TW202110608A - 用於控制個別流動波前層之間的共射出塑膠壓力比率之方法 - Google Patents

Abstract

一種用於兩種熔融塑膠材料之共射出成型的方法及系統，其允許在一射出運作期間監測及利用射出壓力及視情況之熔體壓力及/或流動波前壓力。一控制器改變射出壓力，以便實現且維持該兩種熔融塑膠材料之最佳或所期望的射出壓力及視情況之熔體壓力及/或流動波前壓力之比率。此允許更精確的零件製造，包含與一成型零件之一核心層相比，減小一表層或殼層之厚度。

Description

用於控制個別流動波前層之間的共射出塑膠壓力比率之方法

本揭示案大體上關於射出成型，且更特定言之，關於控制用於共射出成型製程之每一個別射出單元的方法，該方法使用所計算或實際的塑膠熔體壓力結合演算法來進行，從而確保個別材料層之間的塑膠壓力比率得以維持。

射出成型為常用於大量製造由熱塑性材料構成之零件之技術。在重複射出成型製程期間，將通常呈小糰粒或珠粒形式之熱塑性樹脂引入射出成型機中，該射出成型機使糰粒在加熱、壓力及剪切下熔融。在射出成型週期中，熔融的熱塑性材料強行射出至具有特定所期望的穴形狀之模穴中。將射出塑膠在壓力下保持在模穴中，且隨後冷卻且作為形狀與模具之穴形狀極其相似的固化零件移除。單個模具可具有任何數目之個別穴，該等個別穴可藉由將熔融樹脂流引導至穴中之澆口連接至流動通道。典型射出成型程序大體上包含四個基本操作：(1)在射出成型機中加熱塑膠以使塑膠在壓力下流動；(2)將熔融塑膠射出至已閉合的兩個半模之間界定的一個或多個模穴中；(3)使塑膠在壓力下在一個或多個穴中冷卻且硬化；及(4)打開該等半模且自模具頂出零件。在自模具頂出零件時，將熔融塑膠射出至一個或多個模穴中之裝置(例如螺桿或螺鑽)進入恢復階段，在該恢復階段中，裝置返回至原始位置。

在此等系統中，控制系統根據射出週期控制射出成型製程，該射出週期界定射出成型機之各種組件的一系列控制值。舉例而言，可藉由固定及/或可變熔體壓力曲線驅動射出週期，其中控制器使用例如基於射出壓力之估計的熔體壓力。亦可藉由固定或可變螺桿速度曲線控制射出週期，其中控制裝置感測射出螺桿之速度作為用於測定施加至材料之驅動速度的輸入。

射出成型製程可視所進行之射出成型之類型而變化。舉例而言，已開發出恆定低壓多穴射出成型系統，其將熔融塑膠材料以實質上恆定之低壓，通常小於6,000 psi射出至模穴中持續單一時間段或時期。其他射出成型製程包含金屬射出成型(MIM)、反應射出成型(RIM)、液體射出成型(LIM)、結構發泡成型、液晶聚合物(LCP)成型、射出-拉伸吹氣成型、多重射出及共射出。

在射出成型製程中之塑膠之整個射出中，射出成型機用於熔體壓力之典型代替為射出壓力。射出壓力通常為施加於射出活塞之背面上的液壓或施加於螺桿之背面上的測力計上的力的量。藉由比較量測力或壓力處與熔融熱塑性材料上所施加之螺桿尖端之區域之間的面積差異進行計算，以估算在射出期間在螺桿前部處之實際塑膠熔體壓力。所使用之計算取決於以液壓方式抑或以電氣方式控制機器射出。替代地，實際熔體壓力讀數可在射出螺桿尖端前方的某處獲取，以便更準確地指示。此熔體壓力可用於監測或控制射出。

射出成型系統可為共射出成型系統。共射出成型涉及將兩種或更多種熔融塑膠材料射出至單個模穴或一組模穴中。兩種或更多種熔融塑膠材料中之每一者使用單獨的射出單元射出。共射出成型之最常見類型涉及射出兩種材料。兩種材料共射出成型可為間歇的或同時的。

當將第一熔融塑膠材料射出至一個模穴或複數個模穴中時，開始間歇的共射出成型製程。在一時間段之後，停止射出第一熔融塑膠材料且將第二熔融塑膠材料射出至該模穴中。在另一時間段之後，停止射出第二熔融塑膠材料且再次將第一熔融塑膠材料射出至該模穴中。間歇的共射出成型製程可產生具有至少五個不同塑膠材料層之成型零件，其中三層由第一熔融塑膠材料製成且其中兩層由第二熔融塑膠材料製成。

相比之下，當第一熔融塑膠材料射出至一個模穴或複數個模穴中時，開始同時的連續共射出成型製程。在一時間段之後，將第二熔融塑膠材料射出至該一個或多個模穴中，同時繼續將第一材料射出至該一個或多個模穴中。屆時，將第一熔融塑膠材料及第二熔融塑膠材料同時射出至一個(或多個)模穴中。在另一(後續)時間段之後，第二熔融塑膠材料停止射出至該一個(或多個)穴中且僅第一熔融塑膠材料繼續射出。此類同時的共射出成型製程產生成型零件，在該成型零件中，第一熔融塑膠材料產生或界定囊封第二熔融塑膠材料之表層或殼。

本揭示案之範疇內之配置係關於藉由使用虛擬或實際熔體壓力結合演算法來控制共射出成型製程，以維持零件穴在射出時其中不同材料之間的熔體壓力比率一致，從而產生可重複地一致之零件。與用作代替之射出壓力相比，在射出單元之噴嘴尖端處或附近使用壓力轉換器可以更準確地量測實際塑膠熔體壓力。換言之，使用射出壓力(諸如液壓或電壓)控制射出成型週期將產生不同的實際塑膠熔體壓力，而使用實際熔體壓力控制射出成型週期將使得零件之品質及一致性提高。

特定言之，一種基於塑膠熔體壓力及演算法控制每一射出單元之共射出成型製程的方法包含在基線週期期間將熔融熱塑性材料依序或同時射出至模穴中。方法進一步包含使用每一射出噴嘴中或附近之感測器量測基線週期期間熔融熱塑性材料之壓力，及藉由控制器在基線週期期間追蹤隨時間推移的熔融熱塑性材料之所量測壓力。方法包含藉由控制器基於基線週期鑑別隨時間推移的最佳實際塑膠熔體壓力曲線。方法隨後包含在後續週期期間將熔融熱塑性材料射出至模穴中且使用噴嘴中或附近之感測器監測在後續週期期間熔融熱塑性材料之壓力。方法隨後包含藉由控制器調節任一射出單元之射出壓力，以便在後續週期期間引起熔融熱塑性材料之所監測壓力遵循彼材料之隨時間推移的最佳實際塑膠熔體壓力曲線。

基於塑膠熔體壓力及演算法控制共射出成型製程之方法亦可包含應用機器學習演算法，以確定對最佳實際塑膠熔體壓力曲線之改變。舉例而言，在一些實施方案中，監測複數個不同射出成型機、模具及熔融材料之複數個射出週期之效能。此歷史資料可用作訓練機器學習演算法之輸入，從而使射出成型機、模具及/或熔融材料之特徵、與此類機器、模具及/或熔融材料一起使用之最佳實際塑膠熔體壓力曲線及所量測結果(諸如零件品質)相關，且隨後對此類機器、模具及/或熔融材料之最佳實際塑膠熔體壓力曲線實施改變，此將產生改良之量測結果。

在以上方法中，可直接計算或量測熔體壓力。熔體壓力可基於所量測之射出壓力計算。射出壓力通常為施加於射出活塞之背面上的液壓或施加於螺桿之背面上的測力計上的力的量。熔體壓力藉由比較量測力或壓力處與熔融熱塑性材料上所施加之螺桿尖端之區域之間的面積差異由射出壓力來計算。所使用之計算取決於以液壓方式抑或以電氣方式控制機器射出。

相關申請案之交叉引用

本非臨時申請案主張2019年6月25日申請之美國臨時申請案第62/866,236號之申請日的權益，該申請案之全部內容特此以引用之方式併入。

轉而參看圖式，本文描述射出成型製程。本文所述之方法可適合於電壓機、伺服液壓機(servo-hydraulic press)及其他已知機器。如圖1中所示出，射出成型機100包含射出單元102及夾持系統104。圖1示出具有單一射出單元120之射出成型機100。然而，射出成型機100可包含如圖2中所描繪之多個射出成型單元。多個射出單元可使射出成型單元100適合於共射出成型。

射出單元102包含適於接納呈糰粒108形式或任何其他適合之形式的材料之料斗106。在諸多此等實例中，糰粒108可為聚合物或基於聚合物之材料。其他實例為可能的。料斗106將糰粒108進料至射出單元102之經加熱機筒110。在進料至經加熱機筒110中時，可藉由往復式螺桿112將糰粒108驅動至經加熱機筒110之末端。往復式螺桿112對經加熱機筒110之加熱及對糰粒108之壓縮使糰粒108熔融，由此形成熔融塑膠材料114。熔融塑膠材料114通常在選自約130℃至約410℃範圍內之溫度下處理(其中特定聚合物之製造商通常為給定材料提供推薦溫度範圍之射出成型機)。

往復式螺桿112沿A方向自第一位置向前前進至第二位置，且迫使熔融塑膠材料114朝向噴嘴116，從而形成一射注(a shot of)的塑膠材料，該射注的塑膠材料將經由引導熔融塑膠材料114流入模穴122之一個或多個澆口120最終射出至模具118之模穴122中。換言之，驅動往復式螺桿112以向熔融塑膠材料114施加力。在其他實施例中，噴嘴116可藉由進料系統(未示出)與一個或多個澆口120分離。模穴122形成於模具118之第一模側125與第二模側127之間，且第一模側125與第二模側127在壓力下經由壓機或夾持單元124固持在一起。

在成型製程期間壓機或夾持單元124施加預定夾持力，該夾持力大於由射出壓力作用以使兩個半模125、127分離所施加的力，由此在將熔融塑膠材料114射出至模穴122中時使第一模側125及第二模側127固持在一起。為支撐此等夾持力，除任何其他數目之組件(諸如連接桿)以外，夾持系統104可包含模具框架及模具基底。

一旦該射注的熔融塑膠材料114射出至模穴122中，往復式螺桿112即停止向前移動。熔融塑膠材料114採用模穴122之形式，且在模具118內部冷卻，直至塑膠材料114固化。在固化時，壓機124釋放第一模側115及第二模側117，該等模側隨後彼此分離。成品零件接著可自模具118頂出。模具118可包含任意數目之模穴122以增加總產率。穴之形狀及/或設計可彼此相同、相似及/或不同。舉例而言，家族式模具可包含意欲彼此配合或以其他方式操作之相關組成零件之穴。在一些形式中，「射出週期」定義為在射出開始與頂出之間執行的步驟及功能。在射出週期完成時，開始恢復曲線，在該恢復曲線期間，往復式螺桿112返回至第一位置，與方向A相反。

射出成型機100亦包含經由連接145與機器100通訊耦接的控制器140。連接145可為適於傳輸及/或接收電子信號之任何類型之有線及/或無線通訊協定。在此等實例中，控制器140與至少一個感測器(諸如位於噴嘴116中或附近之感測器128及/或位於模穴122中或附近之感測器129)信號通訊。在一些實例中，感測器128位於螺桿112之前端處，且感測器129位於射出機器100之歧管或流道中。替代地，感測器128可位於螺桿112之扣環前面的任何位置處。應理解，可使用能夠感測模具118及/或機器100之任何數目的特徵的任何數目額外真實及/或虛擬感測器，且將其置放於機器100之所期望的位置處。作為另一實例，可使用能夠偵測模穴122中之流動波前前進之任何類型之感測器。

控制器140可相對於射出成型機100安置於多個位置中。作為實例，控制器140可與機器100整合在一起，容納於安裝在機器上之外殼中，容納於置放在相鄰或接近於機器處之單獨外殼中，或可遠離機器置放。在一些實施例中，控制器140可經由如本領域中已知及/或常用之有線及/或有線信號通訊部分地或完全地控制機器之功能。

感測器128可為適於(直接或間接)量測熔融塑膠材料114及/或機器100之一部分之一個或多個特徵的任何類型之感測器。感測器128可量測熔融塑膠材料114之任何特徵，該等特徵在本領域中已知且用於本領域，諸如背壓、溫度、黏度、流動速率、硬度、應變、光學特徵(諸如半透明性、色彩、光折射及/或光反射)或任何數目之指示此等的額外特徵中之任何一者或多者。感測器128可能與或可能不與熔融塑膠材料114直接接觸。在一些實例中，感測器128可適於量測射出成型機100之任何數目之特徵，且不僅僅為與熔融塑膠材料114相關之彼等特徵。作為一實例，感測器128可為量測噴嘴116處之熔融塑膠材料114之熔體壓力(在射出週期期間)及/或背壓(在擠壓曲線及/或恢復曲線期間)的壓力轉換器。

如先前所提及，感測器128可量測施加於螺桿112上之背壓，但與在螺桿112的尾端上量測背壓的常規系統不同，在本方法中，在螺桿112的前端上量測背壓。由於熔融塑膠材料114之可壓縮性質、在機筒中牽伸及其他因素，與在螺桿112之尾端處獲得之量測結果相比，此定位允許感測器128準確地量測熔融塑膠材料114上之壓縮壓力。儘管存在許多購買所使用之感測器128之類型的選擇方案，但不存在併有用於射出或背壓控制之此感測器位置的已知機器。

感測器128產生信號，該信號經傳輸至控制器140之輸入端。若感測器128不位於噴嘴116內，則控制器140可用邏輯、命令及/或可執行程式指令來設定、組態及/或程式化以提供適當的校正因數，從而估計或計算噴嘴116中之所量測特徵之值。舉例而言，如先前所提及，感測器128可經程式化以在恢復曲線期間量測背壓。控制器140可接收此等量測結果且可將量測結果轉變為熔融塑膠材料114之其他特徵，諸如黏度值。

類似地，感測器129可為適於(直接或間接)量測熔融塑膠材料114之一個或多個特徵以偵測其在模穴122中之存在及/或情況的任何類型之感測器。在各種實施例中，感測器129可位於或靠近模穴122中之填充結束時位置處。感測器129可量測任何數目之本領域中已知的熔融塑膠材料114及/或模穴122之特徵，諸如壓力、溫度、黏度、流動速率、硬度、應變、光學特徵(諸如半透明性、色彩、光折射及/或光反射及其類似特徵)或任何數目之指示此等的額外特徵中之任何一者或多者。感測器129可能與或可能不與熔融塑膠材料114直接接觸。作為一實例，感測器129可為量測穴122內之熔融塑膠材料114之穴壓力的壓力轉換器。感測器129產生信號，該信號經傳輸至控制器140之輸入端。任何數目的額外感測器可用以感測及/或量測操作參數。

控制器140亦與螺桿控制裝置126信號通訊。在一些實施例中，控制器140產生信號，該信號自控制器140之輸出端傳輸至螺桿控制裝置126。控制器140可控制機器之任何數目的特徵，諸如射出壓力(藉由控制螺桿控制裝置126來使螺桿112以維持對應於噴嘴116中之熔融塑膠材料114之所期望值的速率前進)、機筒溫度、夾持閉合及/或打開速度、冷卻時間、向前射出時間、總週期時間、壓力設定點、頂出時間、螺桿恢復速度、施加於螺桿112上之背壓值及螺桿速度。

來自控制器140之一個或多個信號可大體上用於控制成型製程之操作，以使得控制器140顧及材料黏度、模具溫度、熔融溫度之變化及其他影響填充速率之變化。替代地或另外，控制器140可進行必要的調節以便控制材料特徵，諸如體積及/或黏度。調節可藉由控制器140即時或接近即時(亦即，在感測器128、129感測值與對製程進行改變之間的最小延時)進行，或校正可在後續週期中進行。此外，來源於任何數目之個別週期之若干信號可用作對成型製程做出調節的基礎。控制器140可經由本領域中已知之任何類型之信號通訊方法連接至機器100中的感測器128、129、螺桿控制裝置126及或任何其他組件。

控制器140包含適於控制其操作之軟體141、任何數目之硬體元件142(諸如非暫時性記憶體模組及/或處理器)、任何數目之輸入端143、任何數目之輸出端144及任何數目之連接145。軟體141可直接負載至呈非暫時性電腦可讀媒體形式之控制器140之非暫時性記憶體模組上，或可替代地位於遠離控制器140處，且可經由任何數目的控制方法與控制器140通訊。軟體141包含邏輯、命令及/或可執行程式指令，該等指令可含有用於根據模具週期控制射出成型機100之邏輯及/或命令。軟體141可能包含或可能不包含操作系統、操作環境、應用環境及/或使用者介面。

硬體142使用輸入端143自受控制器140控制之射出成型機接收信號、資料及資訊。硬體142使用輸出端144將信號、資料及/或其他資訊發送至射出成型機。連接145表示一種路徑，經由該路徑可將信號、資料及資訊在控制器140與其射出成型機100之間傳輸。在各種實施例中，此路徑可為物理連接或非物理通訊鏈路，該非物理通訊鏈路類似於以本文中所描述或本領域中已知之任何方式組態之直接或間接的物理連接工作。在各種實施例中，控制器140可以本領域中已知之任何額外或替代性方式組態。

連接145表示一種路徑，經由該路徑可將信號、資料及資訊在控制器140與射出成型機100之間傳輸。在各種實施例中，此等路徑可為物理連接或非物理通訊鏈路，該等非物理通訊鏈路類似於以本文所描述或本領域中已知之任何方式組態之直接或間接的物理連接工作。在各種實施例中，控制器140可以本領域中已知之任何額外或替代性方式組態。

圖2描繪具有兩個射出單元之射出成型機200。射出成型機200可類似於圖1之射出成型機100操作，且每一射出單元可類似於圖1之射出單元102操作。射出成型機200之每一射出單元可具有多個感測器。舉例而言，上部射出單元220可具有感測器201及202且下部射出單元230可具有感測器203及204。射出成型機200亦可具有流道系統205、第一模側210及形成模穴206之第二模側211。第一模側210及第二模側211可形成具有單個模穴206或多個模穴之模具212。

上部射出單元220之感測器201可量測與上部射出單元220之螺桿相關聯的射出壓力。射出壓力通常為施加於射出活塞之背面上的液壓或施加於螺桿之背面上的測力計上的力的量。熔融塑膠材料之熔體壓力可藉由比較量測力或壓力處與熔融塑膠材料上所施加之螺桿尖端之區域之間的面積差異由射出壓力來計算。所使用之計算取決於以液壓方式抑或以電氣方式控制機器射出。類似地，下部射出230單元之感測器203可量測與下部射出單元230之螺桿相關聯的射出壓力。

上部射出單元220之感測器202可量測與上部射出單元220相關聯之熔體壓力。感測器可位於上部射出單元之射出噴嘴中或附近。類似地，下部射出單元230之感測器204可量測與下部射出單元230之螺桿相關聯的熔體壓力。

模具212可包含一個或多個感測器，諸如圖1之感測器129以量測模穴206內之流動波前壓力。此一個或多個感測器可量測由射出單元中之一者射出之第一熔融塑膠材料的流動波前壓力，及由射出單元中之另一者射出之第二熔融塑膠材料的流動波前壓力。

流道系統205可包含由熔融塑膠材料自上部射出單元220之射出噴嘴行進至模穴206之路徑及由熔融塑膠材料自下部射出單元230之射出噴嘴行進至模穴206之路徑。流道系統205可為熱流道系統或冷流道系統。流道系統205可進料單個模穴206或多個模穴。

上部射出220單元可射出第一熔融聚合材料，且下部射出單元230可射出第二熔融聚合材料。共射出機器200可為同步共射出機器，使得上部射出單元220射出第一熔融聚合材料以在由第二熔融聚合材料形成之核心層208周圍形成表層207。第一熔融聚合材料及/或第二熔融聚合材料可為或至少包含相當大百分比之再磨材料。儘管自供應成本節省及廢料減少之觀點來看，使用再磨材料係有益的，但至少在某些行業中，再磨材料之各種特性被視為有害的，且因而，在成型產品之暴露表面上使用再磨材料通常受到限制。因此，促進將再磨材料用作至少相當大百分比之第二熔融聚合材料(其成為完全或至少基本上原始聚合材料之表層的核心層)之共射出系統將為有益的，因為其將准許低成本地製造具有大量的再磨材料之成型零件，同時避免在成型零件之暴露表面處再磨材料之有害影響。可控制第一及第二熔融聚合材料之流動波前壓力比率之系統(如下文更詳細地描述)，以便使沿著存在第一及第二熔融聚合材料兩者之成型零件之全長的第二聚合材料之相對厚度(相比於第一聚合材料之厚度)達到最大，有利地使所得成型零件中之再磨材料的使用最大化。

類似地，多孔材料(其可能包含或可能不包含相當大百分比之再磨材料)可不適用作某些類型之成型產品(諸如食品封裝產品、消費型電子殼體或化妝品)之暴露層(亦即，作為表層或殼)，此係因為多孔材料可准許不可接受水準之細菌生長或另外在視覺上不吸引人。倘若在無孔表層或殼之厚度與由多孔材料製成之核心層之厚度之間維持適合的流動波前壓力比率，則可實現在成型產品中使用多孔材料，對於該等成型產品，多孔材料習知為禁止使用的。此可提供實質性供應成本節省，產生減少最終產品運送成本或提供其他優點(諸如隔熱或消音)之較輕成型零件。

替代地，適用於限制氣體或光線透過之障壁材料可為極昂貴的且僅需要以較小百分比(亦即1-5%)用作核心層。倘若合適之流動波前壓力比率經控制以維持表層及障壁核心層之厚度之間的恰當比率，則可控制昂貴核心材料之有效使用，使得使用不會過多而將另外增加成本，亦使用不會過少而將另外使得障壁材料失效。

具有表層207及核心層208之成型零件可藉由將第一熔融塑膠材料射出至模穴206中而形成。回應於某一條件，可射出第二熔融塑膠材料，以使得將第一熔融塑膠材料及第二熔融塑膠材料同時射出至模穴206中。接著，回應於另一特定條件，當繼續將第一熔融塑膠材料射出至模穴206中時，可停止第二熔融塑膠材料之射出。某一條件或另一特定條件可為完成所期望時間段、達到表層207之所期望流動波前位置設定點、達到表層207之所期望穴熔體壓力(直接或間接量測的)臨限值、達到表層207之所期望螺桿220位置及/或達到表層207之所期望螺桿220的行進。所期望穴熔體壓力之間接量測可為使用微波感測器套件、x射線感測器套件、超音波感測器套件、氣壓感測器套件、空氣溫度感測器套件及/或子表面溫度感測器套件來達成之應變量測。類似地，下部射出單元230可射出熔融塑膠材料以形成表層207且上部射出單元220可射出熔融塑膠材料以形成核心層208。

射出單元200之控制器，諸如圖1之控制器140可控制上部射出單元220之射出壓力及下部射出單元230之射出壓力。控制器可基於以下各者調整任一射出單元之射出壓力：射出單元之所期望射出壓力、射出單元之熔融塑膠材料之熔體壓力及/或與射出單元之熔融塑膠材料相關的流動波前壓力。

對應於射出單元之液壓、熔體壓力及流動波前壓力與藉由射出單元射出之熔融塑膠材料之間的關係描述於圖3中。共射出成型零件之各層的厚度可以係形成成型零件之各熔融塑膠材料的流動波前壓力的函數。

液壓為在電力系統中施加於射出活塞之背面上之液壓，液壓可經施加於螺桿之背面上的測力計上的力的量取代。共射出成型機之第一射出單元，諸如共射出成型機200之上部射出單元220的液壓(HP₁ )可與第一射出單元之螺桿的增壓比率(IR₁ )組合，以測定自第一射出單元射出之熔融塑膠材料的熔體壓力(MP₁ )。增壓比率(IR₁ )可藉由比較量測液壓處與熔融熱塑性材料上所施加之螺桿尖端之區域之間的面積差異來測定。可諸如藉由感測器201直接量測液壓(HP₁ )。自液壓(HP₁ )及增壓比率(IR₁ )測定熔體壓力(MP₁ )亦可視其他因素而定，諸如射出成型單元之螺桿的其他特性或經射出熔融塑膠材料之黏度。類似地，共射出成型機之第二射出單元，諸如共射出成型機200之下部射出單元230之液壓(HP₂ )可與第二射出單元之螺桿的增壓比率(IR₂ )組合，以測定自第二射出單元射出之熔融塑膠材料的熔體壓力(MP₂ )。

可將共射出成型機之第一射出單元，諸如共射出成型機200之上部射出單元220之熔體壓力(MP₁ )與共射出成型系統之A因數(AF₁ )組合，以測定當熔融塑膠材料流過模穴，諸如模具211之模穴206時自第一射出單元射出之熔融塑膠材料的流動波前壓力(FFP₁ )。可諸如藉由使用感測器202直接量測熔體壓力(MP₁ )，或可諸如藉由使用以上方程式計算熔體壓力(MP₁ )。

A因數(AF₁ )可取決於流道系統，諸如流道系統205之性質，經由該流道系統，來自第一射出單元之熔融塑膠材料在其路徑上流動至模穴。A因數(AF₁ )亦可取決於自第一射出單元射出之熔融塑膠材料之黏度。A因數(AF₁ )可在單一射注熔融塑膠材料期間保持穩定或在射出過程期間改變。A因數(AF₁ )亦可自第一射注改變至第二射注。舉例而言，A因數(AF₁ )可隨射出成型機使用升溫而變化。可自流道系統之性質(諸如流道系統中之轉角之數目、流道系統中之流動管之直徑、流道系統中之流動管之長度及流道系統進料之穴之數目)先驗地計算A因數(AF₁ )。亦可根據自第一射出單元射出之熔融塑膠材料之特性(諸如熔融塑膠材料之溫度及熔融塑膠材料之黏度)先驗地計算A因數(AF₁ )。隨著更多的多個零件經成型及分析，A因數(AF₁ )可以實驗方式測定，且甚至更新。

類似地，共射出成型機之第二射出單元，諸如共射出成型機200之下部射出單元230之熔體壓力(MP₂ )可與共射出成型系統之A因數(AF₂ )組合，以測定當熔融塑膠材料流過模穴，諸如模具212之模穴206時自第二射出單元射出之熔融塑膠材料的流動波前壓力(FFP₂ )。

與流道系統205之一部分之A因數(AF₁ )(對應於自第一射出單元射出之熔融塑膠材料)組合的第一射出單元，諸如共射出成型系統200之上部射出單元之熔體壓力(MP₁ )可與和流道系統205之一部分之A因數(AF₂ )(對應於自第二射出單元射出之熔融塑膠材料)組合的第二射出單元，諸如共射出成型系統200之下部射出單元230之熔體壓力(MP₂ )成比例。遵循此關係，藉由第一射出單元射出之熔融塑膠材料之流動波前壓力(FFP₁ )可與藉由第二射出單元射出之熔融塑膠材料之流動波前壓力(FFP₂ )成比例。另外，藉由第一射出單元射出之熔融塑膠材料之流動波前壓力(FFP₁ )與藉由第二射出單元射出之熔融塑膠材料之流動波前壓力(FFP₂ )可大致相同。

另外，藉由第一射出單元射出之材料的黏度(V₁ )可不同於藉由第二射出單元射出之材料的黏度(V₂ )。施加至第一射出單元之液壓(HP₁ )可不同於施加至第二射出單元之液壓(HP₂ )。另外，第一射出單元處之熔體壓力(MP₁ )可不同於第二射出單元之熔體壓力(MP₂ )。

圖4描述例示性曲線400，其描繪每一射出單元之實際或計算熔體壓力目標設定點401及403，及每一個別熔融塑膠材料層之流動波前壓力402及404。個別流動層之間的塑膠壓力比率等於1。射出第一熔融塑膠材料，且實際或計算熔體壓力(MP₁ )401用作目標設定點。基於材料特性及進料系統組態，基於時間或位置之可變調節因數(AF₁ )用以指示塑膠流動波前壓力402。類似地，一旦已達至觸發點(例如，所期望時間、所期望壓力或所期望位置)，就射出第二熔融材料且實際或計算熔體壓力(MP₂ )403用作目標設定點。基於材料特性及進料系統組態，基於時間或位置之可變調節因數(AF₂ )用以指示塑膠流動波前壓力404。第一熔體壓力(MP₁ )401及第二熔體壓力(MP₂ )403將改變以維持第一流動波前壓力402及第二流動波前壓力404之所得參考曲線。替代地，感測器可用於諸如模穴206之模穴中以測定實際流動波前壓力402及404。感測器可允許針對射出單元中之任一者或兩者直接控制射出。在穴中不存在感測器之情況下，可使用諸如應變計之代替感測器。機器液壓或測力計亦可用作射出單元中之任一者或兩者之塑膠熔體壓力401及403之代替。

圖5描繪在單一射注期間例示性A因數之值之曲線圖。如圖5中所示出，A因數之值在單一射出射注期間隨時間推移而變化。為維持所期望流動波前壓力，產生成型零件之表層或核心層之所期望厚度，共射出成型機之控制器，諸如射出成型機100之控制器140可調節射出壓力，諸如施加於射出活塞之背面上的液壓或施加於螺桿之背面上的測力計上之力的量，以轉而回應於改變A因數改變熔體壓力。

圖6描繪用於控制共射出成型製程以維持兩種材料之間的流動波前壓力之比率的方法之示例流程圖。圖6之方法可藉由射出成型系統之控制器，諸如射出成型系統100之控制器140來進行。射出成型系統可為共射出成型系統，諸如共射出成型系統200。

在步驟600，控制器在基線週期期間將熔融熱塑性材料射出至模穴中。控制器可首先將來自第一射出單元之第一熔融塑膠材料射出至模穴，諸如模穴206中。在一時間段之後，控制器可將來自第二射出單元之第二熔融塑膠材料射出至模穴中，使得第一熔融塑膠材料及第二熔融塑膠材料同時射出至模穴中。在第二時間段之後，控制器可停止射出第二熔融塑膠材料且繼續僅將第一熔融塑膠材料射出至模穴中。

控制器可在變數大致等於臨限值之情況下執行操作，而非等待各操作之間的時間段。變數可有利地並非時間相依的。舉例而言，若第一熔融塑膠材料之熔體壓力達至一定臨限值，則控制器可開始射出第二熔融塑膠材料。在穴內部具有實際熔體壓力讀數可為起始或終止操作之最準確方法，但可能不可行，此係由於成本或不能在成品成型零件之表面上具有內部穴感測器之視覺證據。替代地，可使用諸如應變計之虛擬穴熔體壓力感測器，該選擇並不昂貴且不在成品成型零件上留下標記。替代地，表層207之流動波前位置設定點、核心層208之流動波前位置設定點、表層207之螺桿220位置、表層207之螺桿220行進距離、核心層208之螺桿230位置或核心層之螺桿230行進距離為其他非時間相依變數，該等其他非時間相依變數可以比單獨時間更高的準確性使用以起始或終止操作。替代地，控制器可基於以下各者進行操作：第一熔融塑膠材料207之實際或虛擬熔體壓力202、第二熔融塑膠材料208之實際或虛擬熔體壓力204或第一熔融塑膠材料及第二熔融塑膠材料之熔體壓力之比率約等於臨限值。

在步驟602，控制器在基線週期期間量測第一射出單元之熔體壓力(MP₁ )及第二射出單元之熔體壓力(MP₂ )。熔體壓力可諸如藉由感測器202及204直接量測，或熔體壓力可自液壓及增壓比率計算。液壓可藉由感測器201及203量測。

在步驟604，控制器可追蹤在基線週期期間第一射出單元之熔體壓力(MP₁ )及第二射出單元之熔體壓力(MP₂ )。再次，控制器可藉由直接量測熔體壓力來追蹤熔體壓力，或控制器可藉由量測液壓來追蹤熔體加壓。基於追蹤熔體壓力，控制器可測定第一材料及第二材料之流動波前壓力。替代地，控制器可藉由直接量測流動波前壓力來測定流動波前壓力。

在步驟606，控制器可鑑別自第一射出單元射出之熔融塑膠材料之流動波前壓力(FFP₁ )與自第二射出單元射出之熔融塑膠材料之流動波前壓力(FFP₂ )的最佳曲線。自第一射出單元射出之熔融塑膠材料的最佳流動波前壓力可在單一射出射注期間隨時間變化。因此，最佳流動波前壓力在該射注期間之第一時間點可具有第一值，且在該射注期間之第二時間點可具有第二值。此外，成型零件之各層的所期望厚度可確定最佳的流動波前壓力。類似地，自第二射出單元射出之熔融塑膠材料的最佳流動波前壓力可隨時間變化。

在步驟608，控制器可鑑別對應於自第一射出單元射出之熔融塑膠材料的A因數(AF₁ )及對應於自第二射出單元射出之熔融塑膠材料的A因數(AF₂ )。A因數可取決於流道系統，諸如流道系統205之性質，經由該流道系統，來自第一射出單元之熔融塑膠材料在其路徑上流動至模穴。可基於流道系統，諸如流道系統205之性質來測定A因數。可以實驗方式測定A因數。A因數可取決於自第一射出單元射出之熔融塑膠材料之黏度。A因數可在單一射注的熔融塑膠材料期間保持穩定或在射注過程期間改變。A因數亦可自第一射注改變至第二射注。舉例而言，A因數可隨射出成型機使用升溫而變化。可自流道系統之性質(諸如流道系統中之轉角之數目、流道系統中之流動管之直徑、流道系統中之流動管之長度及流道系統進料之穴之數目)先驗地計算A因數。亦可根據自第一射出單元射出之熔融塑膠材料之特性(諸如熔融塑膠材料之溫度及熔融塑膠材料之黏度)先驗地計算A因數。隨著更多的多個零件經成型及研究，可以實驗方式測定A因數。

在步驟610，控制器可開始後續週期，在此期間控制器可將熔融熱塑性材料射出至模穴中。此外，控制器可首先將來自第一射出單元之第一熔融塑膠材料射出至模穴，諸如模穴206中。在一時間段之後，控制器可將來自第二射出單元之第二熔融塑膠材料射出至模穴中，使得第一熔融塑膠材料及第二熔融塑膠材料同時射出至模穴中。在第二時間段之後，控制器可停止射出第二熔融塑膠材料且繼續僅將第一熔融塑膠材料射出至模穴中。

控制器可在第一射出壓力下射出第一熔融塑膠材料且在第二射出壓力下射出第二熔融塑膠材料。控制器可基於所鑑別之最佳流動波前壓力在第一射出壓力下射出第一材料。類似地，控制器可基於所鑑別之最佳流動波前壓力在第二射出壓力下射出第二材料。

在步驟612，控制器可監測在後續週期期間第一射出單元之熔體壓力(MP₁ )及第二射出單元之熔體壓力(MP₂ )，外加對應於自第一射出單元射出之熔融塑膠材料的A因數(AF₁ )及對應於自第二射出單元射出之熔融塑膠材料的A因數(AF₂ )。基於熔體壓力及A因數，控制器可測定流動波前壓力。

在步驟614，控制器可基於對應於自第一射出單元射出之熔融塑膠材料的A因數(AF₁ )及對應於自第二射出單元射出之熔融塑膠材料的A因數(AF₂ )調節第一射出單元之熔體壓力(MP₁ )及第二射出單元之熔體壓力(MP₂ )，以使得針對自第一射出單元射出之熔融塑膠材料及自第二射出單元射出之熔融塑膠材料維持最佳流動波前壓力。控制器可計算實際流動波前壓力且比較實際流動波前壓力與最佳流動波前壓力。控制器可藉由調節射出壓力(諸如液壓)來調節熔體壓力。

雖然本文中已描述各種實施例，但應理解，可對其進行仍視為在所附申請專利範圍之範疇內的修改。

100:射出成型機 102:射出單元 104:夾持系統 106:料斗 108:糰粒 110:經加熱機筒 112:往復式螺桿 114:熔融塑膠材料 116:噴嘴 118:模具 120:澆口 122:模穴 124:壓機或夾持單元 125:第一模側/半模 126:螺桿控制裝置 127:第二模側/半模 128:感測器 129:感測器 140:控制器 141:軟體 142:硬體元件 143:輸入端 144:輸出端 145:連接 200:射出成型機 201:感測器 202:感測器 203:感測器 204:感測器 205:流道系統 206:模穴 207:表層 208:核心層 210:第一模側 211:第二模側 212:模具 220:上部射出單元 230:下部射出單元 400:例示性曲線 401:實際或計算熔體壓力 402:塑膠流動波前壓力 403:實際或計算熔體壓力 404:塑膠流動波前壓力 600:步驟 602:步驟 604:步驟 606:步驟 608:步驟 610:步驟 612:步驟 614:步驟 A:方向

儘管本說明書藉由特別指出且清楚主張視為本發明之主題的申請專利範圍作出結論，但咸信根據結合附圖之以下描述，將更充分地理解本發明。出於較為清晰地顯示其他元件之目的，圖式中之一些可藉由省略選定元件來進行簡化。除非在對應書面描述中作出明確描述，否則一些圖式中之元件的此類省略不一定指示任一例示性實施例中特定元件存在或不存在。所有圖式均未必按比例繪製。舉例而言，圖式中元件中之一些的尺寸及/或相對定位可相對於其他元件放大以有助於提高對本發明之各種實施例的理解。

圖1示出根據本揭示案之各種實施例的具有與其耦接之控制器的射出成型機之示意圖；

圖2示出具有模具之共射出成型機之示意圖，該模具展現在射出期間模穴內之個別層；

圖3示出適用於將用於維持個別流動層之間的塑膠壓力比率之通用演算法之方程式；

圖4示出射出單元內之實際或虛擬塑膠熔體壓力相比於每一個別層之塑膠壓力的例示性曲線，其中個別流動層之間的塑膠壓力比率等於1；

圖5示出在射出期間演算法變化中之調節因數之變化的例示性曲線；及

圖6示出用於基於實際或虛擬塑膠熔體壓力及演算法控制共射出成型製程以維持個別材料層之間的塑膠壓力之比率的例示性方法。

100:射出成型機

102:射出單元

104:夾持系統

106:料斗

108:糰粒

110:經加熱機筒

112:往復式螺桿

114:熔融塑膠材料

116:噴嘴

118:模具

120:澆口

122:模穴

124:壓機或夾持單元

125:第一模側/半模

126:螺桿控制裝置

127:第二模側/半模

128:感測器

129:感測器

140:控制器

141:軟體

142:硬體元件

143:輸入端

144:輸出端

145:連接

A:方向

Claims (30)

1. 一種控制一共射出成型設備中之熔體流動波前壓力之方法，該方法包括： 在一第一射出成型週期期間，在一第一射出壓力下將一第一材料射出至一模穴中； 在該第一射出成型週期期間，在一第二射出壓力下將一第二材料射出至該模穴中； 測定一第一流動波前壓力，該第一流動波前壓力對應於該第一材料； 測定一第二流動波前壓力，該第二流動波前壓力對應於該第二材料； 在該第一射出成型週期期間，基於比較該第一流動波前壓力與一第一最佳流動波前壓力來調節該第一射出壓力；以及 在該第一射出成型週期期間，基於比較該第二流動波前壓力與一第二最佳流動波前壓力來調節該第二射出壓力。
2. 如請求項1之方法，其進一步包括：應用一機器學習演算法以確定該第一最佳流動波前壓力及該第二最佳流動波前壓力。
3. 如請求項1之方法，其中： 將該第一材料射出至該模穴中進一步包括在一第一恆定低壓下將該第一材料射出至該模穴中；以及 將該第二材料射出至該模穴中進一步包括在一第二恆定低壓下將該第二材料射出至該模穴中。
4. 如請求項1之方法，其中： 調節該第一射出壓力進一步包括調節該第一射出壓力至一第一恆定低壓；以及 調節該第二射出壓力進一步包括調節該第二射出壓力至一第二恆定低壓。
5. 如請求項1之方法，其中： 測定該第一流動波前壓力包含量測該第一流動波前壓力；及 測定該第二流動波前壓力包含量測該第二流動波前壓力。
6. 如請求項1之方法，其中： 測定該第一流動波前壓力包含基於一第一熔體壓力測定該第一流動波前壓力，該第一熔體壓力對應於該第一材料；及 測定該第二流動波前壓力包含基於一第二熔體壓力測定該第二流動波前壓力，該第二熔體壓力對應於該第二材料。
7. 如請求項6之方法，其中： 測定該第一熔體壓力包含量測該第一熔體壓力；及 測定該第二熔體壓力包含量測該第二熔體壓力。
8. 如請求項6之方法，其中： 測定該第一熔體壓力包含基於該第一射出壓力測定該第一熔體壓力；及 測定該第二熔體壓力包含基於該第二射出壓力測定該第二熔體壓力。
9. 如請求項8之方法，其中： 該第一射出壓力為用於射出該第一材料的一第一螺桿處的一第一液壓；且 該第二射出壓力為用於射出該第二材料的一第二螺桿處的一第二液壓。
10. 如請求項1之方法，其中： (i) 在射出該第一材料時，該第一材料為一再磨材料， (ii) 在射出該第二材料時，該第二材料為一再磨材料，或 (iii) 在射出該第一材料及該第二材料時，該第一材料為一再磨材料且該第二材料為一再磨材料。
11. 如請求項1之方法，其中該第一最佳流動波前壓力在該第一射出成型週期期間的一第一時間點具有一第一值，且該第一最佳流動波前壓力在該第一射出成型週期期間的一第二時間點具有一第二值。
12. 如請求項1之方法，其中該第二最佳流動波前壓力在該第一射出成型週期期間的一第一時間點具有一第一值，且該第二最佳流動波前壓力在該第一射出成型週期期間的一第二時間點具有一第二值。
13. 如請求項1之方法，其進一步包括在該第一射出成型週期之後的一第二射出成型週期期間： 在一第一新射出壓力下將該第一材料射出至該模穴中，其中該第一新射出係基於該第一射出壓力之該調節；以及 在一第二新射出壓力下將該第二材料射出至該模穴中，其中該第二新射出係基於該第二射出壓力之該調節。
14. 如請求項1之方法，其中將一第一材料射出至一模穴中且將一第二材料射出至一模穴中進一步包括： 開始將該第一材料射出至該模穴中； 回應於等待一預定第一時間段，開始將該第二材料射出至該模穴中； 回應於等待一預定第二時間段，停止將該第二材料射出至該模穴中；以及 回應於等待一第三預定時間段，停止將該第一材料射出至該模穴中。
15. 如請求項1之方法，其中將一第一材料射出至一模穴中且將一第二材料射出至一模穴中進一步包括： 開始將該第一材料射出至該模穴中； 接著，回應於確定一第一變數大致等於一第一臨限值，開始將該第二材料射出至該模穴中； 接著，回應於確定一第二變數大致等於一第二臨限值，停止將該第二材料射出至該模穴中；以及 接著，回應於確定一第三變數大致等於一第三臨限值，停止將該第一材料射出至該模穴中。
16. 如請求項15之方法，其中該第一臨限值為該第一材料之一第一流動波前位置設定點、該第二材料之一第二流動波前位置設定點、該第一材料之一第一穴熔體壓力設定點、該第二材料之一第二穴熔體壓力設定點、用於射出該第一材料之一第一螺桿的一第一位置、用於射出該第二材料之一第二螺桿的一第二位置、由該第一螺桿所行進之一第一距離或由該第二螺桿所行進之一第二距離。
17. 如請求項16之方法，其中 該第一材料之該第一穴熔體壓力設定點可直接或間接地量測；且 該第二材料之該第二穴熔體壓力設定點可直接或間接地量測。
18. 如請求項17之方法，其中間接地量測進一步包括使用一微波感測器套件、一x射線感測器套件、一超音波感測器套件、一氣壓感測器套件、一空氣溫度感測器套件或一子表面溫度感測器套件來量測應變。
19. 如請求項15之方法，其中： 在確定該第一變數大致等於該第一臨限值時，該第一變數為一第一非時間相依變數； 在確定該第二變數大致等於該第二臨限值時，該第二變數為一第二非時間相依變數；以及 在確定該第三變數大致等於該第三臨限值時，該第三變數為一第三非時間相依變數。
20. 如請求項15之方法，其中： 在確定該第一變數大致等於該第一臨限值時，該第一變數為包含以下各者之一群組中的一者：(i)該第一流動波前壓力、(ii)該第二流動波前壓力，及(iii)該第一流動波前壓力與該第二流動波前壓力之一比率； 在確定該第二變數大致等於該第二臨限值時，該第二變數為包含以下各者之一群組中的一者：(i)該第一流動波前壓力、(ii)該第二流動波前壓力，及(iii)該第一流動波前壓力與該第二流動波前壓力之一比率；及 在確定該第三變數大致等於該第三臨限值時，該第三變數為包含以下各者之一群組中的一者：(i)該第一流動波前壓力、(ii)該第二流動波前壓力，及(iii)該第一流動波前壓力與該第二流動波前壓力之一比率；
21. 一種用於在共射出成型期間控制熔體壓力之系統，該系統包括： 射出成型機，其包括一第一射出單元、一第二射出單元以及形成一模穴之一模具，其中： (i) 該第一射出單元適於在一第一射出壓力下將一第一材料射出至該模穴中，且 (ii) 該第二射出單元適於在一第二射出壓力下將一第二材料射出至該模穴中； 控制器，其適於控制該射出成型機之操作，其中： (i) 該控制器適於基於比較一第一流動波前壓力與一第一最佳流動波前壓力來調節該第一射出壓力，且 (ii) 該控制器適於基於比較一第二流動波前壓力與一第二最佳流動波前壓力來調節該第二射出壓力；以及 兩個或更多個感測器，其耦接至該射出成型機及該控制器，其中該兩個或更多個感測器中之每一者適於量測該射出成型機之一個或多個變數且將所量測之一個或多個變數傳輸至該控制器。
22. 如請求項21之方法，其中： (i) 在射出該第一材料時，該第一材料為一再磨材料， (ii) 在射出該第二材料時，該第二材料為一再磨材料，或 (iii) 在射出該第一材料及該第二材料時，該第一材料為一再磨材料且該第二材料為一再磨材料。
23. 如請求項21之方法，其中該第一最佳流動波前壓力在一第一時間點具有一第一值，且該第一最佳流動波前壓力在一第二時間點具有一第二值。
24. 如請求項21之方法，其中該第二最佳流動波前壓力在一第一時間點具有一第一值，且該第二最佳流動波前壓力在一第二時間點具有一第二值。
25. 如請求項21之方法，其中該射出成型機適於： 開始將該第一材料射出至該模穴中； 回應於等待一預定第一時間段，開始將該第二材料射出至該模穴中； 回應於等待一預定第二時間段，停止將該第二材料射出至該模穴中；及 回應於等待一第三預定時間段，停止將該第一材料射出至該模穴中。
26. 如請求項21之方法，其中該射出成型機適於： 開始將該第一材料射出至該模穴中； 接著，回應於確定一第一變數大致等於一第一臨限值，開始將該第二材料射出至該模穴中； 接著，回應於確定一第二變數大致等於一第二臨限值，停止將該第二材料射出至該模穴中；及 接著，回應於確定一第三變數大致等於一第三臨限值，停止將該第一材料射出至該模穴中。
27. 如請求項26之方法，其中該第一臨限值為該第一材料之一第一流動波前位置設定點、該第二材料之一第二流動波前位置設定點、該第一材料之一第一穴熔體壓力設定點、該第二材料之一第二穴熔體壓力設定點、用於射出該第一材料之一第一螺桿的一第一位置、用於射出該第二材料之一第二螺桿的一第二位置、由該第一螺桿所行進之一第一距離或由該第二螺桿所行進之一第二距離。
28. 如請求項26之方法，其中 該第一材料之該第一穴熔體壓力設定點可直接或間接地量測；且 該第二材料之該第二穴熔體壓力設定點可直接或間接地量測。
29. 如請求項26之方法，其中間接地量測進一步包括使用一微波感測器套件、一x射線感測器套件、一超音波感測器套件、一氣壓感測器套件、一空氣溫度感測器套件或一子表面溫度感測器套件來量測應變。
30. 如請求項26之方法，其中該第一變數、該第二變數及該第三變數係藉由該兩個或更多個感測器量測。

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