TWI543945B - 從二維玻璃片形成三維玻璃製品的方法 - Google Patents

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Description

從二維玻璃片形成三維玻璃製品的方法 相關申請案之交叉引用
本申請案主張根據專利法主張於2011年2月28日提出申請之美國臨時申請案第61/447146號及於2011年5月6日提出申請之美國臨時申請案第61/483095號之優先權權益，本案依據該等申請案之內容且該等申請案之內容以整體引用之方式併入本文。
本發明大體而言係關於一種熱重形成二維(two-dimensional；2D)玻璃片成為三維(three-dimensional；3D)玻璃製品之方法。
存在對用於諸如膝上型電腦、平板電腦及智慧型電話之便攜式電子裝置之3D玻璃蓋之大量需求。尤其合乎需要之3D玻璃蓋具有2D表面及3D表面之組合，2D表面用於與顯示器互動，3D表面用於包覆在顯示器之邊緣周圍。3D表面可為不可展表面，亦即，無法在平面上無失真的展開或鋪開之表面，且3D表面可包括彎曲、轉角及曲線之任何組合。彎曲可為大角度及陡峭的。曲線可為不規則的。該等3D玻璃蓋為複雜的且難以精確製得。
熱重形成已用來從2D玻璃片形成3D玻璃製品。熱重形成涉及加熱2D玻璃片至形成溫度及隨後重形成2D玻 璃片成為3D形狀。在藉由下垂或將2D玻璃片壓向模具進行重形成處，保持玻璃之溫度低於玻璃之軟化點以維持良好玻璃表面品質且避免玻璃與模具之間的反應為合乎需要。低於軟化點，玻璃具有高黏度且需要高壓力才能重形成為諸如彎曲、轉角及曲線之複雜形狀。在傳統玻璃熱重形成中，柱塞用來施加所需要之高壓力。柱塞接觸玻璃且將玻璃壓向模具。
為達成具有均勻厚度之3D玻璃製品，柱塞將玻璃壓向模具時在柱塞表面與模具表面之間的間隙必須為均勻的。第1A圖圖示在柱塞表面100與模具表面102之間的均勻間隙之實例。然而，由於在模具加工中之小誤差及在模具與柱塞之間的對準誤差，通常有在柱塞表面與模具表面之間的間隙不均勻之情況。第1B圖圖示歸因於柱塞與模具之未對準之柱塞表面100與模具表面102之間的非均勻間隙(例如在103處)。第1C圖圖示歸因於模具表面102中的加工誤差之柱塞表面100與模具表面102之間的非均勻間隙(例如在105處)。
非均勻間隙產生在玻璃之一些區域中之過按壓及在玻璃之其他區域中之欠按壓。過按壓將產生玻璃薄化，此情況將顯示為3D玻璃製品中的顯著光學失真。欠按壓在3D玻璃製品，尤其在包括彎曲、轉角及曲線之玻璃製品之複雜區域中將產生皺紋。例如約為10微米之小加工誤差可產生非均勻間隙，該等非均勻間隙將產生過按壓及/或欠按壓。在形成中涉及的柱塞表面、模具表面、 玻璃或其他裝備之不可避免的熱膨脹亦可影響間隙之均勻性。
在按壓期間，柱塞亦拉伸玻璃以便改變在柱塞表面與模具表面之間的玻璃厚度。因此，即使在柱塞表面與模具表面之間的間隙為理想的，但玻璃之拉伸仍將產生具有非均勻厚度之3D玻璃製品。可設計模具表面或柱塞表面以補償由於拉伸而帶來的玻璃厚度之預期改變。然而，此舉將產生柱塞表面與模具表面之間的非均勻間隙，該非均勻間隙如上所說明將產生在玻璃之一些區域中之過按壓及在玻璃之其他區域中之欠按壓。
在本發明之一態樣中，一種由2D玻璃片形成3D玻璃製品之方法包含以下步驟：置放2D玻璃片於模具上，該模具之模具表面之3D表面外形對應於3D玻璃製品之外形；加熱2D玻璃片至在對應於107泊至1011泊之玻璃黏度之溫度範圍內之第一溫度；及施加加熱至溫度範圍內之第二溫度之加壓氣體至2D玻璃片之第一表面以使2D玻璃片符合模具表面且形成3D玻璃製品。
在一實施例中，該方法進一步包括以下步驟：在施加加壓氣體步驟之前或與至少一部分施加加壓氣體步驟同時，施加真空至2D玻璃片之第二表面以使2D玻璃片符合模具表面。
在一實施例中，該方法進一步包括以下步驟：提供模 具及施加輪廓校正至模具表面以補償在形成一部分3D玻璃製品中之潛在誤差。
在一實施例中，在施加加壓氣體步驟中將加壓氣體均勻地施加至2D玻璃片之第一表面。
在另一實施例中，在施加加壓氣體步驟中將加壓氣體有差別地施加至2D玻璃片之第一表面。
在一實施例中，該方法進一步包含以下步驟：在施加加壓氣體步驟期間在大於第一溫度之第三溫度下施加突發加壓氣體至2D玻璃片之經選擇區域。
在一實施例中，加壓氣體之壓力處於從10 psi至20 psi之範圍內。
在一實施例中，在施加加壓氣體步驟中，經由密封壓力腔室施加加壓氣體且選擇密封壓力腔室之密封壓力為大於加壓氣體之壓力或經由非密封壓力腔室施加加壓氣體。
在一實施例中，在加熱2D玻璃片步驟中，較佳地在模具上加熱2D玻璃片，以使得模具之溫度低於第一溫度。
在一實施例中，在加熱2D玻璃片步驟中，模具表面具有2D區域及3D區域，且較佳在模具上加熱2D玻璃片以使得對應於模具之2D區域的2D玻璃片之第一部分之溫度處於第一溫度，對應於模具之3D區域的2D玻璃片之第二部分之溫度高於第一溫度，且模具之溫度低於第一溫度。
在一實施例中，該方法進一步包含以下步驟：在施加加壓氣體步驟之前施加真空至2D玻璃片之第二表面以使2D玻璃片部分符合模具表面。
在一實施例中，該方法進一步包括以下步驟：在低於第二溫度之第四溫度下藉由施加加壓氣體至3D玻璃製品冷卻3D玻璃製品。
在一實施例中，在冷卻3D玻璃製品步驟期間，調整第四溫度以匹配模具之溫度。
在另一實施例中，該方法進一步包括以下步驟：冷卻3D玻璃製品及加工3D玻璃製品至最終尺寸、退火3D玻璃製品及藉由離子交換強化3D玻璃製品中之至少一者。
在本發明之另一態樣中，用於從2D玻璃片形成3D玻璃製品之設備包含：能夠支撐2D玻璃片之模具、導引加壓氣體朝向模具表面之構件及在鄰近模具處提供熱量之構件，該模具之模具表面之3D表面外形對應於3D玻璃製品之外形。
在一實施例中，模具表面界定模具穴且模具包括施加真空至模具穴或從模具穴排放氣體之一或更多埠。
在一實施例中，導引加壓氣體之構件包含具有充氣部之罩帽。充氣部具有充氣腔室及氣體格柵，充氣腔室用於接收加壓氣體，氣體格柵經安裝鄰接於充氣腔室以用於導引充氣腔室中之加壓氣體朝向模具表面。
在一實施例中，配置且定位氣體格柵以跨越模具表面 均勻地分佈加壓氣體。
在一實施例中，配置且定位氣體格柵以跨越模具表面有差別地分佈加壓氣體。
在一實施例中，導引加壓氣體之構件進一步包括在罩帽與模具之間的可密封壓力腔室。
應理解，以上一般描述及以下詳細描述兩者皆為本發明之實例且意欲提供概述或框架以用於理解如本發明所主張的本發明之本質及特性。茲包括隨附圖式以提供本發明之進一步理解，且將該等隨附圖式併入本說明書且構成本說明書之一部分。圖式圖示本發明之各種實施例且連同描述一起用作說明本發明之原理及操作。
在隨後之詳細描述中將闡述本發明之額外特徵結構及優點，且對於熟習此項技術者而言，該等額外特徵結構及優點從彼描述中將部分地為顯而易見或藉由實踐本文所述之本發明來認識到。
本發明涉及使用熱加壓氣體從2D玻璃片形成3D玻璃製品。熱加壓氣體用來施加壓力至2D玻璃片以使2D玻璃片完全符合模具之3D表面，從而形成3D玻璃製品。可均勻地施加熱加壓氣體至玻璃或可有差別地施加，例如僅施加或以較大濃度施加至需要高形成壓力之玻璃區域，諸如將包括彎曲、轉角及曲線之玻璃區域。一般而言，形成3D玻璃製品之製程包括以下步步驟：置放2D 玻璃片於模具上、預熱2D玻璃片及模具至玻璃黏度在107泊與1011泊之間的溫度、施加真空以部分地形成3D形狀且密封玻璃至模具、施加熱加壓氣體以完成3D形狀形成，及冷卻玻璃，同時控制玻璃中之熱梯度以最小化玻璃中之失真。
第2A圖圖示根據如上所述之製程從2D玻璃片204形成3D玻璃製品之設備200。設備200包括具有模具表面206之模具202。模具表面206具有3D表面外形，該3D表面外形對應於欲形成之3D玻璃製品之3D形狀。模具表面206為凹形且界定模具穴207。將2D玻璃片204置放於模具202上能夠下垂進入模具穴207或與模具表面206相抵之位置。在模具202中提供埠或孔208。埠208從模具202之外部行進至模具表面206。在一實施例中，埠208位於模具表面206之轉角處。在替代實施例中，埠208可位於模具表面206之轉角及底部處或恰好處於模具表面206之底部。隨後將描述埠208僅位於模具表面206之轉角的優點。埠208可充當真空埠以施加真空至模具穴207，或充當排放埠以抽取截留在模具穴207中之氣體。可於模具202上提供對準銷210以輔助將2D玻璃片204與模具穴207對準。
模具202由可耐高溫材料製得，諸如當從2D玻璃片形成3D玻璃製品時將遇到之高溫。模具材料可為在形成條件下不會與玻璃起反應(或不黏住玻璃)之一種材料，或可用在形成條件不會與玻璃起反應(或不黏住玻 璃)之塗覆材料塗覆模具表面206。在一實施例中，模具202由諸如石墨之非反應性碳材料製得，且當模具表面206與玻璃接觸時，高度磨光模具表面206以避免引起玻璃中之缺陷。在另一實施例中，模具202由諸如碳化矽、碳化鎢及氮化矽之緻密陶瓷材料製得，且以諸如石墨之非反應性碳材料塗覆模具表面206。在另一實施例中，模具202由諸如英高鎳合金718(Inconel 718)、鎳鉻合金之超合金製得，且以諸如氮化鈦鋁之硬陶瓷材料塗覆模具表面206。在一實施例中，有或無塗覆材料之模具表面206具有Ra<10 nm之表面粗糙度。將碳材料用於模具202或將碳塗覆材料用於模具表面206將要求在惰性氣體環境中執行3D玻璃製品之形成。
將罩帽212安裝於模具202之頂部。罩帽212具有充氣部216。當將罩帽212安裝於如圖示模具202之頂部時，在模具202與充氣部216之間形成壓力腔室218。充氣部216包括充氣腔室220，該充氣腔室220經由導管222連接至熱加壓氣體221之源(未圖示該源)。氣體較佳地為諸如氮之惰性氣體。充氣部216包括氣體格柵224，將該氣體格柵224安裝在充氣腔室220下麵且定位在模具202之上。氣體格柵224為多孔板且包括孔，經由該等孔可將充氣腔室220中之氣體導引入壓力腔室218且朝向模具表面206。罩帽212及氣體格柵224的製成材料應在將2D玻璃片204重形成為3D玻璃製品之條件下不會產生污染物。罩帽212及氣體格柵224可由與 模具202相同之材料製得，不同之處在於由於在玻璃片之重形成期間玻璃片將不與罩帽212及氣體格柵224之表面接觸，故欲高度磨光之罩帽212及氣體格柵224之表面不必要為該相同材料。
在一個實施例中，在經由充氣部216遞送熱加壓氣體221至壓力腔室218中之前，密封在罩帽212與模具202之間的壓力腔室218。可藉由施加力F至罩帽212來密封壓力腔室218，以使得罩帽212對模具202之頂部施壓。撞鎚或能夠施加力之其他裝置可用於此目的。為將壓力腔室218維持於密封條件下，歸因於應用力F之施加之密封壓力應大於遞送入壓力腔室218之熱加壓氣體221之壓力。
在第2A圖中，氣體格柵224佔用充氣腔室220之整個底部且導引熱加壓氣體跨越模具202上之2D玻璃片204之整個頂部表面234。若在氣體格柵224中孔之分佈及大小為均勻的，則將實質上均勻地導引熱加壓氣體221跨越2D玻璃片204之整個表面。第2B圖圖示替代佈置，其中氣體格柵228位於充氣腔室230之邊緣且允許有差別地施加熱加壓氣體221至2D玻璃片204之頂部表面234。氣體格柵228可為環形形狀。或者，可使用沿著充氣腔室230之邊緣佈置之複數個氣體格柵。在第2B圖圖示之佈置中，氣體格柵228將導引熱加壓氣體至2D玻璃片204之周邊。此周邊為需要高形成壓力之處，例如將形成彎曲、轉角或曲線之處。一般而言， 氣體格柵位於充氣部的位置將決定經由氣體格柵遞送之熱加壓氣體之聚集，且氣體格柵之位置以及氣體格柵中孔之大小及間隔可經調整適合於使用模具表面206欲形成之3D形狀。可將諸如第2B圖圖示之氣體格柵稱為定向氣體格柵，該氣體格柵導引熱加壓氣體至模具上之2D玻璃片之經選擇區域或導引熱加壓氣體有差別地跨越模具上之2D玻璃片。
在一實施例中，在遞送熱加壓氣體221進入壓力腔室218之前不密封壓力腔室218。將諸如第2B圖中之氣體格柵208之定向氣體格柵定位在離2D玻璃片204之小距離內。此小距離較佳地為小於5 mm。該小距離允許將經由定向氣體格柵施加之定向噴射約束至2D玻璃片204要求高壓形成之所要區域。高速定向噴射用來在2D玻璃片之所要區域產生點壓力或線壓力。因為在此情況下不密封壓力腔室218，故在壓力腔室218中不形成平衡壓力。因此，僅2D玻璃片204之所要區域將接收高速氣體噴射壓力。
在一實施例中將模具202置放於真空吸盤203上，如第2A圖圖示。在真空吸盤203下面佈置一或更多加熱器240以加熱模具202及置放於模具202上之2D玻璃片204。若不使用真空吸盤203，則可在模具202下面簡單地佈置一或更多加熱器240。在另一實施例中，可在壓力腔室218中佈置一或更多加熱器以加熱模具202及2D玻璃片204。壓力腔室218中之加熱器可為除佈置在 模具202或真空吸盤203下麵之加熱器240之外的加熱器或代替加熱器240。加熱器可為中紅外(mid-infrared；mid-IR)加熱器，諸如Hereaus Noblelight中紅外加熱器。Mid-IR加熱器可用來較佳地加熱模具202上之2D玻璃片204，以使得在重形成2D玻璃片204成為3D玻璃製品之前及在重形成的同時，模具202與玻璃相比處於較低溫度，例如低100℃至200℃。亦可使用除mid-IR加熱器以外之其他類型加熱器，諸如電阻式加熱器。
在一實施例中，2D玻璃片204為薄的，例如具有從0.3 mm至1.5 mm範圍內之厚度。在一實施例中，2D玻璃片204為可離子交換玻璃。可離子交換玻璃為具有小鹼離子之含鹼玻璃，該等小鹼離子為諸如Li+、Na+或以上兩者。在離子交換製程期間，該等小鹼離子可交換為諸如K+之較大鹼離子。適當可離子交換含鹼玻璃之實例為鹼鋁矽酸鹽玻璃。在美國專利第7,666,511號(Ellison等人；2010年2月23日)及美國專利申請案公開案第US 2009/0142568 A1號(Dejneka等人；2009年6月4日)、第US 2009/0215607號(Dejneka等人；2009年8月27日)、第US 2009/0220761號(Dejneka等人；2009年9月3日)及第US 2010/0035038A1號(Barefoot等人；2010年2月11日)中描述該等玻璃之實例。可以相對低溫離子交換該等鹼鋁矽酸鹽玻璃且可離子交換該等鹼鋁矽酸玻璃至至少30微米之深度。適當可離子交換玻璃之適當實例為GORILLA玻璃，該GORILLA玻璃可 根據代碼2317購自紐約Corning Incorporated。在例如美國專利第5,674,790號(Araujo；1997年10月7日)中描述藉由離子交換強化玻璃之製程。
為形成3D玻璃製品，將2D玻璃片204置放於如第2A圖圖示之模具202上。對準銷210可用來精確定置2D玻璃片204於模具202上。在將2D玻璃片204置放於模具202之後，加熱2D玻璃片204及模具202。在一實施例中，至少加熱2D玻璃片204至對應於107泊至1011泊範圍內之玻璃黏度之溫度範圍內之形成溫度。在一實施例中，加熱2D玻璃片204及模具202，以使得在2D玻璃片204開始形成為3D玻璃製品時，2D玻璃片204及模具202兩者皆處於相同溫度。對於此類型加熱，模具202可由諸如石墨之非反應性碳材料製得或由塗有碳塗覆材料之緻密陶瓷材料製得。該加熱需要在惰性氣體環境中發生。在另一實施例中，較佳地在該2D玻璃片204在模具202上時加熱2D玻璃片204，以使得模具202之溫度低於2D玻璃片204之溫度，例如模具202之溫度可為比2D玻璃片204之溫度低100℃至200℃。mid-IR加熱器可用於此較佳加熱。對於此較佳加熱，模具202可由具有硬陶瓷塗層之超合金製得。利用此材料，較佳加熱可發生在非惰性氣體環境中。
在加熱2D玻璃片204及模具202之後，施加真空至模具穴207以抽拉與模具表面206相抵的2D玻璃片之底部表面232且密封玻璃至模具表面206。在施加真空 之前，由於重力，2D玻璃片204可能已開始與模具表面206相抵下垂。在一實施例中，可在2 in-Hg至10 in-Hg之範圍內施加真空。經由充氣部216及壓力腔室218施加熱加壓氣體221至部分成型之2D玻璃片204之頂部表面234。熱加壓氣體221提供需要之壓力以使2D玻璃片204完全符合模具表面206，從而完整地形成3D玻璃製品。熱加壓氣體之溫度處於先前提及之對應於107泊至1011泊之玻璃黏度範圍之溫度範圍內。熱加壓氣體之溫度可與2D玻璃片之溫度相同或不同。在一實施例中，熱加壓氣體之溫度處於80℃之2D玻璃片之溫度內。熱加壓氣體之溫度可與2D玻璃片之溫度相同，或高於或低於2D玻璃片之溫度。可在高於2D玻璃片溫度之溫度下有選擇地施加突發熱加壓氣體至2D玻璃片，如下文將進一步說明。可設計氣體格柵224以便定向施加突發熱加壓氣體，亦即，僅對需要突發加壓氣體之2D玻璃片區域處施加突發熱加壓氣體。第2C圖圖示藉由熱加壓氣體之壓力由2D玻璃片204形成之3D玻璃製品205。形成3D形狀所要求之典型氣體壓力可與在接觸形成中所使用之柱塞壓力相當。取決於形成之3D形狀及玻璃黏度，此壓力可在10 psi至20 psi之範圍內。舉例而言，由玻璃黏度為大約109泊之1.0 mm厚度玻璃形成具有半徑小於5 mm之彎曲的碟形將要求約20 psi。
已如上所述，在施加熱加壓氣體221至2D玻璃片204之前，可密封壓力腔室218。若藉由自模具202之傳導 及輻射加熱2D玻璃片204，則在加熱2D玻璃片204之前、加熱期間或加熱之後可密封壓力腔室218。或者，若欲密封壓力腔室218，則若使用輻射加熱器在模具202上直接加熱2D玻璃片204，則在加熱2D玻璃片204之後應密封壓力腔室218。在施加熱加壓氣體221至玻璃片之前幾秒鐘，可施加真空至模具穴207。可在施加熱加壓氣體221至玻璃片之整個持續時間之部分或貫穿整個持續時間維持真空，在此情況下，真空可幫助維持玻璃片在模具表面206上之位置，以使得正施加熱加壓氣體221時，玻璃片不移動。若開始之2D玻璃片204大於模具穴207以使得該開始之2D玻璃片204覆蓋模具穴207，則可將2D玻璃片形成為3D玻璃製品而不使用真空。當使用真空或不使用真空而形成3D玻璃製品時，模具202中之埠208用來排放截留在模具穴207中之氣體。
在形成3D玻璃製品205之後，熱加壓氣體221至壓力腔室218之流動停止或替換為較冷加壓氣體之流動。隨後，使用或不使用較冷加壓氣體冷卻3D玻璃製品205至低於玻璃之應變點。較冷加壓氣體可輔助於更快速冷卻3D玻璃製品205。在一實施例中，當在冷卻3D玻璃製品205中使用較冷加壓氣體時，較冷加壓氣體之溫度係選自對應於玻璃轉移溫度加或減10℃之溫度範圍。在另一實施例中，當在冷卻3D玻璃製品205中使用較冷加壓氣體時，在冷卻期間調整較冷加壓氣體之溫度以匹 配模具202之溫度。可藉由以諸如熱電偶之感測器監控模具202之溫度及使用感測器之輸出調整較冷加壓氣體之溫度達成此效果。較冷加壓氣體之壓力可小於熱加壓氣體之壓力或與熱加壓氣體之壓力相同。3D玻璃製品之冷卻使得最小化跨越玻璃製品之厚度、沿著玻璃製品之長度及沿著玻璃製品之寬度的溫度差(△T)。較佳地，跨越玻璃製品之厚度及沿著玻璃製品之長度及寬度的△T小於10℃。在冷卻期間△T愈低，玻璃製品中之應力愈低。若冷卻期間在玻璃製品中產生高應力，則玻璃製品將回應於該應力而產生翹曲。因此，在冷卻期間避免在玻璃製品中產生高應力為合乎需要的。藉由在3D玻璃製品205兩側施加溫度受控之氣流可以對流方式冷卻3D玻璃製品205。如上所述，經由充氣部216及壓力腔室218可施加較冷加壓氣體至3D玻璃製品205之頂部表面236，且經由模具202中之埠208可施加溫度受控之氣流至3D玻璃製品205之底部表面238，溫度受控之氣流可具有類似於較冷加壓氣體之特性。經由埠208供應之氣體壓力可使得淨力產生而在冷卻期間從模具202舉升3D玻璃製品205。由於模具202具有比玻璃更大熱 量，模具202以比玻璃更緩慢之速率冷卻。模具202之此緩慢冷卻可跨越玻璃之厚度產生大△T。冷卻期間從模具202舉升玻璃幫助避免此大△T。
冷卻後可退火3D玻璃製品205，且退火3D玻璃製品205後可為涉及3D玻璃製品205之離子交換製程。在形成3D玻璃製品中使用之2D玻璃片204可為過大的片，在形成為3D玻璃製品205之後將該過大的片加工至最終尺寸。在此情況下，在離子交換製程之前可執行加工。第3A圖圖示由過大的玻璃片302形成之3D玻璃製品300之實例。將需要從過大的玻璃片中擷取之3D玻璃製品300且隨後藉由適當加工製程修整3D玻璃製品300的邊緣。或者，2D玻璃片204可為加工之2D預製件，該預製件需要精確對準在模具202上且在形成為3D玻璃製品之後將不加工該預製件。加工預製件將已邊緣輪廓化且邊緣修整成形成3D玻璃製品所需要之精確形狀及大小。第3B圖圖示由加工之預製件形成的3D玻璃製品304之實例。3D玻璃製品304不要求額外邊緣修整。
以例如109泊至1011泊之高玻璃黏度可形成平緩輪廓，同時大角度彎曲(tight bend)及尖銳轉角要求例如在107泊與108.2泊之間的更低黏度。更低黏度允許玻璃 更好地符合模具。然而，以低黏度達成良好玻璃表面漂亮外觀是有挑戰性的，因為此操作更易於在玻璃表面上印記缺陷。於低黏度之形成可引起玻璃再沸，此舉產生橘皮狀表面。以較低玻璃黏度在玻璃上容易印上模具表面上之真空或排放埠。另一方面，則更易於以高玻璃黏度達成良好表面漂亮外觀。因此，為在3D玻璃製品中達成良好玻璃表面漂亮外觀及緊密尺寸公差兩者，將必須最佳化藉由熱加壓氣體施加至玻璃之壓力、玻璃黏度及施加熱加壓氣體之壓力至玻璃之位置。對於獲得緊密尺寸公差同時維持良好玻璃表面漂亮外觀存在若干選擇。
一選擇為在模具中使用輪廓校正。舉例而言，對於形成具有大角度彎曲之3D形狀，可設計模具之壁具有比最終形狀更大角度彎曲半徑及更陡峭之側壁切線角。舉例而言，若欲形成之碟形之側壁切線角為60°，且若維持良好玻璃表面漂亮外觀要求以9.5 P之對數黏度形成碟形，則形成製程可產生具有46°側壁切線角之碟形，亦即，若不校正模具輪廓，則比所要角度小14°。為增加側壁切線角，不降低玻璃黏度，可補償模具輪廓以藉由在理想形狀與形成製品上量測角度之間的差異增加側壁切線角。上述實例中，經補償之模具將具有74°之側壁切線角。做此輪廓校正且達成具有均勻厚度之玻璃製品為有可能的，因為由於藉由熱加壓氣體正提供形成形狀所需要之壓力，故在柱塞與模具之間不存在需擔心之間 隙。
另一選擇為在模具上使用高磨光度，該高磨光度將允許降低玻璃黏度而不在玻璃表面上產生缺陷。可使模具表面具有Ra<10 nm之表面粗糙度且可使模具表面為非黏性或非反應性的。舉例而言，在模具表面上可使用玻璃狀石墨塗層。同樣，可將真空或排放埠(第2A圖中之218)僅置放於模具之轉角，亦即，在壓力形成期間玻璃將持續接觸模具的位置。
另一選擇為使用諸如第2B圖圖示之定向充氣部，在該定向充氣部導引熱氣體之壓力朝向玻璃之複雜區域，例如包括彎曲或轉角之區域。在比玻璃溫度大20℃至50℃之溫度下可施加加壓氣體突發作為定向噴氣以在複雜區域中較佳地升高玻璃溫度且降低玻璃黏度。
另一選擇為使用冷模具/熱玻璃佈置，此時模具溫度比正形成之玻璃低100℃至200℃。
又一選擇為在玻璃片之3D區域(亦即，欲形成為3D形狀之區域，該區域包括彎曲、轉角及曲線之任何組合)上使用小加熱器。舉例而言，可加熱3D區域中之玻璃至比玻璃片之2D區域(亦即，不會形成為3D形狀之餘留區域)中之玻璃高10℃至30℃。此操作可與如上所述之定向噴射組合使用。
另一選擇為在模具中具有加熱器以加熱模具之3D區域(亦即，欲在形成玻璃片之3D區域中使用之區域)至高於模具之2D區域之溫度的溫度。可加熱模具之3D 區域至超過模具之2D區域(或平坦區域)之溫度10℃至30℃的溫度。此操作可與如上所述之定向噴射組合使用。
另一選擇為在玻璃片之3D區域之上及附近具有輻射加熱器以施加輻射加熱至玻璃片之3D區域，因此較佳地軟化需要製成3D形狀之玻璃片之小區域，同時維持玻璃片之2D區域溫度相對較低。保持2D區域比3D區域溫度較低允許維持2D區域中之初始表面光潔度。
第4圖圖示從2D玻璃片形成3D玻璃製品之連續系統400。系統400包括形成台402。形成台402包括設備200(在第2A圖至第2C圖中)。系統400包括形成台402之上游的預熱台404。在預熱台404上預熱運送2D玻璃片204之模具202。在傳送帶406上沿著預熱台404傳輸模具202至形成台402。預熱台404包括用於加熱由模具202運送之2D玻璃片204之加熱器408。如上所述，加熱器408可為mid-IR加熱器或能夠遞送熱量至2D玻璃片及模具202之其他類型加熱器。系統400包括形成台402之下游的冷卻台410。將在形成台402處形成之3D玻璃製品205運送至冷卻台410且允許將3D玻璃製品205冷卻至可從模具中移除該等3D玻璃製品而無形狀失真(亦即，玻璃溫度低於玻璃之轉移溫度)之溫度。在冷卻台410中可施加主動冷卻至模具以便藉由熱傳遞流體或氣體從底部冷卻模具，此舉允許模具溫度匹配在玻璃之上的空氣溫度以最小化跨越玻璃厚度之 △T。3D玻璃製品205之初始冷卻亦可發生在形成台402 處。在傳送帶412上沿著冷卻台410傳輸模具202。系統400亦可包括冷卻台410之下游的退火台414。退火台414可包括熱空氣軸承416，且藉由在熱空氣軸承416上之浮動可退火3D玻璃製品。拾取裝置用來從模具202中拾取3D玻璃製品205且置放3D玻璃製品205於熱空氣軸承416上。
儘管已相對於有限數目之實施例描述本發明，但從本揭示案獲益之熟習此項技術者將瞭解，可設計其他實施例而不脫離本文所揭示之本發明之範疇。因此，本發明之範疇將僅由隨附申請專利範圍限制。
100‧‧‧柱塞表面
102‧‧‧模具表面
103‧‧‧非均勻間隙
105‧‧‧非均勻間隙
200‧‧‧設備
202‧‧‧模具
203‧‧‧真空吸盤
204‧‧‧2D玻璃片
205‧‧‧3D玻璃製品
206‧‧‧模具表面
207‧‧‧模具穴
208‧‧‧埠或孔
210‧‧‧對準銷
212‧‧‧罩帽
216‧‧‧充氣部
218‧‧‧壓力腔室
220‧‧‧充氣腔室
221‧‧‧熱加壓氣體
222‧‧‧導管
224‧‧‧氣體格柵
228‧‧‧氣體格柵
230‧‧‧充氣腔室
232‧‧‧底部表面
234‧‧‧頂部表面
236‧‧‧頂部表面
238‧‧‧底部表面
240‧‧‧加熱器
300‧‧‧3D玻璃製品
302‧‧‧玻璃片
304‧‧‧3D玻璃製品
400‧‧‧連續系統
402‧‧‧形成台
404‧‧‧預熱台
406‧‧‧傳送帶
408‧‧‧加熱器
410‧‧‧冷卻台
412‧‧‧傳送帶
414‧‧‧退火台
416‧‧‧熱空氣軸承
以下是隨附圖式中圖式之描述。該等圖式不必要按比例製得，且為了清晰度及簡潔性，可按比例或在示意圖中放大圖示某些特徵結構及圖式之某些視圖。
第1A圖為在柱塞與模具之間的均勻間隙之示意圖。
第1B圖為在柱塞與模具之間的非均勻間隙之示意圖。
第1C圖為在柱塞與模具之間的非均勻間隙之示意圖。
第2A圖為從2D玻璃片形成3D玻璃製品的設備之橫截面。
第2B圖為從2D玻璃片形成3D玻璃製品的設備之橫截面。
第2C圖為從2D玻璃片形成3D玻璃製品的設備之橫截面。
第3A圖為由過大2D玻璃片形成之3D玻璃製品之透視圖。
第3B圖為由加工之2D預製件形成之3D玻璃製品之透視圖。
第4圖為從2D玻璃片形成3D玻璃製品之連續系統之示意圖。
200‧‧‧設備
202‧‧‧模具
203‧‧‧真空吸盤
204‧‧‧2D玻璃片
206‧‧‧模具表面
207‧‧‧模具穴
208‧‧‧埠或孔
210‧‧‧對準銷
212‧‧‧罩帽
216‧‧‧充氣部
218‧‧‧壓力腔室
220‧‧‧充氣腔室
221‧‧‧熱加壓氣體
222‧‧‧導管
224‧‧‧氣體格柵
232‧‧‧底部表面
234‧‧‧頂部表面
240‧‧‧加熱器

Claims (14)

  1. 一種從一2D玻璃片形成一3D玻璃製品之方法，該方法包含以下步驟：(a)置放該2D玻璃片於一模具上，該模具之一模具表面的一3D表面外形對應於該3D玻璃製品之外形；(b)加熱該2D玻璃片至一溫度範圍內之一第一溫度，該溫度範圍對應於107泊至1011泊之一玻璃黏度；(c)施加加熱至該溫度範圍內之一第二溫度之一加壓氣體至該2D玻璃片之一第一表面，以使該2D玻璃片符合該模具表面且形成該3D玻璃製品，其中在步驟(c)中，有差別地施加該加壓氣體至該2D玻璃片之該第一表面；以及(d)在步驟(c)之前或與步驟(c)之至少一部分同時，施加真空至該2D玻璃片之一第二表面，以抽拉與該模具表面相抵的該2D玻璃片之該第二表面且將該玻璃密封至該模具表面，以使該2D玻璃片符合該模具表面。
  2. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：(e)提供該模具；以及(f)施加一輪廓校正至該模具表面，以補償在形成該3D玻璃製品之一部分中之一潛在誤差。
  3. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟： (g)在步驟(c)期間，在大於該第一溫度之一第三溫度下施加突發加壓氣體至該2D玻璃片之一經選擇區域。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該加壓氣體之一壓力處於從10psi至20psi之一範圍內。
  5. 如請求項1所述之方法，其中在步驟(c)中，經由一密封壓力腔室施加該加壓氣體，且選擇該密封壓力腔室之一密封壓力為大於該加壓氣體之一壓力，或經由一非密封壓力腔室施加該加壓氣體。
  6. 如請求項1所述之方法，其中在步驟(b)中，在該模具上較佳地加熱該2D玻璃片，以使得該模具之一溫度低於該第一溫度。
  7. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：(h)在低於該第二溫度之一第四溫度下藉由施加一加壓氣體至該3D玻璃製品冷卻該3D玻璃製品。
  8. 如請求項7所述之方法，其中在步驟(h)期間，調整該第四溫度以匹配該模具之一溫度。
  9. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：(i)冷卻該3D玻璃製品；以及 (j)加工該3D玻璃製品至一最終尺寸、退火該3D玻璃製品及藉由離子交換強化該3D玻璃製品中之至少一者。
  10. 一種從一2D玻璃片形成一3D玻璃製品之方法，該方法包含以下步驟：(a)置放該2D玻璃片於一模具上，該模具之一模具表面的一3D表面外形對應於該3D玻璃製品之外形；(b)加熱該2D玻璃片至一溫度範圍內之一第一溫度，該溫度範圍對應於107泊至1011泊之一玻璃黏度；(c)施加加熱至該溫度範圍內之一第二溫度之一加壓氣體至該2D玻璃片之一第一表面，以使該2D玻璃片符合該模具表面且形成該3D玻璃製品；以及(d)在步驟(c)之前或與步驟(c)之至少一部分同時，施加真空至該2D玻璃片之一第二表面，以抽拉與該模具表面相抵的該2D玻璃片之該第二表面且將該玻璃密封至該模具表面，以使該2D玻璃片符合該模具表面；其中在步驟(b)中，該模具表面具有一2D區域及一3D區域，且較佳在該模具上加熱該2D玻璃片，以使得(i)對應於該模具之該2D區域的該2D玻璃片之一第一部分之一溫度處於該第一溫度，(ii)對應於該模具表面之該3D區域的該2D玻璃片之一第二部分之一溫度高於該第一溫度，且(iii)該模具之一溫度低於該第一溫度。
  11. 如請求項10所述之方法，該方法進一步包含以下步驟： 在步驟(c)之前，施加真空至該2D玻璃片之一第二表面，以使該2D玻璃片部分符合該模具表面。
  12. 如請求項10所述之方法，其中在步驟(c)中，均勻地施加該加壓氣體至該2D玻璃片之該第一表面。
  13. 一種用於從一2D玻璃片形成一3D玻璃製品之設備，該設備包含：一模具，該模具能夠支撐該2D玻璃片，該模具之一模具表面之一3D表面外形對應於該3D玻璃製品之外形，其中該模具表面界定一模具穴，且其中該模具包含用於施加真空至該模具穴或從該模具穴排放氣體之一或更多個埠，以抽拉與該模具表面相抵的該2D玻璃片之一表面且將該玻璃密封至該模具表面，以使該2D玻璃片符合該模具表面；導引一加壓氣體朝向該模具表面之構件；以及在鄰近該模具處提供熱量之構件；其中導引一加壓氣體之該構件包含：具有一充氣部之一罩帽，該充氣部具有一充氣腔室及一氣體格柵，該充氣腔室用於接收該加壓氣體，該氣體格柵經安裝鄰接於該充氣腔室以用於導引該充氣腔室中之該加壓氣體朝向該模具表面；及其中配置且定位該氣體格柵以跨越該模具表面有差別地分佈該加壓氣體。
  14. 如請求項13所述之設備，其中導引一加壓氣體之該構件進一步包含在該罩帽與該模具之間的一可密封壓力腔室。
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