TWI546176B - Method of manufacturing fast molds - Google Patents

Description

快速模具的製造方法

本發明是有關於一種快速模具的製造方法，特別是指一種高精密度的快速模具的製造方法。

快速模具(rapid tooling，簡稱為RT)是目前常用於縮短產品研發時間及節省開發費用的模造技術，其可將快速原型技術(rapid prototyping)製作出的原型工件進行小量生產，以驗證該原型工件的產品性能及市場反應。

參閱圖1(A)至圖1(I)，為現有的快速模具的製作流程。參照圖1(A)，首先，將一原型工件91裝設在一用於製作模具的模框92中。該原型工件91係一微型機構，且表面形成多個微小的原型結構911。舉例來說，原型工件91可以是一個直徑數毫米(mm)的微型齒輪，且其表面形成多個微米(μm)等級的原型結構911。

參照圖1(B)與圖1(C)，將原型工件91以其原型結構911朝上的方向裝設於模框92後，接著將可固化的塑性材料(例如為矽膠)填充於模框92中，並將該塑性材料固化成型，即可製成一第一翻製模具93。根據上述加工步驟的特性，該第一翻製模具93會在固化成型之後，形成多個形狀互補於原型工件91之原型結構911的第一翻製結構 931。

參照圖1(C)至圖1(F)，接著，要依據第一翻製模具93製作一第二翻製模具95。首先，將第一翻製模具93、原型工件91依序從模框92中取出並將兩者分離，然後將第一翻製模具93以其第一翻製結構931朝上的方向裝設於模框92中。隨後，在第一翻製模具93的第一翻製結構931的表面塗佈一層離型層94，然後再以類似前述灌膠(矽膠)成型的方式製作出第二翻製模具95。據此，該第二翻製模具95表面的第二翻製結構951會大致互補於第一翻製模具93的第一翻製結構931。最後，將第一翻製模具93、第二翻製模具95自模框92中移出，然後將兩者分離，即完成第二翻製模具95的製作。

參照圖1(G)與圖1(H)，完成上述第二翻製模具95的製作步驟後，可將第二翻製模具95以其第二翻製結構951向上的方向裝設於模框92中，再填入具可塑性的金屬樹脂(混有金屬粉末的樹脂)，並將該金屬樹脂固化成型，即完成一快速模具96的製作。類似地，該快速模具96的表面會形成互補於第二翻製模具95之第二翻製結構951的壓印結構961。

參照圖1(I)，完成上述快速模具96的製作流程後，可使用該快速模具96進行熱壓印製程，而製出一表面結構互補於第二翻製結構951的複製工件97。理想上，該複製工件97的尺寸及表面結構應該完全相同於最初的原型工件91。但在製作第二翻製模具95的過程中，由於第一翻 製模具93的表面必須塗佈一層離型層94以避免相同材質(矽膠)的第一翻製模具93、第二翻製模具95無法分離，而該離型層94的厚度至少會有數微米(例如3微米以上)。因此，在第一翻製結構931、第二翻製結構951的尺寸均為微米等級的情況下，該離型層94會嚴重影響第二翻製結構951的尺寸精度，並進一步影響快速模具96的壓印結構961的精確性，而導致快速模具96翻製出的複製工件97於尺寸、精度均產生不可忽略的製作誤差。

因此，本發明之目的，即在提供一種可增進快速模具之尺寸精度的製造方法。

於是，本發明提出一種快速模具的製造方法。該快速模具用於製作一原型工件的一複製工件，該原型工件的表面形成至少一個原型結構。本發明的製造方法包含以下步驟：(A)製備一模框，該模框具有一向外開放的加工槽。(B)裝設該原型工件於該模框的加工槽中，並使該原型工件的原型結構向外開放。隨後，灌注一不鏈結於該原型工件的第一膠體於該模框的加工槽中，並使該第一膠體固化成型為一第一翻製模具，該第一翻製模具的表面係形成至少一個互補於該原型結構的第一翻製結構。(C)將該第一翻製模具與該原型工件從該模框中移出，並將該第一翻製模具與該原型工件分離。接著，裝設該第一翻製模具於該模框的加工槽中，並使該第一翻製模具的第一翻製結構向 外開放。隨後，灌注一不鏈結於該第一翻製模具的第二膠體於該模框的加工槽中，並使該第二膠體固化成型為一第二翻製模具，該第二翻製模具的表面係形成至少一個互補於該第一翻製結構的第二翻製結構。(D)將該第一翻製模具與該第二翻製模具從該模框中移出，並將該第一翻製模具與該第二翻製模具分離。接著，裝設該第二翻製模具於該模框的加工槽中，並使該第二翻製模具的第二翻製結構向外開放。隨後，灌注一不鏈結於該第二翻製模具的第三膠體於該模框的加工槽中，並使該第三膠體固化成型為一快速模具，該快速模具的表面係形成至少一個互補於該第二翻製結構的壓印結構。

在一實施態樣中，於該步驟(D)之後還包含一步驟(E)：將該第二翻製模具與該快速模具從該模框中移出，並將該第二翻製模具與該快速模具分離。

在一實施態樣中，該第一膠體與該第二膠體其中之一為矽膠，且該第一膠體與該第二膠體其中另一為橡膠。

較佳地，該第一膠體為矽膠，該第二膠體為橡膠。

在一實施態樣中，該第三膠體為包含金屬粉末的樹脂。

較佳地，該金屬粉末為鋁粉，且該樹脂為環氧樹脂。

更佳地，該第三膠體於樹脂中還包含矽粉、陶 瓷粉、氧化鈣或氧化鋯的至少其中之一。

在一實施態樣中，該模框包含一底板及至少一個可拆卸地裝設於該底板周緣的側框部，且該底板的表面係至少部分區域具有黏著性。於該步驟(B)該原型工件係黏著於該底板，並容置於該底板與該側框部配合界定的該加工槽中。

較佳地，該底板的主要材質為聚醯亞胺。

本發明之功效在於：於製作過程中，由第二膠體(例如為橡膠)製成的第二翻製模具不會鍵結於由第一膠體(例如為矽膠)製成的第一翻製模具，兩者之間易於離型、分離，而不需塗佈離型層。因此，在原型工件及其原型結構為微型機構的情況下，不塗佈離型層可有效提升第二翻製模具與快速模具的尺寸精度，而使快速模具製出的複製工件與最初的原型工件的尺寸精度相互吻合。

1‧‧‧原型工件

11‧‧‧頂面

111‧‧‧原型結構

12‧‧‧底面

2‧‧‧模框

21‧‧‧底板

22‧‧‧側框部

23、23’、23”‧‧‧加工槽

3‧‧‧第一膠體

4‧‧‧第一翻製模具

41‧‧‧頂面

411‧‧‧第一翻製結構

42‧‧‧底面

5‧‧‧第二膠體

6‧‧‧第二翻製模具

61‧‧‧頂面

611‧‧‧第二翻製結構

62‧‧‧底面

7‧‧‧第三膠體

8‧‧‧快速模具

81‧‧‧頂面

811‧‧‧壓印結構

82‧‧‧底面

9‧‧‧複製工件

S1至S7‧‧‧流程步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的較佳實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1(A)至圖1(I)是製程示意圖，說明先前技術的快速模具的製作過程；圖2是一流程圖，說明本發明快速模具的製造方法的一較佳實施例；圖3(A)至圖3(H)是製程示意圖，說明本發明的快速模具的製作過程。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。

參閱圖2，為本發明快速模具的製造方法的較佳實施例。以下配合圖2、圖3(A)至圖3(H)的相關圖式，詳細說明該快速模具的製作流程。

步驟S1：參閱圖3(A)，首先，必須預先製備一原型工件1及一用於模具加工製作的模框2。

本實施例中，原型工件1係一微型機構，其尺寸例如為數毫米，且包含位於相反側的一頂面11及一底面12，並於其頂面11形成多個微型(例如微米等級)的原型結構111。但視狀況，原型工件1的原型結構111也能形成於其側面，或同時分佈於頂面與側面，此亦為本發明能據以實施的實施態樣。

模框2包含一底板21及一個可拆卸地裝設於底板21周緣的側框部22，底板21與側框部22相互配合可界定出一向外開放的加工槽23。然而，在後續製作流程中，上述加工槽23也可由側框部22與各式模具相互配合而界定，因此會有不同的實施態樣。

此外，本實施例中，上述模框2的底板21的主要材質為聚醯亞胺(polyimide)，且表面至少部分區域具有黏著性，可供原型工件1黏著其上，以避免原型工件1於製作過程中發生滑動、偏移的問題。因此，本步驟S1裝設 原型工件1於模框2的加工槽23時，是將原型工件1的底面12黏著於模框2的底板21上，並使位於原型工件1之頂面11的原型結構111向外開放，以便進行後續的製作流程。

步驟S2：參閱圖3(B)、圖3(C)，將原型工件1裝設於模框2後，即可灌注一不鏈結於原型工件1的第一膠體3於模框2的加工槽23中，並進一步將第一膠體3固化成型為一第一翻製模具4。此處，該第一膠體3的材質為矽膠，適用於製作高精度模具且易於與原型工件1分離，其經過固化製程處理後，即可形成第一翻製模具4。該第一翻製模具4包含位於相反側的一頂面41及一底面42，且其接觸於原型工件1的頂面41處，會對應形成互補於原型工件1之原型結構111的第一翻製結構411，而可作為模具製造過程中暫時使用的中介模具。

步驟S3、S4：參閱圖3(C)、圖3(D)及圖3(E)，完成第一翻製模具4的製作後，需先將第一翻製模具4與原型工件1從模框2中移出，並將第一翻製模具4與原型工件1分離。

接著，需將第一翻製模具4裝設於側框部22中，讓第一翻製模具4的底面42大致與側框部22的底端齊平，並讓第一翻製模具4的第一翻製結構411收容於側框部22之中並向外開放。據此，第一翻製模具4與側框部22可相互配合界定出一加工槽23’。

隨後，灌注一不鏈結於第一翻製模具4的第二 膠體5於加工槽23’中，並使第二膠體5固化成型為一第二翻製模具6。此處，第二膠體5的材質為橡膠，適用於製作高精度模具且易於與矽膠材質的第一翻製模具4分離，其經過固化製程處理後，即可形成第二翻製模具6。該第二翻製模具6包含位於相反側的一頂面61及一底面62，且其接觸於第一翻製模具4的頂面61處，會對應形成互補於第一翻製模具4之第一翻製結構411的第二翻製結構611，而可類似於第一翻製模具4，作為模具製造過程中暫時使用的中介模具。

步驟S5、S6：參閱圖3(E)、圖3(F)、圖3(G)與圖3(H)，完成第二翻製模具6的製作後，要先將第一翻製模具4與第二翻製模具6從側框部22中移出，並將第一翻製模具4與第二翻製模具6分離。

接著，需將第二翻製模具6裝設於側框部22中，讓第二翻製模具6的底面62大致與側框部22的底端齊平，並讓第二翻製模具6的第二翻製結構611收容於側框部22之中並向外開放。據此，第二翻製模具6與側框部22可相互配合界定出一加工槽23”。

隨後，灌注一不鏈結於第二翻製模具6的第三膠體7於加工槽23”中，並使第三膠體7固化成型為一快速模具8。此處，第三膠體7為金屬樹脂(即內含金屬粉末的樹脂)，適用於製作高精度模具且易於與橡膠材質的第二翻製模具6分離，其經過固化製程處理後，即可形成快速模具8。舉例來說，第三膠體7的樹脂部分可採用環氧樹脂 ，金屬粉末則為鋁粉，而且兩者的較佳比例為15%(環氧樹脂)：85%(鋁粉)。此外，該第三膠體7中還能進一步添加矽粉、陶瓷粉、氧化鈣或氧化鋯的至少其中之一，以增進快速模具8的結構強度。

由第三膠體7製成的快速模具8包含位於相反側的一頂面81及一底面82，且其接觸於第二翻製模具6的頂面81處，會對應形成互補於第二翻製模具6之第二翻製結構611的壓印結構811。壓印結構811除了互補於第二翻製模具6的第二翻製結構611之外，亦互補於原型工件1的原型結構111，所以使用快速模具8作為模造加工製程(例如熱壓印)中的模具，即可製出原型工件1的複製工件9。

完成上述快速模具8的灌膠與固化成型步驟後，可將快速模具8與第二翻製模具6從側框部22中移出，最後將兩者分離，即完成快速模具8的製造。

參閱圖3(H)，為原型工件1與透過快速模具8製出的複製工件9的比較示意圖。本發明的製造方法透過對第一翻製模具4、第二翻製模具6與快速模具8的材質選擇，於各式模具之間不需設置離型層，即可輕易地將模具相互分離。因此，本發明提出的快速模具8的製造方法可提升快速模具8的尺寸精度，避免離型層造成的尺寸精度誤差，適用於微型的原型工件1的翻製，而能提升複製工件9與原型工件1的尺寸精度吻合程度，故確實能達成本發明的目的。

但要特別說明的是，上述製造流程雖是以矽膠製作第一翻製模具4，並以橡膠製作第二翻製模具6，但本發明的製造方法也可以先使用橡膠製作第一翻製模具4，再以矽膠製作第二翻製模具6，此為可調整的技術手段，不以前述說明為限。且進一步來說，第一翻製模具4、第二翻製模具6的材質也不限於矽膠、橡膠兩種，只要適用於高精度模具製作且便於離型即可。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

S1至S7‧‧‧流程步驟

Claims (6)

1. 一種快速模具的製造方法，該快速模具用於製作一原型工件的一複製工件，該原型工件的表面形成至少一個原型結構，該製造方法包含以下步驟：(A)製備一模框，該模框具有一向外開放的加工槽；(B)裝設該原型工件於該模框的加工槽中，並使該原型工件的原型結構向外開放，隨後灌注一種材質為矽膠的第一膠體於該模框的加工槽中，並使該第一膠體固化成型為一第一翻製模具，該第一翻製模具的表面係形成至少一個互補於該原型結構的第一翻製結構；(C)將該第一翻製模具與該原型工件從該模框中移出，並將該第一翻製模具與該原型工件分離，接著裝設該第一翻製模具於該模框的加工槽中，並使該第一翻製模具的第一翻製結構向外開放，隨後灌注一種材質橡膠的第二膠體於該模框的加工槽中，並使該第二膠體固化成型為一不需設置離型層而易於與該第一翻製模具分離的第二翻製模具，該第二翻製模具的表面係形成至少一個互補於該第一翻製結構的第二翻製結構；及(D)將該第一翻製模具與該第二翻製模具從該模框中移出，並將該第一翻製模具與該第二翻製模具分離，接著裝設該第二翻製模具於該模框的加工槽中，並使該第二翻製模具的第二翻製結構向外開放，隨後灌注一種材質包含金屬粉末之樹脂的第三膠體於該模框的加工槽中，並使該第三膠體固化成型為一快速模具，該快速模 具的表面係形成至少一個互補於該第二翻製結構的壓印結構。
2. 如請求項1所述之快速模具的製造方法，其中，於該步驟(D)之後還包含一步驟(E)：將該第二翻製模具與該快速模具從該模框中移出，並將該第二翻製模具與該快速模具分離。
3. 如請求項1所述之快速模具的製造方法，其中，該金屬粉末為鋁粉，且該樹脂為環氧樹脂。
4. 如請求項1所述之快速模具的製造方法，其中，該第三膠體於樹脂中還包含矽粉、陶瓷粉、氧化鈣或氧化鋯的至少其中之一。
5. 如請求項1所述之快速模具的製造方法，其中，該模框包含一底板及至少一個可拆卸地裝設於該底板周緣的側框部，且該底板的表面係至少部分區域具有黏著性；於該步驟(B)該原型工件係黏著於該底板，並容置於該底板與該側框部配合界定的該加工槽中。
6. 如請求項5所述之快速模具的製造方法，其中，該底板的主要材質為聚醯亞胺。