面18的温度。

冷却单元14，它可以采用冷却块的形式，包括基底20和多个用于在其中引导热传递介质的通道22，所述热传递介质例如水、油和盐水。传热介质可以是液体、蒸汽或气体形式。可以使用例如CO₂，碳氟化合物或蒸汽(雾化系统的蒸发)以及珀耳帖元件等的传热介质的相变。冷却单元14用于通过模衬12的模具表面18从模腔17散热。通道22可以通过钻孔，深孔钻，选择性激光烧结，钎焊等形成。

参考图2，层状加热器16可以通过分层工艺形成在所述冷却单元14上。如本文所使用的术语“层状加热器”应理解为包括包含至少一个功能层(例如粘合涂层、介电层、电阻加热层、保护层、外涂层，等等)的加热器，其中，所述层通过在基底或另外一层上施加或堆积材料形成，使用的工艺和厚膜、薄膜、热喷涂或溶胶-凝胶等相关联。这些工艺也被称为“分层工艺”，“成层工艺”或“层状加热器工艺”。这些类型的层状加热器之间的主要区别在于该层的形成方法。例如，用于厚膜加热器的层通常使用诸如丝网印刷，施加贴花，或薄膜印刷头等工艺形成。用于薄膜加热器的层通常使用沉积工艺形成，如离子镀、溅射、化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)等。另外区别于薄膜和厚膜技术的一系列工艺是那些被称为热喷涂的工艺，该工艺可以包括例如火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂和HVOF(高速氧燃料)等。

例如，加热/冷却模块10的层状加热器16可通过热喷涂形成。层状加热器16可包括电阻加热层28，其可以配置为形成蛇形、螺旋形或任何其它形状。层状加热器16限定了中央有源加热区域24和周围的无源加热区域26，所述有源加热区域24中形成有电阻加热层28，所述无源加热区域26没有形成电阻加热层28。如图1所示，中央有源加热区域24的面积至少和模具表面18的面积一样大，以均匀加热模具表面18。

参考图3，所述层状加热器16通过分层工艺直接在冷却单元20的基底20上形成。层状加热器16可选地包括通过热喷涂沉积在基底20的顶面32上的粘合涂层31和通过热喷涂沉积在该粘合涂层31上的第一介电层30。应该理解，粘合涂层31可以被取消，并且所述第一介电层30可以通过例如热喷涂的分层工艺直接形成在冷却单元20的基底20上，这不脱离本发明的范围。所述电阻加热层28，其包括导电材料，可以用例如热喷涂的分层工艺形成在第一介电层30上。电阻加热层28可以通过在第一介电层30的整个顶表面上热喷涂电阻材料形成，随后通过蚀刻或激光切割将所述电阻材料形成预定的形状(例如，螺旋形或蛇形)。第二介电层34，其功能是充当保护层，通过热喷涂沉积在第一介电层30和电阻加热层28上。

可选地，顶部涂层36可通过热喷涂形成在第二介电层34上。顶部涂层36可以包括具有良好的导热性的金属，以促进热从所述电阻加热层28传递到模具表面18或从模具表面18传递到冷却单元14。具有由多个介电层隔开的多个加热层的多层结构也是可行的。可以通过垂直互连接入(VIA)来形成端部和不同层的相应连接。垂直互连接入是在印刷电路板中常见的不同导体层之间的垂直电气连接。所述垂直互连接入是有金属化孔的衬垫，所述孔在电路板的不同层上的导体之间提供电气连接。这些孔通过电镀或填充有圆环或小铆钉而导电。为了形成顶部涂层36，可在第二介电层34上沉积超量的用于顶部涂层36的材料。然后，将顶部涂层36加工成预定的尺寸/厚度，例如，通过研磨和抛光等。

在所述层状加热器16形成在冷却单元14的顶部表面32上之后，集成的层状加热器16和冷却单元14通过任何常规的连接方式(如夹紧、物理结合或化学结合)连接到模衬12。如图1所示，连接界面40设置在层状加热器16和模衬12之间。连接界面40可通过机械夹紧来形成，包括但不限于，利用螺钉、夹持器、闭合力、磁力、真空或弹簧力等。连接界面40可以通过物理或化学结合而形成，包括但不限于钎焊、胶粘、焊接、热喷涂、压焊、激光焊接。通过夹紧或物理或化学结合将模衬12、集成的层状加热器16以及冷却单元14连接，来确保在模衬12、集成的层状加热器16以及冷却单元14之间的高的热传递、均匀的热传递以及均匀的机械传递。

当冷却单元14的顶部表面32被示为平坦的表面时，应该理解和明白的是，所述顶面32可以具有三维结构。

第二实施例

参考图4，根据本发明的第二实施例的加热/冷却模块50包括模衬12、冷却模块52和设置在它们间的层状加热器16。本实施例的层状加热器16设置在冷却模块52的凹部54中。为了在冷却单元52上形成所述层状加热器16，首先形成凹部54，例如，通过研磨或蚀刻等。凹部54具有的大小等于待形成的层状加热器16的大小。接着，形成层状加热器16的不同的功能层的材料，例如通过热喷涂沉积在凹部54中。在本实施例中的层状加热器16具有类似于第一实施例的结构。因此，不同的功能层可以包括如前所述的粘合涂层31、第一介电层30、电阻加热层28、第二介电层34，以及顶部涂层36。在图3中已清楚地示出了这些层，为了明晰起见故未在图4中示出。在层状加热器16被沉积在凹部54中之后，可以加工层状加热器16的顶部涂层30，使其与冷却单元52的顶面32齐平。集成的冷却单元52和层状加热器16通过如前文所述的夹紧、物理结合或化学结合连接到模衬12。类似地，层状加热器16的中央有源加热区域的面积与模衬12的模具表面18是大致相同的，以在模具表面18上提供均匀的加热。

第三实施例

参考图5，根据本发明的第三实施例的加热/冷却模块70包括模衬72、冷却单元74和它们之间的层状加热器76。模衬72限定了模具表面78。层状加热器74直接沉积在模衬72上的与模具表面78相对的表面上。层状加热器74与第一和第二实施例中的层状加热器16具有相似的结构，并且可以通过热喷涂形成。类似地，集成的层状加热器76和模衬72通过如前所述的夹紧、物理结合或化学结合连接到冷却单元74。连接界面80在层状加热器76和冷却单元74的顶面82之间形成。

第四实施例

参考图6，根据本发明的第四实施例的加热/冷却模块90包括模衬92、冷却单元94和它们之间的层状加热器96。本实施例不同于第三实施例，仅在于层状加热器96沉积在模衬92的凹部98中。在模衬92的凹部98中形成层状加热器96的方法类似于第二实施例中的在冷却单元52的凹部54中形成层状加热器16的方法。因此，为了清晰起见省略了对它们的说明。

第五实施例

参考图7，根据本发明的第五实施例的加热/冷却模块110包括冷却单元112和层状加热器114。层状加热器114通过热喷涂沉积在冷却单元112的基底118的顶部表面116上。层状加热器114通过类似于第一实施例中所描述的方法来沉积。层状加热器114具有限定了模具表面120的顶面。因此，层状加热器114也起到模衬的作用。层状加热器114被直接沉积在冷却单元112上。在加热/冷却模块110中没有形成夹持或连接界面。

第六实施例

参考图8，根据本发明的第六实施例的加热/冷却模块130包括模衬132、冷却块134和层状加热器136。模衬132包括模具表面137。模衬132、冷却单元134和层状加热器136独立形成。如图9所清楚示出，层状加热器136包括基底138、第一介电层139、电阻加热层140、第二介电层142。可选地，顶部涂层144可以形成在第二介电层139上。可以例如通过热喷涂沉积这些层139、140、142、144。层状加热器136通过如前所述的夹紧、物理结合或化学结合连接到冷却单元134的顶表面146。层状加热器136的基底138被设置为靠近模衬132。在层状加热器136和冷却单元134之间形成第一连接界面148。模衬132通过如前所述的夹紧、物理结合或化学结合连接到所述层状加热器136。第二连接界面149形成在模衬132和层状加热器136之间，具体地，形成在模衬132和层状加热器136的基底138之间。

虽然在附图中未示出，层状加热器136可被定向，以使层状加热器136的基底138被设置在冷却单元134附近。

第七实施例

参考图10，根据本发明的第七实施例的加热/冷却模块150包括层状加热器152和冷却单元154。层状加热器152类似于第六实施例的层状加热器136，并独立于冷却单元154形成。层状加热器152包括基底156和沉积在其上的多个功能层(未示出)。所述多个功能层可以包括介电层和电阻加热层，其通过热喷涂沉积于基底156上。层状加热器152的基底156包括模具表面158。因此，层状加热器152同时起到加热器和模衬的作用。层状加热器152通过如先前所描述的夹紧、物理结合或化学结合连接到冷却单元154。在层状加热器152和冷却单元154之间形成连接界面160。

第八实施例

参考图11，根据本发明的实施例8的加热/冷却模块170包括冷却单元172和层状加热器174。冷却单元172包括限定了模具表面178的基底176。层状加热器174是独立于冷却单元172的部件，并包括基底180和多个通过热喷涂沉积在基底180上的功能层。层状加热器174具有类似于图9所示的层状加热器136的结构。层状加热器174通过如前所述的夹紧、物理结合或化学结合连接到冷却单元172的模具表面178的末端侧。层状加热器174通过冷却单元172的基底172将热传递到模具表面178。

应当理解，该层状加热器174可以直接沉积在冷却单元172上的模具表面178的末端侧，以形成加热/冷却模块170。因此，冷却单元172同时提供加热和冷却，并且还用作模衬。

第九实施例

参考图12，根据本发明的第九实施例的加热/冷却模块200包括模衬202、模衬保持器204、层状加热器206和冷却单元208。层状加热器206被直接沉积在冷却单元208的顶部表面上。模衬保持器204限定了用于在其中接收模衬202的开口210。层状加热器204包括中央有源加热区域212和周围无源加热区域214。周围无源加热区域214的面积与任何前述的实施例相比相对大，以便提供足够的用于夹紧的面积。螺钉孔216可形成在周围的无源加热区域214中，并与模衬保持器204的螺孔216对齐。螺钉(未示出)可以插入到螺孔216，以将所述模衬保持器204连接到集成的层状加热器206和冷却单元208。模衬202通过如前所述的夹紧、物理结合或化学结合连接到所述层状加热器206的中央有源加热区域212。

第十实施例

参考图13，根据本发明的第十实施例的加热/冷却模块220包括模衬222、模衬保持器224、层状加热器226和冷却单元228。模衬保持器224通过螺钉230连接到冷却单元228。模衬保持器224限定了用于在其中容纳模衬222和层状加热器226的开口232。层状加热器226通过热喷涂沉积在冷却单元228上。层状加热器226通过如前所述的夹紧、物理结合或化学结合连接到模衬222。

第十一实施例

参考图14，根据本发明的第十一实施例的加热/冷却模块240包括模衬242、冷却单元244和热喷涂在冷却单元244上的层状加热器246。模衬242包括限定了模具表面249的中央部分248和围绕中央部分248的周围部分250。螺钉孔252形成于冷却单元244、层状加热器246的周围无源加热区域252和模衬242的周围部分250中。因此，模衬242和集成的冷却单元244和层状加热器246可以通过将螺钉插入螺钉孔252而连接。此外，该模衬242通过如前所述的夹紧、物理结合或化学结合连接到所述层状加热器246。

第十二实施例

参考图15，根据本发明的第十二实施例的加热/冷却模块260包括模衬262、冷却单元264和热喷涂在冷却单元上的层状加热器266。层状加热器266包括中央有源加热区域268和周围无源加热区域270。螺孔272形成于冷却单元272、层状加热器266的中央有源加热区域274，以及刚好在模具表面276下方的模衬262的一部分上。模衬262通过螺纹连接和夹紧、物理结合或化学结合之一固定到集成的层状加热器266和冷却单元264。

参考图16，根据本发明的一个变形的冷却单元280包括基底282、绝热层286和多个形成在基底282中的通道284。层状加热器、模衬、或者它们以如第一到十二实施例中的任一描述的任何形式的组合形成在基底282的顶表面288上。隔热层286设置在冷却单元280的基底282和成型系统的相邻部件(未示出)之间。隔热层286阻碍了冷却单元282和相邻部件之间的热传递，以提高能效或冷却速度。隔热层286可以包括具有较差导热性的材料。冷却单元280可以用于第一至第十二实施例中的任意一个。

参考图17，根据本发明的另一个变形的冷却单元300包括基底302、形成在所述基底282上的多个通道304和沿除了基底302的顶部表面308之外的周围表面的多个开口部分306。层状加热器、模衬、或者它们以在第一至第十二实施例中的任一描述的任何形式的组合形成在基底302的顶部表面308上。开口部分306减小了冷却单元300的基底302和成型系统的相邻部件(未示出)之间的接触面积，从而减少了它们之间的热传递。此外，形成在开口部分306中的空气间隙也有助于降低冷却单元300和相邻部件之间的热传递。冷却单元300可以用于第一至第十二实施例中的任意一个。

参考图18，示出了根据本发明的一个变形的层状加热器400。层状加热器400可以包括基底402和由分层工艺设置在基底402上的多个功能层404。所述多个功能层404包括粘合层406、基底介电层408、加热层410、顶部介电层412、第一金属顶部涂层414和第二金属顶部涂层416。

粘合层406设置在基底402上。粘合层406与基底402相接触，并且可以包括提高基底402附着力的材料。粘合层406可以是耐腐蚀的，以防止基底402被腐蚀。

基底介电层408例如通过热喷涂形成在粘合层406上。加热层410设置在基底介电层408上。加热层410可以通过在基底介电层408上热喷涂热电阻材料形成，随后通过激光蚀刻将所述热电阻热材料制成预定的图案。在加热层410中可形成一个或多个槽418。顶部介电层412例如通过热喷涂设置在加热层410上和槽418中。

第一金属顶部涂层414被设置在顶部介电层412上。第一金属顶部涂层414可以是导电层，并且也可以用在粘合层406的侧表面420、基底介电层408和顶部介电层412上。因此，第一金属顶部涂层414和基底402将粘合层406、基底介电层408、加热层410和顶部介电层412包围在其内。因此，第一金属顶部涂层414可通过以下方式形成，例如，热喷涂、溅射、喷涂、薄膜工艺或厚膜丝网印刷等。仅作为示例，第一金属顶部涂层414可具有约100微米的厚度。

第二金属顶部涂层416设置在第一金属顶部涂层414上，并且可以是电镀的镍层。第二金属顶部涂层416可通过热喷涂法、选择性激光烧结、钎焊、电镀处理或厚膜丝网印刷等来形成。第二金属顶部涂层412具有的厚度大于所述第一金属顶部涂层410的厚度。为了形成第二金属顶部涂层416，可以在第一金属顶部涂层414的顶部表面421和侧表面422上沉积用于第二金属顶部涂层416的过量的材料。仅作为示例，所述第二金属顶部涂层416可沉积为厚度为约100微米到5毫米。此后，第二金属顶部涂层416被加工成预定的尺寸/厚度，例如，通过研磨和抛光等。

如果第二金属顶部涂层416是由一种类似电镀的电化学工艺来施加的，那么第一金属顶部涂层414是沉积形成的。第一金属顶部涂层414形成导电层，以利于通过电化学电镀工艺形成第二金属顶部涂层416。如果第二金属顶部涂层416是由电化学工艺之外的工艺形成，那么可以去除所述第一金属顶部涂层414。如之前所描述的，第二金属顶部涂层416(以及可选地，第一金属顶部涂层414)提高了层状加热器400和模衬(未示出)之间的热传递，所述模衬设置为与层状加热器400相邻。层状加热器400可以是与冷却单元(未示出)或模衬(未示出)独立的部件，并且可以用在第一到第十二实施例中描述的任何形式连接到冷却单元和/或模衬。层状加热器400可以通过如第一实施例中描述的夹紧、物理结合或化学结合连接到冷却单元和/或模衬。

可选地，层状加热器400的基底402可以是所述冷却单元的一部分，例如，是所述冷却单元的冷却块。因此，层状加热器404是通过首先将粘合层406沉积在基底402上而直接沉积在所述冷却单元上。功能层404的剩余层通过如前面描述的形成集成层状加热器和冷却单元的分层工艺沉积在粘合层406上。可选地，所述第二金属涂层416的顶部表面424可以被配置为用于接触树脂的模具表面。因此，层状加热器400用作加热器、冷却单元和模衬。当基底402被显示为具有平坦顶部表面426，在平坦顶部表面426上形成了层状加热器400时，应理解和明白，所述基底402的顶部表面426可以具有三维结构。

现在参考图19，示出了另外一种形式的控制热喷涂加热器的温度的方法。根据该方法，采用了至少两个控制器，第一控制器430用于控制和限制热喷涂加热器10的加热层432的温度，并且第二控制器440用于控制靠近加热层432的介质433的温度。第一控制器430，在一种形式中，是双线控制器，并且热喷涂加热器10的加热层432具有足够TCR(电阻温度系数)特性，以用作加热元件和温度传感器。在美国专利号7,196,295中示出和描述了这种用于和层状加热器一起使用的双线控制器，它通常与本申请一起转让，并且在本文中通过引用包括其全部内容。

为了控制介质的温度，可以采用多种类型的控制器，并且可以用离散温度传感器(未示出)检测介质的温度，举例来说，所述离散温度传感器是诸如热电偶、热电阻(RTD)或热敏电阻。

第一双线控制器用于检测加热层的温度，其中，层状加热器包括具有足够TCR特性的电阻加热层，以用作加热元件和温度传感器。具有离散温度传感器的第二控制器位于加热目标附近，并且与所述第一双线控制器进行通讯，其中，第二控制器通常用所述离散温度传感器控制所述加热目标的温度，并且在发生快速过热情况时，例如加热目标具有的重量较低时，由第一双线式控制器检测所述过热情况，并且所述第一双线控制器与第二控制器进行通讯，以防止过热。

在一种情况下，实际的加热层温度低于双线控制器430的设定点温度。通过在所述第二控制器440中的算法来接通和切断(例如，加热器开/关复位信号)所述加热器的电源信号。在另一种情况下，实际加热层的温度高于所述的双线控制器430的设定点温度，以降低过热情况的风险。在这种模式下，所述第二控制器440的开/关复位信号被传送给第一控制器430，使得在双线控制器430接收了关闭复位信号后，不对所述加热器供电。

在本发明的另一种形式中，使用直流电源来控制热喷涂的加热器的“闪烁速率”。一般情况下，闪烁被定义为由于电源电压变化引起的来自人造光源(例如，白炽灯、荧光灯、LED等)的光强度的变化。闪烁的量取决于光源的类型和电压变化的严重程度。对于阻性负载开关，电压的改变是由源阻抗和开关负载的大小引起的。源阻抗越高，负载越大，电压的变化就越大。闪烁也依赖于时间，并有多个标准来定义所允许的闪烁量。

一种用来避免闪烁的方法是使用直流电源为所述加热器供电，并且通过增加和减少直流电压电平来控制所述加热器，而不是通过切换到交流信号。通常，直流电源不能与厚膜加热器一起使用，因为这些加热器使用有银含量的导电胶系统。银与直流电组合会导致银迁移，形成“晶须(whisker)”，它会造成电气短路。因此，通过使用热喷涂，直流电源可以用来解决闪烁的问题。

本发明提供了一种加热/冷却模块，该模块是层状加热器、冷却单元和形成模具表面的模衬的集成结构。常用所述集成结构，能够将热更快速地从所述层状加热器传导到模具表面，或从模具表面传导到冷却单元。热源(或冷却源)和不在模具表面附近的成型工具之间不需要热传导，这与现有技术中的成型系统相反。因此，可以获得所述变温成型工艺的快速热响应，并且减少了形成所述成型零件的周期。可选地，所述层状加热器或冷却单元的表面可用作模具表面，以去除模衬，从而减少了成型系统的组件的数量。由于层状加热器紧凑,采用本发明的加热/冷却模块的成型系统与现有技术的成型系统相比有更紧凑的结构。

虽然本发明的实施例是结合成型工艺来描述的，但应该理解和明白，所述集成的加热/冷却模块会在不同于成型工艺的领域中找到应用。例如，本发明的集成的加热/冷却模块可应用到需要对目标进行高动态温度控制的电子工业或晶片生产工艺中。如在本发明中的任何实施例中所描述的模具表面可以成为位于所述目标附近的加热/冷却表面，并且，在所述目标和所述层状加热器之间或在所述目标和冷却单元之间的热传输通过所述加热/冷却表面来传导。可选地，当集成的加热/冷却模块不是用来加热模制系统中的树脂时，可以去除模衬，并且所述加热/冷却表面是集成的加热/冷却模块的层状加热器或冷却单元的表面。当加热/冷却表面是加热器的层状表面时，所述加热/冷却表面可以是包括金属的顶部外涂层的表面，以促进该加热/冷却模块和所述目标之间的热传递。本说明书在本质上仅仅是示例性的，并且，没有背离本发明要旨的变化将被包含在本发明的范围内。从本文提供的详细描述，本发明的其他应用领域将变得很明显。应当理解，在说明本发明的优选实施例时，说明和具体的实施例的目的仅在于举例说明，而不是要限制本发明的范围。

Claims (21)

1.一种成型系统的加热/冷却模块，包括：

限定部分模腔的模具表面；

冷却单元，其设置为与所述模具表面相邻、用于冷却所述模具表面；以及

层状加热器，其在冷却单元的表面上形成、用于加热所述模具表面，所述层状加热器通过热喷涂形成，

其中所述冷却单元和所述层状加热器形成集成结构，所述层状加热器的作用是对所述模具表面进行加热，所述冷却单元的作用是对所述模具表面进行冷却，以使得所述集成结构能够实现变模温成型。

2.根据权利要求1所述的加热/冷却模块，还包括模衬，所述模衬包括所述模具表面。

3.根据权利要求2所述的加热/冷却模块，其中，所述层状加热器设置在所述模衬和所述冷却单元之间。

4.根据权利要求1所述的加热/冷却模块，其中，所述热喷涂包括多个层，所述层包含顶部涂层，所述顶部涂层包含具有相对高热导率的材料。

5.根据权利要求4所述的加热/冷却模块，其中，所述顶部涂层被加工至预定的厚度。

6.根据权利要求2所述的加热/冷却模块，其中，所述模衬被夹紧到所述层状加热器。

7.根据权利要求1所述的加热/冷却模块，其中，所述冷却单元被夹紧到所述层状加热器。

8.根据权利要求1所述的加热/冷却模块，其中，所述冷却单元包括在所述冷却单元的周围表面上的多个开口部分。

9.根据权利要求1所述的加热/冷却模块，其中，所述冷却单元包括在所述冷却单元的周围表面上的隔热层。

10.根据权利要求1所述的加热/冷却模块，其中，所述冷却单元包括基底和在所述基底中的多条通道。

11.根据权利要求1所述的加热/冷却模块，其中，所述层状加热器在独立的基底上形成。

12.根据权利要求11所述的加热/冷却模块，其中，所述层状加热器包括设置在所述独立的基底上的粘合层。

13.根据权利要求1所述的加热/冷却模块，还包括形成在所述冷却装置周围的隔热层。

14.根据权利要求4所述的加热/冷却模块，其中，所述顶部涂层包含第一金属顶部涂层和第二金属顶部涂层。

15.根据权利要求14所述的加热/冷却模块，其中，所述第一金属顶部涂层和第二金属层顶部涂层中的至少一个是电镀镍层。

16.一种用于加热和冷却目标的加热/冷却模块，包括：

设置在所述目标附近并限定一部分模腔的加热/冷却表面；

通过所述加热/冷却表面加热所述目标的层状加热器；以及

通过所述加热/冷却表面冷却所述目标的冷却单元，

其中所述层状加热器与所述冷却单元通过将材料热喷涂在所述冷却单元的表面上来一体成形为集成单元，并且所述加热/冷却表面是所述层状加热器和所述冷却单元之一的表面，并且

其中所述层状加热器的作用是对所述加热/冷却表面进行加热，所述冷却单元的作用是对所述加热/冷却表面进行冷却，以使得所述集成结构能够实现变模温成型。

17.根据权利要求16所述的加热/冷却模块，其中，所述冷却单元包括基底和在所述基底中的多个通道。

18.根据权利要求17所述的加热/冷却模块，其中，所述层状加热器通过分层工艺形成在所述冷却单元的基底上，并与所述基底接触。

19.根据权利要求18所述的加热/冷却模块，其中，所述层状加热器包括沉积在所述冷却单元的基底上的第一介电层、沉积在所述第一电介层上的电阻加热层，以及沉积在所述层上的第二介电层。

20.根据权利要求19所述的加热/冷却模块，所述模块还包括形成在所述第二介电层上的顶部涂层，其中所述顶部涂层包括金属。

21.根据权利要求20所述的加热/冷却模块，其中，所述加热/冷却表面是所述顶部涂层的表面。