TWI510346B - 模具系統 - Google Patents

Description

模具系統

本發明揭露一種模具系統，更明確的說，本發明係與一種內縮型模具系統有關，其係得以於管狀工作件的內側表面或外側表面同時地或擇一地形成一圖案結構。

以新一代的可降解高分子材料心血管支架的製作為例，在習知的技術中，如欲於管狀工作件之外表面製作出一圖案化結構，目前已有數種不同的製程，其包含有利用飛秒雷射在工作件表面直接進行切割並刻劃出所需的形狀；或利用滾壓成型來將標的管體加熱而使其軟化後固定於一滾動軸上，再利用具有圖案化結構的滾輪於其表面進行壓印以形成一相對應形狀的表面結構；或是利用數控工具機加工，而先將標的管體固定於載台後，再於其表面進行切銑加工，以於標的管體表面形成相對應形狀的表面結構等等方法。再者，亦有一製程為射出成型，其係將材料加熱熔化後，射入一指定形狀的模具以形成上述的標的管體。然而，綜觀上述各種習知技術，除飛秒雷射外，其餘均無法應用於符合產品需求的高精度加工製程中。然而，飛秒雷射係具有技術門檻高、成本貴、製程慢、不能大規模量產等缺點的同時，亦無法僅針對管狀工作件的內部表面進行加工。故此，若使用者需在如心血管支架等類似的工作件的內側表面處，形成大量細小且具有高精度要求的圖案時，其僅得藉由於一片二維片材上加工後再捲撓成管體而製得，此一製程不但煩雜且極為昂貴。故此，如何開發出一種技術門檻及成本相對較低、製程簡單且能大規模量產的管狀工作件加工系統，實為所屬技術領域人士所急欲解決的問題。

本發明的一範疇在於提供一種模具系統，其係用於對一具有一內 側表面以及一外側表面之管狀工作件進行加工，該模具系統係包含有一外模、一內模以及一第一圖案層。該外模呈一管狀且具有一內壁。該內模係設置於該外模之內部，該內模係具有一面向該外模之該內壁的外壁，該內模之該外壁之形狀可選擇性的與該外模之該內壁之形狀相互對應。而第一圖案層則其係設置於該外模之內壁或該內模之外壁上。其中，在使用時可以調整該外模的尺寸，以使得該外模以及該內模之間係形成有一可調整大小的通道，藉以供該工作件得以進出或容置於該外模以及該內模之間。

其中在使用時，該外模會受一外力而同心地內縮，並藉此將該第一圖案層壓印於該工作件之該內側表面或該外側表面處，以於該工作件之該內側表面或該外側表面形成該圖案結構。另外，本發明的系統在應用時，該通道更得選擇性地灌有一流態材料，而該流態材料於凝固後會附著於該第一圖案層之表面上，並形成有該圖案結構。

另外，本發明系統的第一圖案層係固定於該內模之表面。另外，該第一圖案層得為一表面形成有三維圖案結構的平面金屬薄膜。另外，該第一圖案層係形成於該內模之表面且與該內模為一體成型，該第一圖案層係面對該管狀工作件之該內側表面。再者，該外模係包含有複數個子模，複數個子模係分別具有一子內壁，該複數個子模係分別藉由複數個固定結構以相互連接，該外模係具有一開啟狀態以及一閉鎖狀態，該外模於該開啟狀態時的內徑係大於該閉鎖狀態時的內徑。另一方面，本發明的模具系統的該第一圖案層包含有複數個子圖案，該複數個子圖案係分別設置於該複數個子模之該子內壁上。

附帶一提的是，本發明的模具系統得進一步包含有一第二圖案層，該第二圖案層設置於該外模以及該內模之間，用於在該工作件相對於該第一圖案層的另一表面定義有一相對應的圖案結構。再者，該內模為一中空管體，該中空管體係具有一中空通道，用以供一加熱流體流通。同時，本發明的系統中的該內模或該外模係機械性式地連接有一熱源並以傳導的方式來取得熱能。

綜上所述，本發明與先前技術最大的相異之處在於本發明的模具系統得於管狀工作件的內側表面或外側表面同時或擇一地形成有一圖案結構。解決了習知技術無法於工作件之各個表面形成圖案結構的缺點，解決了所屬技術領均存在已久的問題。

在對本發明進行進一步的說明前，需瞭解除非有另外定義，否則本說明書所用之所有技術及科學術語，皆具有與熟習本發明所屬技術者通常所瞭解的意義相同之意義。另外，本說明書目前所述者僅屬本發明的眾多實例方法之其中之一，在本發明之實際使用時，可使用與本說明書所述方法及裝置相類似或等效之任何方法或手段為之。再者，本說明書中所提及之一數目以上或以下，係包含數目本身。另外，本說明書若提及某甲與某乙為電性連接或耦接時，其係實指某甲與某乙係具有能量、資料或信號的傳輸行為，其不以實際連接為限，據此，舉凡藉有線、無線之方式以電、光、電磁波等手段進行的傳輸行為均屬其義。

且應瞭解的是，本說明書揭示執行所揭示功能之某些方法、流程，並不以說明書中所記載之順序為限，除說明書有明確排除，否則各步驟、流程先後順序之安排端看使用者之要求而自由調整。再者，本說明書中的各圖式間的各元件間之比例已經過調整或省略以維持各圖面的簡潔，故此，除了說明書有明確說明外，圖面中的各個元件的相對應大小、位置以及形狀均僅供參考。再者，在不脫離本發明的發明觀念下，各個元件的大小、位置以及形狀等特徵之安排端看使用者之要求而自由變更。另外，考量本發明之各元件之性質為相互類似，故各元件間的說明、標號為相互適用。另外，為保持說明書之簡潔，下文所提及的『系統』一詞係指本發明的『模具系統』。需注意的是，本說明書中所提及之裝置、模組、器、元件等組成部份並不以實際上相互獨立之硬體為限，其亦得以個別或整合後的軟體、韌體或硬體的方式呈現。再者，除非有特別定義，否則本說明書所提及的管體沿其延伸 方向的厚度及形狀均被假設為均勻者且大致相同者。另外，本發明的說明書所提及的『管體』或『管狀』一詞，係指圍設有一中空通道的壁體結構及其形狀，雖其得為一圓管，但其不以此為限，本發明的管體亦得為一矩形或其他不規則的形狀。再者，若本發明中有提及一甲管的外徑，其係指該甲管於其延伸方向相互垂直的表面進行剖面時，其甲管的外側表面之輪廓中的二最遠處間的絕對距離。而甲管的內徑則係指該甲管於其延伸方向相互垂直的表面進行剖面時，其甲管的內側表面之輪廓中的二最遠處間的絕對距離。

本發明揭露了一種管狀工作件的模具系統，其係用於提供一種表面係具有至少一圖案結構的工作件。與習知技術不同的是，本發明的模具系統得於中空管狀工作件的內側表面及外側表面同時地或選擇性地形成有一圖案結構，或是製造得一具有前述圖案結構的中空管狀工作件。

為了更明確的交代本發明之設計，請一併參閱圖一A至圖一C，圖一A及圖一B係分別地繪述了本發明的模具系統之一較佳具體實施例，於運作前以及運作時的剖面示意圖。而圖一C則係繪述了本發明的模具系統之一較佳具體實施例，於使用前的立體示意圖。由圖中可見，本發明係為一種管狀工作件P的模具系統1，其於最簡化時，該系統1得包含有一外模10、一內模20以及一第一圖案層30(以粗虛線表示)。在對本發明的系統1之使用方式進行說明前，以下將先對本發明的各個組成元件進行說明。

在本例中，外模10係呈一管狀且具有一內壁10A。而外模10又係由三個以上的子模11所組合而成，各個子模11係分別具有一子內壁11A，而各個子內壁11A係可大致地共同組合成前述之內壁10A，而各個子模11的子內壁11A之圓心係與該內壁10A相同。而各個子模11又係分別藉由二設置於其二端的固定結構12相互連接而成。前述各個子模11之間的側壁係分別具有一槽體13，以容置一部份的柱狀固定結構12。藉由前述的設計，本發明的外模10得分為一開啟狀 態S1以及一閉鎖狀態S2。在閉鎖狀態S2時，外模10的各個子模11的各個側壁處係相互抵持並接觸，同時，其之柱狀固定結構12，將被埋設於各個子模11的槽體13中。而在開啟狀態S1時，外模10的各個子模11係往外作一同心擴張，並藉由設置於其側壁處的柱狀固定結構12來作一可動式的連接。另外，外模10於開啟狀態S1時的外徑D2及內徑D1，均係分別大於閉鎖狀態S2時的外徑D2及內徑D1，藉此工作件P及其材料均得視使用者之需要而輕易地的進入或離開本發明之模具系統1。附帶一提的是，本系統在特定設計時，本系統可以在不需具備有前述的擴張、縮小功能的前提下達到同樣或類似的效果。再者，為了在製備工作件P時得以維持外模10的溫度，外模10得機械式地與一熱源50連接，並以傳導的方式來取得熱能進而維持其溫度。前述的熱源50得為一電熱片或是例如加熱板之其他類似的發熱裝置。然而，直接增加該製程進行時的環境溫度，亦可達到類似的效果。

另外，本發明的系統1亦可包含有一內模20，其係設置於該外模10之中，該內模20係具有一外壁20A，該外壁20A係面向該外模10之內壁10A，該外壁20A之形狀係與該外模10之該內壁10A之形狀相互對應。以圖一A所繪述的設計為例，該內模20之外壁20A與該外模10之內壁10A均係分別呈現一圓柱狀，然而其不以圓柱狀為限，使用者得按其需要自由地對其形狀進行調整。另一方面，在本具體例中，該內模20係為由一如擠型製程或模鑄等一體形成(ONE PIECE FORMED)製程所製成的中空管體。再者，內模20之內部亦得具有一內部流道20B，以供一加熱流體流通，進而對該外模10供給熱能以使其溫度得以維持或提昇。然而，內模20並不以具有前述的內部流道20B為限，而按使用者的不同需求，內模20亦得機械式地與一熱源50連接，並藉著傳導的方式來取得熱能進而維持其溫度。前述的熱源50得為一電熱片或是例如加熱板之其他類似的發熱裝置。需注意的是，本具體例的內模20雖係為一剛性管體，然而其不以剛性管體為限，按其設計上的需求，該內模20亦得為一氣球或具有一定彈性系數的C 字形簧片等等，得以對第一圖案層30提供支撐的元件或裝置。

在實際應用時，外模10及內模20所選用的材料，係較佳地利用一熔點較工作件P或其之材料更高的金屬，例如，當工作件P之材料為一流態鋁合金時，該外模10可利用一熔點較高的碳鋼來製成，以防止高溫軟化該外模10及內模20而影響其精確度。需附帶一提的是，內模20除了為前述之一體成型之管體外，其亦得為一與外模10類似，且具有可擴張、縮小功能的機構。

除此之外，本發明的系統1係進一步地包含有一第一圖案層30。第一圖案層30係設置於該外模10以及該內模20之間，其係用於定義該工作件P表面之圖案結構。以本具體例來說，第一圖案層30係預先地一體形成(ONE PIECE FORMED)於外模10之內壁10A上，以使其在應用時得於工作件P的外部表面形成有該圖案結構。另外，前述的第一圖案層30又得進一步分為前述的複數個子圖案31，而各個子圖案31又得分別地形成於該複數個子模11之該子內壁11A上，當外模10處於閉鎖狀態S2時，各個子模11的子內壁11A係大致呈相互連接之狀態，此外其表面之各個子圖案31亦得依需要重新組合。

需知悉的是，雖然本具體例中的第一圖案層30係一體形成於外模10之內壁10A處，然而，其不以一體形成為限，其亦得為一膜體或板體並藉由黏貼或其他固定方式，來固定於外模10之內壁10A上。再者，本發明的第一圖案層30的設置位置亦得按使用者的需要來作出調整，而並不以設置於外模10之內壁10A為限。請參閱圖二，圖二係繪述了本發明的另一具體實施例之部份剖示圖。由本具體例中可見，當使用者欲製作一內部表面具有圖案結構的管狀工作件P時，其之第一圖案層30得被設置或一體成型於內模20之外壁20A處，以供流態材料附著於其表面，並進而形成前述之工作件P。

值得一提的是，前述的第一圖案層30及其相對應的圖案結構得為各種大小，舉例來說，其第一圖案層30之深度得以公分計，亦得為以微、奈米等級之設計，其之圖案之最小線寬更可以是例如九十奈米之 小至數十奈米的等級。而當第一圖案層30為微、奈米等級時，其便可利用一相對特別的製程來進行製造，以下將對該製程作一簡單說明。再者，在精度需求提高的狀況下，還需要把外模10及內模20之冷縮熱漲時的形變量列入考量，方得以精準地進行微、奈米等級之製程。

另一方面當使用者欲於內模20的外壁20A或外模10的內壁10A，直接形成該微、奈米等級的第一圖案層30時，使用者便可直接利用曝光顯影、離子反應蝕刻等方式，而於其之表面形成該第一圖案層30。而當使用者欲以外加之方式於內模20的外壁20A處，設置該第一圖案層30時，其步驟則如下列。首先，利用曝光顯影、離子反應蝕刻等方式在矽模上製作一微、奈米等級大小的圖案化結構。接著，將矽模上的圖案化結構熱轉印至一聚碳酸酯材料(PC)上，以形成一聚碳酸酯材料模具。隨後在聚碳酸酯材料模具表面蒸鍍一導電層，並利用電氣鑄物技術於聚碳酸酯材料模具上，製作一具有相對應圖案化結構的可撓曲模具。而前述的可撓曲模具，係以鎳金屬為主的材料製成。接著，將鎳金屬薄板製成的可撓曲模具，並貼附於內模20的外壁20A後，即可完成本發明的第一圖案層30。而各子模11及子圖案31的製作方式亦與前述之方法相似，故將不再予以贅述。需注意的是，前述的各種方法除了適用於內模20之外壁20A的表面外，其亦係一體適用於本發明的外模10相對於工作件P之任一表面處，考量其技術本質上為相同，故將不多加贅述。

接著，需注意的是，本發明不以具有單一第一圖案層30為限，當使用者欲於工作件P之內、外表面均同時形成有一圖案結構時，其更得於本系統1中加入一第二圖案層40，第二圖案層40之設置位置係與第一圖案層30相互對應。請參閱圖三，圖三係繪述了本發明的另一具體實施例之部份剖示圖。由該圖中可見，內模20之外壁20A及外模10之內壁10A，係分別設置有一第一圖案層30以及第二圖案層40，而由於第二圖案層40之圖案、大小或其他特性，可視使用者之需要而自由調整，故其亦得與第一圖案層30相同或相異者，本發明將不對此 多加贅述。另一方面，第二圖案層40之製作方式可參考第一圖案層30之說明，其之相關說明亦將不於此多加贅述。

在對系統1中的元件進行說明後，以下將對本系統1的運作方式進行更進一步的說明。本系統1係用於提供一表面係具有至少一圖案結構的工作件P，其運作方式有二，其一為用於製造一表面係具有至少一圖案結構的工作件P，其二為用於在工作件P之表面上形成有至少一圖案結構。

首先將對製造一表面係具有至少一圖案結構的工作件P之方式進行說明。首先，使用者可需視需求將第一圖案層30設置於外模10的內壁10A或內模20之外壁20A上，接著將內模20設置於外模10之中，以使得外模10之內壁10A與內模20之外壁20A相互面對，並使得外模10在圍繞該內模20之同時，可於其等二者之間形成有一可調整大小的通道T，其中該通道T之大小係與工作件P之厚度成正比。此時，該外模10為一閉鎖狀態S2。

接著，在內模20及外模10設置完成並相互固定後，再藉由一熱源50來使該內模20及外模10之溫度，維持在高於材料之熔點或玻璃轉換溫度的狀態下，以維持材料之流動性或可塑性，據此在應用時，本發明的系統1得進一步包含有一加溫模組以達前述效果。在內模20及外模10加熱完成後，得將一經加熱後的流態材料灌入內模20及外模10之間的通道T中，以使其填滿前述的通道T。流態材料將可按照第一圖案層30之形狀，而附著於其之表面上並藉以定義有該圖案結構。

接著，再對其之外模10或內模20進行冷卻以使得通道T中的流態材料，凝固為一固態的工作件P，藉此，工作件P的表面便得以形成有一相對於第一圖案層30的圖案結構。接著，再抽出內模20即可得到該工作件P。而為了增加取出該工作件P之便利性，使用者得將該外模10切換為一開啟狀態S1以使得其擴大，而易於取得該工作件P。為了防止用詞的混淆，本說明書將利用模鑄製程一詞來代表前述的 製程。需說明的是，在模鑄製程中，本發明的工作件P得具有一流體狀態以及一固體狀態。也就是說，本發明的工作件P係得由一可熔解、蒸發成流體的材料來製備。更明確地說，該材料得指一液、氣態金屬、或是其他於加熱後具有流態狀態且得應用於模鑄製程之材料，例如高分子材料、玻璃、鋁合金或碳鋼等材料。更明確的說，前述的工作件P係得為一心血管支架或其他管狀工作件P。

然而，本發明除了應用於前述的模鑄製程以外，其亦得被用來在工作件P的表面形成有至少一圖案結構。與模鑄製程不同的是，在工作件P的表面形成圖案結構的製程中，一固體的工作件P係己預先以前述的模鑄製程或其他方式準備完成，並且係設置於內模20與一處於開啟狀態S1的外模10之間，而第一圖案層30係己預先設置於外模10的內壁10A或內模20之外壁20A上。接著，對該內模20及外模10進行加熱以軟化該工作件P，隨後對該外模10之各表面均勻的向內模20方向施加有一外力F或壓力，以使得該外模10自開啟狀態S1切換為閉鎖狀態S2而向內收縮，並使得該第一圖案層30被壓持於該工作件P之表面，而工作件P則因受熱軟化而隨該第一圖案層30之構形而變型，藉此工作件P之表面便會形成有一與第一圖案層30相互對應的圖案結構。接著將外模10擴大以使該完成加工後的工作件P，得以被取出以進行脫模製程。為了防止用詞的混淆，本說明書將利用壓印製程一詞來代表前述的製程。而為了可對該外模10進行均勻的施壓作業，其得利用氣體輔助壓印製程為之，以對其進行均勻的加壓。

綜上所述，本發明與先前技術最大的相異之處，在於本發明的模具系統得於管狀工作件的內側表面或外側表面，同時地或擇一地形成有一圖案結構，藉以解決了習知技術無法於工作件之各個表面形成圖案結構的缺點，也解決了所屬技術領域存在已久的問題。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的 安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1‧‧‧模具系統

10‧‧‧外模

10A‧‧‧內壁

11‧‧‧子模

11A‧‧‧子內壁

12‧‧‧固定結構

13‧‧‧槽體

20‧‧‧內模

20A‧‧‧外壁

20B‧‧‧內部流道

30‧‧‧第一圖案層

31‧‧‧子圖案

40‧‧‧第二圖案層

50‧‧‧熱源

D1‧‧‧內徑

D2‧‧‧外徑

F‧‧‧外力

S1‧‧‧開啟狀態

S2‧‧‧閉鎖狀態

P‧‧‧工作件

T‧‧‧通道

圖一A及圖一B係分別地繪述了本發明的模具系統於一較佳具體實施例時的運作前以及運作時的剖面示意圖。

圖一C則係繪述了本發明的模具系統於一較佳具體實施例時於使用前的立體示意圖。

圖二係繪述了本發明的另一具體實施例之部份剖示圖。

圖三係繪述了本發明的另一具體實施例之部份剖示圖。

1‧‧‧模具系統

10‧‧‧外模

20‧‧‧內模

20A‧‧‧外壁

20B‧‧‧內部流道

30‧‧‧第一圖案層

50‧‧‧熱源

P‧‧‧工作件

Claims (9)

1. 一種模具系統，其係用於對一具有一內側表面以及一外側表面之管狀工作件進行加工，該模具系統係包含有：一外模，其係呈一管狀且具有一內壁；一內模，其係設置於該外模之內部，該內模係具有一面向該外模之該內壁的外壁；以及一第一圖案層，該第一圖案層係為一表面形成有三維圖案結構的平面金屬薄膜，其係設置於該外模之內壁或該內模之外壁上；其中，在使用時可以調整該外模的尺寸，以使得該外模以及該內模之間係形成有一可調整大小的通道，藉以供該工作件得以進出或容置於該外模以及該內模之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之模具系統，其中該模具系統在使用時，該外模會受一外力而同心地內縮，並藉此將該第一圖案層壓印於該工作件之該內側表面或該外側表面處，以於該工作件之該內側表面或該外側表面形成一相對應的圖案結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述之模具系統，其中在使用時，該通道係灌有一流態材料，而該流態材料於凝固後會附著於該第一圖案層之表面上，並形成有一相對應的圖案結構。
4. 如申請專利範圍第1項所述之模具系統，其中該第一圖案層係形成於該內模之表面上並與該內模為一體成型(One piece formed)，且該第一圖案層係面對該管狀工作件之該內側表面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之模具系統，其中該外模係包含有複數個子模，該等複數個子模係分別具有一子內壁，該複數個子模係分別藉由複數個固定結構而相互連接，該外模係具有一開啟狀態以及一閉鎖狀態，該外模於該開啟狀態時的內徑係大於該閉鎖狀態時的內徑。
6. 如申請專利範圍第5項所述之模具系統，其中該第一圖案層包含有複數 個子圖案，該等複數個子圖案係分別設置於該等複數個子模之該等子內壁上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之模具系統，其進一步包含有一第二圖案層，該第二圖案層設置於該外模以及該內模之間，以在該工作件相對於該第一圖案層的另一表面上，界定一相對應的圖案結構。
8. 如申請專利範圍第1項所述之模具系統，其中該內模係為一中空管體，該中空管體係具有一中空通道，以供一加熱流體流通。
9. 如申請專利範圍第1項所述之模具系統，其中該內模或該外模係機械式地與一熱源連接，並藉由熱傳導的方式來取得熱能。