TWI628061B - 具有冷卻水路的快速模具的製作方法 - Google Patents

Abstract

一種具有冷卻水路的快速模具的製作方法，包含冷卻水路製備步驟、定位步驟、澆注成型步驟，及移除步驟。冷卻水路製備步驟是提供具有輪廓的原型件，並以3D列印技術製備冷卻水路件。定位步驟將原型件及冷卻水路件相間隔地置於模框的容置空間。澆注成型步驟澆注複合材料覆蓋原型件的輪廓及冷卻水路件，形成模具半成品，冷卻水路件為包埋於該複合材料內，且至少一端部裸露於該複合材料外。移除步驟是將冷卻水路件由模具半成品中移除，形成冷卻水路，而得到具有冷卻水路的快速模具。

Description

具有冷卻水路的快速模具的製作方法

本發明是有關於一種模具的製作方法，特別是指一種具有冷卻水路的快速模具的製作方法。

習知使用一快速模具(rapid tooling)熱壓印一物件的過程中通常會產生高溫。由於快速模具常是由熱傳導係數差的金屬樹脂材料所構成，因此，於熱壓印實務上，會因快速模具的熱傳導不佳，導致冷卻時間冗長，造成大量生產物件的效能下降。

因此，為了改善前述方法的缺點，常見的作法是對快速模具進行鑽孔加工形成冷卻水路用以改善冷卻不佳的缺點，然而，當所欲熱壓印的物件具有較複雜的幾何形狀時，以鑽孔方式則難以對應物件的複雜幾何形狀製作出複雜的冷卻水路，而仍具有冷卻不佳的缺點。

另一種改善的方法，則是於製作快速模具的同時，以架設一導熱係數佳的銅管取代冷卻水路，從而製作出具有銅管的快速模具。然而，以具有銅管的快速模具進行多次的熱壓印後，會因 銅管與快速模具兩者間的導熱係數差異大，造成銅管與快速模具的接觸面產生間隙，而降低快速模具的冷卻效益。再者，若銅管欲根據具有複雜幾何形狀的物件進行設計時，其銅管的彎管作業費用昂貴且製作曠日費時。因此，如何快速製作成本低廉且具有冷卻水路的快速模具，是本領域技術人員所待解決的課題。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有冷卻水路的快速模具的製作方法。

於是，本發明具有冷卻水路的快速模具的製作方法，包含一冷卻水路製備步驟、一定位步驟、一澆注成型步驟，及一移除步驟。

該冷卻水路製備步驟是提供一具有一輪廓的原型件，並以3D列印技術製備一用於該原型件的一冷卻水路件。

該定位步驟是將該原型件及該冷卻水路件置於一模框的一容置空間中，並令該冷卻水路件與該原型件相間隔地設置。

該澆注成型步驟是澆注一複合材料於該容置空間中，令該複合材料覆蓋該原型件的輪廓及該冷卻水路件，形成一模具半成品，該模具半成品具有一與該原型件的輪廓形狀彼此對應的成型空間，該冷卻水路件為包埋於該複合材料內，且至少一端部裸露於該複合材料外。

該移除步驟是將該冷卻水路件由該模具半成品中移除，形成一冷卻水路，而得到一具有冷卻水路的快速模具。

本發明之功效在於，藉由3D列印技術能製作複雜的該冷卻水路件，並透過該定位步驟與該澆注成型步驟，形成該模具半成品後，再以該移除步驟移除該冷卻水路件，從而能以低成本且快速製作出具有複雜冷卻水路的快速模具。

21‧‧‧冷卻水路製備步驟

22‧‧‧定位步驟

23‧‧‧澆注成型步驟

24‧‧‧移除步驟

3‧‧‧原型件

4‧‧‧冷卻水路件

41‧‧‧端面

42‧‧‧翻製冷卻水路件

5‧‧‧模框

501‧‧‧容置空間

6‧‧‧複合材料

7‧‧‧模具半成品

701‧‧‧成型空間

8‧‧‧快速模具

801‧‧‧冷卻水路

9‧‧‧矽膠模具

901‧‧‧翻模空間

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一流程示意圖，說明本發明具有冷卻水路的快速模具的製作方法的一實施流程；圖2是一示意圖，說明本發明於一冷卻水路製備步驟提供的一原型件；圖3是一示意圖，輔助說明圖2的該冷卻水路製備步驟；圖4是一示意圖，說明本發明的一定位步驟；圖5是一示意圖，輔助說明圖4的該定位步驟；圖6是一部份剖面示意圖，說明本發明的一澆注成型步驟；圖7是一示意圖，說明本發明於該澆注成型步驟形成的一模具半成品； 圖8是一示意圖，說明本發明於執行該冷卻水路製備步驟、該定位步驟、該澆注成型步驟，及一移除步驟後所得的一快速模具；圖9是一示意圖，說明本發明對該冷卻水路件進行一翻模步驟。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明具有冷卻水路的快速模具的製作方法的一實施例，包含一冷卻水路製備步驟21、一定位步驟22、一澆注成型步驟23，及一移除步驟24。

配合地參閱圖2與圖3，首先進行該冷卻水路製備步驟21，是先準備一具有一輪廓的原型件3，並以3D列印技術製備一用於該原型件3的一冷卻水路件4。具體地說，先以一電腦裝置(圖未示)的繪圖軟體，根據該原型件3的輪廓與厚度設計出一3D的冷卻水路圖，再透過一快速成型裝置(圖未示)依據該冷卻水路圖列印成型出該冷卻水路件4。

詳細地說，本實施例除了能利用3D列印技術透過繪圖軟體根據該原型件3的複雜幾何形狀進行相對應的設計，而輕易的列印出複雜幾何形狀的冷卻水路件4，還能因應具有不同肉厚的原型件3列印出具有不同管徑大小的冷卻水路件4。更佳地，為了能節 省材料的使用及方便後續移除該冷卻水路件4，於列印該冷卻水路件4時，還能將該冷卻水路件4列印成空心管路，有關該冷卻水路件4的移除方式與步驟容後說明。此外，列印該冷卻水路件4的材料選用並無特別限制，較佳地，可選用如聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone，PVP)等可溶於水的水溶性高分子材料、或如聚乳酸(polylactide，PLA)、ABS樹脂等可溶於溶劑的高分子材料，或一如蠟等經高溫可由固態轉變為熔融態的塑型材料，於本實施例中，是選用蠟並搭配3D列印技術製備成該冷卻水路件4為例作說明。

配合地參閱圖4與圖5，於列印得到該冷卻水路件4後，接著進行該定位步驟22，將該原型件3置於一模框5的一容置空間501中，並將該冷卻水路件4與該原型件3相間隔地設置於該容置空間501中。要說明的是，該冷卻水路件4與該原型件3間隔設置的方式並無特別限定，於本實施例是將該冷卻水路件4固定於該模框5周圍從而讓該冷卻水路件4與該原型件3等距相間隔，有關該冷卻水路件4與該原型件3的距離設定可依實際需求自行改變且為所屬技術領域所周知，而非本發明之重點，於此不再多加贅述。

配合地參閱圖6與圖7，於定位完該冷卻水路件4與該原型件3之間的距離後，進行該澆注成型步驟23，將一複合材料6澆注於該容置空間501中，從而讓該複合材料6覆蓋該冷卻水路件4及 該原型件3的輪廓，並令該冷卻水路件4露出與外界接觸的兩個端面41，隨後以烘烤硬化該複合材料6並將該模框5去除而形成一如圖7所示的模具半成品7，其中，該模具半成品7具有一與該原型件3的輪廓彼此對應的成型空間701。詳細地說，於本實施例中，該複合材料6主要成分包括金屬樹脂及硬化劑。較佳地，本實施例是將金屬樹脂與硬化劑以一預定的重量比例混合後，採用真空澆注(vacuum casting)方式澆注於該容置空間中501而覆蓋該原型件3的輪廓及該冷卻水路件4。以真空澆注方式進行能使澆注過程中不易夾帶空氣，而能製作出品質澆高的該模具半成品7。而烘烤該複合材料6的程序則可視實際情況(例如配合該冷卻水路件4構成材料的融熔溫度)調整烘烤溫度及烘烤時段，於本實施例是以設定100℃烘烤一小時，再設定150℃烘烤兩小時為例作說明，隨後將其冷卻至室溫而得到該模具半成品7。

配合地參閱圖8，由於該模具半成品7內包埋有該冷卻水路件4(見圖7)，因此，藉由該移除步驟24將該冷卻水路件4由該模具半成品中移除，形成一冷卻水路801，而得到一具有冷卻水路的快速模具8。

具體地說，本實施例選用蠟來製備該冷卻水路件4，於該移除步驟24中，能輕易的使用熱水或高溫的水蒸汽對該模具半成品7加熱來移除該冷卻水路件4，從而形成該冷卻水路801。要說明 的是，當選用高分子作為材料製備成該冷卻水路件4時，於該移除步驟24中，則是以水或有機溶劑對該模具半成品7之該冷卻水路件4露出的端面41沖洗，從而移除該冷卻水路件4而形成該冷卻水路801。舉例來說，當該冷卻水路件4是使用如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶性高分子材料由3D列印成型時，於該移除步驟24中，可使用水來溶解移除該冷卻水路件4即可；而當該冷卻水路件4是使用ABS樹脂或聚乳酸(PLA)時，則須分別使用丙酮(acetone)與氯仿以沖洗方式來移除該冷卻水路件4。

此處值得一提的是，於該冷卻水路製備步驟21中，若以3D列印技術將該冷卻水路件4列印成空心管路時，無論是使用熱水、水蒸汽，或有機溶劑移除該冷卻水路件4時，均能更快速的將該冷卻水路件4從該模具半成品7中移除，而形成該冷卻水路801。

經實施前述步驟後，即可快速且以低成本的方式製備如圖8所示的該快速模具8，當要使用該快速模具8進行熱壓印時，即可利用該成型空間701對一熔融材料進行熱壓印，並配合於該冷卻水路801中通入冷卻液體，由於該冷卻水路801能配合該原型件3複雜的幾何形狀設計，因此能達到快速降溫而能有效提升量產效益。

配合地參閱圖9，此處要進一步說明的是，當製備該冷卻水路件4的材料是選用不易移除的材料時，則可進一步於該定位 步驟22之前執行一翻模步驟來製作以如蠟等易於移除材料所構成的冷卻水路件4。

詳細地說，當使用不易移除的材料透過3D列印製備成該冷卻水路件4後，即可使用矽膠與硬化劑混合而澆注該冷卻水路件4，並進行脫模固化，從而得到一具有該冷卻水路件4輪廓的翻模空間901的矽膠模具9，接著使用如蠟液等易於移除的材料澆柱於該翻模空間901中，並進行固化而將該矽澆模具9脫模，即可得到與該冷卻水路件4形狀輪廓相同，但是由易於移除的材料所構成的翻製冷卻水路件42。最後，再重覆前述的該定位步驟22、該澆注成型步驟23，及該移除步驟24即可得到該快速模具8。

綜上所述，本發明具有冷卻水路的快速模具的製作方法，藉由3D列印技術製備該冷卻水路4，並透過該定位步驟22與該澆注成型步驟23，形成該模具半成品7後，再以該移除步驟24移除該冷卻水路件4，以此製作方法能有效率的完成快速模具8的製作，且以3D列印技術能製作出根據該原型件3之複雜的幾何形狀的該冷卻水路件4，並可進一步的根據該原型件3的厚度而改變該冷卻水路件4的管徑大小，更可將該冷卻水路件4製備成空心管路以更容易地於該移除步驟24中移除，因此，本發明的製作方法不僅適用於針對具有複雜幾何形狀的原型件3，且與現有技術相較，更具有成本低廉的優點，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是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。

Claims (7)

1. 一種具有冷卻水路的快速模具的製作方法，包含：一冷卻水路製備步驟，提供一具有一輪廓的原型件，以一繪圖軟體根據該原型件的輪廓與厚度，設計一冷卻水路圖，並以一快速成型裝置之3D列印技術根據該冷卻水路圖製備一具有不同管徑並用於該原型件的冷卻水路件，且該冷卻水路件為空心管路；一定位步驟，將該原型件及該冷卻水路件置於一模框的一容置空間中，並令該冷卻水路件與該原型件相間隔地設置；一澆注成型步驟，澆注一複合材料於該容置空間中，令該複合材料覆蓋該原型件的輪廓及該冷卻水路件，形成一模具半成品，該模具半成品具有一與該原型件的輪廓形狀彼此對應的成型空間，該冷卻水路件為包埋於該複合材料內，且至少一端部裸露於該複合材料外；及一移除步驟，將該冷卻水路件由該模具半成品中移除，形成一冷卻水路，而得到一具有冷卻水路的快速模具。
2. 如請求項1所述的具有冷卻水路的快速模具的製作方法，其中，該冷卻水路製備步驟以一經高溫而可由固態轉變為熔融態的塑型材料製備該冷卻水路件。
3. 如請求項2所述的具有冷卻水路的快速模具的製作方法，其中，該塑型材料選自蠟，該移除步驟以熱水及水蒸氣其中一者移除該冷卻水路件。
4. 如請求項1所述的具有冷卻水路的快速模具的製作方法，其中，該冷卻水路製備步驟以一可溶於水及有機溶劑其中任一的高分子材料製備該冷卻水路件，該移除步驟以水或有機溶劑移除該冷卻水路件。
5. 如請求項4所述的具有冷卻水路的快速模具的製作方法，其中，該高分子材料選自聚乙烯吡咯烷酮、聚乳酸，及ABS樹脂其中一者，該有機溶劑選自丙酮及氯化溶劑其中一者。
6. 如請求項1所述的具有冷卻水路的快速模具的製作方法，其中，該澆注成型步驟以該複合材料覆蓋該冷卻水路件並令該冷卻水路件露出一能與外界接觸的端面。
7. 如請求項1所述的具有冷卻水路的快速模具的製作方法，其中，該澆注成型步驟的該複合材料包括金屬樹脂及一硬化劑，並以真空澆注方式將該複合材料澆注於該容室空間中，再以烘烤硬化該複合材料而構成該模具半成品。