TW202000612A - 非接觸成型裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

一種非接觸成型裝置及方法，係包含至少一頂面設有一固定部及具有輸出吹、吸氣體的第一治具、可移動與溫控之光熱源加工裝置及可移動且輸出下吹氣體之第二治具，其中，該第一治具頂面之固定部，可供該吹、吸氣體輸出，以對至少一平面玻璃板材進行吸住固定或向上頂起之動作，並藉由該光熱源加工裝置移動至該第一治具上方對於該平面玻璃板材之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位進行非接觸及溫控加熱軟化而沿該固定部邊緣彎曲下垂，再由該第一治具吹氣向上頂起該彎曲之玻璃板材，同時由該第二治具移動罩覆於該彎曲之玻璃板材上方，並由該第二治具向下吹出氣體，而一同與該第一治具所向上吹起的氣體，共同環繞於該彎曲之玻璃板材上、下表面，以非接觸方式讓該彎曲之玻璃板材降溫定型形成一3D曲面玻璃成品。

Description

非接觸成型裝置及方法
本發明係有關一種非接觸成型裝置及方法，特別是用於平面玻璃板材彎曲成形，並以至少一非接觸式熱源、吹及吸氣之第一治具，以及吹氣之第二治具對一平面玻璃板材彎曲成型3D曲面玻璃之裝置及方法。
按，3D立體曲面玻璃面板廣泛應用於如新一代的智慧型手機、平板電腦、電儀表面板、顯示器玻璃面板及汽車儀表面板產品中，以提供智慧型手機、平板電腦、電儀表面板、顯示器玻璃面板及汽車儀表面板產品中之上、下、左及右四個方向的邊緣曲面顯示或觸控操作功能，然而，習知製作加工此立體曲面玻璃面板的方式，無論是先以模具熱壓彎曲之玻璃板材成型再以CNC機具切割或先以CNC機具於2D平面切割玻璃板材再以模具熱壓彎曲之玻璃板材成型，或以雷射於2D平面切割玻璃板材再以模具熱壓彎曲之玻璃板材成型等製程方式，皆必需以如第一圖所示的石墨材料製成的一上模具A及一下模具B對該玻璃板材C熱壓成型，亦即必需是透過接觸式加工器具及模具的加工之方式進行。
然而，以上述習知立體曲面玻璃面板以接觸式加工器具及模具的加工技術及方式，在於進行平面之玻璃板材C的切割或導角加工過程中，如以CNC機具進行切割或導角磨抛的接觸式加工，均會造成該玻璃板材C工件的邊緣產生不規則形狀崩邊及微裂隙縫或不整齊的毛邊，除了讓該玻璃板材C工件加工時間增長、產能低(約2~5分鐘/每片)及品質參差不齊外，該玻璃板材C仍必需再以抛磨機具加以修邊抛磨，然而，即使透過機械抛磨方式讓該玻璃板材C邊緣及毛邊順利修整，也因各刀具磨耗程度不同，致使每一片經接觸式抛磨修邊平面之玻璃板材C的尺寸大小參差不齊，有著大小不一的尺寸誤差，嚴重影響其後續加工的精密度及品質。
再者，以上述習知第一圖所示的立體曲面玻璃面板以上模具A及下模具B加熱彎曲成型的接觸式加工製程，必需對整個玻璃板材C作高溫加熱操作，也就是作整體加熱及壓模的方式處理，而必需以石墨製的上模具A及下模具B在高溫加熱及操作的過程中，除了會受到上述平面的玻璃板材C切割後的抛磨加工所產生之尺寸誤差影響，而使該玻璃板材C熱彎加工後成品亦呈現尺寸大小誤差，因此模具A及B製作之間隙難以訂定，例如：模具A及B間隙太小，會使該玻璃板材C受熱膨脹，無處可容納，而會導致破裂，又該模具A及B間隙太大，易導致玻璃板材C位置偏移，導致後續在每一片玻璃板材C上打孔或鑽孔加工位置產生偏差，並會在該玻璃板材C表面殘留石墨材質的模具A及B的氧化脫落之碳粉及其他雜質，又因石墨模具A及B的碳粉脫落後將形成坑洞，更使玻璃板材C表面被壓印出更多的粗糙坑洞表面，在該玻璃板材C彎曲成型脫模後，後續必需再經過表面拋光除渣的清潔研磨拋光修整的大量額外修復步驟，上述各項問題，除了使該玻璃板材C彎曲成型加工後之成品良率大幅降低變差(良率最高約僅50%左右)，並且，使該玻璃板材C彎曲成型之製程成本偏高而不符產業利用之經濟效益。
此外，上述習知玻璃板材C以石墨製上模具A及下模具B加熱彎曲成型的製程，除了成品良率偏低及後續表面拋磨處理的成本高等問題與缺點外，更進一步地，該石墨製上模具A及下模具B模具組也有使用壽命限制，每一組上模具A及下模具B模具組約在使用1000~3000片的玻璃板材C加熱操作後，就必需停機更換新的一組上模具A及下模具B模具組，方能繼續操作該玻璃板材C的加熱彎曲製程，不但使整個玻璃板材C的彎曲加工製作成本更加提高，並且，該習知之玻璃板材C的加熱彎曲製程的流程與機構設備冗長複雜，使該玻璃板材C的每一片完成出料平均間隔時間也因此拉長，即每一片玻璃板材C完成彎曲加工的間隔時間約為50~60秒，以平均每一小時可完成的片數約為60片/小時，凸顯其整體之產能效率不彰，無法達到產業利用的要求，並且，在另一方面由於該石墨製上模具A及下模具B模具內部對該玻璃板材C全面遮蓋，無從量測該玻璃板材C被加熱後之溫度分佈，僅能就石墨模具A及B外側單點溫度量測推 測，無從確認玻璃板材C上實際各點之加熱溫度分佈，當然也就無從精確監控該玻璃板材C上實際各點之加熱溫度，因此在該玻璃板材C實際熱彎製程中，易導致局部加熱溫度過高或太低的情況，使該玻璃板材C產生表面燒蝕斑點、破裂，或存在過大內應力而造成該玻璃板材C機械強度降低而易脆、易碎等問題及缺點。
另外，在先前的相關專利技術文獻方面，如中華民國專利公報第I460139號「玻璃製品的製作方法與製作系統及電子裝置」發明專利案，則揭示典型習知上、下模具組合加熱使玻璃板材彎曲加工的製程技術與裝置，同樣地，存在有如上述第一圖所示習知以石墨材料模具的接觸式加熱玻璃板材製程與技術的良率差、需後續對玻璃板材表面拋磨修整加工、玻璃板材尺寸產生誤差、模具使用壽命短需經常更換、製程的流程與機構設備冗長複雜使玻璃板材成品出料間隔時間長及整體製程成本偏高、不符產業利用經濟效益等問題與缺點。
此外，再如美國發明專利第8783066號「GLASS MOLDING SYSTEM AND RELATED APPARATUS AND METHOD(玻璃模造系統及相關設備與方法)」案及日本特許公報公告號第JP5934801號「成形装置」發明專利案，更進一步揭示如上述第一圖所示習知大規模及複雜冗長製程石墨材料模具的接觸式加熱彎曲之玻璃板材製程與技術，同樣地，存在有上述第一圖所示習知以石墨材料模具的加熱彎曲之玻璃板材製程與技術的良率差、需後續對玻璃板材表面拋磨修整加工、玻璃板材尺寸產生誤差、模具使用壽命短需經常更換、製程的流程與機構設備冗長複雜使玻璃板材成品出料間隔時間長及整體製程成本偏高、不符產業利用經濟效益等問題與缺點。
除此之外，又如PCT專利公開號第WO2013055861A1號「THERMO-MECHANICAL REFORMING METHOD AND SYSTEM AND MECHANICAL REFORMING TOOL(熱機械再成型方法及系統以及機械再成型工具)」案，則揭示利用推桿接觸玻璃片材加熱彎曲部位，以使該玻璃片材彎曲之系統及技術，但此種以推桿直接接觸玻璃片材加熱彎曲部位的技術，該玻璃片材表面必需再進行後續拋磨修整的加工製程，必需耗費較多 的加工成本，並且，該推桿的施加於該玻璃片材加熱彎曲部位之力量過大，亦可能造成該玻璃片材之脆化破裂問題，或該推桿施加於該玻璃片材加熱彎曲部位之力量太小，又使該玻璃片材彎曲品質不佳，而導致玻璃片材有彎曲加工的品質參差不齊無法被精準控制之問題與缺點。
除此之外，申請人前向 鈞局申請核准在案之中華民國專利公報公告號發明I628149號「非接觸成型裝置及方法」發明專利案，則初步揭示該玻璃板材非接觸加熱彎曲及加工系統之技術及方法。
上述習知或各專利前案中之接觸式玻璃板材彎曲加工製程及技術，均存在有良率差、需後續對玻璃板材表面拋磨修整加工、玻璃板材尺寸產生誤差、模具使用壽命短需經常更換、製程的流程與機構設備冗長複雜工時、加工過程，使玻璃板材成品出料間隔時間長及整體製程成本偏高、不符產業利用經濟效益等問題與缺點。
緣此，本發明之一種非接觸成型裝置，係包含：至少一具有輸出吹、吸氣體的第一治具，於頂面設有一固定部，該第一治具頂面之固定部，可供該吹、吸氣體輸出，以對至少一平面玻璃板材進行吸住固定或向上頂起之動作；至少一可移動與溫控之光熱源加工裝置，藉由該光熱源加工裝置移動至該第一治具上方對於該第一治具之固定部上的平面玻璃板材之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位進行非接觸及溫控加熱，使該平面玻璃板材之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位軟化而沿該固定部邊緣彎曲下垂，再經由該第一治具之固定部吹氣向上頂起該彎曲之玻璃板材；以及至少一可移動且輸出下吹氣體之第二治具，該第二治具移動罩覆於該被第一治具向上吹氣頂起的彎曲之玻璃板材上方，並由該第二治具底面向下吹出氣體，而一同與該第一治具所向上吹起的吹出氣體，共同環繞於該彎曲之玻璃板材頂、底表面，以非接觸方式使該彎曲之玻璃板材降溫定型形成一3D曲面玻璃成品。
進一步地，上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第一治具內部設有至少一氣體吹、吸通道，以及，該第一治具之固定部設有至少 一輸出氣孔，該輸出氣孔與該氣體吹、吸通道一端相連通。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之氣體吹、吸通道之一端連結至少一第一氣源。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之氣體吹、吸通道一端連結之第一氣源具有輸出具溫度控制之吹或吸氣體之功能。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第一治具為耐高溫之金屬材料所構成。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第一治具為耐高溫之非金屬材料所構成。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之固定部上、下、左及右四個周邊邊緣分別形成一定型弧面。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之固定部與該加熱及向上吹氣頂起彎曲之玻璃板材底面之間形成一第一氣隙，以讓該固定部之吹出氣體氣流經該第一氣隙流通於該彎曲之玻璃板材底面表面。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之固定部與該加熱及向上吹氣頂起彎曲之玻璃板材內面之間所形成之第一氣隙高度為5微米(μm)~50微米。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之固定部上之平面玻璃板材，係透過至少一移動式取料裝置抓取與放置於該固定部之上。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之固定部上之平面玻璃板材表面，係預先均勻加熱到比該平面玻璃板材的玻璃轉移溫度(Glass Transition Temperature，簡稱Tg)略低30℃~80℃左右之溫度。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該光熱源加工裝置為一紅外線加熱器所構成。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該光熱源加工裝置為一雷射加熱器所構成。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第二治具底面設有 至少一輸出氣孔，以及，該第二治具之內部設有至少一氣體吹出通道，該輸出氣孔與該氣體吹出通道一端相連通。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第二治具之氣體吹出通道一端連結至少一第二氣源。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第二治具之氣體吹出通道一端所連結之第二氣源為具有輸出具溫度控制之吹出氣體之功能。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第二治具之底面形成一成型凹口，該成型凹口於該第二治具移動罩覆於該被第一治具向上吹氣頂起的彎曲之玻璃板材上方，與該加熱彎曲之玻璃板材頂面之間形成一第二氣隙，以讓該第二治具底面向下吹出之氣體氣流經該第二氣隙而流通於該彎曲之玻璃板材頂面表面。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第二治具之成型凹口與該加熱彎曲之玻璃板材頂面之間形成之第二氣隙高度為5微米~50微米。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第二治具為耐高溫之金屬材料所構成。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第二治具為耐高溫之非金屬材料所構成。
上述本發明之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之固定部輸出之吹出氣體溫度高於該第二治具底面向下吹出氣體之溫度。
一種非接觸成型方法，其步驟係包含：(a)抓取平面玻璃板材至一第一治具放置固定，將一平面玻璃板材，藉由一移動式取料裝置抓取及移動放置在至少一頂面設有一固定部及具有輸出吹、吸氣體的第一治具頂面之固定部，並經由該第一治具之固定部輸出吸入氣體而使該平面玻璃板材被吸住而固定於該固定部上；(b)對該平面玻璃板材進行四個周邊的預定加熱部位加熱，即由至少一可移動及溫度控制功能之光熱源加工裝置，移動至步驟(a)之第一治具的固定部上方，並對該置放於第一治具之固定部之平面玻璃板材之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位以非接觸之光熱源進行加熱，該平面玻璃板 材需先逐步加熱到低於軟化點溫度(Glass Softening Point Temperature)約攝氏30~80℃左右，再將需彎折部分的預定加熱部位加熱到軟化點溫度攝氏500~800℃(可因該平面玻璃板材之材料不同而異)，使該平面玻璃板材之四個周邊部位軟化而沿該固定部邊緣彎曲下垂；(c)彎曲之玻璃板材向上頂起，由該步驟(a)之第一治具之固定部輸出吹出氣體，以將該原先固定於第一固治具之固定部上經步驟(b)之光源加熱裝置加熱彎曲之玻璃板材向上頂起脫離該固定部，該加熱彎曲之玻璃板材與該第一治具之固定部之間形成一第一氣隙，以供該第一治具之固定部輸出之吹出氣體經該第一氣隙流通於該經加熱彎曲之玻璃板材底面之表面；(d)一第二治具移動罩覆及向下吹氣，以至少一可移動且輸出下吹氣體之第二治具移動罩覆於步驟(c)中經由該第一治具之固定部向上輸出該吹出氣體頂起的彎曲之玻璃板材的上方，使該第二治具底面與該彎曲之玻璃板材頂面間形成一第二氣隙，並經由該第二治具底面向下吹出之吹出氣體經該第二氣隙流通於該彎曲之玻璃板材頂面之表面；(e)玻璃板材彎曲非接觸降溫定型，藉由該步驟(c)之第一治具之固定部向上吹起之吹出氣體經步驟(c)之該經加熱彎曲之玻璃板材與該第一治具之固定部之間所形成的第一氣隙流通於該彎曲之玻璃板材底面，以及該步驟(d)之第二治具向下吹出之吹出氣體經該第二治具底面與該彎曲之玻璃板材頂面間形成之第二氣隙流通於該彎曲之玻璃板材頂面，使該彎曲之玻璃板材固定在該第一氣隙及第二氣隙之間，並經由第一治具向上吹出之吹出氣體與第二治具向下吹出之吹出氣體共同以不接觸第一治具及第二治具方式降溫定型為一3D曲面玻璃成品；以及(f)取料輸出，先由該步驟(e)之第一治具之固定部反向輸出吸入氣體，以先吸住該經步驟(e)以非接觸方式降溫成型之3D曲面玻璃成品底面，再由該步驟(e)之第二治具底面停止向下吹出該吹出氣體，並且，由該第二治具移開脫離該步驟(e)降溫定型之3D曲面玻璃成品頂面，再由該第一治具之固定部停止輸出該吸入氣體，並由該步驟(a)之取料裝置移動至該第一治具上方，並向下抓取該置放於該第一治具頂面之固定部上的3D曲 面玻璃成品輸出。
進一步，上述本發明之非接觸成型方法，其中，該步驟(a)之第一治具內部設有至少一氣體吹、吸通道，該第一治具之固定部設有至少一輸出氣孔，該輸出氣孔與該氣體吹、吸通道相連通，以及，該氣體吹、吸通道一端連結至少一第一氣源。
上述本發明之非接觸成型方法，其中，該步驟(a)之平面玻璃板材預先加熱至低於該平面玻璃板材玻璃轉移溫度約攝氏30℃~80℃左右之溫度。
上述本發明之非接觸成型方法，其中，該步驟(b)之光熱源加工裝置為一紅外線加熱器所構成。
上述本發明之非接觸成型方法，其中，該步驟(b)之光熱源加工裝置為一雷射加熱器所構成。
上述本發明之非接觸成型方法，其中，該步驟(d)之第二治具底面設有至少一輸出氣孔，以及，該第二治具之內部設有至少一氣體吹出通道，該輸出氣孔與該氣體吹出通道一端相連通，且該氣體吹出通道一端連結至少一第二氣源。
上述本發明之非接觸成型方法，其中，該步驟(e)之第一治具之固定部向上吹起之吹出氣體與第二治具向下吹出之吹出氣體之氣壓值相同。
本發明之非接觸成型裝置及方法功效，係在於藉由該可吹、吸氣體的第一治具及吹出氣體的第二治具，先利用該第一治具供該平面玻璃板材固定，再以非接觸方式之光熱源加工裝置，藉由光熱源加熱與溫度，對該平面玻璃板材之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位進行可調控溫度分佈之加熱，使該平面玻璃板材之四個周邊部位均勻軟化而沿該固定部邊緣彎曲下垂時，藉經由該第一治具向上吹出該吹出氣體頂起該經加熱彎曲之玻璃板材，再藉由該第二治具向下罩覆於該加熱彎曲之玻璃板材上方，並藉由該第二治具向下吹出之吹出氣體，一同與該第一治具向上吹出之吹出氣體分別流通於該彎曲之玻璃板材之頂面及底面，並保持相同平衡之氣壓值，特別是在同時該第一治具頂面之固定部與該彎曲之玻璃板材底 面間所形成之第一氣隙，以及，該第二治具底面之成型凹口與該彎曲之玻璃板材之頂面間所形成之第二氣隙，讓該加熱彎曲之玻璃板材頂、底表面可平衡處於該第一氣隙與第二氣隙之間，而在未與任何模具及設備接觸之狀態下，可以得到降溫成型為該3D曲面玻璃成品，以完全消弭上述習知技術或各專利前案技術所產生之習知玻璃板材於加熱彎曲過程中與模具表面接觸或推桿接觸，而導致該玻璃板材彎曲成型後產生表面燒蝕斑點、破裂，或存在過大內應力而造成該玻璃板材機械強度降低而易脆、易碎，以及，玻璃板材表面需二次拋磨修整加工、玻璃板材尺寸產生誤差、產品良率低、模具使用壽命短需經常更換玻璃板材彎曲成型之良率低等問題及缺點，並且，不需停止生產線更換任何模具，產能可以提高到上述習知傳統石墨模具熱彎工法數十倍以上，可大幅提昇本發明之產業利用價值及經濟效益，除此之外，本發明的玻璃板材加熱彎曲成型，不需如專利前案所示之加工器具或推桿接觸施力壓合，可以避免該玻璃板材表面在彎曲加工過程中磨損或破裂，更可進一步提高本發明於3D曲面玻璃加工的可靠度及產品良率。
〔習知部份〕
A‧‧‧上模具
B‧‧‧下模具
C‧‧‧玻璃板材
〔本發明部份〕
100‧‧‧非接觸成型裝置
10‧‧‧第一治具
11‧‧‧固定部
111‧‧‧輸出氣孔
112‧‧‧定型弧面
12‧‧‧氣體吹、吸通道
121‧‧‧第一氣源
121A‧‧‧吸入氣體
121B‧‧‧吹出氣體
13‧‧‧第一氣隙
10A‧‧‧移動式取料裝置
20‧‧‧光熱源加工裝置
30‧‧‧第二治具
31‧‧‧成型凹口
311‧‧‧輸出氣孔
32‧‧‧氣體吹出通道
321‧‧‧第二氣源
321A‧‧‧吹出氣體
33‧‧‧第二氣隙
200‧‧‧平面玻璃板材
200’‧‧‧彎曲之玻璃板材
210‧‧‧預定加熱部位
300‧‧‧3D曲面玻璃成品
400‧‧‧抓取平面玻璃板材至一第一治具放置固定
410‧‧‧對該平面玻璃板材進行四個周邊的預定加熱部位加熱
420‧‧‧彎曲之玻璃板材向上頂起
430‧‧‧一第二治具移動罩覆及向下吹氣
440‧‧‧玻璃板材彎曲非接觸降溫定型
450‧‧‧取料輸出
第一圖為習知之玻璃板材以石墨模具加熱、加壓彎曲操作示意圖；第二圖為本發明之非接觸成型裝置之平板玻璃板材被第一治具吸住固定於該固定部之示意圖；第三圖為第二圖中標示X部份之局部放大視圖；第四圖為一側視圖，係顯示本發明之非接觸成型裝置的光熱源加工裝置移動至固定治具頂端固定部之平面玻璃板材局部加熱彎曲操作之狀態；第五圖為一側視圖，係顯示本發明之非接觸成型裝置的第二治具移動至該加熱彎曲之玻璃板材上方之狀態；第六圖為第五圖中標示Y部份之局部放大視圖； 第七圖為一側視圖，係顯示本發明之非接觸成型裝置的第二治具完全罩覆於該加熱彎曲之玻璃板材上方降溫成型為3D曲面玻璃之狀態；第八圖為第七圖中標示Z部份之局部放大視圖；第九圖為一側視圖，顯示本發明之非接觸成型裝置藉由取料裝置自該第一治具之固定部取出已降溫成型之3D曲面玻璃成品之狀態；第十圖為本發明之非接觸成型裝置之最終加工完成之3D曲面玻璃成品之立體外觀結構圖；第十一圖為本發明之非接觸成型方法的流程圖。
首先請參閱第二圖及第三圖所示，本發明之非接觸成型裝置100，係包含至少一第一治具10，該第一治具10頂面設有一固定部11，該固定部11上設有至少一輸出氣孔111，且該第一治具10之固定部11上、下、左及右四個周邊邊緣分別形成一定型弧面112，並且，該第一治具10之內部設有至少一氣體吹、吸通道12，該氣體吹、吸通道12一端與該輸出氣孔111相連通，該氣體吹、吸通道12另一端連結至少一第一氣源121，該第一氣源121具有輸出具溫度控制之吹或吸氣體之功能，且該第一氣源121並不以如第二圖所示連結在該第一治具10之外部為限，亦可內建於該第一治具10內部，而在第二圖及第三圖所示，該第一氣源121係為輸出一吸入氣體121A之狀態，以使一平面玻璃板材200被吸住固定於該第一治具10之固定部11之上，該平面玻璃板材200放置於該第一治具10頂面之固定部11之方式不限，在本發明中係透過至少一移動式取料裝置10A抓取與放置於該固定部11為例，該移動式取料裝置10A之型式不限，在本發明中係以一移動式吸盤構成為例。
上述之第一治具10之材料不限，可以是耐高溫之金屬材料所構成或耐高溫之非金屬材料所構成，例如：矽藻土或碳化鎢、碳化矽、氮化矽、氮化硼及陶瓷等系列材料。
請再配合第四圖所示，至少一可移動與溫控之光熱源加工裝置20，其型式不限，可以是一紅外線加熱器或一雷射加熱器所構成，藉由該光熱源加工裝置20移動至該第一治具10上方對於該第一治具10之固定部11上的平面玻璃板材200之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位210進行非接觸及溫控加熱，使該平面玻璃板材200之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位210軟化而沿該固定部邊緣彎曲下垂(如第五圖所示)，其加熱溫度約為加熱到軟化點溫度攝氏500~800℃(可因該平面玻璃板材200之材料不同而異)，該光熱源加工裝置20對該平面玻璃板材200之預定加熱部位210加熱前，也可以對該平面玻璃板材200表面預先均勻加熱到比該平面玻璃板材200的玻璃轉移溫度或軟化溫度略低30℃~80℃左右之溫度，以使該光熱源加工裝置20後續對該平面玻璃板材200之預定加熱部位210加熱彎曲會更加均勻。
請再參閱第五圖及第六圖所示，當上述第四圖所示之光熱源加工裝置20後續對該平面玻璃板材200之預定加熱部位210加熱彎曲時，則再由該第一治具10之第一氣源121經由該氣體吹、吸通道12向固定部11之輸出氣孔111向上輸出一吹出氣體121B，藉由該吹出氣體121B向上頂起該彎曲之玻璃板材200’(如第五圖及第六圖所示)，以及至少一可移動之第二治具30，該第二治具30底面形成一成型凹口31，於該成型凹口31周邊設有至少一輸出氣孔311，並且，該第二治具30之內部設有至少一氣體吹出通道32，該輸出氣孔311與該氣體吹出通道32一端相連通，該氣體吹出通道32另一端連結至少一第二氣源321，該第二氣源321為具有輸出具溫度控制之吹出氣體321A之功能，該第二治具30則於該光熱源加工裝置20後續對該平面玻璃板材200之預定加熱部位210加熱彎曲時，則移動向下罩覆於該被第一治具10向上吹氣頂起的彎曲之玻璃板材200’上方，並由該第二治具30之第二氣源321經該氣體吹出通道32至該輸出氣孔311向下輸出該吹出氣體321A。
上述之第二治具30之材料不限，可以是耐高溫之金屬材料所構成或耐高溫之非金屬材料所構成，例如：矽藻土或碳化鎢、碳化矽、氮化矽、氮化硼及陶瓷等系列材料。
請再配合第七圖及第八圖所示，顯示該第二治具30完全罩覆於該加熱後之彎曲之玻璃板材200’頂面時，該第一治具10之固定部11之輸出氣孔111向上輸出一吹出氣體121B頂起該加熱後之彎曲之玻璃板材200’，使該第一治具10頂面之固定部11及該固定部11上、下、左及右四個周邊邊緣所形成之定型弧面112與該彎曲之玻璃板材200’底面間形成一第一氣隙13，使該吹出氣體121B(如第八圖中箭頭方向所示)經該第一氣隙13而環繞於該彎曲之玻璃板材200’底面表面，同樣地，該第二治具30底面之成型凹口31與該彎曲之玻璃板材200’底面間也形成一第二氣隙33，該第二治具30底面的成型凹口31周緣之各輸出氣孔311所向下吹出的吹出氣體321A(如第八圖中箭頭方向所示)，同樣也經過該第二氣隙33而環繞於該彎曲之玻璃板材200’頂面表面，使該彎曲之玻璃板材200’可穩定平衡處於該第一氣隙13及第二氣隙33之間，並分別由該第一治具10所向上輸出的吹出氣體121B及第二治具30向下輸出的吹出氣體321A提供該彎曲之玻璃板材200’底、頂表面及該加熱彎曲的預定加熱部位210，而以不接觸第一治具10及第二治具30方式使該彎曲之玻璃板材200’降溫定型形成一3D曲面玻璃成品300(如第十圖所示)。
上述之第一氣隙13及第二氣隙33之高度為5微米~50微米，且該第一治具10向上輸出至第一氣隙13的吹出氣體121B及第二治具30向下輸出至第二氣隙33的吹出氣體321A的氣壓值大小相同，而該吹出氣體121B之溫度高於吹出氣體321A之溫度，可以讓該彎曲之玻璃板材200’的加熱彎曲的預定加熱部位210內緣溫度高而外緣溫度較低，以利該預定加熱部位210可順暢向下彎曲。
請再參閱第九圖及第十圖所示，當上述第七圖及第八圖所示之彎曲之玻璃板材200’以非接觸方式，在於該第一氣隙13及第二氣隙33之間，分別受該第一治具10向上輸出至第一氣隙13的吹出氣體121B及第二治具30向下輸出至第二氣隙33的吹出氣體321A共同降溫定型完成該3D曲面玻璃成品300時，則由該第一治具10之第一氣源121停止該吹出氣體121B，並輸出該吸入氣體121A，使該完成非接觸降溫定型之3D曲面玻璃成品300底面先被吸附固定在該固定部11，再由該第二治具30之第二氣源 321停止向下吹出該吹出氣體321A，並且，由該第二治具30移開脫離該降溫定型之3D曲面玻璃成品300頂面(如第九圖中之箭頭方向所示)，再由該第一治具10之第一氣源12停止輸出該吹入氣體121A，並由該移動式取料裝置10A移動至該第一治具10上方，並向下抓取該置放於該第一治具10頂面之固定部11上的3D曲面玻璃成品300。
上述第九圖所示之本發明中的3D曲面玻璃成品300取出方式並不以此敘述為限，也可以是直接將該第二治具30向上拉起移開，而讓該第一治具10仍然保持輸出吹出氣體121B讓該3D曲面玻璃成品300仍然處於向上頂起狀態，而再由該移動式取料裝置10A向下直接抓取該3D曲面玻璃成品300。
請再配合第十一圖所示，為本發明之非接觸成型方法的流程圖，其步驟係包括步驟400~450，其中：(400)抓取平面玻璃板材至一第一治具放置固定，將一平面玻璃板材200，藉由該移動式取料裝置10A抓取及移動放置在該第一治具10頂面之固定部11，並經由該第一治具10之固定部11輸出吸入氣體121A而使該平面玻璃板材200被吸住而固定於該固定部11上；(410)對該平面玻璃板材進行四個周邊的預定加熱部位加熱，即由該可移動及溫度控制功能之光熱源加工裝置20，移動至步驟(400)之第一治具10的固定部11上方，並對該置放於第一治具10之固定部11之平面玻璃板材200之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位210以非接觸之光熱源進行加熱，該平面玻璃板材200需先逐步加熱到低於軟化點溫度約攝氏30~80℃左右，再將需彎折部分的預定加熱部位210加熱到軟化點溫度攝氏500~800℃，使該平面玻璃板材之四個周邊部位軟化而沿該固定部邊緣彎曲下垂；(420)彎曲之玻璃板材向上頂起，由該步驟(400)之第一治具10之固定部11輸出吹出氣體121B，以將該原先固定於第一固治具10之固定部11上經步驟(410)之光源加熱裝置20加熱彎曲之玻璃板材200’向上頂起脫離該固定部11，該加熱彎曲之玻璃板材200’與該第一治具10之固定部11之間形成一第一氣隙13，以供該第一治具10之固定部11輸出之吹出氣體121B經該第一氣隙13流通於該經加熱彎曲之玻璃板材200’底面之表面； (430)一第二治具移動罩覆及向下吹氣，以該可移動且輸出下吹氣體之第二治具30移動罩覆於步驟(420)中經由該第一治具10之固定部11向上輸出該吹出氣體121B頂起的彎曲之玻璃板材200’的上方，使該第二治具20底面與該彎曲之玻璃板材200’頂面間形成一第二氣隙33，並經由該第二治具30底面向下吹出之吹出氣體321A經該第二氣隙33流通於該彎曲之玻璃板材200’頂面之表面；(440)玻璃板材彎曲非接觸降溫定型，藉由該步驟(420)之第一治具10之固定部11向上吹起之吹出氣體121B經步驟(410)之該經加熱彎曲之玻璃板材200’與該第一治具10之固定部11之間所形成的第一氣隙13流通於該彎曲之玻璃板材200’底面，以及該步驟(430)之第二治具30向下吹出之吹出氣體321A經該第二治具30底面與該彎曲之玻璃板材200’頂面間形成之第二氣隙33流通於該彎曲之玻璃板材200’頂面，使該彎曲之玻璃板材200’固定在該第一氣隙13及第二氣隙33之間，並經由第一治具10向上吹出之吹出氣體121B與第二治具30向下吹出之吹出氣體321A共同以不接觸該第一治具10及第二治具30方式降溫定型為一3D曲面玻璃成品300；以及(450)取料輸出，先由該步驟(440)之第一治具10之固定部11反向輸出吸入氣體121A，以先吸住該經步驟(440)以非接觸方式降溫成型之3D曲面玻璃成品300底面，再由該步驟(440)之第二治具30底面停止向下吹出該吹出氣體321A，並且，由該第二治具30移開脫離該步驟(440)降溫定型之3D曲面玻璃成品300頂面，再由該第一治具10之固定部11停止輸出該吸入氣體121A，並由該步驟(400)之移動式取料裝置10A移動至該第一治具10上方，並向下抓取該置放於該第一治具10頂面之固定部11上的3D曲面玻璃成品300輸出。
在以上第二圖~第十一圖所示本發明之非接觸成型裝置及方法，其中所揭示的相關說明及圖式，係僅為便於闡明本發明的技術內容及技術手段，所揭示較佳實施例之一隅，並不而限制其範疇，並且，舉凡針對本發明之細部結構修飾或元件之等效替代修飾，皆不脫本發明之創作精神及範疇，其範圍將由以下的申請專利範圍來界定之。
100‧‧‧非接觸成型裝置
10‧‧‧第一治具
11‧‧‧固定部
111‧‧‧輸出氣孔
112‧‧‧定型弧面
12‧‧‧氣體吹、吸通道
121‧‧‧第一氣源
121B‧‧‧吹出氣體
20‧‧‧光熱源加工裝置
30‧‧‧第二治具
31‧‧‧成型凹口
311‧‧‧輸出氣孔
32‧‧‧氣體吹出通道
321‧‧‧第二氣源
321A‧‧‧吹出氣體
200’‧‧‧彎曲之玻璃板材

Claims (24)

  1. 一種非接觸成型裝置，係包含：至少一具有輸出吹、吸氣體的第一治具，於頂面設有一固定部，該第一治具頂面之固定部，可供該吹、吸氣體輸出，以對至少一平面玻璃板材進行吸住固定或向上頂起之動作；至少一可移動與溫控之光熱源加工裝置，藉由該光熱源加工裝置移動至該第一治具上方對於該第一治具之固定部上的平面玻璃板材之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位進行非接觸及溫控加熱，使該平面玻璃板材之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位軟化而沿該固定部邊緣彎曲下垂，再由該第一治具之固定部吹氣向上頂起該彎曲之玻璃板材；以及至少一可移動且輸出下吹氣體之第二治具，該第二治具移動罩覆於該被第一治具向上吹氣頂起的彎曲之玻璃板材上方，並由該第二治具底面向下吹出氣體，而一同與該第一治具所向上吹起的吹出氣體，共同環繞於該彎曲之玻璃板材頂、底表面，以非接觸方式使該彎曲之玻璃板材降溫定型形成一3D曲面玻璃成品。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸成型裝置，其中，該第一治具內部設有至少一氣體吹、吸通道，以及，該第一治具之固定部設有至少一輸出氣孔，該輸出氣孔與該氣體吹、吸通道一端相連通。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之氣體吹、吸通道之一端連結至少一第一氣源。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之氣體吹、吸通道一端連結之第一氣源具有輸出具溫度控制之吹或吸氣體之功能。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸成型裝置，其中，該第一治具及第二治具均為耐高溫之金屬材料所構成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸成型裝置，其中，該第一治具及第二治具均為耐高溫之非金屬材料所構成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之固 定部上、下、左及右四個周邊邊緣分別形成一定型弧面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之固定部與該加熱及向上吹氣頂起彎曲之玻璃板材底面之間形成一第一氣隙，以讓該固定部之吹出氣體氣流經該第一氣隙流通於該彎曲之玻璃板材底面表面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之固定部與該加熱及向上吹氣頂起彎曲之玻璃板材內面之間所形成之第一氣隙高度為5微米(μm)~50微米。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之固定部上之平面玻璃板材，係透過至少一移動式取料裝置抓取與放置於該固定部之上。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之固定部上之平面玻璃板材表面，係預先均勻加熱到比該平面玻璃板材的玻璃轉移溫度(Glass Transition Temperature，Tg)略低30℃~80℃左右之溫度。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸成型裝置，其中，該光熱源加工裝置為一紅外線加熱器所構成。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸成型裝置，其中，該光熱源加工裝置為一雷射加熱器所構成。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸成型裝置，其中，該第二治具底面設有至少一輸出氣孔，以及，該第二治具之內部設有至少一氣體吹出通道，該輸出氣孔與該氣體吹出通道一端相連通。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之非接觸成型裝置，其中，該第二治具之氣體吹出通道一端連結至少一第二氣源。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之非接觸成型裝置，其中，該第二治具之氣體吹出通道一端所連結之第二氣源為具有輸出具溫度控制之吹出氣體之功能。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸成型裝置，其中，該第二治具之底面形成一成型凹口，該成型凹口於該第二治具移動罩覆於該被第一治具 向上吹氣頂起的彎曲之玻璃板材上方，與該加熱彎曲之玻璃板材頂面之間形成一第二氣隙，以讓該第二治具底面向下吹出之氣體氣流經該第二氣隙而流通於該彎曲之玻璃板材頂面表面。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之非接觸成型裝置，其中，該第二治具之成型凹口與該加熱彎曲之玻璃板材頂面之間形成之第二氣隙高度為5微米~50微米。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸成型裝置，其中，該第一治具之固定部輸出之吹出氣體溫度高於該第二治具底面向下吹出氣體之溫度。
  20. 一種非接觸成型方法，其步驟係包含：(a)抓取平面玻璃板材至一第一治具放置固定，將一平面玻璃板材，藉由一移動式取料裝置抓取及移動放置在至少一頂面設有一固定部及具有輸出吹、吸氣體的第一治具頂面之固定部，並經由該第一治具之固定部輸出吸入氣體而使該平面玻璃板材被吸住而固定於該固定部上；(b)對該平面玻璃板材進行四個周邊的預定加熱部位加熱，即由至少一可移動及溫度控制功能之光熱源加工裝置，移動至步驟(a)之第一治具的固定部上方，並對該置放於第一治具之固定部之平面玻璃板材之上、下、左及右四個周邊預定加熱部位以非接觸之光熱源進行加熱，該平面玻璃板材需先逐步加熱到低於軟化點溫度(Glass Softening Point Temperature)約攝氏30~80℃左右，再將需彎折部分的預定加熱部位加熱到軟化點溫度攝氏500~800℃，使該平面玻璃板材之四個周邊部位軟化而沿該固定部邊緣彎曲下垂；(c)彎曲之玻璃板材向上頂起，由該步驟(a)之第一治具之固定部輸出吹出氣體，以將該原先固定於第一固治具之固定部上經步驟(b)之光源加熱裝置加熱彎曲之玻璃板材向上頂起脫離該固定部，該加熱彎曲之玻璃板材與該第一治具之固定部之間形成一第一氣隙，以供該第一治具之固定部輸出之吹出氣體經該第一氣隙流通於該經加熱彎曲之玻璃板材底面之表面；(d)一第二治具移動罩覆及向下吹氣，以至少一可移動且輸出下吹氣體之第二治具移動罩覆於步驟(c)中經由該第一治具之固定部向上輸出該吹出氣 體頂起的彎曲之玻璃板材的上方，使該第二治具底面與該彎曲之玻璃板材頂面間形成一第二氣隙，並經由該第二治具底面向下吹出之吹出氣體經該第二氣隙流通於該彎曲之玻璃板材頂面之表面；(e)玻璃板材彎曲非接觸降溫定型，藉由該步驟(c)之第一治具之固定部向上吹起之吹出氣體經步驟(c)之該經加熱彎曲之玻璃板材與該第一治具之固定部之間所形成的第一氣隙流通於該彎曲之玻璃板材底面，以及該步驟(d)之第二治具向下吹出之吹出氣體經該第二治具底面與該彎曲之玻璃板材頂面間形成之第二氣隙流通於該彎曲之玻璃板材頂面，使該彎曲之玻璃板材固定在該第一氣隙及第二氣隙之間，並經由第一治具向上吹出之吹出氣體與第二治具向下吹出之吹出氣體共同以不接觸第一治具及第二治具方式降溫定型為一3D曲面玻璃成品；以及(f)取料輸出，先由該步驟(e)之第一治具之固定部反向輸出吸入氣體，以先吸住該經步驟(e)以非接觸方式降溫成型之3D曲面玻璃成品底面，再由該步驟(e)之第二治具底面停止向下吹出該吹出氣體，並且，由該第二治具移開脫離該步驟(e)降溫定型之3D曲面玻璃成品頂面，再由該第一治具之固定部停止輸出該吸入氣體，並由該步驟(a)之取料裝置移動至該第一治具上方，並向下抓取該置放於該第一治具頂面之固定部上的3D曲面玻璃成品輸出。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之非接觸成型方法，其中，該步驟(a)之第一治具內部設有至少一氣體吹、吸通道，該第一治具之固定部設有至少一輸出氣孔，該輸出氣孔與該氣體吹、吸通道相連通，以及，該氣體吹、吸通道一端連結至少一第一氣源。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之非接觸成型方法，其中，該步驟(a)之平面玻璃板材預先加熱至低於該平面玻璃板材的玻璃轉移溫度約攝氏30℃~80℃左右之溫度。
  23. 如申請專利範圍第20項所述之非接觸成型方法，其中，該步驟(d)之第二治具底面設有至少一輸出氣孔，以及，該第二治具之內部設有至少一氣體吹出通道，該輸出氣孔與該氣體吹出通道一端相連通，且該氣體吹出通道一端連結至少一第二氣源。
  24. 如申請專利範圍第20項所述之非接觸成型方法，其中，該步驟(e)之第一治具之固定部向上吹起之吹出氣體與第二治具向下吹出之吹出氣體之氣壓值相同。
TW107121757A 2018-06-25 2018-06-25 非接觸成型裝置及方法 TWI660920B (zh)

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