KR20180090322A

KR20180090322A - 몰딩 기계 및 몰딩 기계의 작동 방법

Info

Publication number: KR20180090322A
Application number: KR1020187018790A
Authority: KR
Inventors: 리차드 어니스트 피츠페트릭
Original assignee: 익스트루드 투 필, 엘엘씨
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2018-08-10
Also published as: CA3007106A1; WO2017096231A1; MX2018006716A

Abstract

본 개시내용은 몰딩 기계 및 몰딩 기계의 작동 방법을 제공한다. 몰딩 기계는 몰딩 기계의 종방향 축(815)을 따라 활주가능한 셔틀 테이블(803)을 포함할 수 있다. 몰딩 기계의 작업자는 몰딩된 부품에 접근하기 위해 기계의 종방향 축을 따라 셔틀 테이블을 활주시킬 수 있다.

Description

몰딩 기계 및 몰딩 기계의 작동 방법

관련 특허 출원에 대한 교차 참조

본 출원은 각각이 발명의 명칭을 "압출-충전 사출 몰딩 및 압출 스크류"으로 하여 2014년 12월 4일 자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 62/087,414, 발명의 명칭을 "압출-충전 사출 몰딩 시스템을 위한 노즐 차단"으로 하여 2014년 12월 4일 자로 출원된 미국 가특허 번호 62/087,449 및 발명의 명칭을 "압출-충전 사출 몰딩을 위한 제어 시스템"으로 하여 2014년 12월 4일 자로 출원된 미국 가특허 번호 62/087,480의 35 U.S.C. 119(e) 하의 이익을 주장하는, 발명의 명칭을 “사출 몰딩 시스템 및 구성요소 제작 방법”으로 하여 2015년 12월 4일 자로 출원된 미국 특허 출원 번호 14/959,921의 일부 계속 출원인, 발명의 명칭을 “몰딩 기계 및 몰딩 기계의 작동 방법”으로 하여 2016년 6월 8일 자로 출원된 미국 특허 출원 번호 15/177,271의 우선권을 주장하며, 출원된 발명의 명칭을 “사출 몰딩 시스템 및 구성요소 제작 방법”으로 하여 2015년 12월 4일 자로 국제 특허 출원 번호 PCT/US2015/064045의 일부 계속 출원이고, 발명의 명칭을 “사출 몰딩 시스템을 위한 노즐 차단”으로 하여 2015년 12월 4일 자로 출원된 미국 특허 출원 번호 14/960,115의 일부 계속 출원이고, 발명의 명칭을 “사출 몰딩 시스템을 위한 노즐 차단”으로 하여 2015년 12월 4일 자로 출원된 국제 특허 출원 번호 PCT/US2015/064110의 일부 계속 출원이고, 출원된 발명의 명칭을 “사출 몰딩을 위한 제어 시스템”으로 하여 2015년 12월 4일 자로 미국 특허 출원 번호 14/960,101의 일부 계속 출원이고, 발명의 명칭을 “사출 몰딩을 위한 제어 시스템”으로 하여 2015년 12월 4일 자로 출원된 국제 특허 출원 번호 PCT/US2015/064073의 일부 계속 출원인, 이들 출원들 전체가 본원에 참조로 포함된다.

본 개시내용은 개괄적으로 몰딩 기계에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용은 몰딩 기계 및 몰딩 기계의 작동 방법에 관한 것이다.

종래의 사출 몰딩 시스템은 주로 압출 스크류의 회전에 의해 동적으로 발생되는 전단 열에 의해 플라스틱과 같은 재료를 용융한다. 종래의 사출 몰딩 시스템의 동적으로 발생되는 전단 열은 고레벨의 순도 및 일관성(consistency)을 갖는 석유-기반 플라스틱 수지의 사용에 의존한다. 도 1은 종래의 사출 몰딩 시스템(100)의 개략도이다. 사출 존(112)은 사출 전 용융된 재료를 유지하기 위해 압출 스크류(102)의 전방에 위치한다. 용융된 재료가 압출 스크류(102)로 역류하는 것을 방지하고, 샷 사이의 회복 압출(recovery extrusion) 단계 동안 전방 용융 유동을 허용하기 위해, 체크 링(104) 또는 역류 방지 밸브가 사용된다. 역류는 사출 압력이 용융물에 적용될 때, 발생할 수 있다. 재료는 대부분 전단 열을 사용함으로써 용융된다. 예를 들어, 용융된 상태는 약 75%의 전단 열 및 약 25%의 밴드 가열기(114)로부터 발생된 전도 열에 의해 생성될 수 있다.

종래의 압출 스크류(102)는 전단 열 발생을 촉진하고, 고온 및 저온 플라스틱(hot and cold plastic)을 혼합하기 위해 큰 피치(132)로 설계된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스크류(102)의 루트 직경(134)은 배럴(110)의 유입구를 통해 원료를 공급하는 호퍼(106) 근처에서 더 좁아진다. 노즐(108)을 향해 압출 스크류의 길이를 따라, 루트 직경이 증가하여, 전단 열 발생을 촉진하기 위한 압축 존을 생성한다. 스크류(102)의 플라이트 높이(136)는 노즐(108)을 향해 감소되고, 이는 스크류(102)와 배럴(110) 사이의 공간을 감소시킨다.

회복 압출 단계 동안, 모터(150)를 사용하여 압출 스크류를 회전함으로써, 용융된 재료는 스크류(102)의 길이를 따라 배럴(110) 안의 사출 존(112) 내로 운반된다. 사출 존(112)은 압출 스크류(102)의 단부에서 노즐(108)과 체크 링(104) 사이에 존재한다. 용융된 재료는 저온 슬러그에 의해 사출 존 내에 구속되고, 이는 사출 사이클 후에 노즐(108)을 밀봉하고 회복 압출 단계 동안 플라스틱이 게이트(146) 및 러너(142)를 통해 몰드(140) 내로 유동하는 것을 방지한다.

사출 사이클 동안 스크류(102)는 실린더(138)에 의해 매우 높은 사출 압력 아래 회전 없이 전방 구동된다. 스크류(102) 및 체크 링(104)는 용융된 재료를 몰드 내로 사출하는 플런저로서 함께 기능할 수 있다. 회복 압출 단계는 전체 몰딩 시간의 10-25%만을 사용하여, 회복 압출 단계를 제외하고 압출 스크류가 회전하지 않을 때, 전단 열이 또한 상실될 수 있다.

종래의 사출 몰딩 시스템(100)은 각 샷 사이에 노즐(108) 안의 저온 슬러그의 형성에 의존한다. 플라스틱의 저온 슬러그는 종래의 사출 몰딩 시스템(100)에 대한 가장 큰 비효율 중 하나를 야기한다. 용융된 재료를 몰드 공동 내로 유동 기능하게 하기 위해 저온 슬러그를 노즐(108)로부터 토출하는 데에는 매우 높은 압력을 필요로 한다. 러너(142)를 통해 몰드 공동 내로 용융된 재료를 밀어넣기 위해 높은 사출 압력이 요구된다. 몰드 공동 내에서 500 psi 내지 1,500 psi의 압력을 얻기 위해 20,000과 30,000 psi 사이의 사출 압력이 요구되는 것이 통상적이다. 높은 사출 압력으로 인해, 종래의 사출 몰딩 시스템(100)은 배럴(110)을 둘러싸는 밴드 가열기(114)로부터 재료로의 열 전도를 감소시키는 배럴(110)의 두꺼운 벽을 필요로 한다.

종래의 사출 몰딩 시스템(100)은 부동 압반(122A-B), 가동 압반(124) 및 결착 로드(126)를 포함할 수 있는 클램프 시스템(120)에 동력을 공급하기 위해 유압 시스템 또는 전기 모터(128) 중 하나를 사용할 수 있다. 클램핑 실린더(130)는 사출하는 동안 몰드를 폐쇄된 상태로 유지하기에 충분한 압력을 적용할 수 있다. 종래의 사출 몰딩 시스템은 사출 시스템(118) 및 클램프 시스템(120) 모두를 위한 크고 비용이 많이 드는 동력원을 필요로 한다. 이들 동력원은 거대한 기계 구조물에 의해 지지되어야 하고, 이는 전기 공급, 두꺼운 콘크리트 기초 또는 바닥, 그리고 조달, 운영 및 유지가 비싼 대형 HVAC 시스템을 포함하는 설비 기반 구조 비용을 증가시킨다.

종래의 사출 몰딩 시스템에 의해 발생된 전단 열은 생물-기반 플라스틱(bio-based plastic)과 같은 소정의 재료를 몰딩하기 위한 능력을 제한한다. 생물-기반 플라스틱은 종래의 사출 몰딩 시스템에서 적용된 압력에 의해 열화되고, 사출 몰딩 석유-기반 플라스틱의 공정에서 전단 열을 생성하기 위해 기계가 발생한 압력에 불리하게 반응한다. 발명의 명칭이 “사출 몰딩 방법 및 장치”이며 R. Fitzpatrick에게 허여된 미국 특허 번호 8,163,208에 개시된 최근 개발된 사출 몰딩 시스템은 플라스틱을 용융시키는 데에 전단 열보다 정적 열 전도를 사용한다. 개시된 시스템은 생물-기반 플라스틱을 작은 부품으로 몰딩할 수 있다. 구체적으로, 개시된 시스템은 관형 스크류 내에 위치하고, 관형 스크류의 중심을 통해 운전되는 플런저를 포함한다. 일반적으로, 사출 사이클 동안 전체 스크류를 전진 이동 시키는 것은 큰 사출 실린더를 필요로 한다. 개시된 시스템에서, 더 큰 직경의 전체 스크류는 이동하지 않는다. 오직 플런저만 전진하고, 이는 플런저에 힘을 적용하는, 훨씬 더 작은 사출 실린더를 필요로 한다. 공개된 시스템은 각 샷 또는 사출 사이클 사이에 플런저 정면의 용융된 재료을 회수 및 운반하고 용융된 재료를 플런저에 의해 몰드 내로 사출한다. 부품 크기는 사출 중에 체적을 규정하는 것으로서 플런저의 면적과 플런저 스트로크의 길이의 곱에 의해 결정되지만, 그 부품 크기는 작은 샷 크기인 플런저의 작은 변위 체적, 통상적으로 약 3 내지 5 그램 플라스틱(grams of plastic)으로 제한된다. 비제한적 샷 크기로 부품을 몰딩하는 것이 바람직하다.

또한, 종래의 사출 몰딩 시스템(100)은 시동 시 경험있는 작업자에 의한 수동 퍼징 작동을 요구한다. 예를 들어, 작업자는 우선 배럴 가열기(114)를 켜고, 플라스틱 또는 수지에 매립된 스크류(102)가 느슨해져서 스크류 모터(150)가 켜지는 것을 허용할 때까지 대기할 수 있다. 퍼징 공정이 초기 전단 열을 발생시키기 위해 요구된다. 퍼징 공정은 작업자가 수지를 전방으로 이동시키기 위해 스크류(102)를 회전시킬 때 시작되고, 스크류(102)는 그의 사출 위치로 역방향(backward)으로 구동된다. 그 후, 작업자는 수지가 노즐(108)을 기계 베드 상으로 배출하도록 스크류(102)를 전방으로 구동시키는 사출 힘을 활성화한다. 사이클링 공정은 초기 전단 열을 발생시키기 위해 수지가 노즐(108)로부터 배출될 때까지 반복되고, 이는 작업자가 몰딩을 시작할 수 있을 만큼 재료가 충분히 고온일 수 있음을 암시한다. 수동 작동은 매우 주관적이며 숙련된 작업자가 기계를 시동하고 몰딩 공정을 조정하는 것이 요구된다. 후속 몰딩 작업은 전단 열 발생 요건을 충족시키기 위해 중단없이 일관되어야 한다.

다양한 사출 몰딩 시스템을 포함한다는 점에서 본 개시내용과 관련될 수 있는 문서는 미국 특허 번호 7,906,048, 미국 특허 번호 7,172,333, 미국 특허 번호 2,734,226, 미국 특허 번호 4,154,536, 미국 특허 번호 6,059,556 및 미국 특허 번호 7,291,297이다. 그러나, 이들 제안은 개선될 수 있다.

본 개시내용은 통상적으로 본원에서 압출-충전(extrude-to-fill, ETF) 몰딩 기계로 지칭될 수 있는 몰딩 기계 및 몰딩 기계 작동 방법을 제공한다. 몰딩 기계는 몰딩 기계의 종방향 축을 따라 활주가능한 셔틀 테이블을 포함할 수 있다. 몰딩 기계의 작업자는 몰딩된 부품에 접근하기 위해 기계의 종방향 축을 따라 셔틀 테이블을 활주시킬 수 있다.

일부 실시예에서, 몰딩 기계는 배럴, 배럴 내측에 수용되어 배럴에 대해 회전가능한 스크류 및 배럴의 단부에 인접하게 위치하고 배럴의 종방향 축을 따라 활주가능한 셔틀 테이블을 포함할 수 있다. 셔틀 테이블은 수직 클램프 메커니즘과 연관된다. 몰딩 기계는 실질적으로 수평인 압반을 포함하고, 셔틀 테이블은 압반에 활주가능하게 커플링될 수 있다. 셔틀 테이블은 후퇴 위치와 연장 위치 사이에서 활주가능하다. 후퇴 위치에서, 셔틀 테이블은 몰딩 기계의 클램프 영역 안에 위치할 수 있다. 연장 위치에서, 작업자에게 접근을 제공하기 위해 셔틀 테이블은 클램프 영역으로부터 제거될 수 있다. 몰딩 기계는 셔틀 테이블에 부착된 몰드 반부를 포함한다. 몰드 반부는 몰드의 하부 반부일 수 있다. 몰드 반부는 셔틀 테이블 상위 표면에 대해 접할 수 있다. 셔틀 테이블은 배럴의 단부에 인접한 클램프 위치와 몰딩 기계의 단부에 인접한 접근 위치의 사이에서 활주가능할 수 있다.

일부 실시예에서, 몰딩 기계의 작동 방법은 부품을 몰딩하는 단계, 제1 몰드 반부를 제2 몰드 반부에서 분리하는 단계 및 배럴의 종방향 축을 따라 배럴의 단부에 인접하게 위치된 셔틀 테이블을 제1 몰드 반부 또는 제2 몰드 반부 중 하나에 배치된 몰딩된 부품에 대한 접근을 제공하기 위해 몰딩 기계를 클램프 영역 밖으로 활주시키는 단계를 포함할 수 있다. 제1 몰드 반부를 제2 몰드 반부로부터 분리하는 단계는 제1 몰드 반부 또는 제2 몰드 반부 중 적어도 하나를 제1 몰드 반부 또는 제2 몰드 반부 중 다른 하나로부터 멀어지도록 실질적으로 수직인 축을 따라 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 셔틀 테이블을 활주시키는 단계는 셔틀 테이블을 실질적으로 수평인 축을 따라 활주시키는 단계를 포함할 수 있다. 셔틀 테이블을 활주시키는 단계는 셔틀 테이블이 활주가능하게 커플링되는 실질적으로 수평인 압반에 대해 셔틀 테이블을 활주시키는 단계를 포함할 수 있다. 셔틀 테이블을 활주시키는 단계는 클램프 영역 내의 제1 위치로부터 클램프 영역 밖의 제2 위치로 셔틀 테이블을 활주시키는 단계를 포함할 수 있다. 제1 몰드 반부 또는 제2 몰드 반부 중 하나는 셔틀 테이블에 부착될 수 있다. 제1 몰드 반부 또는 제2 몰드 반부 중 하나는 몰드의 하부 반부일 수 있다. 상기 방법은 제1 몰드 반부를 제2 몰드 반부로부터 분리하면서 그리고 셔틀 테이블을 활주시키면서, 배럴 내측에 수용된 스크류를 통해 배럴의 단부와 연관된 노즐 개구부를 폐쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 노즐 개구부가 폐쇄된 동안 정적 상태에서 배럴 내측의 수지 재료를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 셔틀 테이블을 클램프 영역 내로 활주시켜서 제1 몰드 반부 또는 제2 몰드 반부 중 하나를 클램프 영역 내로 재삽입할 때까지 노즐 개구부를 폐쇄 상태로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.

추가적인 실시예 및 특징은 다음의 설명에서 부분적으로 설명되며, 명세서의 검사를 통해 본 기술분야의 숙련자에게 명백해지거나 개시된 주제의 실시에 의해 학습될 수 있다. 본 개시내용의 성질 및 이점에 대한 추가의 이해는 개시내용의 일부를 형성하는 명세서 및 도면의 나머지 부분을 참조하여 실현될 수 있다.

본 개시내용은 이해를 돕기 위해 제공되며, 본 기술분야의 숙련자는 본 개시내용의 각각의 다양한 양태 및 특징이 바람직하게는 일부 경우에서 개별적으로 사용되거나, 다른 경우에서는 본 개시내용의 다른 양태 및 특징과 조합하여 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시내용은 실시예의 관점에서 제시되지만, 임의의 실시예의 개별 양태는 개별적으로, 또는 그 실시예나 임의의 다른 실시예의 양태 및 특징과 조합하여 주장될 수 있음을 인지해야 한다.

본 설명은 다음의 도면 및 데이터 그래프를 참조하여 더욱 완전히 이해될 것이고, 이는 본 개시내용의 다양한 실시예로서 제시되며, 본 개시내용의 범주의 완전한 설명으로서 이해되어서는 안된다.
도 1은 종래의 사출 몰딩 시스템의 개략도이다.
도 2a는 본 개시내용의 실시예에 따른 압출 스크류를 갖춘 몰딩 시스템이다.
도 2b는 본 개시내용의 실시예에 따른 도 2a의 몰딩 시스템의 단면도이다.
도 2c는 본 개시내용의 실시예에 따른 조립 전의 도 2a의 몰딩 시스템의 사시도이다.
도 3a는 본 개시내용의 실시예에 따른 유도 가열을 포함하는 몰딩 시스템의 단면도이다.
도 3b는 본 개시내용의 실시예에 따른 단열 슬리브를 포함하는 도 3a의 몰딩 시스템의 단면도이다.
도 3c는 본 개시내용의 실시예에 따른 슬리브와 배럴의 내부 관형 구조 사이의 절연 공기 갭을 포함하는 도 3b의 몰딩 시스템의 단면도이다.
도 4a는 본 개시내용의 실시예에 따른 계단식 압출 스크류를 갖춘 몰딩 시스템이다.
도 4b는 본 개시내용의 실시예에 따른 도 4a의 몰딩 시스템의 단면도이다.
도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른 조립 전의 도 4a의 몰딩 시스템의 사시도이다.
도 6a는 본 개시내용의 실시예에 따른 날카로운 기하구조를 갖는 압출 스크류를 도시한다.
도 6b는 본 개시내용의 실시예에 따른 덜 날카로운 기하구조를 갖는 압출 스크류를 도시한다.
도 7은 본 개시내용의 실시예에 따른 부품을 몰딩하는 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 8a는 본 개시내용의 실시예에 따른 제1 위치에 있는 셔틀 테이블을 갖춘 몰딩 시스템의 사시도이다.
도 8b는 본 개시내용의 실시예에 따른 제2 위치에 있는 셔틀 테이블을 갖춘 몰딩 시스템의 사시도이다.
도 9는 본 개시내용의 실시예에 따른 다중 몰딩 시스템을 포함하는 몰딩 기계를 도시하는 단순화된 도면이다.
도 10은 본 개시내용의 실시예에 따른 다중 몰딩 시스템을 포함하는 몰딩 기계의 사시도이다.
도 11은 도 10에서의 라인 11-11을 따라 취해진 도 10의 몰딩 기계의 단면도이고, 본 개시내용의 실시예에 따른 호퍼로부터 다중 몰딩 시스템으로의 유로를 도시한다.
도 12는 본 개시내용의 실시예에 따른 다중 몰드 공동을 형성하는 몰드 반부와 커플링된 도 10의 다중 몰딩 시스템의 사시도이다.
도 13은 본 개시내용의 실시예에 따른 단일 몰드 공동을 형성하는 몰드 반부와 커플링된 도 10의 다중 몰딩 시스템의 사시도이다.

본 개시내용은 아래에 설명되는 도면들과 함께 다음의 상세한 설명을 참조하여 이해될 수 있다. 예시의 명확성을 위해, 다양한 도면들에서의 특정 요소들은 비례에 맞춰 그려지지 않을 수 있다는 점에 유의한다.

본 개시내용은 통상적으로 몰딩 시스템 및 클램프 시스템을 포함할 수 있는 몰딩 기계를 제공한다. 몰딩 시스템은 유휴 시간의 기간 후에 퍼징 공정을 요구하지 않으면서, 요구시 몰드 내로 용융된 재료를 비제한적이거나 가변인 샷 크기 또는 변위 체적으로 전달하거나 펌핑하도록 압출하는 압출 스크류를 포함할 수 있다. 종래의 사출 몰딩 시스템에서, 샷 크기는 고정되고, 사출 사이클 동안 단일 몰드 공동 또는 복수의 몰드 공동을 충전하기에 충분할 정도로 변위되거나 전달될 수 있는 재료 체적이다. ETF 몰딩 시스템의 가변 샷 크기는, 샷 크기가 스크류 직경 및 사출 스트로크의 길이에 의해 미리 결정되고 사출 사이클 동안 종래의 스크류(102)(도 1 참조)에 의해 이동된 축거리인, 종래의 사출 몰딩 시스템의 고정된 샷-크기와 상이하다. 종래의 사출 몰딩 시스템(100)(도 1 참조)은 고정적이고 순차적인 공정을 실행하며, 이 시스템에서 샷 크기 변화는 제어 설정에 대한 변화를 필요로 한다. ETF 몰딩 시스템은 임의의 요구되는 샷 크기를 제공하도록 다양한 치수를 갖는 부품을 몰딩하기 위해 특정 시간 동안, 특정 몰드 공동 압력이 달성될 때까지, 특정 스크류 배압이 달성될 때까지, 특정 스크류 토크 하중이 달성될 때까지 또는 미리-선택된 횟수의 스크류 회전 동안 플라스틱을 압출할 수 있다.

ETF 몰딩 시스템은 실질적으로 감소된 전단 열 발생으로 균질한 용융물(예를 들어, 용융된 수지 재료)을 생산하기 위해 열 전도를 이용할 수 있다. 용융물은 요구되는 점도를 획득하기 위해 가열될 수 있다. 정적인 상태에서 요구되는 점도를 달성함으로써, 몰드 공동을 충전하기 위한 압출에 더 작은 압력이 요구될 수 있다. 또한, 더 낮은 클램프 힘이 몰드를 폐쇄하고 보유하기 위해 요구될 수 있다.

ETF 몰딩 시스템은 몰드 공동을 충전하기에 실질적으로 충분히 높은 압력 하에서 용융된 재료를 압출하는 반송 펌프로서 기능하도록 설계된 스크류를 포함할 수 있다. 스크류는 2개의 대향 방향으로 회전한다. 스크류의 회전을 반전하는 것의 이익들 중 하나는 수지를 교반하고 혼합하는 것을 돕는다는 것이다. 수지 재료를 몰드 공동으로 펌핑하기 위해서 압출 스크류가 한 방향으로 회전할 때, 압력 및 유동의 패턴이 확립될 수 있다. 스크류의 회전의 반전은 유동의 패턴 및 수지 재료의 이력현상을 방해할 수 있고, 이는 몰딩된-부품 샷 사이에서 배럴을 감압할 수 있어서, 몰딩 시스템의 더욱 정밀한 제어를 가능하게 할 수 있다. 스크류는 배럴 내측의 재료에 열 전도를 촉진한다. 예를 들어, 스크류의 반전은 더욱 일관된 용융물의 점도를 달성하기 위해 열 전도를 강화하도록 수지 재료를 혼합할 수 있으며 더욱 균일한 압출을 보장할 수 있다. 스크류는 배럴 내측의 재료에 대한 열 전도를 돕기 위해, 스크류 내측에 위치한 가열기와 같은, 내부 열원을 포함할 수 있다. 스크류는 내부 열원으로부터 재료로 열을 효율적으로 전도하기 위해, 황동(brass)과 같은 열 전도성 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 스크류는 몰드 공동 내로의 수지 재료의 유동을 각각 허용 또는 방지하기 위해 노즐을 개방 또는 폐쇄하도록 축방향을 따라 왕복 운동 할 수 있다.

몰딩 시스템은, 종래의 사출 몰딩 시스템(100)에서 찾아볼 수 있는, 일반적으로 20,000 내지 30,000 psi의 고압 없이 재료를 압출할 수 있다. 종래의 사출 몰딩 시스템(100)은, 고압 시스템(100) 내에서 고압을 발생 및 수용하고, 재료를 이동시키도록 설계된 두꺼운 벽의 배럴 및 무거운 스크류를 사용한다. 연관된 몰드 공동 내의 압력보다 5-10% 정도 낮을 수 있는 저압에서 작동함으로써, ETF 몰딩 시스템은 상당히 낮은 압력을 견디는 종래와는 다른 재료 및 구성으로 구성될 수 있다. 몰딩 시스템의 더욱 낮은 압력 요건은 종래의 재료보다 부드럽고 무게가 가벼운 종래와는 다른 재료의 사용을 촉진할 수 있다. 예를 들어, 상기 몰딩 시스템의 스크류는 더 낮은 압력 환경으로 인해 상당히 작은 질량으로 제작될 수 있고, 따라서 외부 열원을 이용할 때 시스템의 중앙에 더 적은 열 싱크를 생성할 수 있다. 종래와는 다른 재료는 열 전도성 또는 절연성을 개선하고, 몰딩 시스템을 통한 재료의 용융 및 펌핑을 개선할 수 있는 표면 마찰 계수 또는 다른 그러한 특성을 개선할 수 있다. 예를 들어, 스크류 및/또는 배럴은 황동 합금, 구리 합금 및 구리 니켈 합금과 같은 강도 부족 때문에 종래의 사출 몰딩 시스템에서 사용되지 않는 열 전도성 재료로 만들어질 수 있다.

도 2a는 본 개시내용의 실시예에 따른 몰딩 시스템(200)을 도시한다. 도 2b는 도 2a에 도시된 몰딩 시스템(200)의 단면도이다. 도 2c는 도 2a에 도시된 몰딩 시스템(200)의 조립 전 구성요소들의 사시도이다.

일반적으로 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 몰딩 시스템(200)은 배럴(210) 내측에 위치한 압출 스크류(202)를 포함할 수 있다(도 2b 참조). 호퍼 블록 개구부(216)는 호퍼 블록(206)으로부터 배럴(210)까지, 통상적으로 펠릿의 형태로 재료를 전달하기 위해 배럴 유입구(226)와 연관될 수 있고, 노즐(208)은 배럴(210)로부터 몰드까지 용융된 재료를 전달하기 위해 배럴(210)의 단부와 연관될 수 있다. 하나 이상의 가열기(214)가 배럴(210) 내측의 재료를 용융된 상태로 가열할 수 있고, 압출 스크류(202)는 배럴(210)의 길이를 따라서 몰드 내로 재료를 펌핑하기 위해 배럴(210) 내에서 회전할 수 있다. 모터 또는 다른 구동 시스템이 압출 스크류(202)를 회전 시키기 위해 사용될 수 있다. 실린더는 노즐(208)을 개방하거나 폐쇄하기 위해서 스크류(202) 또는 배럴(210) 중 하나를 스크류(202) 또는 배럴(210)의 다른 하나에 대해 축방향으로 이동시키도록 압출 스크류(202) 또는 배럴(210)에 커플링될 수 있다.

몰딩 시스템(200)은 클램프 시스템과 연관될 수 있으며, 이는 클램프 시스템에 동력을 공급하기 위한 실린더 또는 전기 모터를 포함할 수 있다. 클램프 시스템은 하나 이상의 부동 압반, 가동 압반, 그리고 하나 이상의 결착 로드를 포함할 수 있다. 클램핑 실린더는, 몰딩 시스템(200)의 노즐(208)로부터 몰드 내로 용융된 재료의 압출 동안에 몰드를 폐쇄된 상태로 유지하기 위해 가동 압반에 압력을 적용할 수 있다. 몰딩 시스템(200)은 배럴(210) 내에서 재료를 용융시키기 위해 전단 열 발생보다는 정적 열 전도를 주로 사용할 수 있다. 정적 열 전도를 주로 사용하여 요구되는 점도를 달성함으로써, 몰드 내로 재료를 압출하기 위해서 더 낮은 압력이 요구될 수 있고, 따라서 더 낮은 클램프 힘으로 몰드를 폐쇄된 위치에서 유지할 수 있다. 이와 같이, 클램프 시스템에 동력을 공급하기 위한 실린더 또는 전기 모터를 포함하는 몰딩 시스템(200) 및 클램프 시스템은 종래의 사출 몰딩 시스템(100)에 비해 크기가 더 작을 수 있고 작동하는 데에 더 작은 동력을 요구할 수 있는데, 종래의 사출 몰딩 시스템(100)은 일반적으로 사출 시스템(118) 및 클램프 시스템(120)(도1 참조) 모두에 대해 크고 비싼 동력원을 요구한다. 종래의 사출 몰딩 시스템(100)을 위한 동력원은 통상 거대한 기계 구조물에 의해 지지되어야 하고, 이는 전기 공급, 두꺼운 콘크리트 기초 또는 바닥, 그리고 조달, 작동 및 유지가 비싼 대형 HVAC 시스템을 포함하는 설비 기반 구조 비용을 증가시킨다.

도 2a 내지 도 2c를 더 참조하면, 몰딩 시스템(200)의 배럴(210)은 압출 스크류(202)를 에워싼다. 압출 스크류는 도 2c에서 더욱 자세히 도시된다. 압출 스크류(202)와 배럴(210) 사이의 간격은 전단 열 발생을 피하고 배럴(210) 내에서 압출 스크류(202)의 회전을 허용하는 크기로 설정될 수 있다. 배럴(210)은 배럴(210) 내측의 압출 스크류(202)의 축방향 이동을 허용할 수 있다.

몰딩 시스템(200)은 종래의 사출 몰딩 시스템(100)보다 낮은 압력에서 작동될 수 있다. 더 낮은 작동 압력은 배럴(210)이 얇은 벽을 갖도록 허용할 수 있고, 이는 종래의 배럴(110)(도 1 참조)의 두꺼운 벽에 비해 배럴(210)(도 2a 내지 도 2c 참조)의 내측의 재료에 대해 더 양호한 열 전도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 배럴(210)의 벽 두께는, 종래의 사출 몰딩 시스템(100)(도 1 참조)에서 0.750인치 내지 2.00인치인 배럴(110)의 벽 두께에 비해, 0.125인치 내지 0.250인치의 두께일 수 있다. 아래에서 논의되는 차단 노즐(shut-off nozzle) 및 스크류 팁과 함께, 정적 열 전도는 종래의 사출 몰딩 시스템(100)과 비교하여 내부 배럴 압력을 감소시킬 수 있다.

낮은 압출 및 사출 압력의 결과로, 배럴(210)을 형성하기 위한 재료는 압력 격납보다는 열 전도에 더욱 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 배럴(210)은 유도 가열을 위한 자성 재료 또는 황동, 구리, 알루미늄 또는 그의 합금과 같이 고전도성인 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 배럴(210)은 강으로 형성될 수 있다.

도 2a 내지 도 2c의 몰딩 시스템(200)의 호퍼 블록(206)은 배럴(210)의 유입구(226)에 커플링된 개구부(216)를 포함할 수 있다. 호퍼 블록(206)은 배럴(210) 상에서 활주하도록 구성된 중공 부분(217)을 포함할 수 있다. 호퍼 블록(206) 내의 재료가 호퍼 블록 개구부(216) 및 배럴 유입구(226)를 통해 견인되거나 배럴(210)에 공급될 수 있도록 호퍼 블록(206) 및 배럴(210)이 조립될 수 있다. 호퍼 블록(206) 근처의 배럴(210) 및 압출 스크류(202)가 저온으로, 예를 들어, 상온으로 유지될 수 있도록, 호퍼 블록(206)은 물, 물 기반 화합물 또는 다른 냉각 화합물과 같은 냉각 유체를 순환시키기 위해 하나 이상의 냉각 채널(218)을 포함할 수 있다.

몰딩 시스템(200)은 몰드로 압출할 재료를 준비하기 위해 배럴(210) 내측의 재료를 가열할 수 있다. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 몰딩 시스템(200)은 배럴(210) 내측의 재료를 가열하기 위해 밴드 가열기(214A-214C)와 같은 다수의 외부 가열기를 포함할 수 있다. 밴드 가열기(214A-214C)는 배럴(210) 외측에 위치할 수 있고, 배럴(210)을 통해 배럴(210) 내측에 위치한 재료로 열을 전도할 수 있다. 배럴(210)을 가열함으로써, 밴드 가열기(214A-214C)는 몰드 내로 압출할 재료를 용융하기 위해 배럴(210) 내측에 위치한 재료로 충분한 열을 전달할 수 있다. 밴드 가열기(214A-214C)로부터의 열은 배럴(210)을 통해 전도될 수 있고, 배럴(210)과 스크류(202) 사이에 형성되어 재료가 수용되는 환형 공간으로 발산될 수 있다. 가열된 환형 공간으로부터의 열은 스크류(202)로 전달될 수 있고, 이는 이후 스크류(202)와 재료 사이의 상호작용를 따라 재료를 가열할 수 있다. 스크류(202)는 배럴(210)의 내부 직경에 인접하게 배치된 플라이트(flight)를 포함할 수 있고, 따라서 배럴(210)로부터의 열은 배럴(210) 내부의 재료를 가열하기 위해 스크류(202)의 플라이트를 통해 전도될 수 있다. 스크류 플라이트의 높이는 스크류(202)와 배럴(210) 사이의 환형 공간의 깊이를 형성할 수 있다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 몰딩 시스템(200)이 배럴(210) 내측의 재료로 열을 전달하기 위해 조립될 때 밴드 가열기(214A-214C)는 배럴(210)을 에워쌀 수 있다. 밴드 가열기(214A-214C)는 전기 가열기일 수 있다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 밴드 가열기(214A-214C)는 배럴(210)의 길이를 따라 이격될 수 있다. 호퍼 블록(206)에 가장 가까운 밴드 가열기(214C)는 호퍼 블록(206)의 전방 단부에 2 개의 부분(220A 및 220B)을 포함할 수 있는 배럴 칼라(220)로부터 일정 거리에 위치할 수 있다. 도 2b를 참조하면, 배럴(210) 내의 온도 전이 구역(222)이 가열기(214A-C)가 위치되는 가열 구역(224)과 호퍼 블록(206) 사이에 존재할 수 있도록 밴드 가열기(214C)는 호퍼 블록(206)으로부터 일정 거리에 배치될 수 있다. 온도 전이 구역(222)에서, 재료는 비교적 저온으로 유지될 수 있고, 가열 구역(224) 내의 용융된 재료를 몰드를 향해 구동하도록 스크류(202)의 외측 직경과 배럴(210)의 내부 직경 사이에서 밀봉부와 같이 작용할 수 있어 상기 재료를 몰드 내로 유동하도록 지속적으로 운반할 수 있다. 온도 전이 구역(222)은, 상기 전이 구역(222) 내의 재료가 가열 구역(224) 내의 용융된 재료를 몰드 내로 구동하기 위해서 밀봉부와 같이 작용하기에 충분한 체적을 가지도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 온도 전이 구역(222)은 몰딩 시스템(200)의 적용예에 따라 변경될 수 있는 길이를 포함할 수 있고, 사례별 기준에 따라 결정될 수 있다. 호퍼 블록(206)으로부터 배럴(210)에 진입하는 저온 재료와 가열 구역(224) 내의 용융된 재료 사이에서 적절한 온도 전이 구역(222)을 유지함으로써, 저온 재료 및 전이 재료는 스크류 오거(202)와 함께 작업하여 가열 구역(224)에서 용융된 재료를 펌핑하기 위한 압출 힘을 제공할 수 있다. 용융된 재료가 호퍼(206)에 너무 가까울 때, 압출 힘은 손실될 수 있다. 온도 전이 구역 또는 존(222) 내에 적절한 양의 저온 재료가 존재하는 것은, 몰드를 향해 가열 구역(224)을 따라 용융된 재료를 이동시키기 위해서 저온 재료가 스크류 기하구조를 따라 활주하는 것을 보장할 수 있다. 저온 재료가 전이 존(222)에서 스크류를 따라 활주하지 않으면, 용융된 재료는 가열 구역(224)에서 스크류(202)에 점착될 수 있고 스크류(202)와 함께 배럴(210) 내측 둘레를 돌 수 있다.

몰딩 시스템(200)은 배럴(210) 내측에 위치한 재료를 가열하기 위한 내부 열원을 포함할 수 있다. 도 2b를 참조하면, 카트리지 가열기와 같은 하나 이상의 저항 가열기(225)가 스크류(202) 내측에 수용될 수 있다. 저항 가열기(225)는 스크류(202)를 내부적으로(internally) 가열할 수 있고, 스크류(202)는 스크류(202)와 배럴(210) 사이에 위치한 몰딩 재료로 열을 전달할 수 있다. 몰딩 시스템(200)은 스크류(202)의 길이를 따라 축방향으로 배열된 다중 저항 가열기(225)를 포함할 수 있고, 저항 가열기(225)는 스크류의 길이에 따른 가변 온도를 제공하도록 독립적으로 제어될 수 있다. 몰딩 시스템(200)은 전기 동력을 저항 가열기(225)에 전달하기 위해 슬립 링을 포함할 수 있다. 슬립 링은 스크류(202)가 회전하는 동안 저항 가열기(225)에 전기적 연결성을 제공하기 위해 스크류(202)와 함께 회전하는 회전 단부 및 동력 연결 용 고정 단부를 포함할 수 있다. 저항 가열기(225)를 제어하기 위한 피드백을 제공하기 위해 열전쌍이 추가될 수 있으며, 슬립 링은 열전쌍의 리드의 연결을 제공하여 스크류(202)와 배럴(210) 사이의 재료에 더욱 효율적인 열 전도를 위해 열전쌍 판독을 제공할 수 있다.

일부 실시예에서, 몰딩 시스템(200)은 몰딩 재료의 신속한 가열을 용이하게 하기 위해 유도 가열을 통해 스크류(202)와 배럴(210) 사이에서 몰딩 재료를 가열할 수 있다. 다음의 설명에서, 도 2a 내지 도 2c의 실시예와 유사한 요소 또는 구성요소는, 100만큼 증가된 동일한 참조 번호로 지정되고, 중복 설명을 생략한다. 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 몰딩 시스템(300)은 자성 스크류(302) 및/또는 배럴(310)을 포함할 수 있다. 스크류(302) 및/또는 배럴(310)은 유도 가열기에 의해 발생된 교류 자기장에 의해 야기된 전자기 유도에 의해 가열될 수 있다. 유도 가열기는 유도 가열 코일(340)과 같은 전자석을 포함할 수 있고, 전자 발진기는 교류 전류를 전자석에 통과시켜 스크류(302) 및/또는 배럴(310)을 관통 및 가열하는 교류 자기장을 발생시킬 수 있고, 그에 의해 스크류(302)와 배럴(310) 사이에 위치된 원료를 가열할 수 있다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 유도 가열 코일(340)은 스크류(302) 및/또는 배럴(310)을 가열하는 자기장을 생성하기 위해 배럴(310)을 둘러쌀 수 있다. 스크류(302) 및/또는 배럴(310)은 자기장과의 상호 작용을 위해 탄소강과 같은 자성 재료로 형성될 수 있고, 그로 인해 스크류(302) 및/또는 배럴(310)을 가열할 수 있다. 일부 실시예에서, 스크류(302) 및/또는 배럴(310)은 적어도 부분적으로 강자성 재료로 형성될 수 있고, 이는 스크류(302) 및/또는 배럴(310)의 적어도 일부에서 자성을 야기할 수 있다. 유도 가열은 전기 가열기보다 빠른 응답 시간을 촉진하도록 사용될 수 있고, 유도 가열은 스크류(302) 및/또는 배럴(310)을 즉시 또는 신속하게 가열할 수 있다. 일부 실시예에서, 스크류(302) 및/또는 배럴(310)은 더 빠른 응답 시간을 촉진하기 위해 적어도 자성 부분 또는 섹션을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 배럴(310)은 유도 가열을 촉진하기 위해 자성 재료로 구성될 수 있고, 스크류(302) 내측에 배치된 자성 재료와 같이, 스크류(302)와 협력하여 작업할 수 있다. 열원은 스크류(302), 배럴(310) 및/또는 유도 가열을 생성하기 위해 전자석(예를 들어, 유도 가열 코일(340))에 의해 발생된 자기장과 같이 작업하는 배럴(310)의 덮개일 수 있다.

일부 실시예에서, 스크류(302)는 유도 가열 코일(340)과 같은 전자석의 자기장과의 상호 작용을 위해 자성 재료로 형성될 수 있고, 배럴(310)은 세라믹, 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 다른 단열 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 유도 가열 코일(340)과 같은 전자석은 스크류(302)를 유도 가열할 수 있고, 이는 이후에 스크류(302)와 배럴(310) 사이에 배치된 몰딩 재료를 가열할 수 있다. 배럴(310)은 스크류(302)와 배럴(310) 사이에 형성된 공간 안에 열을 보유하기 위해 몰딩 재료와 스크류(302)를 단열할 수 있다.

도 3b 및 3c를 참조하면, 배럴(310)은 내부 관형 구조(343)를 둘러싸는 절연 슬리브(342)를 포함할 수 있다. 슬리브(342)는 배럴(310) 내의 환경을 격리 및 제어하기 위해 세라믹, 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 다른 단열 재료로 형성될 수 있다. 슬리브(342)는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 내부 관형 구조(343)와 원주 방향으로 접촉할 수 있거나, 또는 슬리브(342)는 절연 공기 간극(344)에 의해 내부 관형 구조(343)로부터 반경 방향으로 이격되어 배럴(310) 내에 열을 더 보유할 수 있다. 도 3b 및 도 3c에 도시된 실시예에서, 내부 관형 구조(343)는 배럴(310) 내측의 환경을 절연하기 위해 단열 재료로 형성될 수 있다. 대안적으로, 내부 관형 구조(343)는 유도 가열 코일(340)과 같은 전자석의 자기장과 상호 작용하도록 탄소강과 같은 자성 재료로 형성될 수 있으며, 스크류(302)와 함께 몰딩 재료를 가열할 수 있고, 슬리브(342)는 배럴(310) 내에 열을 보유할 수 있다.

도 3a 내지 도 3c를 계속 참조하면, 스크류(302)는 스크류(302) 내의 특정 열 프로파일을 얻기 위해 단일 열원 또는 복수의 열원을 수용하기 위한 적어도 부분적으로 중공인 코어를 형성할 수 있다. 예를 들어, 스크류(302)는 적어도 부분적으로 자성 재료로 형성될 수 있고 및/또는 하나 이상의 자기 인서트와 같은 자성 재료를 스크류(302) 내측에 포함할 수 있다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 자기 인서트(325)가 스크류(302) 내측에 수용될 수 있다. 상기 하나 이상의 인서트(325)는 유도 가열 코일(340)의 자기장과 상호 작용하여 스크류(302)를 내부적으로 가열할 수 있다. 인서트(325A-325C)는 스크류(302)의 길이를 따라 상이한 열 발생을 제공하기 위해 상이한 크기 또는 질량을 가질 수 있다.

도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 인서트(325A-325C)는 최대 인서트(325A)가 스크류(302)의 팁 근처에 위치하고, 최소 인서트(325C)가 호퍼 블록(306) 근처에 위치하고, 중간 인서트(325B)는 다른 인서트(325A, 325B) 중간에 위치하도록 스크류(302)의 길이를 따라 위치할 수 있다. 스크류(302)의 팁 근처에 위치한 인서트(325A)는 다른 자기 인서트(325B, 325C)보다 큰 크기를 가질 수 있어, 스크류(302)의 팁 영역에 더 많은 열이 가해져서 배럴(310) 내측의 재료가 배럴(310)에 부착된 노즐을 통해 몰드 공동으로 유동하기 전에 충분히 용융되는 것을 보장할 수 있다. 인서트(325C)는 다른 자기 인서트(325A, 325B)보다 작은 크기를 가질 수 있어, 호퍼 블록(306) 근처의 스크류(302)에 적용되는 열이 적어진다. 인서트(325A, 325B, 325C)는 유도 가열 코일(340)과 같은 전자석의 자기장과 상호 작용할 수 있어, 스크류(302)의 길이를 따라 상이한 양의 열을 발생시킬 수 있으며, 이에 따라 스크류(302)와 배럴(310) 사이에 위치된 원료에 상이한 양의 열을 적용할 수 있다.

스크류(302)는 자성 재료로 형성될 수 있고, 따라서 자기장과 상호 작용하여 원료를 가열하기 위한 기준 열량을 생성할 수 있으며, 인서트(325A-325C)는 스크류(302)에 의해 발생된 열을 보충하여, 재료를 스크류(302)의 길이를 따라 점진적으로 가열할 수 있다. 인서트(325A-325C)는 특정한 몰딩 적용예의 가열 요건에 따라 크기가 변할 수 있다. 일부 실시예에서, 인서트(325A)는 직경이 약 3/8 "이고, 인서트(325B)는 직경이 약 1/4"이고, 인서트(325C)는 직경이 약 3/16 "일 수 있다. 상이한 크기의 인서트(325A, 325B, 325C)를 사용함으로써, 단일 전자석(예를 들어, 유도 가열 코일(340))이 스크류(302)와 배럴(310) 주위에 위치할 수 있다. 인서트(325A-325C)는 적어도 부분적으로 탄소 강과 같은 자성 재료로 형성될 수 있다.

도 2a 내지 3c를 참조하면, 몰딩 시스템(200, 300)은 배럴(210, 310)의 단부에 차단 노즐(208, 308)을 포함할 수 있다. 몰딩 시스템(200, 300)은 샷 사이에 노즐(208, 308)을 밀봉하기 위하여 노즐(208, 308)에 부합되는 스크류 팁(212, 312)을 포함할 수 있다. 스크류 팁(212, 312)은 실질적으로 모든 용융된 재료를 노즐(208, 308)로부터 변위시켜서 저온 슬러그가 노즐(208, 308) 내측에 형성되지 않도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 2b 및 3a-3c에 도시된 바와 같이, 스크류 팁(212, 312)은 노즐(208, 308)의 오리피스 또는 개구부 안으로부터 재료를 변위 시키기 위한 실질적으로 원통형인 팁 부분을 포함할 수 있고, 오리피스로부터 반경 방향 외측으로 연장된 노즐(208, 308)의 내부 표면으로부터 재료를 변위시키기 위한 각진 부분을 추가로 포함할 수 있다. 스크류 팁(212, 312)의 각진 부분은 노즐(208, 308)의 대응하는 내부 표면과 결합하기 위한 선두의 원뿔형 또는 원뿔대형 표면을 포함할 수 있다. 각진 부분은 팁 부분으로부터 외측 및 후방으로 연장된다. 스크류 팁 부분의 조합 및 스크류팁(212, 312)의 각진 부분은 노즐(208, 308)로부터 모든 재료를 실질적으로 변위시킬 수 있다. 노즐(208, 308)은 몰드까지 연장되어 결합할 수 있고, 따라서 몰드와의 결합을 통해 열이 손실될 수 있다. 몰드에 의해 냉각될 수 있는 노즐(208, 308)로부터 실질적으로 모든 재료를 변위시킴으로써, 스크류 팁(212, 312)은 노즐(208, 308)에서 저온 슬러그의 형성을 제한할 수 있다. 스크류 팁(212, 312)의 각진 부분은 스크류(208, 308)의 전방 근처의 몰딩 재료가 스크류(202, 302)가 회전하여 재료를 몰드 내로 압출하기 시작할 때 요구되는 용융 온도에 있음을 보장하기에 충분한 거리만큼 용융된 재료를 노즐 오리피스로부터 변위시킬 수 있다. 실린더는, 스크류 팁(212, 312)이 노즐(208, 308) 영역으로부터 모든 용융된 재료를 변위시키기 위해 노즐에 안착되는 것을 보장하도록 스크류(202, 302)의 후방에서 사용될 수 있다. 종래의 사출 몰딩 시스템(100)(도 1 참조)과 달리, 저온 슬러그가 형성되지 않기 때문에 차단 노즐(208, 308)은 저압 압출을 허용할 수 있고, 저온 슬러그는 몰드로 재료를 사출하기 전에 노즐로부터 제거될 필요가 없다. 스크류 팁(212, 312)은 배럴(210, 310)의 단부와 연결될 수 있는 노즐(208, 308)을 밀봉 또는 폐쇄하기 위해 노즐(208, 308)에 대해 위치할 수 있다. 저항 가열기 또는 다른 가열 장치 및 열전쌍이 압출 스크류(202, 302)의 내측에 위치할 수 있도록 압출 스크류(202, 302)는 중공 부분을 포함할 수 있다. 스크류 팁 설계의 세부 사항은, 발명의 명칭이 "압출-충전 사출 몰딩 시스템을 위한 노즐 차단"인 관련 미국 가출원 번호 62/087,449(대리인 관리 번호 P249081.US.01) , 발명의 명칭을 "사출 몰딩 시스템을 위한 노즐 차단"으로 하여 2015년 12월 4일 자로 출원된 관련 미국 특허 출원 번호 14/960,115 및 발명의 명칭을 "사출 몰딩 시스템을 위한 노즐 차단"으로 하여 2015년 12월 4일 자로 출원된 관련 국제 특허 출원 번호 PCT/US2015/064110에 개시되어 있는데, 이 출원의 개시내용 전체는 본원에 참조로 포함된다.

몰딩 시스템(200, 300)은 압출 스크류(202, 302)를 회전시키는 구동 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 몰딩 시스템(200, 300)은 스크류(202, 302)를 회전시키는 압출 모터를 포함할 수 있고, 스크류 회전 구동을 위해 전기 전류에 의해 제어될 수 있다. 모터는 구동 벨트 또는 체인을 사용하여 스크류(202, 302)를 구동할 수 있다. 몰딩 시스템(200, 300)은 직접 구동부로서 압출 스크류(202, 302)와 축방향으로 정렬되는 압출 모터를 포함할 수 있고, 이는 몰딩 시스템(200, 300)을 단일 기계상에서 압출기로 지칭될 수 있는 다중 몰딩 시스템(200, 300)의 사용을 용이하게 하는 적합한(discreet) 유닛으로 만든다(예를 들어, 도 8 참조). 몰딩 시스템(200, 300)은, 노즐(208, 308) 또는 몰드 게이트의 내측과 접촉하도록 스크류 팁(212, 312)을 이동시키는 실린더를 포함할 수 있다. 실린더는, 노즐(208, 308)을 폐쇄 또는 차단하도록 스크류 팁(212, 312)을 노즐(208, 308)과 접촉시키기 위해 압출 스크류(202, 302)를 배럴(210, 310)에 대해 전방으로 이동시키거나, 노즐(208, 308)을 폐쇄 또는 차단하도록 노즐(208, 308)을 스크류 팁(212, 312)과 접촉시키기 위해 배럴(210, 310)을 스크류(202, 302)에 대해 후방으로 이동시킬 수 있다.

도 2c에 도시된 바와 같이, 압출 스크류(202)는 종래의 압출 스크류(102)(도 1 참조)의 가변 루트 직경과는 다르게 일정한 루트 직경(230)을 가질 수 있다. 압출 스크류(202)는 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 압출 스크류(102)의 큰 피치(132)보다는 상대적으로 작은 피치(234)를 사용할 수 있다. 종래의 압출 스크류(102)의 큰 피치(132)가 전단 열 생성 촉진에 더 적합한 반면에, 작은 피치(234)는 재료를 몰드로 펌핑하는 것을 돕도록 설계될 수 있다.

여전히 도 2c를 참조하면, 스크류 길이, 스크류 루트 직경 및 스크류 플라이트 높이(232)를 포함하는 스크류 치수는 샷 크기나 부품 크기 또는 정확도에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 큰 부품은, 예를 들어, 긴 스크류 길이, 큰 루트 직경 또는 높은 스크류 플라이트 높이(232)를 포함한 스크류의 압출에 의해 몰딩될 수 있다. 압출 스크류의 직경이 작아지게 될 때, 효율적으로 압출되는 플라스틱의 체적은 감소할 수 있지만, 압출되는 체적의 제어는 더욱 정밀하게 될 수 있고, 이는 샷 크기를 각각의 몰딩 사이클에 대해서 일관적으로 되도록 제어하는 것을 돕는다.

압출 스크류(202, 302)는 종래의 사출 몰딩 시스템에서 일반적으로 사용되는 강에 비해 더 높은 열 전도 성능을 갖는 황동 또는 황동 합금으로 만들어질 수 있다. 황동 스크류는 강 스크류 더욱 양호하게 열을 재료로 전도할 수 있고, 플라스틱과 같은 재료가 그의 표면을 따라 더 자유롭게 이동할 수 있어 혼합을 촉진한다. 황동은 낮은 마찰 계수를 가지며, 이는 특히 혼합/오염 재활용 수지 또는 전분 기재 수지(starch based resin)와 같은 점착성 재료를 몰딩하는데 펌핑 효율을 신장시키는 것을 도울 수 있다. 펌핑 효율은 단위 시간당 몰드로 펌핑되는 재료의 체적의 측정치이다.

계속해서 도 2c를 참조하면, 배럴(210)은 주 섹션(210A)과 입구 섹션(210C) 사이에 전이 섹션(210B)을 포함할 수 있다. 전이 섹션(210B)은 2개의 부분(220A-220B)을 포함하는 배럴 칼라(220)에 꼭 맞도록 구성된 더 작은 외부 직경을 가질 수 있다. 입구 섹션(210C)은 호퍼 블록(206)의 개구부(216)에 커플링된 유입구(226)를 포함할 수 있다. 도 2a, 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 몰딩 시스템(200)이 조립될 때, 가열기(214A-214C)는 배럴(210)의 주 섹션(210A)을 감쌀 수 있고, 칼라(220)는 배럴(210)의 전이 섹션(210B)에 안착될 수 있다. 칼라(220)의 상기 부분(220A-220B)은 배럴(210)의 전이 섹션(210B) 상에 위치할 수 있고, 예를 들어, 칼라 부분(220A-220B)에 형성된 구멍(228A-228B) 내로 나사 결합된 체결구로 서로에 부착될 수 있다. 함께 고정될 때, 칼라 부분(220A-220B)은 배럴(210)에 대한 칼라(220)의 회전에 저항할 수 있고, 배럴(210)의 오목한 전이 섹션(210B)은 배럴(210)의 길이를 따르는 칼라(220)의 축방향 이동을 억제할 수 있다. 칼라(220)는 배럴(210)에 대해 호퍼 블록(206)을 축방향 및 회전방향으로 고정시키기 위해서 호퍼 블록(206)에 부착될 수 있다. 배럴 칼라(220)는, 예를 들어, 도 2c에 도시된 바와 같이 칼라 부분(220A-220B)에 형성된 구멍(227A-227B)을 통해 삽입되어 호퍼 블록(206)에 형성된 구멍(219)에 나사 결합되는 체결구를 사용함으로써 호퍼 블록(206)에 부착될 수 있다. 호퍼 블록(206)은 배럴 섹션(210C) 상으로 활주하도록 구성된 중공 부분(217)을 포함할 수 있다. 호퍼 블록(206)으로부터 배럴(210)에 재료가 진입하는 경로를 제공하도록 호퍼 블록(206)의 개구부(216)가 배럴(210)의 입구 섹션(210C)의 유입구(226)와 정렬되게 호퍼 블록(206)은 배럴(210)의 입구 섹션(210C) 상에 장착된다. 스크류(202)는 배럴(210) 내측에 위치할 수 있고, 스크류 플라이트는 배럴(210)의 유입구(226)로부터 노즐(208)을 향해 재료를 펌핑하는 것을 촉진하기 위해 배럴(210)의 입구 섹션(210C)으로부터 배럴(210)의 주 섹션(210A)으로 연장될 수 있다.

정적 열 전도는 몰딩 시스템(200, 300)의 자동화된 기계 시동을 용이하게 할 수 있다. 종래의 사출 몰딩 기계(100)는 시동 시에 몰딩 전 플라스틱 점도를 달성하기 충분한 전단 열을 발생하기 위해 퍼징 공정을 필요로 한다. 스크류 팁 설계의 더 자세한 사항은, 발명의 명칭이 "압출-충전 사출 몰딩을 위한 제어 시스템"인 관련 미국 가출원 번호 62/087,480(대리인 관리 번호 P249082.US.01), 발명의 명칭을 "사출 몰딩을 위한 제어 시스템"으로 하여 2015년 12월 4일 자로 출원된 관련 미국 특허 출원 번호 14/960,101 및 발명의 명칭을 "사출 몰딩을 위한 제어 시스템"으로 하여 2015년 12월 4일 자로 출원된 관련 국제 특허 출원 번호 PCT/US2015/064073에 개시되어 있고, 이 출원의 개시내용 전체는 본원에 참조로 포함된다.

플라스틱과 같은 원료는 펠릿 형태로 제공될 수 있다. 상기 펠릿의 직경 및 길이는 약 1/8"에서 3/16"이고, 형상 및 크기의 불규칙성은 일반적이다. 펠릿을 수납하기 위해서, 종래의 사출 몰딩 시스템은 펠릿을 받아들이기 위한 소정의 크기의 목부를 갖춘 호퍼를 갖고, 호퍼의 목부로부터 펠릿을 수용하고 펠릿을 압출 배럴 내로 효율적으로 끌어낼 수 있도록 압출 스크류의 직경 및 스크류 피치 모두의 크기가 정해진다. 펠릿 수용에 대한 필요는, 종래의 사출 몰딩 시스템(100)의 스크류 및 배럴의 최소 크기를 결정할 수 있으며, 이는 종래의 사출 몰딩 시스템(100)에서 일정한 스크류 및 배럴 크기를 결정할 수 있다.

몰딩 시스템(200, 300)은 몰드 공동에 요구된 압력의 유지 및 동적 패킹을 허용할 수 있다. 통상적으로, 몰드 내의 용융된 재료가 냉각되기 시작하면서 수축할 수 있어, 감소된 질량 및/또는 일관성이 없거나 불균일한 밀도의 부품을 야기할 수 있다. 몰딩 시스템(200, 300)은, 예를 들어, 몰드, 몰딩 시스템 및/또는 클램프 시스템과 연관된 하나 이상의 센서를 통해 몰드 공동 내의 압력을 나타내는 파라미터를 감시할 수 있다. 예를 들어, 몰딩 시스템(200, 300)은 하나 이상의 센서(예를 들어,몰드 공동 압력 센서, 스크류 배압 센서, 프레임 변형 게이지 또는 다른 센서)로부터 실시간 피드백을 수용할 수 있고, 하나 이상의 센서의 출력에 기초하여 몰드 공동 내의 실시간 압력을 결정할 수 있다. 몰딩 시스템(200, 300)이 몰드 공동 내의 압력 하락을 검출한다면, 몰딩 시스템(200, 300)은 몰드 공동 내의 요구되는 압력을 유지하기 위해 추가적인 용융된 재료를 몰드 공동 내로 펌핑할 수 있고, 이에 따라 몰딩된 부품의 수축 및/또는 질량 감소가 상쇄되어 몰딩된 부품 전체에 걸쳐 더욱 큰 일관적이고 및/또는 균일한 부품 밀도가 보장된다.

몰딩 시스템(200, 300)은 리패킹 공정 동안 노즐(208, 308)을 개방된 구성으로 유지할 수 있거나, 또는 몰딩 시스템(200, 300)은 리패킹 공정 동안 몰드 공동 내로의 용융된 재료의 유동을 각각 허용하거나 제한하기 위해 노즐(208, 308)을 선택적으로 개방 및 폐쇄할 수 있다. 예를 들어, 몰딩 시스템(200, 300)은 스크류(202, 302)의 회전 방향을 반전시켜서, 스크류(202, 302)를 노즐(208, 308)에 대해 축 방향으로 이동시켜서 스크류 팁(212, 312)으로 노즐(208, 308)을 선택적으로 개방 및 폐쇄시킬 수 있다. 노즐(208, 308)이 개방된 구성일 때, 스크류(202, 302)는 몰드 공동에서 실질적으로 일정한 압력을 유지하도록 선택적으로 회전될 수 있다. 스크류(202, 302)는 몰드 공동 내에서 요구되는 압력에 도달할 때까지 추가적인 용융된 재료를 몰드 공동 내로 펌핑하도록 회전될 수 있다. 몰드 공동 내의 요구되는 압력은 몰드 또는 부품 설계자에 의해 결정될 수 있으며, 몰딩된 부품의 요구되는 재료 밀도에 기초할 수 있다.

몰딩 시스템(200,300)은 몰드를 요구되는 부품 밀도로 선택적으로 패킹할 수 있고, 이어서 저온 슬러그의 제거에 적어도 부분적으로 기인하여 몰드 공동 내의 재료를 냉각시키는 동안 해당 부품 밀도를 유지할 수 있고, 이에 따라 온디맨드 압출(on-demand extrusion)에 대해 재료의 자유 유동을 가능하게 한다. 대조적으로, 종래의 사출 몰딩 시스템(100)은 단일 사출 추력으로 정점에 달하는 고정된 순차적 공정이며, 다른 사출 사이클에 대비하여 회복 단계를 필요로 한다. 종래의 사출 몰딩 시스템(100)의 사출 사이클의 종결은 노즐 개구부에 저온 슬러그의 형성을 야기하고, 이에 따라 리패킹이 방지된다. 종래의 사출 몰딩 시스템(100)에 대한 샷 크기 수정은 사출 사이클 이전에 제어 설정의 변경을 필요로 한다. 몰드를 요구되는 부품 밀도로 패킹하고, 이어서 몰드 공동 내의 재료를 냉각시키는 동안 부품 밀도를 유지함으로써, 몰딩된 부품의 밀도가 일관되게 반복될 수 있고, 그에 의해 몰딩된 부품의 치수 안정성 및 강도를 더 높은 수준으로 제공할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 산업적으로 권장되는(industry-recommended) 몰딩된 벽 두께에 대해 몰딩된 부품의 기하구조에 있어서 권장되는 것보다 두꺼운 벽 섹션이 달성될 수 있으며, 이는 증가된 몰딩 부품 강도를 야기한다.

계단식 압출 스크류는 더 빠른 충전 속도가 요구될 때 몰드 내로의 재료 유동을 가속하기 위해 설계될 수 있다. 도 4a는 본 개시내용의 실시예에 따른 몰딩 시스템(400)을 도시한다. 도 4b는 도 4a에 도시된 몰딩 시스템(400)의 단면도이다. 도 5는 도 4a에 도시된 몰딩 시스템(400)의 조립 전 구성요소들의 사시도이다.

도 4a 내지 도 5를 참조하면, 몰딩 시스템(400)은 계단식 압출 스크류(402)를 포함할 수 있다. 계단식 압출 스크류(402)의 유입구 단부는 호퍼(406)로부터 펠릿을 수용하기에 충분한 크기일 수 있고, 스크류(402)의 외부 직경은 스크류(402)의 길이를 따라 스크류(402)의 유출구 단부를 향해서 스텝 다운(step down)되며, 그 결과 배럴(410)의 내부 및 외부 직경에서 대응하는 감소를 야기한다. 계단식 압출 스크류(402) 및 배럴(410)은 장치(400)의 유출구 또는 고온 단부가 더 밀착 상태로 또는 더 작은 영역 내로 끼워지게 할 수 있고, 이는 부품의 외측 표면이 완전히 장식적이 되도록 특정 몰딩된 부품의 내측에 게이트를 위치시키는 것을 용이하게 할 수 있으며, 게이트는 부품의 내측 표면 상의 시점으로부터 숨겨진다. 즉, 재료를 용융하기 위해서 배럴(410) 내의 재료의 온도가 상승함에 따라 배럴(410)의 내부 및 외부 직경과 스크류(402)의 외부 직경을 스텝 다운 함으로써, 스크류(402)와 배럴(410)의 감소된 직경은 몰딩 시스템(400)의 유출구 단부의 크기에서의 감소를 허용하고, 이는 다른 방식으로는 사용불가한 작은 영역에서 몰딩시스템(400)의 사용을 가능하게 한다.

계속해서 도 4a 내지 도 5를 참조하면, 재료가 재료의 유속을 가속하는 더 작은 단면 영역 내로 가압되기 때문에, 계단식 압출 스크류(402) 및 배럴(410)은 용융된 재료를 몰딩 시스템(400)의 고온 단부 또는 유출구로부터 가속시킬 수 있다. 재료의 가속된 유속은 노즐 개구부 또는 몰드 게이트 기하구조를 크게 감소시키지 않고 작고 복잡한 몰드 구성을 충전할 수 있으며, 재료에 가해지는 응력을 감소시키고 부품 변형을 감소시킬 수 있다.

도 4a 내지 도 5를 계속 참조하면, 계단식 압출 스크류(402)는 배럴(410) 내측에 위치할 수 있다. 배럴(410)은 제1 섹션(410A) 및 제1 섹션(410A)보다 큰 직경을 갖는 제2 섹션(410B)을 포함할 수 있다. 노즐(408)은 용융된 재료를 몰드 내로 전달하기 위해 제1 섹션(410A)의 단부에 커플링될 수 있다. 배럴(410)은 호퍼 블록(406)으로부터 원료를 수용하기 위한 개구부(426)를 갖춘 단부 섹션(410C)을 포함할 수 있다. 배럴(410)은 호퍼 블록(406)이 배럴(410)과 조립될 때 정지부로서 기능하는 배럴 칼라(410D)를 포함할 수 있다.

호퍼 블록(406)은 배럴(410)의 단부 섹션(410C)에 커플링될 수 있다. 호퍼 블록(406)은 재료가 단부 섹션(410C)에서 형성된 유입구(426)를 통해 배럴(410) 내로 공급되도록 기울어진 측면 벽을 갖는 상부 개구부(416)를 포함할 수 있다. 호퍼 블록(406)은 단부 배럴 섹션(410C) 상에 활주하도록 중공 원통형 부분(420)을 포함할 수 있고, 호퍼 블록(406)은 배럴 칼라(410D)에 대해 위치할 수 있으며, 예를 들어, 배럴 칼라는 호퍼 블록(406)에 형성된 구멍(419) 내로 삽입되는 체결구를 사용하여 호퍼 블록(406)에 부착될 수 있다. 호퍼 블록(406)은 채널(418)을 통해 냉각 유체, 예를 들어, 순환수 또는 다른 냉각 화합물을 순환시킴으로써 냉각될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 계단식 압출 스크류(502)는 일정한 루트 직경(506)을 가질 수 있고, 제1 플라이트 높이(502A)를 갖는 제1 섹션(508A)과 제2 플라이트 높이(502B)를 갖는 제2 섹션(508B)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 계단식 압출 스크류(502)는 원료가 가열되고 용융되는 스크류(502)의 길이를 따라 더 작은 플라이트 높이(502A)의 제1 스크류 섹션(508A)을 포함할 수 있다. 더 큰 플라이트 높이로부터 더 작은 플라이트 높이로의 변화는 몰드 내로의 재료 유동을 증가시킬 수 있어서, 펌핑 효율이 증가한다. 또한 계단식 압출 스크류(502)는 원료가 배럴 내로 견인되는 호퍼 근처에서 더 큰 플라이트 높이(502B)의 제2 섹션(508B)을 포함할 수 있다. 스크류의 더 큰 플라이트 높이(502B)는 호퍼로부터 배럴 내로의 재료 공급에 효율적이어서, 배럴 내로 재료의 공급이 더욱 용이하게 된다.

펌핑 효율은 스크류 형상 및 기하구조에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 스크류(600A)는 실질적으로 수직인 측면 벽을 갖는 플라이트 또는 나사산을 포함할 수 있고, 스크류(600A)는 날카로운 스크류로 지칭될 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 스크류(600A)의 플라이트의 측면 벽은 비교적 작은 각도(602)로 스크류(600A)의 루트로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다. 비교적 작은 각도(602)는 박편형 샘플과 같은 재료를 호퍼로부터 배럴 내로 공급하는 것을 용이하게 할 수 있다. 도 6b을 참조하면, 스크류(600B)는 도 6a의 스크류(600A)의 플라이트보다 덜-수직인 측면 벽을 갖는 플라이트 또는 나사산을 포함할 수 있고, 스크류(600B)는 덜 날카로운 스크류로 지칭될 수 있다. 스크류(600B)의 플라이트의 측면 벽은 스크류(600A)의 각도(602)보다 큰, 비교적 큰 각도(604)로 스크류(600B)의 루트로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다. 스크류(600B)의 비교적 큰 각도(604)는 저온 및 고온 재료를 포함한 재료의 양호한 혼합을 제공할 수 있다. 스크류는 노즐 근처에, 도 6b에 도시된 덜 날카로운 기하구조의 제1 부분 그리고 호퍼(도시되지 않음) 근처에 도 6a에 도시된 날카로운 기하구조의 제2 부분을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 호퍼 근처에 위치한 스크류 플라이트는 노즐 근처에 위치한 스크류 플라이트에 비해 더욱 수직(예를 들어, 루트 직경에 대해 더욱 수직)일 수 있다. 예를 들어, 압출 스크류는 호퍼로부터 펠릿화 된 재료를 수용하고 압출 배럴 내로 펠릿을 효율적으로 끌어내기 위해서 호퍼 근처에 더욱 수직인 플라이트 기하구조를 가질 수 있고, 저온 및 고온 재료를 함께 혼합하기 위해서 온도 전이 구역에 각이 진 더 얕은 플라이트를 가질 수 있으며, 스크류의 최종 길이를 따라 노즐을 향해 재료를 혼합 및 펌핑하기 위해서 다른 플라이트 기하구조 변화를 가질 수 있다.

스크류는 그의 길이를 따라서 상이한 펌핑 및 혼합 특성을 제공하기 위해서 그의 길이를 따라 가변 피치(예를 들어, 다수의 상이한 피치)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몰딩 적용예에 따라, 스크류는 비교적 작은 피치, 비교적 큰 피치 혹은 피치들의 조합을 갖도록 설계될 수 있다. 스크류의 길이에 따른 피치의 변화는 점진적이거나 점차적이거나, 또는 급작스러울 수 있다. 예를 들어, 스크류 플라이트의 피치는 호퍼로부터 노즐까지 스크류의 길이를 따라 점진적으로 변화(예를 들어, 증가)할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 스크류는 그의 길이를 따라 형성된 다수의 섹션을 포함할 수 있고, 섹션은 서로에 대해 상이한 피치를 가질 수 있다. 예를 들어, 압출 스크류는 호퍼로부터 펠릿화 된 재료를 수용하고 압출 배럴 내로 펠릿을 효율적으로 끌어내기 위해 더 큰 스크류 피치를 가질 수 있고, 저온 및 고온 재료를 함께 혼합하기 위해서 더 작은 스크류 피치를 가질 수 있고, 스크류의 길이를 따라 노즐을 향해 용융된 재료를 펌핑하기 위해 더욱 작은 스크류 피치를 가질 수 있다. 도 5를 참조하면, 스크류(502)의 제1 섹션(508A)은 인접한 스크류 플라이트 사이의 제1 피치를 포함할 수 있고, 스크류(502)의 제2 섹션(508B)은 제1 피치와 다른 인접한 스크류 플라이트 사이의 제2 피치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 섹션(508B)이 호퍼로부터 노즐을 향해 펠릿화 된 재료를 펌핑할 수 있고 제1 섹션(508A)이 용융된 재료를 노즐을 향해 펌핑할 수 있기 때문에, 제2 섹션(508B)의 제2 피치는 제1 섹션(508A)의 제1 피치보다 크다.

도 7은 본 개시내용의 실시예에 따른 부품을 몰딩하는 단계를 도시하는 흐름도이다. 본 방법(700)은 작동(702)에서 배럴의 내측에서 재료를 용융시키기 위해 하나 이상의 가열기를 켜는 것으로 시작된다. 몰드는 작동(706)에서 압력을 적용함으로써 클램핑될 수 있다.

방법(700)은 스크류의 뒤로부터 지지부를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 압출은 노즐을 개방하기 위해서 스크류가 배럴에 대해 축방향으로 이동하도록 야기하는 압출 스크류의 초기 회전 또는 스크류에 대한 배럴의 초기 축방향 이동과 함께 시작한다. 압출은 작동(710)에서 몰드가 충전될 때까지 몰드 내로 용융된 재료를 펌핑하기 위한 스크류 회전으로 계속될 수 있다. 몰드 내로의 재료의 펌핑 도중, 압출 스크류는 축방향으로 이동할 수 없다. 몰드 공동을 충전한 후에, 몰드 내의 재료에 대해 압출 압력을 유지하기 위한 유지 시간이 있을 수 있다. 예를 들어, 몰딩 시스템(200, 300)은 압출 스크류(202, 302)를 회전시켜 몰드 내의 재료에 동적 하중을 적용하여 요구되는 부품 밀도를 유지할 수 있다. 스크류(202, 302)는 배럴(210, 310)에 대해 축 방향으로 이동되어 노즐(208, 308)을 선택적으로 개방 및 폐쇄하여 몰드 공동 내로 재료가 유동하는 것을 각각 허용 또는 방지한다. 몰드 내의 재료가 냉각되기 시작하면서, 몰딩 시스템(200, 300)은 노즐(208, 308)을 개방하고 스크류(202, 302)를 회전시켜 몰드를 리패킹하고, 그로 인해 몰드 내의 재료의 냉각에 따른 부품 수축을 보상할 수 있다. 동적으로 몰드를 리패킹하는 능력은, 예를 들어, 저온 슬러그의 생성을 방지하는 스크류 팁(212, 312) 및 노즐(208, 308)의 부합되는 기하구조 및 몰딩 시스템(200, 300)의 온디맨드 압출 성능으로 인해 달성 가능하다. 몰드 내의 재료에 요구되는 압력을 유지함으로써, 몰딩 시스템(200, 300)은 일관된 부품 밀도를 보장할 수 있고, 부품 수축 및 표면 싱크 마크와 같은 종래의 사출 몰딩 시스템(100)에서 경험되는 일반적인 결함을 제거할 수 있다.

방법(700)은 작동(714)에서 배럴을 감압하고 재료의 비-뉴턴 작용(non-Newtonian action)을 차단하기 위해 압출 스크류의 회전을 반전시키는 것을 추가로 포함할 수 있다. 반전 감압 사이클은 배럴 내의 압력 축적을 차단할 수 있다. 감압 사이클은 임의의 이력현상을 제거할 수 있고, 몰딩 시스템을 압출 시작 시의 낮은 모터 토크 요건으로 재설정할 수 있다. 감압 사이클은 기계 프레임의 임의의 구성요소에서의 변형을 완화할 수 있다. 재료의 비-뉴턴 작용은 재료가 직접 힘을 흡수하여 배럴 벽에 대해 외측으로 미는 것을 야기할 수 있고, 이는 재료를 의도된 경로로 이동시키는 데 요구되는 힘을 증가시킬 수 있다. 비-뉴턴 작용은 압출 스크류의 회전의 반전에 의해 파괴될 수 있으며, 이는 약 500 psi 내지 약 1,500 psi의 낮은 사출 압력 하에서 재료의 연속적인 압출을 허용할 수 있다.

상기 방법(700)은 작동(718)에서 압력을 해제함으로써 몰드를 클램핑 해제하는 것을 포함할 수 있다. 그 다음, 몰딩된 부품은 몰드로부터 제거될 수 있다. 각각의 몰딩 사이클에 대해, 압출 스크류가 배럴에 대해 역방향으로 이동하도록 회전할 수 있거나, 또는 배럴은 노즐을 개방하고 몰드를 충전하도록 전방으로 플라스틱을 이동시키기 위해 스크류에 대해 전방으로 이동할 수 있다. 그 다음, 스크류는 배럴에 대해 전방으로 이동하기 위해서 회전을 반전시킬 수 있고, 또는 배럴이 노즐을 폐쇄하기 위해서 스크류에 대해 후방으로 이동할 수 있다.

위에 설명된 몰딩 작동은 종래의 사출 몰딩 시스템(100)(도 1 참조)의 작동과 상이하다. 본 몰딩 시스템은, 종래의 사출 몰딩 시스템(100)과 같이 회복 압출 단계 및 사출 사이클을 포함하지 않는다. 다시 도 1을 참조하면, 종래의 몰딩 공정은 플라스틱을 스크류(102)의 전방 단부로 전달하면서 전단 열을 발생시키도록 플라스틱을 휘젓기 위해 압출 스크류(102)를 회전시키는 것으로 시작한다. 회복 압출 단계 동안, 플라스틱은 전방으로 이동하고 압출 스크류(102)는 사전-선택된 거리만큼 역방향으로 이동하도록 허용되며, 이는 스크류 직경뿐만 아니라 샷 크기에도 영향을 미친다. 사출 사이클은 회복 압출 단계 후에 시작된다. 압출 스크류(102)를 전진시키기 위해 사출 실린더(138)에 의해 큰 힘이 압출 스크류(102)의 뒤에 적용되고, 이는 저온 슬러그를 제거하며 사출 존(112)의 플라스틱을 배출시킨다.

저압 몰딩 작동

몰딩 시스템(200, 300, 400)은 종래의 사출 몰딩 시스템(100)보다 훨씬 낮은 사출 힘으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 몰딩 시스템(200, 300, 400)은 몰드 공동 내의 압력 또는 몰드 공동의 압력보다 5-10% 더 높은 사출 압력과 같은 약간 높은 사출 압력과 동일한 압력을 발생시킬 수 있고, 예를 들어, 이는 500 내지 1,500psi의 범위일 수 있다. 대조적으로, 종래의 사출 몰딩 시스템(100)에서, 몰드 공동에 500 내지 1,500psi의 동일한 압력을 제공하기 위해 20,000psi 내지 30,000psi의 사출 압력이 요구될 수 있다. 더 낮은 사출 압력의 결과로, 몰딩 시스템에 대한 총 동력 요건은, 예를 들어, 110볼트 또는 208볼트의 단상 전기 공급의 0.5 내지 3kwh일 수 있다. 대조적으로, 종래의 사출 몰딩 시스템(100)은 220볼트 또는 440볼트의 3상 전기 공급의 6 내지 12 kwh를 요구한다.

낮은 사출 압력은 몰드를 위해 요구되는 클램핑 압력을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 클램핑 압력은 몰드 공동에서 요구되는 압력에 비해 약 10% 높을 수 있다. 낮은 클램핑 압력의 결과로, 몰드는 종래의 몰드를 위한 강 대신에 알루미늄과 같은 더 저렴한 재료로 형성될 수 있다. 낮은 사출 및 클램핑 압력은 기계 크기를 감소시킬 수 있고, 이는 기계 비용 및 작동 비용을 감소시킬 수 있다. 상기 몰딩 시스템은 종래의 사출 몰딩 시스템(100)보다 훨씬 작다. 또한, 더 낮은 압력 하의 압출은 일관된 밀도를 갖는, 더욱 균일하게 몰딩된 부품을 야기할 수 있고, 이는 부품 뒤틀림을 감소시키고 제품 품질을 개선할 수 있다. 몰딩 시스템은 몰드를 위한 저압 클램핑 시스템을 포함할 수 있고, 이는 종래의 사출 몰딩 시스템으로부터의 높은 클램핑 압력으로 인한 툴링에 대한 손상을 감소시킬 수 있다.

일부 실시예에서, 몰딩 기계는 전방 접근을 포함한 클램프 시스템 또는 셔틀 테이블(이하에서 제한을 의도하지 않는 편의를 위해 "셔틀 테이블")을 포함할 수 있다. 셔틀 테이블은 수직 클램프 구조와 연관되어 사용될 수 있으며, 몰드의 하부 반부에 대한 작업자의 접근을 용이하게 할 수 있다. 셔틀 테이블은 클램프 영역 외측의 몰드에 대한 작업자의 접근을 용이하게 할 수 있으며, 이는 인서트 몰딩 및 오버몰딩시 이점을 제공할 수 있다. 셔틀 테이블은 종래의 사출 몰딩 시스템의 셔틀 테이블의 측방향 이동과 대조적으로 몰딩 기계의 축 방향을 따라 이동할 수 있다. 셔틀 테이블은 작업자에게 몰딩된 부품을 검사하거나, 다수의 인서트로 몰드를 재적재하거나, 부품을 제거하거나 또는 다른 기능을 위해 무제한의 시간을 제공할 수 있다.

셔틀 테이블은 종래의 사출 몰딩 시스템에 일반적으로 사용되는 측대측(side-to-side) 셔틀 테이블에 비해 하나 이상의 이점을 제공할 수 있다. 종래의 사출 몰딩 시스템에서 사용되는 측대측 셔틀 테이블은 2개의 독립적인 하부 몰드 반부의 제조가 필요하다. 사이클이 완료되고 제1 하부 몰드 반부가 충전되면, 클램프 프레스가 개방되고 측대측 셔틀 테이블이 측방향으로 이동하여 제1 하부 몰드 반부를 프레스 영역으로부터 제거하고, 제2 하부 몰드 반부를 대향하는 측방향 방향으로부터 공통 셔틀 베드 상의 클램프 영역 내로 끌어낸다. 셔틀 테이블의 이러한 측대측 움직임은 작업자(또는 자동 픽 앤 플레이스 장비)가, 완성된 부품을 하역하고, 각각의 제1 하부 몰드 반부 또는 제2 하부 몰드를 재적재하여 다음 사출 사이클을 준비하기 위해 기계 주위로 측대측 이동하도록 요구한다. 이러한 측방향 이동은 마찰 압력을 사용하여 재료를 준비하기 위해 고정된 순서의 사이클에서 연속적으로 작동하는 종래의 사출 몰딩 시스템의 필요 때문에 요구된다.

전방 접근 셔틀 테이블은 작업자가 더 큰 편리함, 유연성, 안전성 및/또는 가시성을 갖고 몰드에 접근하도록 허용한다. 도 8a 및 8b를 참조하면, 몰딩 기계(800)는 몰딩 시스템(801)(예를 들어, 도 2a 내지 도 4b에 도시된 몰딩 시스템(200, 300, 400)) 및 수직 클램프 시스템(802)을 포함할 수 있다. 클램프 시스템(802)은 수직 클램프 시스템(802)의 클램프 영역(804)으로부터 추출될 수 있는 셔틀 테이블(803)을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 몰딩되는 부품(예를 들어, 인서트 또는 오버 몰드)의 필요량 및 속도에 의해 지시되고 몰딩 기계(800)의 재료 가공(용융) 요건에 의해 지시되지 않는 클램프 영역(804) 내로 다시 재삽입 될 수 있다. 작업자 작업 공간 및 작업자 활동은, 예를 들어, 기계가 유휴 상태에 있는 동안 작업자가 한 공간에 머물러서 몰드와 상호작용 할 수 있기 때문에 공간을 덜 차지하고 더 안전한 방식으로 수행될 수 있다. 셔틀 테이블(803)은 단일 하부 몰드 반부를 지지할 수 있으므로, 공구 비용 및 자동 픽 앤드 플레이스 장비의 자본 지출 감소를 수용할 수 있다.

도 8a 및 도 8b를 계속 참조하면, 셔틀 테이블(803)은 몰딩 시스템(800)의 축방향 단부에서 접근 가능할 수 있고 몰딩 기계(800)의 축방향을 따라 활주할 수 있다. 셔틀 테이블(803)은, 셔틀 테이블(803)이 클램프 영역(804)에 실질적으로 위치되는 후퇴 위치(도 8a 참조)와 셔틀 테이블(803)이 클램프 영역(804)으로부터 실질적으로 제거되는 연장 위치(도 8b 참조) 사이에서 활주가능할 수 있다. 후퇴 위치에 있을 때, 셔틀 테이블(803)은 노즐(822)(예를 들어, 도 2a 및 도 4b에서의 노즐(208, 308, 408))로부터 용융된 재료를 수용하기 위한 몰드 공동을 형성하기 위해 상위 몰드 반부(810)와 정합하도록 클램프 영역(804)에 하위 몰드 반부(808)를 위치시킬 수 있다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 후퇴 위치에 있을 때, 셔틀 테이블(803)은 하위 몰드 반부(808)를 몰딩 시스템(801)의 노즐(822)과 결합하도록 위치시킬 수 있다. 연장 위치에 있을 때, 셔틀 테이블(803)은 작업자에게 하위 몰드 반부(808)로의 접근을 제공하도록 클램프 영역(804)으로부터 하위 몰드 반부(808)를 제거할 수 있다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 연장 위치에 있을 때, 셔틀 테이블(803)은 몰딩 시스템(801)의 노즐(822)로부터 하위 몰드 반부(808)를 분리할 수 있다. 도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이, 노즐(822)은 몰딩 시스템(801)의 배럴(824)(예를 들어, 도 2a 내지 도 4b에서의 배럴(210, 310, 410))에 커플링될 수 있다.

도 8a 및 도 8b를 계속 참조하면, 셔틀 테이블(803)은 배럴(824)과 같이 몰딩 시스템(801)의 종방향 축(815)을 따라 이동가능할 수 있다. 셔틀 테이블(803)은 종방향 축(815)을 따르는 이동을 위해 몰딩 기계(800)의 실질적-수평인 압반(812)에 활주가능하게 커플링될 수 있다. 셔틀 테이블(803)은 압반(812)에 고정식으로 부착될 수 있는 셔틀 기부(814) 상에 활주가능하게 장착될 수 있다. 셔틀 기부(814)는 셔틀 테이블(803)이 압반(812)에 대해 측방향으로 이동하는 것을 제한할 수 있고, 종방향 축(815)을 따라 셔틀 테이블(803)을 안내하는 트랙으로 기능 할 수 있다. 셔틀 테이블(803)의 이동은 몰딩 기계(800)의 작업자에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 몰딩 기계(800)는 셔틀 테이블(803)의 이동을 제어하는 제어 인터페이스(예를 들어, 버튼)를 포함할 수 있다. 제어 인터페이스는 작업자가 부품을 몰딩하기 위해 클램프 영역(804) 내로 또는 하위 몰드 반부(808) 및/또는 그 내부에 수용된 부품에 접근하기 위해 클램프 영역(804) 밖으로 셔틀 테이블(803)을 활주시킬 수 있게 한다.

셔틀 테이블(803)은 하위 몰드 반부(808)를 지지하기 위한 실질적으로 평평한 상위 표면(816)을 포함할 수 있다. 상위 표면(816)은 상이한 크기의 몰드 반부를 지지하도록 크기가 정해질 수 있으며, 몰딩 기계(800)의 수직 결착 바아(818) 사이에 위치할 수 있다. 상위 몰드 반부(810)는 몰딩 기계(800)의 실질적-수평인 압반(820)에 부착될 수 있다. 상위 압반(820)은 결착 바아(818)를 따라 수직 방향으로 하위 압반(818)을 향하여 그리고 하위 압반(818)으로부터 멀어지는 방향으로 이동가능하여, 상위 및 하위 몰드 반부(808, 810)를 각각을 정합 및 분리시킬 수 있다.

도 8a 및 도 8b를 더 참조하면, 부품을 몰딩하기 위해, 가동 압반(820)은 상위 몰드 반부(810)가 하위 몰드 반부(808)와 결합할 때까지 수직 결착 바아(818)를 따라 이동될 수 있다. 몰드 반부(808, 810) 사이의 경계부를 밀봉하도록 충분한 클램프 압력이 몰드 반부(808, 810)에 적용될 수 있다. 몰드 반부(808, 810)가 서로에 충분히 결합되면, 몰딩 시스템(801)은 몰드 반부(808, 810)에 의해 형성된 몰드 공동 내로 몰드 공동이 충전될 때까지 용융된 재료를 압출할 수 있다. 몰딩 기계(800)는 (예를 들어, 몰드 공동 내측에 위치한 압력 변환기, 몰딩 시스템(801)의 배럴 내측에 위치한 압력 변환기, 몰딩 시스템(801)의 스크류 토크를 측정하는 토크 센서, 몰딩 기계(800)의 프레임의 변형을 측정하는 변형 게이지 또는 다른 압력 표시 파라미터에 의해) 몰드 공동 내의 압력을 나타내는 파라미터를 감시하고, 압력의 손실이 검출되면 추가의 재료를 몰딩 공동 내로 압출하여 공동 내의 요구하는 압력을 유지하고 요구되는 부품 밀도를 획득할 수 있다. 요구하는 압력은 다양한 몰딩 특성(예를 들어, 부품 설계자가 권장하는 부품 밀도)에 따라 결정될 수 있으며, 요구하는 압력은 허용 가능한 압력 범위를 포함할 수 있다. 몰드 공동 내의 용융된 재료가 충분히 냉각되는 것을 허용하도록 미리 결정된 시간 동안, 요구하는 압력이 몰드 공동 내에서 유지된 후에, 노즐(예를 들어, 도 2a 내지 도 4b의 노즐(208, 308, 408))이 (예를 들어,도 2a 내지 도 3c의 스크류 팁(212, 312)에 의해) 폐쇄될 수 있고, 상위 압반(820)은 결착 바아(818)를 따라 수직 방향으로 이동되어 상위 및 하위 몰드 반부(808, 810)를 분리할 수 있다. 몰드 반부(808, 810)의 분리 동안 또는 그 후에, 셔틀 테이블(803)은 하위 몰드 반부(808)를 클램프 영역(804)으로부터 멀어지는 방향으로 이동시키도록 작업자가 하위 몰드 반부(808)의 몰드 공동 내에 잔존하는 몰딩된 부품을 검사할 수 있도록 접근을 제공하기 위해 몰딩 시스템(801)의 축방향(815)을 따라 활주될 수 있다. 셔틀 테이블(803)은 배럴(824)(예를 들어, 도 2a 내지 도 4b의 배럴(210, 310, 410))의 단부에 인접한 몰딩 위치로부터 배럴(824)의 단부로부터 축방향으로 이격된 접근 위치까지 실질적 수평축(815)을 따라 활주될 수 있다.

더 높은 정도의 사출 힘 제어, 몰드 설계 유연성, 기계 설계 유연성은 적합한 구성요소 또는 조립체가 몰딩 공정에서 이들에 플라스틱이 추가되게 하도록 사출 몰드 내로 위치되는 인서트 몰딩된 부품 및 적합한 플라스틱 부품의 사출 몰딩의 생산에 대한 더 광범위한 가능성을 허용한다.

일부 실시예에서, 단일 몰딩 기계는 다수의 공동(예를 들어, 다수의 유사하거나 유사하지 않은 공동)의 몰드 또는 다수의 게이트에서의 대형 몰드 공동을 충전할 수 있는 다중 ETF 몰딩 시스템(예를 들어, 도 2a 내지 도 4b의 몰딩 시스템(200, 300, 400))을 포함할 수 있다. 단일 몰딩 구성 또는 기계에 포함될 수 있는 몰딩 시스템의 수는 비제한적일 수 있다. 몰딩 시스템의 위치설정은 공통 평면 또는 종래의 위치에 한정되지 않으며, 각 몰딩 시스템은 부품 또는 몰드의 특정 게이팅 요건을 수용하도록 (예를 들어,) 장착되고, 걸리고, 현수될 수 있다. 몰딩 시스템은 각각의 출력을 위한 몰드 또는 재료의 요구 사항을 수용하기 위해 유사하거나 유사하지 않은 크기 및 스크류 설계일 수 있다. 몰딩 시스템은 각각의 출력에 대한 몰드 요구 사항을 수용하도록 공통 재료 소스, 재료 소스의 하위군 또는 독립적인 재료 소스에 연결될 수 있다. 몰딩 시스템은 각각의 기능을 수행하고 각각의 출력에 대한 몰드 요구 사항을 수용하도록 공통군, 하위군으로 제어되거나 독립적으로 제어될 수 있다. 몰딩 시스템은 중앙 또는 주 마이크로프로세서에 의해 제어되는 기계 기능을 동기화하기 위해 일 군, 하위군으로 조정되거나 독립적으로 조정될 수 있다. 몰딩 시스템은 각각의 출력을 위한 몰드 또는 재료의 요구 사항을 수용하기 위해 유사하거나 유사하지 않은 가열 및 절연 구성을 가질 수 있다. 몰딩 시스템은 각각의 출력을 위한 몰드 요구 사항을 수용하기 위해 유사하거나 유사하지 않은 출력 피드백 방법 및 소스를 가질 수 있다.

도 9는 본 개시내용의 실시예에 따른 다중 몰딩 시스템(902)을 포함하는 몰딩 기계(900)를 도시하는 단순화된 도면이다. 몰딩 시스템(900)은 4개의 분리된 몰딩 시스템(902)(이하에서 제한을 의도하지 않고 편의를 위해 "압출기")을 포함할 수 있고, 각 시스템은 하위조립체(904)(각각은 각각의 압출기(902)에 대한 제어기를 포함할 수 있음) 및 하나 이상의 호퍼에 연결되어 호퍼로부터 재료를 수용하는 대응 유입구(906)를 포함할 수 있다. 압출기(902)는 중력, 진공, 오거(auger) 또는 다른 수단에 의해 개별 공급 튜브 또는 유입구(906)에 공급될 수 있다. 일부 실시예에서, 유입구(906)는 단일, 공통 호퍼에 연결될 수 있다. 예를 들어, 단일 호퍼는 플라스틱 펠릿과 같은 재료를 수용할 수 있고, 기계(900) 내에서 독립적 기능을 허용하기 위해서 개별 압출기(902)에 플라스틱 펠릿을 수송하도록 일련의 공급 튜브 또는 유입구를 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 유입구(906)는 일련의 독립적인 호퍼에 연결될 수 있으며, 공통 성질의 재료이지만 상이한 색상 또는 상이한 성질의 재료가 공통 기계 사이클에서 몰딩될 수 있다. 상이한 크기 및 재료 유형의 부품은, 서로 독립적으로 기능하고, 제어되는 압출기(902)로 인해 공통 사이클에서 수용될 수 있다. 각각의 압출기(902)는 독립적으로 작동될 수 있지만, 조정된 시스템으로서 효율적인 몰딩을 보장하도록 조정된다.

도 9를 참조하면, 단일 몰딩 기계(900)는 다수의 공동(예를 들어, 도 12 참조) 또는 단일 공동(예를 들어, 도 13 참조)으로 몰드를 충전하기 위한 다수의 압출기(902)를 포함할 수 있다. 압출기(902)는 동일하거나 상이한 재료를 압출할 수 있다. 개별 압출기(902)는 몰드의 일부를 충전하기 위해 다수의 게이트(예를 들어, 도 13 참조)를 갖는 단일 몰드에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 정적 상태에서 압출기(902)로 몰딩하기 위해 압출기(902) 내의 수지 재료가 준비될 수 있기 때문에 상기 조합이 바람직 할 수 있다. 각 압출기(902)는 독립적으로 제어될 수 있다. 각 압출기(902)는 각각의 제어기에 개별 피드백을 제공할 수 있다. 각 압출기(902)는 직접 압력 센서, 각각의 사출 시스템에 커플링된 모터 상의 토크 하중, 각각의 모터에 의해 소비된 전기의 양, 몰딩 시스템의 프레임 상의 변형 게이지 또는 다른 압력 감지 파라미터로부터 압력을 감지하는 것을 포함할 수 있다. 각 압출기(902)는 폐루프 시스템으로 배열될 수 있고 개별적으로 제어될 수 있다. 중앙 또는 주 마이크로프로세서는 압출기(902)로부터 수신된 데이터를 처리할 수 있고 목표 압력이 달성되면 각 압출기(902)가 개별적으로 또는 집단적으로 재료 유동을 중단하도록 제어할 수 있다. 중앙 또는 주 마이크로프로세서는 순차적이거나, 동시에 또는 다른 방식으로 개별 압축기(902)를 활성화하도록 개별 압출기(902)로부터 수신된 데이터를 처리하여 진보적 기능을 제공할 수 있다. 압출 몰딩 시스템(900)은 압출기(902)의 임의의 조합의 사용을 허용하는 센서-형성, 출력-기반 공정을 특징으로 하는 폐루프 시스템일 수 있다. 조합된 시스템은 일관된 부품 밀도를 갖는 큰 부품의 몰딩을 허용할 수 있고, 이는 몰딩된 부품에 대한 정밀하고 일관된 수치를 초래할 수 있으며, 플라스틱 부품의 뒤틀림을 감소시킬 수 있다. 몰딩 시스템(900)은 종래의 사출 몰딩 시스템(100)보다 더 효율적이며, 종래의 사출 몰딩 시스템은 단일 노즐로부터 다수의 러너 브랜치를 통해 플라스틱을 전달하고, 각 브랜치는 압력 손실을 유발하여 훨씬 더 높은 초기 사출 힘을 필요로 한다. 종래의 사출 몰딩 시스템(100)의 높은 사출 힘은 불균일한 플라스틱 온도 및 점도를 제공하면서 더 높은 작동 비용의 대형 기계 및 더 많은 동력을 필요로 한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 단일 몰딩 기계(900)는 몰드 내의 각각의 개별 공동에 개별적으로 정렬된 2개 이상의 독립적으로 작동하는 압출기(902)를 이용하여 2개 이상의 몰드 공동으로부터 유사하거나 유사하지 않은 기하구조, 재료 유형 또는 색상의 개별 몰딩된 부품을 생산할 수 있다. 각 압출기(902)는 독립적으로 제어될 수 있다. 공통 기하구조 및 재료 유형의 부품에 사용될 때, 각 압출기(902)는 몰드의 각 공동에서 균일성을 보장하고 정확한 부품 밀도 및 제품 품질을 제공하도록 각각의 제어기에 개별 피드백을 제공할 수 있다. 유사하지 않은 기하구조 또는 재료 유형의 부품에 사용될 때, 각각의 압출기(902)는 각 독립적 몰드 공동에 대한 상이한 요건 달성을 보장하도록 각각의 피드백을 개별 제어기에 제공할 수 있다. 각 압출기(902)는 직접 압력 센서, 각각의 사출 시스템에 커플링된 모터 상의 토크 하중, 각각의 모터에 의해 소비된 전기의 양 또는 다른 압력 감지 파라미터로부터 압력 감지 값을 가질 수 있다. 각 압출기(902)는 각각의 몰드 공동에 대한 폐루프 시스템으로 배열되어, 개별 몰드 공동으로부터 개별 몰드 공동에 관한 데이터를 수집하고, 개별적으로 제어될 수 있다. 중앙 또는 주 마이크로프로세서는 사출 시스템(902)으로부터 수용된 데이터를 처리할 수 있고, 개별 사출 시스템(902)으로부터 수용된 데이터를 기초로 몰드를 집단적으로 개방 및 폐쇄하며 개별적으로 재료 유동을 중단할 수 있다.

몰딩 기계(900)는, 개별 압출기(902)가 서로 근접하여 사용될 수 있게 하는 작은 풋프린트(footprint)에 꼭 맞는 고효율적이고 콤팩트하며 자립형인 조립체일 수 있다. 몰딩 기계(900)는 압출기(902)의 임의의 조합의 사용을 허용하는 센서-형성(sensor-defined), 출력-기반 공정을 특징으로하는 폐루프 시스템일 수 있다. 조합된 압출기(902)는 공통 몰딩된 부품을 제외한 개별 몰딩된 부품에 대해 정밀하고 일관적인 치수를 초래하는, 일관된 부품 밀도와 균일한 중량을 갖는 개별 부품을 몰딩하는 것을 허용할 수 있으며, 매우 자동화된 조립 작동에서 사용될 때 성능을 개선할 수 있다. 압출기(902)는, 다수의 유사하지 않은 부품에 걸쳐 공구사용 비용을 청산함으로써 부품 비용을 감소시키거나 조립 작업의 효율을 개선하기 위해 공통 조립체에 사용될 수 있거나 또는 별개의 물품일 수 있는 상이한 재료, 밀도 및 중량 요건을 갖는 이종 부품의 몰딩을 가능하게 할수 있다. 몰딩 기계(900)는 종래의 사출 몰딩 시스템(100)보다 더 효율적인데, 종래의 사출 몰딩 시스템은 단일 노즐으로부터 다수의 러너 브랜치를 통해 플라스틱을 전달하고, 각 브랜치는 압력 손실을 유발하여 훨씬 더 높은 초기 사출 힘을 필요로 한다. 종래의 사출 몰딩 시스템(100)의 높은 사출 힘은, 일관성 없는 개별 부품 균일성을 야기하는 불균일한 재료 온도 및 점도를 제공하면서 더 높은 작동 비용의 대형 기계 및 더 많은 동력을 필요로 한다.

몰딩 기계(900)는 각각의 압반(908A-908C)의 네 모퉁이에 수직 압반(908A-908C) 및 수평 바아(910A-910D)를 포함하는 프레임을 포함할 수 있다. 압반(908A-908C)은 압반(908A-908C)의 구멍을 통과하는 수평 바아(910A-910D)에 의해 연결될 수 있다. 수직 압반(908A-908C)은 서로 실질적으로 평행할 수 있고, 서로 실질적으로 평행할 수 있는 수평 바아(910A-910D)를 따라 이격될 수 있다. 몰드는 압반(908A 및 908B) 사이에 위치할 수 있다. 압반(908B)의 위치는 특정 크기의 몰드를 수납하기 위해서 바(910A-910D)를 따라 조정 가능할 수 있다. 프레임은 바아(910A-910D)의 2개의 양 단부 상의 압반(908A 및 908C)에 대해 바아(910A-910D)를 체결함으로써 조립될 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 몰딩 기계(1000)는 매니폴드(1004)에 커플링된 다수의 압출기(902)를 포함할 수 있다. 매니폴드(1004)는 압출기(902)를 서로에 대해 지지할 수 있고 호퍼(1008)에 커플링될 수 있다. 호퍼(1008)는 개별 압출기(902)에 몰딩 재료(예를 들어, 저온 펠릿)의 분배를 용이하게 하기 위해 매니폴드(1004)의 상부에 위치할 수 있다. 각 압출기(902)는 각각의 압출기(902)를 작동시키는 독립적인 구동 시스템(예를 들어, 모터) 및 독립적인 제어부를 포함할 수 있다. 각 압출기(902)는 배럴(1012)(예를 들어, 도 2a 내지 도 5의 배럴(210, 310, 410)) 내측에 회전가능하게 위치한 스크류(예를 들어, 도 2a 내지 도 5의 스크류(202, 302, 402, 502))를 포함할 수 있다. 각 압출기(902)는 외부 가열기(1016)(예를 들어, 도 2a 내지 도 2c의 밴드 가열기(214) 및/또는 도 3a 내지 도 3c의 유도 가열 코일(340)) 및/또는 내부 가열기(예를 들어, 도 2b의 저항 가열기(225) 및/또는 도 3a 내지 도 3c의 인서트(325))를 포함할 수 있는 하나 이상의 가열기를 포함할 수 있다. 각 압출기(902)는 매니폴드(1004)에 수납된 추력 베어링을 통해 매니폴드(1004)에 커플링될 수 있다. 각 압출기(902)는 노즐(1020)과 연관된 몰드 공동 내로의 플라스틱과 같은 수지 재료의 유동을 제어하기 위한 독립적인 밸브 게이트 노즐(1020)(예를 들어, 도 2a 내지 도 4b의 노즐(208, 308, 408))을 포함할 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 호퍼(1008)에 원료(예를 들어, 저온 플라스틱 펠릿)가 적재될 수 있다. 원료는 매니폴드(1004)에 형성된 유로(1024)를 통해 호퍼(1008)에서 개별 압출기(902)로 유동할 수 있다. 원료는 유입구 포트(예를 들어, 도 2b 및 도 2c에 도시된 배럴 유입구(226))를 통해 압출기(902)로 유입될 수 있다. 원료는 호퍼(1008)로부터 매니폴드(1004)를 통해 각 압출기(902)로 중력 공급될 수 있다. 유로(1024)는 호퍼(1008)로부터 매니폴드(1004)의 상위 부분으로 하향 연장되는 단일 채널 또는 목부(1028)를 포함할 수 있다. 목부(1028)는 하나 이상의 브랜치(1032)로 분할될 수 있으며, 유로(1024)의 각 브랜치(1032)는 개별 압출기(902)의 각각의 유입구 포트와 유체 연통한다. 유로(1024)는 매니폴드(1004)에 대한 압출기(902)의 배열 및 배향에 따라 상이한 배열을 포함할 수 있다. 압출기(902)는 실질적으로 서로 평행하게 배향될 수 있고, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 매니폴드(1004)에 실질적으로 수직하게 배향될 수 있고, 또는 압출기(902)는 연관된 몰드의 구성에 따라 서로 비평행 및/또는 매니폴드(1004)에 비-수직으로 배향될 수 있다. 압출기(902)는, 압출기(902)가 압출기의 수직 열 및 수평 행을 형성하는 매트릭스로 배열될 수 있고, 또는 압출기(902)는 연관된 몰드의 구성에 따라 비-매트릭스 배열로 배열될 수 있다.

압출기(902)는 재료를 몰드 반부의 동일한 공동 또는 몰드 반부의 상이한 몰드 공동 내로 압출할 수 있다. 도 12를 참조하면, 몰딩 기계(1000)는 다수의 몰드 공동(1040)을 형성하는 몰드 반부(1036)를 포함한다. 각 압출기(902)는 몰드 게이트(1044)를 통해 몰드 반부(1036)의 상이한 몰드 공동(1040)과 유체 연통한다. 각 압출기(902)는 호퍼(1008)로부터 원료를 수용하고, 상기 원료를 용융시킨 다음, 이 원료를 각각의 몰드 공동(1040) 내로 압출할 수 있으며, 이는 도 12에 도시된 바와 같이 서로 기하구조가 유사할 수 있거나 기하구조가 유사하지 않을 수 있다. 각 압출기(902)는 각각의 몰드 공동(1040) 내의 압력을 감시하는 독립적인 제어기를 포함할 수 있으며, 각각의 몰드 공동(1040)에서 요구되는 압력에 도달하면 제어기는 각각의 압출기(902)로부터의 압출을 중단할 수 있다. 몰드 반부(1036) 내의 모든 공동(1040)이 요구되는 압력에 도달한 후, 주 제어기는 각각의 몰드 반부에 적용된 클램프 압력을 해제하고 몰드 반부를 분리하여 몰딩된 부품을 이형할 수 있다.

도 13에 도시 된 바와 같이, 몰딩 기계(1000)는 다수의 몰드 공동(1056)을 형성하는 단일 몰드 반부(1052)를 포함한다. 각 압출기(902)는 몰드 게이트(1060)를 통해 몰드 반부(1052)의 동일한 몰드 공동(1056)과 유체 연통한다. 각 압출기(902)는 호퍼(1008)로부터 원료를 수용하고, 상기 원료를 용융시킨 다음, 이 원료를 동일한 몰드 공동(1056) 내로 압출할 수 있다. 각 압출기(902)는 각각의 압출기(902)의 몰드 게이트(1060)을 둘러싼 영역 내의 압력을 감시하는 독립적인 제어기를 포함할 수 있으며, 몰드 공동(1056)의 각각의 부분에서 요구되는 압력에 도달하면 제어기는 각각의 압출기(902)로부터의 압출을 중단할 수 있다. 모든 압출기(902)가 요구되는 압력에 도달한 후, 주 제어기는 각각의 몰드 반부에 적용된 클램프 압력을 해제하고 몰드 반부를 분리하여 몰딩된 부품을 이형할 수 있다. 일부 실시 예에서, 주 제어기는 몰드 공동(1056)과 연관된 하나 이상의 압력에 기초하여 독립적인 압출기(902)를 제어할 수 있다. 압출기(902)는 몰드 공동(1056)을 충전하도록 함께 작업할 수 있고, 더 큰 치수적 안정성을 제공하는 더 일관된 부품 밀도를 달성할 수 있다.

몰딩 재료

몰딩 시스템에서 사용되는 정적 열 발생 및 전도는 수지 재료 또는 특히 수지 등급, 순도, 균일성 및 용융 유동 지수를 포함하지만 에에 제한되지 않는 특성에 민감하지 않다. 예를 들어, 몰딩 시스템은 임의의 열가소성 재료, 예를 들어 함께-섞인(co-mingled)/혼합된 사용후(post-consumer) 재생 플라스틱, 상이한 플라스틱 분류 또는 화학적 제품군에 기이한 상이한 용융 유동 지수(melt flow index)를 갖는 수지의 혼합물, 생물-기반의 재료를 몰딩할 수 있는데, 이들 각각은 종래의 사출 몰딩 시스템으로 몰딩하기 어려운 재료이다. 추가예에서, 둘 이상의 상이한 수지 펠릿을 포함한 혼합물이 하나의 부품을 몰딩하기 위해 혼합될 수 있다. 다수의 플라스틱은 용융 유동 지수, 용융 온도 또는 유리 전이 온도와 같은 상이한 공정 특성을 가질 수 있지만, 이들 재료의 함께-섞임은 몰딩 시스템에 어떠한 문제도 제시하지 않는다. 재활용된 플라스틱은 무엇보다도 폴리에틸렌(PE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 나일론(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리락트산(PLA), 아크로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리술폰(PS), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리페닐렌 옥시드(PPO), 폴리에테르이미드(PEI), 아크릴(PMMA)을 포함할 수 있지만, 그에 제한되지 않는다.

상기 몰딩 시스템은 종래의 사출 몰딩 기계가 처리할 수 있는 것보다 더 높은 섬유 함량 또는 미네랄 충전재를 갖는 강화 플라스틱을 몰딩할 수 있다. 일반적으로, 70체적% 이상의 석유 기반 화합물인 수지를 기반으로 한 전단 열의 발생에 대한 그의 의존으로 인해, 종래의 사출 몰딩 시스템(100)에 의해 50체적% 이상의 유리 섬유로 강화된 플라스틱을 몰딩하는 것은 어렵다. 본 몰딩 시스템의 정적 열 발생을 사용함으로써, 용융물은 어떤 석유 기반 수지 함량에도 의존하지 않는다. 예를 들어, 강화 플라스틱은 50체적%보다 많은 유리 섬유, 셀룰로오스 섬유, 미네랄 집합체 또는 탄소 섬유를 함유할 수 있다.

본 몰딩 시스템은 정적 열 전도로 인해, 종래의 사출 몰딩 시스템과는 달리 전단 열화에 대해 덜 민감하다. 정적 열 발생은 재료의 과열을 피하도록 돕는 정밀한 온도 제어를 제공한다. 압출 스크류는 또한 열적 열화를 피하거나 감소시키도록 체류 시간을 제어하기 위해서 스크류 길이 및 스크류 루트 직경을 변경함으로써 크기가 결정될 수 있다.

본 몰딩 사출 시스템은 전단 열화에 민감한 온도 및 압력 민감성 생물-기반 수지 또는 플라스틱을 몰딩하기 위해 사용될 수 있다. 생물-기반 수지는 셀룰로오스 재료, 식물 전분 수지 및 당 기재 수지를 포함할 수 있고, 이는 무엇보다도 뼈 스크류, 뼈 대체물, 스텐트(stent)를 포함하는(단, 그에 제한되지 않음) 의료용 이식물과 같은 제품을 위해 사용될 수 있다. 본 몰딩 시스템은 또한 온도 및 압력/전단 민감성 금속 사출 몰딩(MIM)을 위해 사용될 수 있다. MIM 공급원료는 또한 생물-기반 수지와 같이 온도, 체류 시간 및 전단 압력에 민감할 수 있다. 본 몰딩 시스템은 80체적% 함량까지의 스테인레스 강 또는 다른 금속을 갖는 중합체를 몰딩할 수 있다. 본 몰딩 시스템은 식품 페이스트를 사출하기 위해서도 사용될 수 있으며, 이는 요구되는 형상의 식품 제품을 형성하기 위해서 굽는 온도까지 가열된 몰드 내로 압출될 수 있다. 몰딩 재료는 비정질 열가소성물질, 결정질 및 반결정질 열가소성 물질, 버진 수지(virgin resin), 섬유 강화 플라스틱, 재활용된 열가소성물질, 산업 폐기물(post-industrial) 재활용 수지, 사용 후 재활용 수지, 혼합되고 섞인 열가소성 수지, 유기 수지, 유기 식품 화합물, 탄수화물 기재 수지, 당-기재 화합물, 젤라틴/프로필렌 글리콜 화합물, 전분 기재 화합물, 금속 사출 몰딩(MIM) 공급원료를 포함할 수 있지만, 그에 제한되지는 않는다.

몇몇의 실시예를 설명하였지만, 다양한 변경예, 대안적인 구성예 및 등가예가 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않고 사용될 수도 있다는 것을 본 기술 분야의 통상의 기술자는 알 것이다. 또한, 불필요하게 본 발명을 불명료하게 하지 않도록, 많은 수의 주지의 공정 및 요소를 설명하지 않았다. 따라서, 위의 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주하지 말아야 한다. 개시된 모든 특징은 개별적으로 또는 서로의 다양한 조합으로 사용될 수 있다.

본 기술 분야의 통상의 기술자는 본원에 공개된 실시예가 예시로서 교시하는 것이고, 제한이 아님을 알 것이다. 그러므로, 위의 설명에 함유되거나 첨부된 도면에 도시된 문제점들은 예시적인 것으로 해석해야 하고 제한적인 의미로 해석해서는 안된다. 다음의 청구항들은 언어적인 측면에서 그 사이에 위치한다고 볼 수 있는 본 발명의 방법 및 시스템의 범위의 모든 진술뿐 아니라, 여기에 설명된 모든 일반적인 특징 및 특수한 특징 모두를 포괄하기 위한 것이다.

Claims

몰딩 기계이며,
배럴;
배럴 내측에 수용되며, 배럴에 대해 회전가능한 스크류; 및
배럴의 일 단부에 인접하게 위치하며, 배럴의 종방향 축을 따라 활주가능한 셔틀 테이블;
을 포함하는, 몰딩 기계.
제1항에 있어서, 셔틀 테이블은 수직 클램프 메커니즘과 연관된, 몰딩 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
몰딩 기계는, 실질적으로 수평인 압반을 추가로 포함하고,
셔틀 테이블은 압반에 활주가능하게 커플링되는, 몰딩 기계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 셔틀 테이블은 후퇴 위치와 연장 위치 사이에서 활주가능한, 몰딩 기계.
제4항에 있어서, 후퇴 위치에서, 셔틀 테이블은 몰딩 기계의 클램프 영역 내에 위치하는, 몰딩 기계.
제5항에 있어서, 연장 위치에서, 셔틀 테이블은 작업자에게 접근을 제공하기 위해 클램프 영역으로부터 제거되는, 몰딩 기계.
제1항 내지 제6항에 중 어느 한 항에 있어서, 셔틀 테이블에 부착된 몰드 반부를 추가로 포함하는, 몰딩 기계.
제7항에 있어서, 몰드 반부는 몰드의 하부 반부를 포함하는, 몰딩 기계.
제7항 또는 제8항에 있어서, 몰드 반부는 셔틀 테이블의 상위 표면에 대해 접하는, 몰딩 기계.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 셔틀 테이블이 배럴의 상기 단부에 인접한 클램프 위치와 몰딩 기계의 일 단부에 인접한 접근 위치 사이에서 활주가능한, 몰딩 기계.
몰딩 기계의 작동 방법이며,
부품을 몰딩하는 단계;
제2 몰드 반부로부터 제1 몰드 반부를 분리하는 단계; 및
제1 몰드 반부 또는 제2 몰드 반부 중 하나에 배치된 몰딩된 부품에 대한 접근을 제공하기 위해 배럴의 일 단부에 인접하게 위치한 셔틀 테이블을 배럴의 종방향 축을 따라 몰딩 기계의 클램프 영역 밖으로 활주시키는 단계;
를 포함하는, 몰딩 기계의 작동 방법.
제11항에 있어서, 제1 몰드 반부를 제2 몰드 반부로부터 분리하는 단계는 제1 몰드 반부 또는 제2 몰드 반부 중 적어도 하나를 실질적으로 수직인 축을 따라, 제1 몰드 반부 또는 제2 몰드 반부 중 다른 하나로부터 멀어지도록 이동시키는 단계를 포함하는, 몰딩 기계의 작동 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 셔틀 테이블을 활주시키는 단계는 셔틀 테이블을 실질적으로 수평인 축을 따라 활주시키는 단계를 포함하는, 몰딩 기계의 작동 방법.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 셔틀 테이블을 활주시키는 단계는 셔틀 테이블이 활주가능하게 커플링된 실질적으로 수평인 압반에 대해 셔틀 테이블을 활주시키는 단계를 포함하는, 몰딩 기계의 작동 방법.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 셔틀 테이블을 활주시키는 단계는 클램프 영역 내의 제1 위치로부터 클램프 영역 밖의 제2 위치로 셔틀 테이블을 활주시키는 단계를 포함하는, 몰딩 기계의 작동 방법.
제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 몰드 반부 또는 제2 몰드 반부 중 상기 하나는 셔틀 테이블에 부착되는, 몰딩 기계의 작동 방법.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 몰드 반부 또는 제2 몰드 반부 중 상기 하나는 몰드의 하부 반부를 포함하는, 몰딩 기계의 작동 방법.
제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 몰드 반부를 제2 몰드 반부로부터 분리하는 동안, 그리고 셔틀 테이블을 활주시키는 동안, 배럴 내측에 수용된 스크류를 통해 배럴의 일 단부와 연관된 노즐 개구부를 폐쇄하는 단계를 추가로 포함하는, 몰딩 기계의 작동 방법.
제18항에 있어서, 노즐 개구부가 폐쇄되는 동안, 정적 상태에서 배럴 내부의 수지 재료를 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 몰딩 기계의 작동 방법.
제18항 또는 제19항에 있어서, 셔틀 테이블을 클램프 영역 내로 활주시켜서 제1 몰드 반부 또는 제2 몰드 반부 중 상기 하나를 클램프 영역 내로 재삽입할 때까지 노즐 개구부를 폐쇄 상태로 유지하는 단계를 추가로 포함하는, 몰딩 기계의 작동 방법.