CN116905289A - 纸塑吸浆模仁及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纸浆塑模技术领域，公开了纸塑吸浆模仁及其制造方法，纸塑吸浆模仁包括：主体，主体的第一表面形成有成型结构，成型结构具有成型表面，成型表面上间隔设有多个吸浆孔，多个吸浆孔沿着成型表面均匀布置，每个吸浆孔的延伸方向与其所在位置处的曲面的切线垂直，主体通过增材制造成型，本发明的纸塑吸浆模仁由于通过增材制造成型，吸浆孔的轴向可以根据成型表面的变化对应进行变化，当成型表面较为复杂存在较多曲面时，依然能够随着成型表面的变化均匀的形成吸浆孔，使得成型表面上各处的吸浆能力能够保持一致，在进行吸浆步骤时，形成的纸浆层厚度也更为统一，有效解决了现有纸塑吸浆模仁吸浆后形成的纸浆层均匀性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及纸浆塑模技术领域，具体涉及纸塑吸浆模仁及其制造方法。
背景技术
在工业包装产品中，纸塑产品变得越来越普遍，纸塑成型模具主要由吸浆模具、热压模具以及移转模具组成，在生产纸塑产品时，吸浆模具先在浆池中吸取纸浆，之后进行热压工艺，通过热压模具高温高压整形烘干，最后通过移转模具输送出产品。吸浆模具的成型面上设有许多吸取孔1a，吸浆模具的背部设有吸浆机台，吸浆机台为吸浆模具提供吸力，吸浆模具的成型面浸入浆池后，纸浆在吸力作用下流向吸取孔1a，纸浆流经成型面时，其中的水分通过吸取孔1a吸走，剩余的纸浆在成型面上形成纸浆层，纸浆层经过热压工艺后便能够形成纸塑产品。吸浆模具成型面上纸浆层的均匀度会直接影响纸塑产品的质量，
目前，如图1和图2所示，现有吸浆模仁普遍采用机加工成型，在此种成型方式下，吸浆模仁上的吸取孔1a一般只能为水平均布的竖直孔，吸取孔1a的孔径一般在2mm及以上，孔距一般在6mm及以上，若成型面上具有较多曲面时，则无法均匀的布置吸取孔1a，在吸浆模仁吸浆时，会导致成型面上形成的纸浆层在曲面位置处薄厚不均，在经过热压工艺后，纸塑产品容易产生表面凸凹不平有褶皱、透光、容易撕裂等现象，因此，现有吸浆模仁还存在吸浆后形成的纸浆层均匀性差的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种纸塑吸浆模仁及其制造方法，以解决现有纸塑吸浆模仁吸浆后形成的纸浆层均匀性差的问题。
第一方面，本发明提供了一种纸塑吸浆模仁，包括：主体，主体的第一表面形成有成型结构，成型结构具有成型表面，成型表面包括若干曲面，成型表面上间隔设有多个吸浆孔，多个吸浆孔沿着成型表面均匀布置，每个吸浆孔的延伸方向与其所在位置处的曲面的切线垂直，其中，主体通过增材制造成型。
有益效果：由于纸塑吸浆模仁通过增材制造成型，使得成型表面上能够更为灵活的形成的吸浆孔结构，吸浆孔的轴向可以根据成型表面的变化对应进行变化，当成型表面较为复杂存在较多曲面时，依然能够随着成型表面的变化均匀的形成吸浆孔，使得成型表面上各处的吸浆能力能够保持一致，在进行吸浆步骤时，形成的纸浆层厚度也更为统一，进而大大提升了纸塑产品的品质，有效解决了现有纸塑吸浆模仁吸浆后形成的纸浆层均匀性差的问题。
在一种可选的实施方式中，任意相邻的两个吸浆孔通过设置在主体内部的连接孔连通。
有益效果：若其中一个吸浆孔堵塞时，当前吸浆孔的吸浆压力便可以通过周围的吸浆孔补足，避免了局部吸浆孔吸浆压力因堵塞而减小，在吸浆时，使得成型表面形成的纸浆层厚度更均匀，利于提升产品的品质。
在一种可选的实施方式中，任意相邻的两个吸浆孔通过设置在成型结构表面的连接槽连通。
有益效果：吸浆孔的吸力通过连接槽能够均匀的分布在成型结构的表面上，成型结构的表面能够呈网状整体吸取纸浆，有效提升形成纸浆层的均匀性。
在一种可选的实施方式中，任意相邻的两个吸浆孔之间的连线形成连接线，连接线交叉的两组吸浆孔之间形成的连接槽交叉连通。
有益效果：增加了斜向交叉连通的连接槽能够有效增加成型结构表面的连接槽的密度，进一步提升吸浆均匀性。
在一种可选的实施方式中，每个连接槽沿着垂直于自身延伸方向的截面形状均一致，和/或，连接槽为U型槽。
有益效果：保证每个连接槽中吸力散布更均匀，吸浆时使成型结构表面的吸力保持一致，进而使形成的纸浆层厚度保持一致。
在一种可选的实施方式中，连接槽的槽宽为0.5mm至0.7mm。
有益效果：由于纸塑吸浆模仁通过增材制造成型，因此连接槽的槽宽能够制造的更为精细，最小可达到0.5mm，在成型结构表面铺设不锈钢滤网整个表面更为顺滑。
在一种可选的实施方式中，多个吸浆孔的孔径一致。
有益效果：保证吸浆时每个吸浆孔进口处的吸取速度一致，进而能够保证形成的纸浆层厚度一致。
在一种可选的实施方式中，吸浆孔的孔径为0.8mm至8mm，和/或，相邻的两个吸浆孔的轴线的间距大于等于0.95mm。
有益效果：纸塑吸浆模仁通过增材制造成型，吸浆孔的孔径最小可做到0.8mm，吸浆孔的轴线的间距能够做到0.95mm，成型结构表面形成的吸浆孔更细更密，相比原有的大孔径大间距的吸浆孔，不仅整体的均匀性透气性更好，孔径的变化范围以及孔距的变化范围更大，制造时也更为灵活。
在一种可选的实施方式中，主体通过不锈钢粉末增材制造成型。
有益效果：相较于现有的铝制主体不易腐蚀，结构强度更高的同时也更为持久耐用。
第二方面，本发明还提供了一种纸塑吸浆模仁制造方法，用于制造上述的纸塑吸浆模仁，纸塑吸浆模仁制造方法包括：
根据纸塑吸浆模仁的结构和尺寸数据设计三维模型；基于三维模型，通过3D打印设备增材制造纸塑吸浆模仁。
有益效果：通过3D打印设备增材制造纸塑吸浆模仁加工效率更高，所能够形成的结构也更为精细，在形成纸塑吸浆模仁上的小孔或槽时，轻而易举就可以实现。
在一种可选的实施方式中，在基于三维模型，通过3D打印设备增材制造纸塑吸浆模仁的步骤中，3D打印设备的扫描层厚度为50um至140um，3D打印设备的扫描功率为150W至460W，3D打印设备的扫描速度为600mm/s至1800mm/s，3D打印设备的路径偏移间距为0.08mm至0.15mm，3D打印设备的扫描旋转角度为45°至113°，3D打印设备的扫描宽度为8mm至12mm，3D打印设备的扫描搭接为0.2mm至0.5mm。
有益效果：对工艺参数进行优化进行快速打印，实现了大层厚打印工艺，成型结构表面的不同方向的吸浆孔以及连接槽均能够无支撑随形成型，无需要二次加工。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的纸塑吸浆模仁的三维示意图；
图2为图1所示的纸塑吸浆模仁的正视图；
图3为本发明实施例的一种纸塑吸浆模仁的正视图；
图4为图3所示的纸塑吸浆模仁的俯视图；
图5为图3所示的纸塑吸浆模仁的局部放大的三维示意图；
图6为图3所示的纸塑吸浆模仁的吸浆孔的局部结构示意图；
图7为图6所示的吸浆孔的局部结构的俯视图。
背景技术中的附图标记说明：
1a、吸取孔。
附图标记说明：
1、主体；101、成型结构；2、吸浆孔；3、连接孔；4、连接槽。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1至图7，描述本发明的实施例。
在相关技术中，由于机加工成型具有局限性，难以在成型面上加工精细的结构，吸浆模仁上的吸取孔一般只能为水平均布的竖直孔，采用此种形式的吸浆模仁，当吸浆模仁上的成型面具有许多曲面时，在曲面位置处常常无法加工吸浆孔，或者依然在曲面位置处开设竖直孔，由于曲面并不是沿着水平方向延伸，同时吸取孔无法沿着曲面的延伸方向对应改变朝向，吸取孔沿着水平方向均匀布置后，在曲面位置的延伸方向上吸取孔排布并不均匀，因此会使曲面位置处形成的纸浆层厚度不一致。
根据本发明的实施例，一方面，提供了一种纸塑吸浆模仁，包括主体1，主体1的第一表面形成有成型结构101，成型结构101具有成型表面，成型表面包括若干曲面，成型表面上间隔设有多个吸浆孔2，多个吸浆孔2沿着成型表面均匀布置，每个吸浆孔2的延伸方向与其所在位置处的曲面的切线垂直，其中，主体1通过增材制造成型。
应用本实施例的纸塑吸浆模仁，由于纸塑吸浆模仁通过增材制造成型，使得成型表面上能够更为灵活的形成的吸浆孔2结构，吸浆孔2的轴向可以根据成型表面的变化对应进行变化，当成型表面较为复杂存在较多曲面时，依然能够随着成型表面的变化均匀的形成吸浆孔2，使得成型表面上各处的吸浆能力能够保持一致，在进行吸浆步骤时，形成的纸浆层厚度也更为统一，进而大大提升了纸塑产品的品质，有效解决了现有纸塑吸浆模仁吸浆后形成的纸浆层均匀性差的问题。
具体地，在相关技术中，吸浆模仁通过机加工成型时，若要在复杂的成型表面上对应布置吸浆孔2，其加工难度以及加工时间都会大大增加，许多曲面位置无法加工吸浆孔2，由于纸塑产品的种类样式多变，且每种纸塑产品所使用的吸浆模仁均需要单独进行制造，因此在实际生产中，为了更快的制造出对应的吸浆模仁投入生产，吸浆模仁表面的吸浆孔2仅能够沿着水平方向均布。
而在本实施例中，纸塑吸浆模仁采用增材制造成型，吸浆孔2的布置难度不再受限于工艺，解决了传统机加工成型吸浆孔2时费事费力的问题，只要对吸浆孔2的布置进行设计，就可以简化快速且可靠的生产制造纸塑吸浆模仁，不仅降低了加工难度以及加工时间，还大大提升了纸塑吸浆模仁的吸浆均匀性，在后续热压生产中，形成的纸塑产品的表面更为光滑，不会产生透光、表面凸凹不平等情况，提升产品良率，使得良率能够提升3％。
在本实施例中，任意相邻的两个吸浆孔2通过设置在主体1内部的连接孔3连通，由于吸浆孔2内部通过连接孔3连通，在纸塑吸浆模仁吸浆时能够保证每个吸浆孔2的吸力保持一致，若其中一个吸浆孔2堵塞时，当前吸浆孔2的吸浆压力便可以通过周围的吸浆孔2补足，避免了局部吸浆孔2吸浆压力因堵塞而减小，在吸浆时，使得成型表面形成的纸浆层厚度更均匀，利于提升产品的品质。
具体地，为了保证吸力传递更为均匀，每个连接孔3的内径均一致。
进一步地，如图6所示，在纸塑吸浆模仁的内部设置通过连接孔3，还能够在不影响纸塑吸浆模仁正常使用的情况下，减少纸塑吸浆模仁制造材料的使用量，有效减轻产品的重量。需要说明的是，由于纸塑吸浆模仁本身强度足够，设置连接孔3并不会明显减弱纸塑吸浆模仁的强度。
在本实施例中，任意相邻的两个吸浆孔2通过设置在成型结构101表面的连接槽4连通，吸浆孔2的吸力通过连接槽4能够均匀的分布在成型结构101的表面上，进行吸浆步骤时，成型结构101的表面能够呈网状整体吸取纸浆，有效提升形成纸浆层的均匀性。
在本实施例中，任意相邻的两个吸浆孔2之间的连线形成连接线，连接线交叉的两组吸浆孔2之间形成的连接槽4交叉连通，吸浆孔2之间的连接槽4不再局限于呈横向和纵向设置，增加了斜向交叉连通的连接槽4能够有效增加成型结构101表面的连接槽的密度，连接槽4的密度越大，吸浆孔2吸力在成型结构101表面分散的越均匀，进一步提升吸浆均匀性。
其中，横向指的是图5中箭头所指的“横向”的方向，纵向指的是图5中箭头所指的“纵向”的方向。
具体地，如图5和图6所示，在成型结构101的表面不仅能够均匀的布置吸浆孔2，还能够形成密度较大的连接槽4，使得成型结构101表面的吸浆状态能够由密集的点状变为整体吸取的面状，显著提高了吸浆均匀性。
在本实施例中，每个连接槽4沿着垂直于自身延伸方向的截面形状均一致，和/或，连接槽4为U型槽，保证每个连接槽4中吸力散布更均匀，吸浆时使成型结构101表面的吸力保持一致，进而使形成的纸浆层厚度保持一致。
在本实施例中，连接槽4的槽宽为0.5mm至0.7mm，由于纸塑吸浆模仁通过增材制造成型，因此连接槽4的槽宽能够制造的更为精细，最小可达到0.5mm，在成型结构101表面铺设不锈钢滤网整个表面更为顺滑。
具体地，由于成型结构101表面的连接槽4密度较大，因此，为了使距离较近的连接槽4相互不干涉，需要将连接槽4的槽宽设置的较小，相比原有通过较宽的连接槽4增加成型结构101表面吸力均匀性，降低槽宽增加连接槽4密度提升的吸力均匀性更为直接有效。
优选地，连接槽4的槽宽为0.6mm。
在本实施例中，多个吸浆孔2的孔径一致，保证吸浆时每个吸浆孔2进口处的吸取速度一致，进而能够保证形成的纸浆层厚度一致。
具体地，为了更好的在成型结构101表面形成纸浆层，成型结构101的表面还固定设有金属滤网，纸浆经过金属滤网形成纸浆层，其中的水分通过吸浆孔2吸走。
进一步地，作为可以替换的实施方式，吸浆孔2的孔径也可以不一致，可以将吸浆孔2设计为孔径为不规则的蜂窝状，使得成型结构101的表面形成类似透气钢表面的结构，此时的成型结构101的表面吸浆孔2整体孔径较小，可直接形成过滤结构，因此无需设置金属滤网。
需要说明的是，采用透气钢打印工艺形成吸浆孔2虽然可以免去设置金属滤网，但此种结构的吸浆孔2会直接与纸浆进行接触，容易发生堵塞，且发生堵塞后难以进行清理，在实际使用过程中容易产生故障，因此，吸浆孔2的孔径保持一致并使用金属滤网使用时更为方便可靠。
在本实施例中，吸浆孔2的孔径为0.8mm至8mm，相邻的两个吸浆孔2的轴线的间距大于等于0.95mm，纸塑吸浆模仁通过增材制造成型，吸浆孔2的孔径最小可做到0.8mm，吸浆孔2的轴线的间距能够做到0.95mm，相邻两个吸浆孔2的侧壁的间距最小能够做到0.15mm，使得成型结构101表面形成的吸浆孔2更细更密，相比原有的大孔径大间距的吸浆孔，不仅整体的均匀性透气性更好，孔径的变化范围以及孔距的变化范围更大，制造时也更为灵活。
具体地，如图7所示，其中A即为相邻的两个吸浆孔2的轴线的间距，其中B即为吸浆孔2的孔径，以图7为例，其中A为4mm，B为1.5mm。
需要说明的是，相邻的两个吸浆孔2的轴线的间距不局限于4mm，也可以为2mm、3mm、5mm等，吸浆孔2的孔径不局限于1.5mm，也可以为1mm、2mm等。
在本实施例中，主体1通过不锈钢粉末增材制造成型，相较于现有的铝制主体不易腐蚀，结构强度更高的同时也更为持久耐用。
具体地，由于成型结构101的表面通常需要固定金属滤网，而金属滤网通常为不锈钢滤网，传统铝制主体1在固定不锈钢滤网时，由于两者材料不同而无法直接焊接固定，需要在铝制主体1的表面固定不锈钢铆钉作为焊点，才能够固定不锈钢滤网；本实施例的主体1直接通过不锈钢粉末制造，与不锈钢滤网的材料一致，因而能够直接焊接固定不锈钢滤网，免去设置铆钉的步骤，使得后续的组装制造过程更为简单快捷。
根据本发明的实施例，另一方面，提供了一种纸塑吸浆模仁制造方法，用于制造上述的纸塑吸浆模仁，纸塑吸浆模仁制造方法包括：
根据纸塑吸浆模仁的结构和尺寸数据设计三维模型；基于三维模型，通过3D打印设备增材制造纸塑吸浆模仁。
具体地，通过3D打印设备增材制造纸塑吸浆模仁加工效率更高，所能够形成的结构也更为精细，在形成纸塑吸浆模仁上的小孔或槽时，轻而易举就可以实现。
进一步地，通过3D打印设备增材制造纸塑吸浆模仁无需备料，设计完成即可上机打印，相比传统的机加工过程，机加工过程需要备料、粗加工、精加工等多种工序，加工周期一般需要15天以上，而3D打印只需要5天，显著的缩短了纸塑吸浆模仁的制造周期。
在本实施例中，在基于三维模型，通过3D打印设备增材制造纸塑吸浆模仁的步骤中，3D打印设备的扫描层厚度为50um至140um，3D打印设备的扫描功率为150W至460W，3D打印设备的扫描速度为600mm/s至1800mm/s，3D打印设备的路径偏移间距为0.08mm至0.15mm，3D打印设备的扫描旋转角度为45°至113°，3D打印设备的扫描宽度为8mm至12mm，3D打印设备的扫描搭接为0.2mm至0.5mm，对工艺参数进行优化进行快速打印，实现了大层厚打印工艺，成型结构101表面的不同方向的吸浆孔2以及连接槽4均能够无支撑随形成型，无需要二次加工。
具体地，通过3D打印设备增材制造纸塑吸浆模仁，能够更为统一的形成大小尺寸一致的吸浆孔2以及连接槽4，保证纸塑吸浆模仁吸气均匀可靠。
进一步地，本实施例的纸塑吸浆模仁通过金属3D打印制造，主要使用SLM(选择性激光熔化)3D打印技术。SLM技术是采用高能激光将金属粉体熔化并迅速冷却的过程，该过程是利用激光与粉体之间的相互作用形成的，SLM技术可获得近全致密的精细金属零件和模具。它利用高能激光热源将金属粉末完全熔化后快速冷却凝固成形，从而得到高致密度、高精度的金属零部件。
SLM作为增材制造技术的一种，它具备了增材制造的一般优点，如可制造不受几何形状限制的零部件、缩短产品的开发制造周期、节省材料等。同时，SLM成形的金属零部件还具有成形材料广泛、晶粒细小组织均匀、力学性能优异、致密度高以及成形精度高等优点。
SLM的核心器件包括主机、激光器、光路传输系统、控制系统和软件系统等几个部分组成。制造时，先将CAD模型转换成STL文件，传输至SLM设备的PC端，在设备配置的工作软件导如STL文件进行切片处理，生成每一层的二维信息；数据导入完毕后将设备腔门密封，抽真空后通入保护气体，需要预热的金属粉末设置基底预热温度，将工艺参数输入控制面板，包括激光功率、扫描速度、铺粉层厚、扫描距及扫描路径等，之后便可以进行制造。具体设备及技术细节可参考现有SLM技术，此处不作过多赘述。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (11)
1.一种纸塑吸浆模仁，其特征在于，包括：
主体(1)，所述主体(1)的第一表面形成有成型结构(101)，所述成型结构(101)具有成型表面，所述成型表面包括若干曲面，所述成型表面上间隔设有多个吸浆孔(2)，多个所述吸浆孔(2)沿着所述成型表面均匀布置，每个所述吸浆孔(2)的延伸方向与其所在位置处的所述曲面的切线垂直；
其中，所述主体(1)通过增材制造成型。
2.根据权利要求1所述的纸塑吸浆模仁，其特征在于，任意相邻的两个所述吸浆孔(2)通过设置在所述主体(1)内部的连接孔(3)连通。
3.根据权利要求1所述的纸塑吸浆模仁，其特征在于，任意相邻的两个所述吸浆孔(2)通过设置在所述成型结构(101)表面的连接槽(4)连通。
4.根据权利要求3所述的纸塑吸浆模仁，其特征在于，任意相邻的两个所述吸浆孔(2)之间的连线形成连接线，所述连接线交叉的两组所述吸浆孔(2)之间形成的所述连接槽(4)交叉连通。
5.根据权利要求3或4所述的纸塑吸浆模仁，其特征在于，每个所述连接槽(4)沿着垂直于自身延伸方向的截面形状均一致，
和/或，所述连接槽(4)为U型槽。
6.根据权利要求4所述的纸塑吸浆模仁，其特征在于，所述连接槽(4)的槽宽为0.5mm至0.7mm。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的纸塑吸浆模仁，其特征在于，多个所述吸浆孔(2)的孔径一致。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的纸塑吸浆模仁，其特征在于，所述吸浆孔(2)的孔径为0.8mm至8mm，
和/或，相邻的两个所述吸浆孔(2)的轴线的间距大于等于0.95mm。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的纸塑吸浆模仁，其特征在于，所述主体(1)通过不锈钢粉末增材制造成型。
10.一种纸塑吸浆模仁制造方法，其特征在于，用于制造权利要求1至9中任一项所述的纸塑吸浆模仁，所述纸塑吸浆模仁制造方法包括：
根据所述纸塑吸浆模仁的结构和尺寸数据设计三维模型；
基于所述三维模型，通过3D打印设备增材制造所述纸塑吸浆模仁。
11.根据权利要求10所述的纸塑吸浆模仁制造方法，其特征在于，在基于所述三维模型，通过3D打印设备增材制造所述纸塑吸浆模仁的步骤中，
所述3D打印设备的扫描层厚度为50um至140um，所述3D打印设备的扫描功率为150W至460W，所述3D打印设备的扫描速度为600mm/s至1800mm/s，所述3D打印设备的路径偏移间距为0.08mm至0.15mm，所述3D打印设备的扫描旋转角度为45°至113°，所述3D打印设备的扫描宽度为8mm至12mm，所述3D打印设备的扫描搭接为0.2mm至0.5mm。
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| CN202310981714.4A CN116905289A (zh) | 2023-08-04 | 2023-08-04 | 纸塑吸浆模仁及其制造方法 |
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