CN108137371A - 弯模玻璃的真空成型装置及其使用方法 - Google Patents

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丁原杰
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Abstract

公开了一种用于弯模玻璃的真空成型装置以及弯模玻璃的方法。真空成型装置包括保护模具避免氧化且增加模具寿命的模具保护装置。惰性气体的注入也可增加模具的寿命。

Description

弯模玻璃的真空成型装置及其使用方法
技术领域
本发明关于用于弯模玻璃的真空成型装置以及使用真空成型装置的弯模玻璃的方法。真空成型装置可应用于制造曲面玻璃以及具有曲面部分的平坦玻璃。
背景技术
触控玻璃、大荧幕以及它们的应用已达到了广泛的市场涵盖率。因此，对于曲面形成的玻璃有增加的需求。曲面玻璃的形成大部分由讨论中的玻璃转变温度(Tg)以及软化温度(Ts)控制。一般而言，Tg低於545℃，且Ts低於765℃。
用于形成曲面玻璃的其中一个最常见的技术是弯模。在典型的弯模期间，藉由加热软化将要折弯的玻璃对象部分，然后气体注入系统施加力以改变玻璃对象的形状。随着玻璃冷却，形成了弯曲成型的物件。然而，利用注入系统的弯模需要精确的注入控制。否则，此过程将影响玻璃的物理特性。然而，精确的注入控制系统是昂贵的，且由于长期在高温下操作，将会快速地恶化。
另一个方法是先软化玻璃、使用上下模折弯玻璃对象，然后冷却玻璃对象以形成折弯玻璃。然而，利用模压机的弯模需要上下模的对准以及玻璃与模具之间的完全压层，其增加了与模具设计以及处理相关的困难。
真空辅助成型被广泛地应用在形成塑料中。在真空辅助成型中，将对象预热至某个工作温度，藉由真空系统在模具和对象之间形成真空，力用以成形对象，最后并根据对象的特性、条件以及材料需求来冷却或退火对象，以达到设计需求。
在真空成型科技中很少考虑到模具的寿命以及由于高温以及高压对模具的作用。当在真空成型期间将模具加热至高温时，模具很容易受损。因此，有设计用以折弯模具玻璃、同时保护模具的装置与方法的需要。
发明内容
根据多个示范的实施例，本发明提供了一种真空成型装置。此真空成型装置包括具有成形表面以及多个吸气孔的模具、覆盖模具的模具保护装置、在模具的内部空间中生成真空的真空系统、以及加热玻璃对象的玻璃加热装置。
根据多个示范的实施例，本发明提供了另一种真空成型装置。此真空成型装置包括具有成形表面以及不均匀地设置在模具上的多个吸气孔的模具、覆盖模具且可移动以调整施加至玻璃对象的正压的模具保护装置、在模具的内部空间中生成真空的真空系统、以及配置用以在玻璃对象的边缘上以更多热能加热玻璃对象的玻璃加热装置。
根据多个示范的实施例，本发明进一步提供了一种弯模玻璃对象的方法。此方法包括以模具保护装置覆盖模具、藉由形成惰性气体环境来保护模具避免氧化、将玻璃对象加热至工作温度以提供加热的玻璃对象、在模具的内部空间中生成真空同时在模具的外部空间中存在正压以折弯形成加热的玻璃对象而提供成型玻璃对象、以及冷却所成型的玻璃对象。
附图说明
图1A是根据本发明用于制造曲面玻璃的真空成型装置的实施例的示意性描绘；
图1B是根据本发明用于制造曲面玻璃的具有可移动保护装置的真空成型装置的示意性描绘；
图2示出了根据本发明用于制造曲面玻璃、具有成形表面以及吸气孔的模具；
图3是根据本发明用于制造曲面玻璃的真空成型装置的玻璃加热装置的实施例的立体图；以及
图4包含使用根据本发明用于制造曲面玻璃的真空成型装置的真空成型方法的实施例的流程图。
具体实施方式
用语“工作温度”意指可安全地折弯以及成型加热玻璃对象的温度。除非另外提及，工作温度在所成型玻璃的玻璃转变温度(Tg)以及软化温度(Ts)之间。
用语“成形表面”意指至少部分曲面或非平面的模具表面区域。措辞“在成形表面上”意指在成形表面所定义的区域内且在成形表面的表面上的位置，使得讨论中的模具部分能够与被弯模的玻璃交互作用。
用语“2D”意指平坦的表面。
用语“2.5D”意指大部分平坦、但包含至少一曲面部分的表面。
用语“3D”意指大部分为曲面的表面。
可将用语“2D”、“2.5D”以及“3D”应用至玻璃板，其中这些用语将分别意指平坦玻璃、大部分平坦的玻璃以及大部分曲面的玻璃。
本文中所描述的真空成型装置能够藉由使用加热以软化玻璃以及差压(吸气及/或注入空气)以迫使所软化的玻璃与模具的成形表面接触，以将玻璃折弯形成形状。模具被装在模具保护装置中，模具保护装置能够提供真空、注入惰性气体、并在成型过程期间施加局部的热至玻璃。在弯模期间提供真空或惰性气体的好处是降低当在开放空气中在高温下弯模玻璃时模具会发生的氧化作用以及损害。真空成型装置以及其有关的使用方法藉由在模具周围形成惰性气体环境或真空来保护模具，以增加模具的寿命。
现在参照图式，在图1A中示出了真空成型装置100。如图1A中所示，真空成型装置100包括具有成形表面的模具110以及模具保护装置120，成形表面具有设置在成形表面中的一个或更多个吸气孔。根据多个示范实施例，模具110包括石墨、碳化硅、不锈钢或其组合。在其他的示范实施例中，模具110是由适合的材料制成(例如钢)，其具有不同材料的涂层表面，例如石墨、碳化硅、不锈钢或其组合的涂层表面。这些材料可帮助预防模具110和成型玻璃对象之间的粘附。
图2示出了模具200，其在模具200上具有成形表面210且具有吸气孔220。在一些实施例中，为了增强的成型效果，吸气孔220被设计成具有不均匀的分布。特别地，在成形表面上，具有较高曲率的区域是在成型期间需要较多折弯且被设计成具有较多吸气孔的区域。较高的曲率意指较高的折弯(或曲面)程度。例如，成形表面210具有有第一曲率的第一区域以及有低于第一曲率的第二曲率的第二区域。在第一区域中的吸气孔密度大于第二区域中的吸气孔密度。在区域中的吸气孔密度被定义成整个区域面积上的吸气孔数目。如图2中所示，成形表面210包括具有第一曲率C1的第一区域210A(由两条虚线所定义)；具有第二曲率C2的第二区域210B(由两条虚线所定义)；以及具有第三曲率C3的第三区域210C，其中C3<C2<C1。在那些区域中的吸气孔密度分别为D1、D2以及D3。因此，D3<D2<D1。这有利地在玻璃以及较高曲率区域中的模具之间生成了较高的真空(因此较低的压力)，使得玻璃以较大的力对着模具被挤压，以更紧密地符合模具的形状。在玻璃上的力是由分别施加至玻璃两个表面的压力之间的差异所决定。
回到图1A，模具110包括模具主要部分112以及分布在模具主要部分112中的多个通气道114。模具保护装置120覆盖模具110并定义了封密空间，使得成形表面210被保护在其中。当将玻璃对象115(例如平坦玻璃对象)放置在成形表面210上时，玻璃对象115将在模具保护装置120以及模具110之间的空间划分成上空间121以及下空间118。上空间121以及下空间118可经由平坦玻璃对象115以及模具110之间的间隙(未示出)连接。
在模具110中的一个或更多个吸气孔操作地连接至通气道114，以在平坦玻璃对象115上运用抽吸。在平坦玻璃对象115上运用的抽吸可迫使平坦玻璃对象115符合模具110的成形表面的轮廓。比起如果不应用抽吸的话，藉由将抽吸应用至平坦玻璃对象115，成型玻璃对象被制造成具有更精确的角度以及厚度。
同样地，如图1A中所示，真空成型装置100包括气动泵130、上真空系统140以及下真空系统150。为了保护主要模具部分112，气动泵130可选择性地将惰性气体(例如，氮气或氩气)经由通气道131注入至上空间121以及下空间118中。上真空系统140可经由上真空系统通道141在上空间121以及下空间118中生成真空以保护主要模具部分112避免氧化。如上所述，为了成型，下真空系统150可经由通气道151在下空间118中生成真空。
在一些实施例中，如图1A中所示，真空成型装置100包括气动泵160、加热装置170、玻璃加热装置180以及辅助喷射装置190。根据多个示范的实施例，气动泵160可经由通气道161将惰性气体注入至上空间121以及下空间118中。根据多个示范的实施例，在注入惰性气体之前加热惰性气体。在一些实施例中，气动泵160被实施以冷却成型玻璃对象，且可替代地作为补充力以在成型玻璃的冷却之后或期间分开成型玻璃对象。加热装置170被设置在模具保护装置120以及模具110之间中的空间(上空间121)之外，并加热上空间121。玻璃加热装置180被设置在上空间121中，并部分地加热平坦玻璃对象115。根据多个示范的实施例，玻璃加热装置180将不均匀的热能提供至平坦玻璃对象115，并以更多的功率加热平坦玻璃对象115的某些部分(例如边缘或折弯部分)，用于补偿温度变异或提升成型效果。在一些实施例中，玻璃加热装置180的某些部分具有比玻璃加热装置180其他部分较高的温度。根据多个示范的实施例，玻璃加热装置180包括一个或更多个红外线(IR)加热装置，以用于在特别位置加热玻璃对象115，例如玻璃对象115的边缘。
不受理论限制，所相信的是，平坦玻璃对象115以及平坦玻璃对象115周围的空气之间的温差生成了热冲击，其可造成平坦玻璃对象115破裂。使用更多的加热装置允许更准确的温度分布调整。藉由加热模具保护装置120以及模具110之间中的空间，最小化了温差并降低了热冲击。
辅助喷射装置190被设置在真空成型装置100中，并被配置用以朝向玻璃对象115注入气体，尤其是朝向具有更多折弯的位置(例如，相对应于模具的成形表面210的高曲率区域)，以帮助成形玻璃，且特别地用以得到3D玻璃中较好的曲率。根据多个示范的实施例，辅助喷射装置190提供了多于大约762托(Torr)的力。
在弯模的过程中，下真空系统150可在通气道151中生成真空，由此降低下空间118的压力。另一方面，上空间121将具有正压。在上空间121以及下空间118之间具有压差下，平坦玻璃对象115被折弯至想要的形状。下空间118的压力将基于各种因素而不同，例如模具110上吸气孔的配置、模具保护装置120中的温度、平坦玻璃对象115的组成，以及平坦玻璃对象115的大小。根据多个示范的实施例，下真空系统150将下空间118的压力降低至大约1托至大约670托。
现在参照图1B，示出了真空成型装置100的另一个实施例。在图1B中的装置100实质上类似于图1A中的装置100。然而，在图1B中，装置100包括电动机122以及连接杆123，其被设计用以移动模具保护装置120。模具保护装置120包括配置用以可相对于模具保护装置120其他部分移动的盖子120A。电动机122经由连接杆123驱动模具保护装置120的盖子120A以改变上空间121的体积，由此改变上空间121中的压力，以帮助将平坦玻璃对象115折弯形成成3D玻璃形式。在本实施例中，在垂直方向中移动模具保护装置120的盖子120A，上空间121的体积改变，且平坦玻璃对象115上施用的压力改变。因此，可藉由移动模具保护装置120来调整上空间121中的压力。有利地，模具保护装置120在模具110周围提供了气密的盖子，且装置100防止空气漏至模具110以及模具保护装置120之间的空间中。
回到图3，所示出的是用于加热平坦玻璃对象115特别位置的玻璃加热装置380的实施例。加热装置380被设计具有使得玻璃对象115的某些部分(例如边缘或角落)接收更多热能的形状、大小以及热辐射分布。在本实施例中，加热装置380是环状结构，虽然其他形状也是适合的。在弯模的过程中，加热装置380加热玻璃对象115的边缘，使得玻璃对象115的形成角落384的温度比玻璃对象115的其他部分高。这可帮助防止玻璃在弯曲形成期间翘曲，因此增加玻璃的质量。
图4示出了使用真空成型装置制造曲面玻璃的方法400。在步骤402，保护模具110。例如，气动泵130经由通气道131将例如氮气之类的惰性气体注入至模具保护装置120以及模具110之间的区域(例如，上空间121)。在另一个范例中，上真空系统140在模具保护装置120以及模具110之间的空间(例如，上空间121)中生成真空。
在步骤404，加热装置170以及玻璃加热装置180共同地将平坦玻璃对象115加热至工作温度。在步骤406，下真空系统150经由通气道151在通气道114中生成真空，其降低了下空间118的压力。另一方面，上空间121处于正压。上空间121以及下空间118之间的压差能够让平坦玻璃对象115的弯曲形成，以将其符合模具110的轮廓。由此折弯形成平坦玻璃对象115以制造具有曲面表面(2.5D或3D)的成型玻璃物件。根据多个示范的实施例，辅助喷射装置190用以将气体注入于角落中，以帮助成形平坦玻璃对象115。
在步骤408，冷却折弯的玻璃对象。可经由天然的冷却或使用气动泵130、气动泵160或两者以吹出或注入惰性气体于折弯的玻璃上来加速成型玻璃的冷却以及从模具的释放。惰性气体的使用可将玻璃从模具110快速地释放、并增加模具的寿命。根据多个示范的实施例，用以冷却玻璃的所注入的惰性气体被加热至比玻璃工作温度低的温度。根据多个示范的实施例，所注入惰性气体的温度比工作温度低了大约50℃至大约150℃。在其他的示范实施例中，操作两个气动泵130以及160以提供用于冷却的加热惰性气体。在示范实施例的进一步中，藉由使用气动泵160以及真空泵140使得压差存在于上空间121以及下空间118之间来随后执行玻璃从模具110的释放。在上空间121中生成了真空，同时在下空间118中提供了正压。此压差迫使成型玻璃对象115从模具的成形表面210释放。
根据多个示范的实施例，本发明提供了使用弯模制造曲面玻璃的真空模制装置。真空模制装置包括具有用于弯模玻璃的成形表面的模具、用于保护模具避免氧化以及损害的模具保护装置、用于在模具内部空间中生成真空的真空系统、以及用于加热玻璃对象的玻璃加热装置。模具经由惰性气体环境或真空的形成被保护，以增加模具的寿命。根据多个示范的实施例，模具包括石墨、碳化硅、不锈钢或其组合。根据多个示范的实施例，模具包括设置在模具的一个或更多个边缘上的一个或更多个吸气孔。根据多个示范的实施例，一个或更多个吸气孔在具有较大曲率的模具部分上具有较高的密度。根据多个示范的实施例，模具保护装置可在垂直方向中移动以改变或调整施加至玻璃对象的正压。
根据多个示范的实施例，真空成型装置也包括用于将惰性气体注入模具保护装置中的一个或更多个气动泵。根据多个示范的实施例，惰性气体包括氮气、氩气或其组合。
根据多个示范的实施例，真空系统包括用于将惰性气体注入至模具中的气动泵。根据多个示范的实施例，惰性气体包括加热的氮气或加热的氩气。根据多个示范的实施例，玻璃加热装置包括用于在特别位置加热玻璃对象的一个或更多个红外线(IR)加热装置。根据多个示范的实施例，配置了玻璃加热装置，使得玻璃对象的角落以及边缘被加热至比玻璃对象其他部分高的温度。
根据多个示范的实施例，真空成型装置进一步包括加热模具保护装置以及模具之间的空间的加热装置。根据多个示范的实施例，真空成型装置进一步包括在模具保护装置的角落注入气体的辅助喷射装置，以帮助成形玻璃物件。根据多个示范的实施例，辅助喷射装置被设计以在3D玻璃中提供较好的曲率。根据多个示范的实施例，辅助喷射装置提供了高于762托的压力。
根据多个示范的实施例，本发明进一步提供了用于形成曲面玻璃的真空成型装置，其包括具有成形表面以及设置在模具的一个或更多个边缘上的一个或更多个吸气孔的模具、覆盖模具且可在垂直方向中移动以调整施加至玻璃对象的正压的模具保护装置、在模具内部空间中生成真空的真空系统；以及在特别位置加热玻璃对象的玻璃加热装置。
根据多个示范的实施例，真空成型装置进一步包括将惰性气体注入至模具保护装置以及模具之间的空间的一个或更多个空气泵。根据多个示范的实施例，一个或更多个空气泵在玻璃物件的冷却期间注入加热的惰性气体。
根据多个示范的实施例，真空成型装置进一步包括在模具保护装置的角落中注入气体的辅助喷射装置，以帮助成形玻璃物件。
根据多个示范的实施例，本发明也提供了弯模玻璃对象的方法。根据多个示范的实施例，玻璃对象可为玻璃片或具有能够被弯模部分的任何玻璃材料。根据多个示范的实施例，玻璃对象的材料可为任何玻璃。适合玻璃的范例包括铝硅酸盐玻璃、硼磷硅酸盐玻璃、氟磷酸盐玻璃、氟硅酸盐玻璃、石英、磷酸盐玻璃、磷硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、硅酸钠，等等。
根据多个示范的实施例，弯模玻璃对象的方法包括以模具保护装置覆盖模具、藉由形成惰性气体环境或在模具以及模具保护装置之间的空间中生成真空来保护模具避免氧化、将玻璃对象加热至工作温度以提供加热的玻璃对象、在模具的内部空间中生成真空，同时正压存在于模具的外部空间中以折弯形成加热的玻璃对象以提供成型的玻璃对象，以及冷却所成型的玻璃对象。
根据多个示范的实施例，在模具外部空间以及模具内部空间之间的压差帮助在模具上折弯形成玻璃物件。根据多个示范的实施例，此方法进一步包括藉由垂直地移动模具保护装置来改变或调整正压。
根据多个示范的实施例，此方法进一步包括在冷却的同时在成型玻璃对象上注入加热的惰性气体。根据多个示范的实施例，加热惰性气体的温度低于工作温度。根据多个示范的实施例，工作温度是大约600℃至950℃，包括从大约700℃至800℃。根据多个示范的实施例，所注入惰性气体的温度比工作温度低了大约50℃至大约150℃。
根据多个示范的实施例，玻璃对象包括为2D的至少一表面。用于成型的玻璃对象范例包括触控屏幕以及平坦玻璃。根据多个示范的实施例，此具进步性的方法可用以将至少一2D表面成型成具有至少一2.5D或3D表面的成型玻璃对象。例如，本具进步性的方法可制造适合用于曲面显示器的曲面玻璃。
本公开内容提供了一种方法以及装置以形成具有高质量表面的曲面玻璃，其可用于汽车系统或可携式移动装置。虽然已关于某些实施例描述了本发明，本领域具一般技艺的人员将认定，可在所附权利要求的精神以及范围内以修饰来实施本发明。
任何空间的提及，例如，“上”、“下”、“之上”、“之下”、“之间”、“底部”、“垂直的”、“水平的”、“有角的”、“朝上”、“朝下”、“边至边”、“左至右”、“左”、“右”、“右至左”、“顶部至底部”、“底部至顶部”、“顶部”、“底部”、“下往上”、“上往下”，等等，是仅为说明的目的，且不限制上述结构的特定方位或位置。
已关于某些实施例描述了本公开内容。在阅读了此公开内容之后，对本领域具一般技艺的技术人员仅为显而易见的改进或修饰被视为在本申请案的精神以及范围内。所了解的是，多个修饰、改变以及取代在前述公开内容中是预期，且在一些例子中，将使用本发明的一些特征而没有相对应地使用其他特征。因此，所附权利要求被广义地并以与本发明范围一致的方式来理解是适当的。

Claims (20)

1.一种用于形成曲面玻璃的真空成型装置，包括：
模具，其具有成形表面以及多个吸气孔；
模具保护装置，其覆盖所述模具；
真空系统，其在所述模具的内部空间中生成真空；以及
玻璃加热装置，其加热玻璃物件。
2.根据权利要求1所述的真空成型装置，其中所述模具包括石墨、碳化硅或不锈钢。
3.根据权利要求1所述的真空成型装置，其中所述多个吸气孔在所述模具上具有不均匀的分布。
4.根据权利要求1所述的真空成型装置，其中所述模具保护装置包括可移动的盖子部分，以用于改变施加至所述玻璃对象的正压。
5.根据权利要求4所述的真空成型装置，进一步包括电动机以及与所述模具保护装置整合的连接杆，以移动所述模具保护装置的所述盖子部分。
6.根据权利要求1所述的真空成型装置，进一步包括将惰性气体注入至所述模具以及所述模具保护装置之间的空间中的一个或更多个气动泵。
7.根据权利要求1所述的真空成型装置，其中所述真空系统进一步包括用于将惰性气体注入至所述模具的所述内部空间中的气动泵。
8.根据权利要求1所述的真空成型装置，其中所述玻璃加热装置包括一个或更多个红外线(IR)加热装置。
9.根据权利要求1所述的真空成型装置，其中所述玻璃加热装置被配置用以以不均匀的分布将热能提供至所述玻璃对象，使得所述玻璃对象的角落被加热至比所述玻璃对象的其他部分高的较高温度。
10.根据权利要求1所述的真空成型装置，进一步包括加热所述模具保护装置以及所述模具之间的空间的加热装置。
11.根据权利要求1所述的真空成型装置，进一步包括朝向所述模具的弯曲部分注入气体的辅助喷射装置，以帮助成形所述玻璃物件。
12.一种用于形成曲面玻璃的真空成型装置，包括：
模具，其具有成形表面以及不均匀地设置在所述模具上的多个吸气孔设置；
模具保护装置，其覆盖所述模具且为可移动的，以调整施加至玻璃对象的正压；
真空系统，其在所述模具的内部空间中生成真空；以及
玻璃加热装置，其被配置用以在所述玻璃对象的边缘上以更多的热能加热所述玻璃物件。
13.根据权利要求12所述的真空成型装置，其中
所述模具的所述成形表面包括具有第一曲率的第一区域以及具有第二曲率的第二区域，所述第二曲率低于所述第一曲率；以及
所述吸气孔被配置用以在所述第一区域中具有第一密度以及在所述第二区域中具有第二密度，所述第二密度低于所述第一密度。
14.根据权利要求12所述的真空成型装置，进一步包括
一个或更多个气动泵，其将惰性气体注入至在所述模具保护装置和所述模具之间的空间中；以及
辅助喷射装置，其朝向所述模具的一部分注入气体以帮助成形所述玻璃物件。
15.一种弯模玻璃对象的方法，包括：
以模具保护装置覆盖模具；
藉由形成惰性气体环境来保护所述模具避免氧化；
将玻璃对象加热至工作温度，以提供加热的玻璃对象；
在所述模具的内部空间中生成真空，同时在所述模具的外部空间中存在正压，以折弯形成所述加热的玻璃对象，以提供成型玻璃对象；以及
冷却所述成型玻璃物件。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括藉由移动所述模具保护装置同时生成真空来改变所述正压。
17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括在所述成型玻璃对象上注入加热的惰性气体同时冷却所述成型玻璃对象。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述加热的惰性气体的温度低于所述工作温度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述工作温度是大约600℃至950℃；以及所述加热的惰性气体的所述温度比所述工作温度低了大约50℃至大约150℃。
20.根据权利要求15所述的方法，进一步包括朝向所述模具的弯曲部分注入气体，以帮助成型所述玻璃物件。
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