APARATO PARA UN SISTEMA DE MOLDE CON VACÍO Y MÉTODO DE FORMACIÓN DE UN METAL LAMINADO UTILIZANDO EL SISTEMA
CAMPO La presente invención se refiere a la formación de materiales poliméricos y, más particularmente, a un sistema de vacío en un molde para formar los materiales poliméricos. ANTECEDENTES Los materiales poliméricos son utilizados en una amplia variedad de aplicaciones. Típicamente, los materiales poliméricos son utilizados para manufacturar tableros trasparentes tales como ventanas o parabrisas para varias aplicaciones que incluyen aeronaves, automóviles, motocicletas, botes y similares. Tales aplicaciones, especialmente aquellas para aeronaves, requieren un tablero extremadamente claro, no deformado, transparente, el cual es resistente a raspaduras y el impacto. Tradicionalmente, para formar tales tableros trasparentes es utilizado el plástico acrílico. El plástico acrílico se distingue por sus excelentes propiedades ópticas y resistencia a la intemperie, que tiene destacada resistencia a los efectos de la luz solar y exposición a los elementos por largos períodos de tiempo. Sometido por largos períodos a exposición de los elementos, el plástico acrílico no experimenta amarillamiento significativo o cualesquiera otros cambios significativos en sus propiedades físicas. Sin embargo, el plástico acrílico no conserva tan alta resistencia al impacto como otros materiales poliméricos y de esta manera, es menos preferido para aplicaciones donde la resistencia al impacto es importante. El policarbonato es un termoplástico de alto desempeño con las características de resistencia al impacto, claridad óptica, resistencia al calor y estabilidad dimensional. Por otra parte, el policarbonato no incluye las mismas características de resistencia a la intemperie del plástico acrílico. Sin embargo, los paneles o tableros trasparentes sea que se produzcan utilizando plástico acrílico o policarbonato, incluyen un revestimiento de protección duro para prevenir las raspaduras, abrasiones u otras marcas que reducirían la vida útil del tablero transparente. Además, el revestimiento protector duro protege la hoja base, sean de plástico acrílico o policarbonato, de la degradación por rayos ultravioleta. Como resultado, el tablero transparente está protegido de cualquier degradación, tales como amarillamiento, distorsiones, y similares, aún cuando la hoja base (por ejemplo de policarbonato) de otra manera se degradaría de tal exposición. Por lo tanto, es deseable en la industria usar policarbonato para la producción de tableros trasparentes a causa de su alta resistencia al impacto, en tanto que permanece protegido de la degradación por rayos ultravioleta a través del revestimiento protector el cual es aplicado a pesar del material utilizado. Tradicionalmente, las hojas poliméricas de plástico acrílico se forman utilizando moldes que incluyen superficies superiores e inferiores contorneadas. Las superficies contorneadas definen la forma deseada de la hoja polimérica, contactando directamente la totalidad de las superficies superior e inferior de la hoja polimérica. A causa de la dureza de las superficies superior e inferior de una hoja de plástico acrílico, puede formarse de ésta manera sin distorsionar las superficies superior e inferior. Sin embargo, las superficies superior e inferior de una hoja de policarbonato no son tan duras y, por lo tanto, cuando son calentadas, pueden distorsionarse al contacto durante el proceso de formación. Por esta razón, el uso de moldes tradicionales, los cuales contactan directamente las superficies superior e inferior de la hoja polimérica, no son deseables para formar la hoja de policarbonato.
Los modelos tradicionales han incrementado el potencial para distorsionar las superficies de la hoja de policarbonato, de esta manera produciendo un incrementado número de tableros rechazados y elevando los costos de producción. La solicitud previa de los solicitantes, la ahora patente de los E.U.A. No. 6,733,714 otorgada en mayo 11 , 2004 y con título "Method for Forming High-Impact Transparent, Distortion-Free Polymeric Material", la especificación y dibujos de la cual son expresamente incorporadas aquí por referencia, ilustran un aparato y método para formar materiales poliméricos libres de distorsión. Mientras que este aparato y método funcionan bien para sus propósitos pretendidos, los diseñadores luchan por mejorar la técnica. SÍNTESIS En consecuencia, la presente invención proporciona un aparato para formar una hoja de material polimérico. El aparato incluye una primer mitad de molde con una pared inferior y una primera pared lateral que definen un primer espacio interior. La primera pared lateral tiene un primer borde. Una segunda mitad de molde tiene una pared superior y una segunda pared lateral que definen el segundo espacio interior. La segunda pared tiene un segundo borde. La primera y segunda mitades sujetan la hoja entre el primero y segundo bordes. El mecanismo de vacío conduce la hoja en uno de primeros y segundos espacios interiores. El mecanismo de vacío incluye una pluralidad de puertos o compuertas de vacío controlables. La pluralidad de puertos de vacío controlables está colocada sobre las mitades del molde para dirigir el vacío a porciones específicas de la hoja. También, se incluye un mecanismo para medir un estiramiento profundo de una hoja dentro de uno del primero o segundo espacios interiores.
La pluralidad de puertos puede incluir un mecanismo para variar el vacío en la pluralidad de puertos para dirigir el vacío a una porción específica de la hoja. Cada puerto puede incluir una válvula. Ordinariamente, los puertos están colocados en la periferia de uno de los primeros o segundos espacios interiores. También, una cantidad de la pluralidad de puertos puede estar colocados cerca del centro de uno de los primeros o segundos espacios interiores. De acuerdo con un segundo aspecto de la enseñanza, un aparato para formar una hoja de material poliméricos comprende una primera mitad de molde que tiene una pared inferior y una primera pared lateral que definen un primer espacio interior. La primer pared lateral tiene un primer borde. Una segunda mitad de molde tiene una pared superior y una segunda pared lateral que definen un segundo espacio interior. La segunda pared tiene un segundo borde. La primera y segunda mitades sujetan la hoja entre el primero y segundo bordes. Un mecanismo de vacío estira la hoja entre uno de primer y segundo espacios interiores. El mecanismo de vacío incluye uno o más múltiples. El uno o más múltiples incluyen una pluralidad de puertos. Cada puerto de tiene una fuente de vacío controlado independientemente para dirigir un vacío a una porción específica de la hoja para poner la porción específica de la hoja dentro del primer o segundo espacios interiores. Un mecanismo para medir la profundidad de colocación de una hoja está dentro de uno de los primeros o segundos espacios interiores. Además, la fuente de vacío puede incluir dos múltiples. Uno de los múltiples está colocado adyacente a la periferia de uno del primer o segundo espacios interiores. Uno de los múltiples está colocado adyacente al centro de uno del primer o segundo espacios interiores. Cada puerto en los múltiples incluye una válvula para controlar independientemente su fuente de vacío para dirigir la fuente de vacío a una porción específica de la hoja. De acuerdo con un aspecto adicional de la enseñanza, un método para formar una hoja de material polimérico comprende los pasos de calentamiento de la hoja a una primera temperatura. La hoja es retenida entre primera y segunda mitades del molde con la hoja apoyada sobre el borde periférico. Se genera un vacío en un lado de la hoja y con esto se pone la hoja dentro del espacio interior de una de primera o segunda mitades del molde. El vacío es controlado en localizaciones específicas a lo largo de la hoja en el espacio interior de una de la primera o segunda mitades, de manera que una presión de vacío diferente se crea en diferentes localizaciones para mejorar la colocación de la hoja dentro del espacio interior en la localización específica. La hoja es enfriada de una primera temperatura a una segunda temperatura hasta lograr una profundidad específica de colocación de la hoja al interior de una de las primeras o segundas mitades del molde. Se genera un primer vacío adyacente al menos a una porción del borde periférico de una de las mitades del molde. Se genera un segundo vacío adyacente al centro de uno de los espacios interiores. El primer vacío es mayor que el segundo vacío. Además, una pluralidad de vacíos independientes pueden generarse en localizaciones específicas a lo largo de la hoja. Los vacíos son controlados en las localizaciones específicas. Adicionales áreas de aplicabilidad llegarán a ser aparentes de la descripción que aquí se proporciona. Debe entenderse que la descripción y los ejemplos específicos solamente se pretenden con propósitos de ilustración y no se pretende que limiten el alcance de la presente descripción.
DIBUJOS Los dibujos descritos aquí son solamente para propósitos de ilustración y en cualquier forma no intentan limitar el alcance de la presente divulgación. La Figura 1 es una vista en perspectiva de un molde de formación. La Figura 2 es una vista en plano superior de una mitad de un molde con un sistema de vacío. La Figura 3 es una vista transversal seccional tomada a través de las mitades del molde a lo largo de la línea 3-3 de la Figura 2. La Figura 4 es una vista transversal seccional tomada a lo largo de la línea 4-4 de la Figura 2. La Figura 5 es una vista transversal seccional tomada a lo largo de la línea 5-5 de la Figura 2. DESCRIPCIÓN DETALLADA La siguiente descripción es simplemente ejemplar en naturaleza y no pretende limitar la presente divulgación, aplicación, o usos. Regresando a las figuras, particularmente a la Figura 1 , se ilustra un molde en formación con una mitad superior e inferior 12, 14 las cuales se juntan para formar una hoja calentada de material polimérico 16. La hoja 16 preferiblemente es un material de policarbonato de calidad óptica y puede ser retenida dentro de un marco rígido 18. El marco tiene una longitud y ancho algo mayores que los de las mitades superior e inferior. El marco sujeta la hoja 16 alrededor de su periferia. Los bordes 22, 24 de las mitades superior e inferior 12 y 14 están contorneados para definir una forma final deseada para el borde periférico de la hoja 16. Un vacío es creado por un sistema de vacío 30 dentro de un espacio interior 26 de una mitad de un molde inferior 14 para poner la hoja 1 hacia abajo para formar la hoja cuando es definida por los bordes contorneados 22, 24 de las mitades superior e inferior 12 y 14. El proceso de colocar o poner resulta hasta que la hoja es registrada por un sensor visual 32 el cual, a su vez, interrumpe el vacío. Un mecanismo de enfriamiento 25 está dispuesto dentro de un espacio interior 34 de la mitad superior 12. El mecanismo de enfriamiento 25 enfría la hoja a su forma deseada. En una modalidad ejemplar, el molde en formación 10 está configurado para formar un parabrisas para aeronave. Como se ve en las Figuras 1 y 2, el perímetro del molde corresponde a la estructura para una aplicación particular. Sin embargo, será apreciado que el molde 10 está configurado para formar hojas 16 de varias formas y contornos de acuerdo con los requerimientos de una variedad de aplicaciones. La mitad inferior 14 incluye una pared inferior 42 y cuatro paredes laterales 44, 46, 48, y 50 que definen el espacio interior 26. Las paredes laterales 44, 46, 48, y 50 tienen bordes superiores 52, 54, 56, y 58, respectivamente, y están contorneadas selectivamente a lo largo de sus longitudes para definir la forma final del borde periférico de la hoja 16. Los bordes superiores 52, 54, 56 y 58 son preferiblemente biselados, inclinados hacia abajo hacia el interior de la mitad inferior 14. La mitad superior 12 incluye una pared superior 62 y cuatro paredes laterales 64, 66, 68 y 70 que definen el espacio interior 34. Las paredes laterales 64, 66, 68, y 70 tienen bordes inferiores 72, 74, 76 y 78, respectivamente, y están correspondientemente contorneadas sobre sus longitudes para acoplar los bordes superiores 52, 54, 56, y 58. Los bordes inferiores 72, 74, 76 y 78 están preferiblemente biselados inclinados hacia abajo hacia el interior de la mitad inferior 14 para alinearse correspondientemente con los bordes superiores biselados 52, 54, 56, y 58. La hoja 16 es retenida en los bordes por mecanismos como aquellos divulgados en la Patente de los E.U.A. del solicitante No. 6,733,714, otorgada en mayo 11 , 2004 y con título "Method for Forming High-lmpact Transparent, Distortion-Free Polymeríc Material", la especificación y dibujos de la cual son expresamente incorporadas aquí por referencia. También, un mecanismo de rebabeado de la hoja de policarbonato es como el divulgado en la patente. El sistema de vacío 30 es acoplado con una fuente de vacío a través de la pared inferior 34 de la mitad inferior 14. El sistema de vacío 30 incluye uno o más múltiples. Aquí, la mitad inferior del molde incluye tres múltiples 92, 94, y 96. Cada múltiple está conectado con una fuente de vacío que se extiende a través de la parte inferior de la mitad del molde. Los múltiples 92, 94, y 96 incluyen una pluralidad de puertos 98. Los puertos 98 incluyen válvulas ajustables 100. Las válvulas 100, como se muestra, son operadas manualmente. Las válvulas 100 están en un ángulo deseado con respecto a los múltiples. Esto habilita "direccionar" la fuente de vacío en la hoja 16. Alternativamente, las válvulas pueden ser válvulas de solenoide y son operadas por una computadora. Las válvulas 100 habilitan el control independiente de la fuente de vacío en cada válvula en una localización específica o posición específica a lo largo de la hoja 16. Por lo tanto, mediante el ajuste del vacío de cada válvula, esto a su vez habilita la hoja para que sea diseñada en el molde en diferentes posiciones a lo largo de la hoja 16. Esto habilita el control de la dirección del vacío en áreas donde la hoja debe colocarse a espesores mayores o donde la estructura de la superficie de la hoja necesita alterarse.
Preferiblemente, los múltiples 92 y 94 están colocados alrededor de la periferia de la mitad del molde inferior 14. El múltiple 96 está colocado cerca del centro de la mitad del molde 14. El ángulo y la dirección de las válvulas 100 pueden alterarse para ajustar un diseño específico de la hoja que será moldeada. Se ha encontrado que para diseñar la hoja en el molde en una posición preferida, las válvulas a lo largo de la periferia son sustancialmente de apertura ancha habilitando todo el vacío dirigido en la hoja. Las válvulas del múltiples central 96 pueden ser abiertas a menos de la mitad del camino para colocar la hoja en la estructura deseada de una posición específica. Ordinariamente, las válvulas en el múltiple central pueden ser abiertas aproximadamente 40%. De esta manera, cada puerto habilita control independiente de la fuente de vacío en tal posición a lo largo de la hoja. De esta manera, la profundidad de colocación puede controlarse en una posición específica a lo largo de la hoja 16. El sensor visual 32 puede colocarse adyacente a los múltiples 92, 94 y 96. Ordinariamente, el sensor es de tipo ultrasónico que incluye un ojo para controlar el diseño de la profundidad. También, podría utilizarse un sistema de sensores como el divulgado en la Patente de los E.U.A. del solicitante No. 6,733,714, otorgada en mayo 1 1 , 2004 y con título "Method for Forming High-Impact Transparent, Distortion-Free Polymeric Material", la especificación y dibujos de la cual son expresamente incorporadas aquí por referencia. Un mecanismo de enfriamiento puede disponerse en la superficie interior de la mitad superior 14 conectada fijamente a la pared superior. El mecanismo de enfriamiento puede ser como los divulgados en la anterior Solicitud de Patente de los E.U.A.
Se proporciona un controlador que está en comunicación eléctrica con varios componentes del molde de formación 10, que incluye el mecanismo de detección 32 y el mecanismo de enfriamiento. Dependiendo de la modalidad particular, el controlador 200 también puede estar en comunicación eléctrica con mecanismos de rebabeado a chorro de agua o láser para controlar su actividad. El controlador 200 controla el proceso de formación como se discute en detalle a continuación. La presente invención proporciona un método para formar la hoja 16 de material polimérico, preferiblemente utilizando un molde de formación 10 detallado arriba. El método de la presente invención será descrito en detalle. Inicialmente, la hoja 16 es montada en el marco 8. La hoja 16 es calentada en etapas hasta que pasa una temperatura de transición vitrea, logrando un estadio de transición vitrea con esto llegando a ser viscoso o semejante al caucho. Debe notarse, sin embargo, que la hoja no debe calentarse al punto en el que alcance una temperatura de fusión por medio de la cual la hoja se fusionaría y se vuelve desecho. El número de etapas de calentamiento, sus respectivas duraciones y temperaturas, pueden variar de acuerdo con el tipo de material y el espesor del material utilizado. El calentamiento de la hoja 16 en etapas evita posibles ampollas u otras deformaciones en la superficie de la hoja 16 que de otra manera ocurrirían. La hoja 16 subsecuentemente está colocada dentro de la etapa de formación y colocada en la parte superior de la mitad inferior 14, con una superficie inferior 102 que descansa en los bordes superiores 52, 54, 56, 58 de las paredes laterales 44, 46, 48, 50. La mitad superior 12 se desplaza hacia abajo en alineación con la mitad inferior 14, por medio de la cual los bordes inferiores 72, 74, 76, 78 de las paredes laterales 64, 66, 68, 70 acoplan una superficie superior 104 de la hoja 16 y de esta manera reteniendo la hoja 16 entre ellas. El marco sostiene el perímetro de la hoja 16 en forma rígida, por lo que la hoja 16 es extraída y estirada cuando se incluye al interior del molde de formación 10. De manera concurrente, un mecanismo de retención proporciona una fuerza hacia abajo, inclinando la superficie inferior 102 de la hoja 16 en un acoplamiento ajustado con los bordes superiores 52, 54, 56, 58 de las paredes laterales 44, 46, 48, 50 creando un sello a hermético al aire entre ellas. Adicionalmente, los bordes de la hoja 16 son rebabeados de acuerdo con la forma perimetral del molde de formación 10. De acuerdo con la modalidad preferida, el rebabeado de la hoja 16 ocurre concurrentemente con el cierre de las mitades superiores e inferiores 12, 14. En una modalidad alterna, sin embargo, el rebabeado puede ocurrir subsecuentemente con cierre de las mitades superior e inferior 12, 14. Alternativamente, la operación de rebabeado puede llevarse a cabo una vez que la hoja 16 ha sido formada. Una vez que la hoja 16 está retenida entre las mitades superior e inferior 12, 14, se crea un vacío dentro del espacio interior 18 de la mitad inferior 12 mediante la extracción de aire del espacio interior 18, a través de los puertos del múltiple 98 mediante la válvula 100. El vacío es logrado debido al sello a prueba de aire entre la superficie inferior 102 de la hoja 16 y los bordes superiores 52, 54, 56, 58 de las paredes laterales 44, 46, 48, 50. Los puertos de vacío 98 pueden estar dirigidos a la hoja para asegurar la colocación adecuada de la hoja. También, cada puerto de fuente de vacío puede estar controlado mediante su válvula 100. Como resultado, la hoja 16 es colocada hacia abajo por la fuerza de vacío dirigida y controlada dentro del espacio interior 26, por lo tanto formando la estructura deseada. El mecanismo de detección 32 detecta cuando la hoja logra una profundidad de colocación particular dentro del espacio interior 26. Con la detección la hoja 16 logra la profundidad de colocación, los mecanismos de enfriamiento son activados para enfriar la hoja 16 bajo su temperatura de transición vitrea, por esto logrando de nuevo un estado rígido. El vacío es sostenido en estado estacionario durante el proceso de enfriamiento y no es relevado hasta que la hoja 16 está suficientemente enfriada. El tiempo de enfriamiento de la hoja puede ser monitoreado por el controlador 200, que controla cada una de las actividades descritas arriba. Una vez que la hoja 16 está suficientemente enfriada, el vacío es relevado y se retira de la mitad inferior 14 y la mitad superior 12. El marco 18, con exceso de material de hoja, también se retira, por lo tanto dejando la hoja formada 16 accesible para removerla del molde de formación 10. Un mecanismo de abrazadera secundario se utiliza para agarrar un borde perimetral de la hoja 16 y cargarla a través de los procesos restantes. Subsecuentemente al proceso de formación, el marco y en material en exceso son separados para reprocesar el material de exceso, y la hoja formada 16 es sometida a varios procesos de terminado para producir el producto final. Estos estadios preferiblemente incluyen una primera verificación de calidad, estadios y pasos de imprimado y revestimiento, respectivamente, y una segunda verificación de calidad. La primera y segunda verificaciones de calidad se logran preferiblemente utilizando medios ópticos, tales como una cámara, para verificar la hoja polimérica 16 de cualquier distorsión, rasgaduras y/o abrasiones. Los estadios de imprimado y revestimiento incluyen preferiblemente la imprimación a través de baño o rociado, un sub etapa de imprimación de secado, una sub etapa de aplicación de revestimiento duro y una sub etapa de revestimiento duro de secado. Sin embargo, será apreciado que los procesos de terminación descritos aquí son simplemente ejemplares en naturaleza y pueden ser sustituidos por o incluir además cualquier otro proceso de terminación comúnmente conocidos en la técnica. Finalmente, la hoja terminada 16 está empacada para enviársela al cliente. Debe notarse que al menos las etapas de imprimación y revestimiento serán llevadas a cabo bajo estrictas condiciones controladas de temperatura, humedad, y polvo para asegurar revestimiento de flujo libre adecuado de la hoja 16. El revestimiento de imprimación puede ser de cualquier material adecuado capaz de proporcionar una libre distorsión clara unida con la hoja 16 y el revestimiento superior. En el presente, los materiales preferidos para imprimación y revestimiento superior son materiales experimentales proporcionados por General Electric Co. aplicados por un proceso de revestimiento por flujo que se considera ofrece una vida útil mejorada de 8 a 10 años, lo cual es significativamente mayor que los materiales disponibles actualmente los cuales pueden utilizarse para este propósito. Preferiblemente la imprimación y revestimiento duro serán aplicados a ambas superficies de la hoja 16. A pesar de que la descripción de soporte aquí describe un proceso generalmente lineal para formación de materiales poliméricos, será apreciado por aquellos con destrezas en la técnica que la línea de procesamiento puede variar en el diseño. Por ejemplo, se anticipa que la línea de procesamiento puede ser una línea de rotación, por lo que los pasos de procesamiento son generalmente organizados como un círculo. De esta manera, la hoja 16 gira alrededor de un diseño circular a través de cada una de las etapas de procesamiento para formar el producto terminado. Mientras que será aparente que las modalidades preferidas de la invención divulgadas son bien calculadas para proporcionar las ventajas anotadas arriba, será apreciado que la invención es susceptible de modificaciones, variaciones y cambios sin apartarse del alcance adecuado o del significado justo de las reivindicaciones anexas.