專利名稱：用于形成具有厚壁和薄壁擠壓件的模具的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及用于形成擠壓件的模具，且更具體地涉及用于形成具有厚壁和薄壁部分的擠壓件的模具。
背景技術：
具有復雜橫截面結構的玻璃、聚合物和陶瓷物品可用于各種應用中。例如，玻璃 或聚合物微結構光纖可從微結構光纖預制件拉制而成，該微結構光纖預制件可大致包括被包層或相對厚壁實心套管圍繞的中心微結構區域。微結構區域可圍繞中心芯部，該中心芯部提供從預制件拉制的光纖的光導特性。該微結構區域可形成有多個通道或氣孔，使得該微結構區域具有非常高的開固比(open to solid ratio)(例如微結構光纖是“空氣填充的”)。預制件的微結構區域可用薄壁撐架網連接至厚壁套管和芯部，該薄壁撐架網將微結構區域懸置在芯部與實心套管之間。因而，微結構光纖的徑向橫截面可包括厚壁部分和薄壁部分。諸如上述的微結構光纖預制件可用各種技術制成，諸如堆疊拉制方法，其中將毛細管束圍繞玻璃芯部組裝并插入拉制成預制件的玻璃套管內。但是，可能理想的是開發出形成微結構光纖預制件和其它玻璃、聚合物或陶瓷結構的替代方法。
發明內容
在一實施例中，一種用于形成擠壓件的模具，包括模具本體、本體饋送段和擠壓件形成段。模具本體可包括入口和出ロ，入口和出口限定穿過模具本體的擠壓料流動路徑。本體饋送段可定位在入口與出口之間，并包括設置在擠壓料流動路徑內的本體饋送通道的布置。擠壓件形成段可定位在本體饋送段與出口之間，并包括流體聯接至至少ー個厚壁形成部分的薄壁形成部分。薄壁形成部分可包括從本體饋送段朝向出ロ延伸的銷的陣列，而厚壁形成部分可包括定位在穿過厚壁形成部分的擠壓料流動路徑內的至少ー個擋板部分。厚壁形成部分可具有比相互相鄰銷之間的間隙面積大的徑向橫截面面積。在另ー實施例中，一種用于制造整體式模具的方法，該整體式模具用于形成具有薄壁部分和厚壁部分的擠壓件，該方法可包括沉積基材的初始層并通過將輻射源的輸出以預定圖案在基材的初始層上穿過而固結基材的初始層，從而形成模具的初始橫截面薄片。此后，模具的至少ー個另外的橫截面薄片可通過如下步驟形成在模具的初始橫截面薄片上a)將ー層基材沉積在模具的先前固結的橫截面薄片上，以及b)通過將輻射源的輸出以預定圖案在可燒結粉末層上穿過而將該ー層基材固結至模具的先前固結的橫截面薄片。重復步驟a)和b)來制造整體式模具。通過該方法形成的整體式模具可包括模具本體、定位在模具本體的入口與出ロ之間的本體饋送段和定位在本體饋送段與出ロ之間的擠壓件形成段。擠壓件形成段可包括薄壁形成部分和至少ー個帶擋板的厚壁形成部分，薄壁形成部分具有從本體饋送段向出ロ延伸的多個銷。帶擋板的厚壁形成部分可具有比相互相鄰銷之間的間隙面積大的徑向橫截面面積。在另ー實施例中，用本文所述模具形成的擠壓件具有徑向橫截面，該徑向橫截面包括與至少ー個薄壁部分一體形成的至少ー個厚壁部分。薄壁部分包括將多個開ロ孔道分開的薄撐架網。各撐架的厚度可小于厚壁部分的徑向厚度。將在以下詳細描述中闡述本文所述各實施例的附加特征和優點，這些特征和優點在某種程度上對于本領域的技術人員來說根據該描述將是顯而易見的，或者通過實踐包括以下詳細描述、權利要求書以及附圖的本文所述的本發明可認識到。應理解的是，上述總體說明和各實施例的下面詳細說明都意在提供概況或框架以 便理解所要求保護的性質和特征。包括附圖是為了提供對各實施例的進ー步理解，附圖包 括在本說明書中并構成本說明書的一部分。附圖示出所描述的各實施例并與說明書一起用于解釋本發明的原理和操作。附圖的簡要說明圖I是通過根據本文所示和所描述ー個或多個實施例的擠壓模具形成的包括厚壁部分和薄壁部分的擠壓件的橫截面；圖2示出根據本文所示和描述的ー個或多個實施例的模具的出ロ側；圖3示出根據本文所示和描述的ー個或多個實施例的模具的入口側；圖4示出根據本文所示和描述的ー個或多個實施例的模具的剖視圖；圖5示出根據本文所示和描述的ー個或多個實施例的圖4的模具的局部剖視圖；圖6示出根據本文所示和描述的ー個或多個實施例的圖4的模具的局部剖視圖；圖7示出根據本文所示和描述的ー個或多個實施例的圖4的模具的局部剖視圖；圖8示出根據本文示出和描述的ー個或多個實施例的圖4的模具的薄壁形成部分的三個相互相鄰銷之間的間距；圖9示出薄壁部分的剖視圖，該薄壁部分具有用于形成根據本文所示和所描述的一實施例擠壓件內實心芯部的芯部形成件；
圖10示出圖4的模具的局部剖視圖，為了說明目的未示出薄壁形成部分；圖IlA示出燒結至構建平臺的模具的初始橫截面薄片；圖IlB示出模具的本體饋送段的橫截面薄片；以及圖IlC示出根據本文所示和描述的ー個或多個實施例的模具的本體饋送段的橫截面薄片。
具體實施例方式將詳細參照用于形成帶有厚壁部分和薄壁部分的擠壓件的模具的各種實施例，附圖中示出該模具的各示例。只要有可能，在所有附圖中都用相同的附圖標記來表示相同或類似的部件。圖2中示出用于形成帶有厚壁部分和薄壁部分的擠壓件的模具的ー實施例，該模具始終總體由附圖標記100標示。該模具可總體包括模具本體,該模具本體包括入ロ和出口，入口和出口限定擠壓料流動路徑。模具本體可形成有擠壓件形成段，該擠壓件形成段包括薄壁形成部分和厚壁形成部分，薄壁形成部分具有多個銷，厚壁形成部分具有ー個或多個擋板部分。本文將更詳細描述模具的每個部分以及用于形成和使用模具的技木。參照圖I，在剖視圖中示出包括厚壁部分和薄壁部分的擠壓件10的ー實施例。擠壓件10可借助于通過模具來擠壓陶瓷、玻璃熔融體、聚合物熔融體或類似可擠壓材料而形成，該模具具有擠壓件形成段，擠壓件形成段包括厚壁形成部分和薄壁形成部分，如本文所述。在所示示例中，擠壓件10是借助于通過帶擋板模具來擠壓聚合物熔融體或玻璃熔融體形成的微結構光纖預制件，如本文將進ー步描述的。擠壓件10通常包括至少ー個厚壁部分和至少ー個薄壁部分，厚壁部分諸如實心芯部12或實心套管16，薄壁部分諸如微結構區域14。本文使用的厚壁和薄壁是指擠壓件10的各部分的相對厚度。在圖I所示的實施例中，擠壓件10包括由微結構區域14圍繞的實心芯部12。相對厚壁的實心套管16圍繞微結構區域14。微結構區域14可包括沿著預制件的長軸線向下延伸的多個開ロ孔道18，形成通道或空氣線路。每個孔道18通過相對薄壁撐架20的網與相鄰孔道分開。在所示實施例中，撐架20的網在芯部12與套管16之間延伸。一般而言， 各撐架20的厚度基本上小于套管16和/或芯部12的徑向厚度。盡管圖I示出擠壓件10具有被微結構區域14和套管16圍繞的實心芯部12，但應當理解，也可能有利用本文所述帶擋板模具形成的擠壓件10的薄壁部分和厚壁部分的各種其它構造和定向。例如，擠壓件可具有實心芯部、中空芯部、多芯部(例如多實心芯部、多中空芯部或其組合)或沒有芯部。現參照圖2-4，示出用于形成帶厚壁部分和薄壁部分的擠壓件的模具100的ー實施例。模具100通常包括模具本體102，模具本體102形成有本體饋送段104和擠壓件形成段105。擠壓件形成段105包括薄壁形成部分106和包括至少ー個擋板部分108的至少ー個厚壁形成部分107。在本文所示實施例中，模具100還可包括入口饋送段160和本體饋送段104。但是，應當理解，模具100可形成具有或不具有入口饋送段160和本體饋送段104。模具本體102可包括具有內部側壁116、入口 110和出口 112的大致圓筒形管。模具本體102的內徑可為從約2mm至約200mm,更佳地為從約IOmm至約100mm,最佳地為從20mm至約80mm。入口 110和出口 112定位在模具本體102的兩端并大致限定穿過模具本體102的擠壓料流動路徑，使得在所施加壓カ或力下進入入口 110的擠壓料饋送穿過模具本體102并在出口 112處排出模具本體102。因而，應當理解，模具100的入口 110流體聯接至模具100的出口 112。盡管模具本體102在本文示出和描述為大致圓筒形，但應當理解，模具本體102可具有各種其它幾何構造。例如，模具本體102和/或穿過模具本體102的擠壓料流動路徑的橫截面可以是方形、矩形、三角形等，取決于形成的擠壓件的所要求的形狀。現參照圖3-5，當模具100包括入口饋送段160時，入口饋送段160可定位在模具本體內，使得當擠壓料進入入口 110時，擠壓料首先流過入口饋送段160。因而，應當理解，入口饋送段160流體聯接至模具本體102的入口 110。入口饋送段160可包括入口饋送通道164的布置，這些入口饋送通道設置在穿過模具本體102的擠壓料流動路徑內。入口饋送通道164由多個入口饋送肋162形成，多個入口饋送肋162橫跨模具本體102延伸。在圖3-5所示的實施例中，各入口饋送肋162布置成相交圖案，使得入口饋送通道164為六邊形橫截面。但是，應當理解，在其它實施例(未示出)中，入口饋送肋162可具有各種其它布置，使得入口饋送通道164具有不同的橫截面形狀。例如，入口饋送通道164可具有圓形、三角形、方形、矩形、八邊形等的橫截面。盡管本文示出和描述的模具100的各實施例包括入口饋送段160，但應當理解，入ロ饋送段160是選配的 ，且模具100可形成為不具有入口饋送段160而不影響模具100的功能。現參照圖4和6，模具100可包括本體饋送段104。當如圖4所示且如上所述模具100包括入口饋送段160時，本體饋送段104在擠壓件形成段105與入口饋送段160之間定位在模具本體102內，使得本體饋送段104流體聯接至入口饋送段160并進而流體聯接到入口 110。但是，在模具100不包括入口饋送段160的其它實施例(未示出)中，本體饋送段104在擠壓件形成段105與入口 110之間定位在模具本體102內，使得本體饋送段104直接流體聯接至入口 110。本體饋送段104可包括本體饋送通道124的布置，這些本體饋送通道設置在穿過模具本體102的擠壓料流動路徑內。本體饋送通道124由多個本體饋送肋120形成，多個本體饋送肋120跨越模具本體102內部布置。在圖6所示的實施例中，各本體饋送肋120布置成相交圖案，使得本體饋送通道124為三角形橫截面。但是，應當理解，在其它實施例(未示出)中，本體饋送肋120可具有各種其它布置，使得本體饋送通道124具有不同的橫截面形狀。例如，各本體饋送肋120可布置成使得本體饋送通道124可具有圓形、方形、矩形、六邊形、八邊形等的橫截面。當如本文所述實施例中所示模具100包括入口饋送段160和本體饋送段104時，本體饋送通道124設置在入口饋送通道164上方，使得本體饋送通道124流體聯接至入口饋送通道164。此外，每個本體饋送通道124的橫截面面積(例如由形成每個本體饋送通道的各本體饋送肋120封圍的橫截面面積)小于每個入口饋送通道164的橫截面面積(例如由入口饋送肋162封圍的橫截面面積)。參照圖4，在一實施例中，本體饋送段104的出ロ側(例如，本體饋送段104的最靠近出口 112的ー側)形成有U形或凹陷環形部分170，使得本體饋送段104具有到模具本體102的內部側壁116和薄壁形成部分106的漸縮過渡。凹陷環形部分170在模具本體的微結構形成部分與內部側壁116之間圍繞本體饋送段104的出口側延伸。此外，盡管將本體饋送段104示出和描述為形成有凹陷環形部分170，但應當理解，該環形部分可具有不同的橫截面面積。例如，環形部分可以是V形或楔形的(例如，本體饋送段104可從模具本體102的內部側壁116向內漸縮至微結構形成部分)。此外，盡管本文示出和描述模具100的各實施例為包括凹陷環形部分170，但應當理解，模具100可形成為沒有凹陷環形部分170。現參照圖4和7-8，模具100的擠壓件形成段105在模具100的入口 110與出口112之間定位在模具本體102內。當模具100如本文所述包括本體饋送段104時，擠壓件形成段可定位在本體饋送段104與出口 112之間。擠壓件形成段105可大致包括至少ー個厚壁形成部分107和至少ー個薄壁形成部分106。本文使用的術語“厚壁”和“薄壁”是指由擠壓件形成段105的厚壁形成部分107和薄壁形成部分106形成的擠壓件的各部分的相對壁厚。因而，應當理解，厚壁形成部分107形成的擠壓件部分的壁厚比由薄壁形成部分106形成的擠壓件部分的壁厚厚。
仍參照圖4和7-8，薄壁形成部分106通常包括定位在模具本體102內并設置在模具100的擠壓料流動路徑內的多個銷130。各銷130具有沿模具本體102軸向的長度L并沿朝向模具100的出ロ 112的方向從本體饋送段104延伸。各銷130的長度L可為從約O. Imm至約25mm,較佳地為從約Imm至約20mm,且最佳地為從約5mm至約10mm。各銷130的直徑可為從約O. 08mm至約IOmm,較佳地從約O. 5mm至約3mm。在如本文所述模具100包括本體饋送段104的情況下，各銷130可從本體饋送段104的本體饋送肋120延伸。在一實施例中，在各本體饋送肋120以相交圖案定向的情況下，各銷130可從各本體饋送肋120的交點延伸。各銷130可彼此間隔開且各銷130之間的空隙面積182彼此流體聯接，并聯接至本體饋送通道124、出口 112以及厚壁形成部分 107。相鄰銷之間的間距為從約O. Imm至約5mm,較佳地從約O. 15mm至約1mm。由于各銷130之間的空隙面積182彼此流體聯接，流過薄壁形成部分106的擠壓料材料沿徑向圍繞各銷130重新結合或重新固結。但是，各銷130的長度L足以在擠壓料材料排出薄壁形成部分106時防止擠壓料材料沿徑向重新結合或重新固結。因而，應當理解，薄壁形成部分106的各銷130賦予擠壓料材料以結構，且更具體地形成擠壓料材料內的通道，這些通道的橫截面對應于各銷130的橫截面。當使用模具100來形成類似于圖I所示的擠壓件時，流過空隙面積182的擠壓料材料形成擠壓件10的微結構區域14，且各銷130的形狀確定孔道18的橫截面形狀，而各銷130的相對定向和布置決定薄壁撐架20的形狀和布置。在本文所示實施例中，各銷130是圓形橫截面。但是，應當理解，各銷130可具有其它橫截面形狀，包括而不限于方形、矩形、三角形、六邊形、八邊形等。此外，應當理解，擠壓件形成段105可包括具有不同橫截面的銷的組合。此外，在本文所示和所述實施例中，各銷130布置成各偏移排的圖案，使得ー排中銷的中心點位于相鄰排內兩個接連銷之間的中點處，如圖8所示。但是，應當理解，各銷130可以各種其它定向或隨機定向布置。如上所述，擠壓件形成段105還可包括厚壁形成部分107。厚壁形成部分107通常包括設置在穿過模具本體的擠壓料流動路徑內的通道。厚壁形成部分107可通常與薄壁形成部分106共同延伸并流體聯接至薄壁形成部分106的空隙面積182，如圖4和7所示。例如而非限制，在圖4所示模具100的實施例中，厚壁形成部分107包括圍繞各銷130與模具本體102的內部側壁116之間的薄壁形成部分延伸的環形通道。但是，應當理解，厚壁形成部分可具有不同的構造，且可能有厚壁形成部分107和薄壁形成部分106的不同相對定向，如本文將更詳細描述的。厚壁形成部分107通常具有的厚度(例如在圖7所示實施例中徑向厚度R)使得厚壁形成部分107的徑向橫截面面積大于薄壁形成部分106的相鄰銷130之間的空隙面積182。模具100的厚壁形成部分107的徑向厚度可為從約O. 5mm至約25mm，較佳地從約Imm至約IOmm,且最佳地為從約2mm至約8mm。空隙面積182與厚壁形成部分107的徑向橫截面面積之差可由于不同的牽拉量而造成流動通過模具的擠壓料流動路徑的擠壓料材料具有不均勻的流率和跨越擠壓件形成段105的徑向橫截面的相應壓降。具體來說，移動通過厚壁形成部分107的擠壓料材料比移動通過薄壁形成部分106的擠壓料材料經受較小的牽拉，這可能致使形成的擠壓件內的不規則。因而，為了補償該效應，模具100包括設置在厚壁形成部分107內的一個或多個擋板部分108。擋板部分108阻礙擠壓料材料流過厚壁形成部分107并由此使厚壁形成部分107和薄壁形成部分106內的擠壓料材料的流率相等。參照圖4和10，至少ー個擋板部分108設置在厚壁形成部分107內。更具體地，在圖2所示的實施例中，擋板部分108懸置在薄壁形成部分106與模具本體102的內部側壁116之間。圖10示出模具本體102的部分橫截面，未示出薄壁形成部分以更好地示出擋板部分108。在該實施例中，擋板部分108在本體饋送段104與出ロ 112之間軸向設置在模具本體102內并圍繞薄壁形成部分106延伸。擋板部分108與本體饋送段104和模具100的出口 112都間隔開。在本文所示實施例中，擋板部分108包括懸置在薄壁 形成部分和模具本體102的內部側壁116之間的肋狀擋板140的布置。在本文所述的實施例中，擋板140的高度H可為從約O. 02mm至約IOmm,較佳地從約O. Imm至約Imm,最佳地從約O. 4mm至約O. 5mm。各擋板140的厚度可為從約O. 02mm至約IOmm,較佳地為從約O. Imm至約Imm,且最佳地為從約O. 4mm 至約 O. 5mm。各擋板140布置成形成延伸穿過擋板部分108的多個擋板通道142。隨著擠壓料材料流動通過擋板部分108，擋板104阻礙或減慢擠壓料材料的流動，于是通過將擠壓料材料的流動圍繞擋板140并穿過擋板通道142分開而使穿過厚壁形成部分107和薄壁形成部分106的流率相等。但是，各擋板140的高度H顯著小于薄壁形成部分106的各銷130的長度L，使得在擠壓料材料圍繞擋板140穿過并通過擋板通道142之后，擠壓料材料沿軸向和徑向重新結合或重新固結。在本文所示和所述實施例中，各銷130的長度L與擋板140的高度H的比值可能小于約1000，更佳地小于約100，且最佳地小于約10。因而，應當理解，擋板140和擋板通道142不賦予流過薄壁形成部分107的擠壓料材料以結構。在本文所示和所述的模具100的實施例中，擋板通道142呈大致三角形橫截面。但是，應當理解，各擋板通道142可具有各種其它橫截面，包括而不限于圓形、方形、矩形、六邊形、八邊形等。在圖4和10所示的實施例中，模具100包括單個擋板部分108，且擋板部分108內每個擋板通道142的面積大致等于相互相鄰的銷130之間的間隙面積182。但是，應當理解，也可能有擋板部分108的各種其它構造。例如，在(未示出的)其它實施例中，模具100可包括沿模具100的軸向長度設置在厚壁形成部分107內的多個擋板部分，每個擋板部分作用以單獨地或總地阻礙擠壓料材料在厚壁形成部分107內的流動。如本文所述，每個擋板部分可包括多個擋板和擋板通道，且對于每個接連的擋板部分，每個擋板通道的面積可以相同。在替代實施例中，接連的擋板部分內的擋板通道的面積可沿模具100的軸向長度漸變，使得較靠近模具入ロ的擋板部分包括較小的擋板通道，而較靠近出ロ的擋板部分具有較大的擋板通道。在替代實施例中，每個擋板通道的面積可沿模具100的軸向長度漸變，使得較靠近模具入ロ的擋板部分包括較大的擋板通道，而較靠近出ロ的擋板部分具有較小的擋板通道。因而，應當理解，在模具100中可利用具有擋板140的各種構造和擋板通道142的各尺寸和形狀的多個擋板部分，以阻礙擠壓料材料穿過厚壁形成部分的流動，并由此使擠壓料材料在擠壓件形成段105內跨越模具的徑向橫截面的流率相等。在一實施例中，如圖4和10所示，擋板部分108相對于薄壁形成部分106和模具本體102的內部側壁116以一定角度定向。具體參照擋板部分108的出ロ側，薄壁形成部分106與擋板部分108的出ロ側之間的角度Θ小于約90度。但是，應當理解，擋板部分108可在模具本體102內定向成使得擋板部分108的出ロ側與模具本體的內部側壁116之間的角度小于約90度或等于90度。在圖4所示模具100的實施例中，厚壁形成部分107圍繞薄壁形成部分106延伸。因而，流過厚壁形成部分107的材料形成圍繞流過薄壁形成部分106的材料的厚壁套管，類似于圖I所示擠壓件10內圍繞微結構區域14的厚壁套管16。但是，應當理解，也可能有厚壁形成部分107和薄壁形成部分106的其它相對定向和構造以形成不同構造的擠壓件。例如參照圖9，示出擠壓件形成段105A的一替代實施例的徑向橫截面。在該實施例中，薄壁形成部分106A徑向延伸至模具本體102的內部側壁116并形成圍繞厚壁形成部分107A的環形環。薄壁形成部分包括如上所述的多個銷130。厚壁形成部分107A通常是六邊形徑向橫截面并包括擋板部分，該擋板部分具有設置在穿過厚壁形成部分107A的擠壓料流動路徑內的多個擋板140。如本文所述，各擋板140布置成形成各擋板通道142，各擋板通道142在所示實施例中呈三角形橫截面。具有該構造的擠壓件形成段105A的模具 可用于形成具有通過厚壁形成部分107A形成的厚壁實心芯部的擠壓件，該厚壁實心芯部由通過薄壁形成部分106A形成的薄壁撐架的網和孔道圍繞。盡管圖9所示的擠壓件形成段105A的實施例示出為包括用于形成實心芯部的厚壁形成部分107A，但應當理解，厚壁形成部分107A可形成有具有各種橫截面形狀和構造的多個通道(未示出)，以形成具有多個實心芯部件的擠壓件。在(未示出的)另ー實施例中，擠壓件形成段可包括多個薄壁形成部分和/或多個厚壁形成部分。例如，圖I所示且包括厚壁實心套管16、微結構區域14和實心芯部12的擠壓件10可用包括兩個厚壁形成部分和一個薄壁形成部分的模具形成，兩個厚壁形成部分和一個薄壁形成部分定向成使得第一帶擋板厚壁形成部分被薄壁形成部分圍繞，該薄壁形成部分又被第二帶擋板厚壁形成部分圍繞。應當理解，薄壁形成部分和厚壁形成部分可以呈圓形、三角形、方形、矩形、六邊形、八邊形或任何其它適當的規則或不規則幾何構造和/或其各種組合。例如，帶擋板的三角形厚壁形成部分可定位在圓形薄壁形成部分的中心。在一實施例中，模具100可一體形成，且這樣，上述模具的每個部分可與模具本體一體形成。因而，盡管模具100的結構在本文中以各離散部位或部分進行描述，但應當理解，該模具可形成為單個整體件。例如，模具100可以利用層層疊加工藝整體地形成，其中基材的接連的離散層沉積并固結以整體形成模具的各特征。利用類似于2006年11月29日提交的題為“EXTRUSIONDIE MANUFACTURING METHOD”的美國專利申請第11/605，755號中所描述的エ藝也可形成該模具，該申請以參見的方式納入本文。具體地，該模具可通過將基材的初始層，諸如可燒結陶瓷粉末或可燒結金屬粉末沉積在構建平臺上來形成。可在惰性氣氛下、例如在氬氣或氮氣氣氛下將可燒結粉末沉積在構建平臺上。在沉積可燒結粉末之后，諸如激光或電子束的輻射源以預定圖案在沉積粉末上穿過以使基材固結(例如當基材為粉末金屬或陶瓷時燒結基材)成具有所要求特征的固體層。在該實施例中，通過輻射源賦予粉末的熱能將粉末燒結至構建平臺，由此形成模具的初始橫截面薄片。此后，通過將基材的另外各層沉積在初始橫截面薄片上并使輻射源以預定圖案在每個基材沉積層上穿過，由此將基材的另外層固結并將該層結合至先前固結的橫截面薄片，而將模具的另外橫截面薄片形成在初始橫截面薄片上。該過程可重復多次以構建模具的本體和任何內部特征。應當理解，輻射源在其上穿過的圖案可以變化以形成模具的不同特征，如本文將更詳細描述的。參照圖2-4和IIA-11C，在一實施例中，模具100可使用層層粉末沉積和固結エ藝從出ロ向入口制成。該方法包括將基材的初始層202沉積在構建平臺200上。在該實施例中，基材可以是諸如鈷鉻合金金屬粉末或類似金屬粉末之類的可燒結材料。或者，可燒結材料可以是陶瓷粉末。在本文所述的實施例中，可燒結材料包括以80微米篩分的離散顆粒，但應當理解，根據模具所要求的表面光潔度也可利用其它尺寸的顆粒。可燒結材料可沉積成約20微米厚的層，但根據用于固結各層粉末的輻射源的功率，也可沉積更厚或更薄的層。在沉積可燒結材料的初始層之后，輻射源(在該實例中是燒結激光)以預定圖案在基材上穿過，由此將基材的初始層固結或燒結至構建平臺。例如，參照圖11A，模具100的初始橫截面薄片通過以下方式形成使輻射源以對應于銷130和模具本體102的圖案在可燒結材料的沉積層上穿過，由此燒結可燒結材料以制成對應于擠壓件形成段105的模具本 體102和銷130的模具的橫截面薄片。將材料沉積和固結步驟重復多次，以構建模具的每個部分，使每個新沉積的橫截面薄片沉積并燒結在先前燒結的橫截面薄片上。例如，為了形成本體饋送段104，以本體饋送肋120和模具本體102的圖案燒結可燒結材料的沉積層，如圖IlB所示。類似地，為了形成入口饋送段160，以入口饋送肋162和模具本體102的圖案燒結可燒結材料的沉積層。盡管本文描述的模具100的各實施例可利用層層沉積和固結エ藝整體形成，在該エ藝中沉積和固結粉末基材的多個離散層，但應當理解，也可使用其它層層沉積和固結技術來形成該模具。例如，在一實施例中，模具100可利用立體光刻來構造，其中基材是沉積在各離散層上的液態聚合樹脂。沉積后，每個離散層可用諸如UV輻射源的輻射源固結或固化，然后沉積下ー后續的液態聚合樹脂層。UV輻射源可以預定圖案在液態聚合樹脂層上穿過，使得固結層具有模具的所要求的特征。在另ー實施例中，層層沉積和固結エ藝可包括沉積各基材的離散層，該基材包括含有粘結劑的粉末金屬或陶瓷材料。在沉積基材之后，諸如紫外或紅外輻射源之類的輻射源可以以預定圖案在沉積層上穿過，由此以所要求圖案固化粘結劑并固結基材。因而，應當理解，可使用各種沉積技術來整體形成本文所述的模具100。現將參照圖2-4來描述在使用模具100形成類似于圖I所示擠壓件10的擠壓件時穿過模具100的擠壓料材料的流動，但使用圖2-4的模具100，形成沒有芯部的擠壓件。為了形成該擠壓件(在該實例中是微結構光纖預制件)，在入口 110處將擠壓料材料引入模具100內。在本實施例中，擠壓料可以是聚合物熔融體或玻璃熔融體。例如，當擠壓料材料是聚合物熔融體時，熔融體可包括環烯烴共聚物、PMMA、聚丙烯酸酷、聚碳酸酷、聚苯こ烯、聚丙烯、聚酷、聚こ烯或可用于形成聚合光纖的類似聚合物材料。或者，當擠壓料材料是玻璃熔融體時，玻璃熔融體可包括硼硅酸鹽玻璃、硫系玻璃、硫化物、磷酸鹽或可能適于形成玻璃光纖的任何其它玻璃成分。為了本實例的目的，熔融體包括聚合物材料。在一實施例中，聚合物熔融體可通過流體聯接至入口 110的饋送管(未示出)被饋送到模具100的入口 110內。例如，在一實施例中，饋送管可包括使用機械壓カ或液壓強制擠壓料材料進入模具100的夯錘型擠出器。但是，應當理解，也可使用用于饋送擠壓料材料通過饋送管和模具100的其它機構。例如，在一實施例中，饋送管可包括擠壓螺桿，擠壓螺桿在轉動時使熔融體流入模具100的形成在入口 110與出ロ 112之間的擠壓料流動路徑。當模具100包括入口饋送段160時，如圖2-4所示，擠壓料材料最初流入入口饋送通道164。從入口饋送通道164，擠壓料材料流入本體饋送段104，在本體饋送段104擠壓料材料被進ー步分入更小的本體饋送通道124內。擠壓料材料排出本體饋送通道124并進入擠壓件形成段105的薄壁形成部分106或厚壁形成部分107。當擠壓料材料排出本體饋送段104并進入擠壓件形成段105的薄壁形成部分106時，擠壓料材料流入各銷130之間的空隙面積182。但是，應當理解，當擠壓料材料在薄壁形成部分106的各銷130之間且圍繞各銷130流動時，擠壓料材料沿徑向重新結合或重新固結由此形成如上所述的薄壁撐架網和開ロ孔道。此外，因為各銷130之間的空隙面積182流體聯接至厚壁形成部分107，撐架的網和開ロ孔道沿徑向重新結合或重新固結，擠壓料材料流過厚壁形成部分107。但是，各銷130防止擠壓料材料沿軸向重新固結，使得當擠壓料材料排出模具的出口 112時，擠壓料材料被賦予被薄撐架網分開的開ロ通道的結構，類似于圖I所示。排出本體饋送段104并進入擠壓件形成段105的厚壁形成部分107的擠壓料材料部分形成擠壓件10的厚壁套管16。當擠壓料材料流過厚壁形成部分107時，擠壓料材料的一部分與如上所述流過薄壁形成部分106的擠壓料材料沿徑向重新結合。擠壓料材料的重新結合將撐架網附連至套管，由此將擠壓件的微結構區域附連至套管。當擠壓料材料流過厚壁形成部分107吋，擠壓料材料也流過阻礙擠壓料材料流動的擋板140,使得擠壓料材料穿過厚壁形成部分107的流率大致等于擠壓料材料穿過薄壁形成部分106的流率。具體來說，當擠壓料材料流過擋板140時，擠壓料材料經受由于擋板的阻礙造成的壓降，該壓降大致等于流過薄壁形成部分106的擠壓料材料經受的壓降。因為流入厚壁形成部分107的擠壓料材料與流過薄壁形成部分106的擠壓料材料之間的壓降基本上相同，所以擠壓料材料的流峰跨越模具100的徑向橫截面保持均勻，且于是，基本上消除或減少擠壓料材料內的剪切力，由此消除形成的擠壓件內的不規則或缺陷。此外，擋板140的高度H(且因此擋板通道142的高度)允許擠壓料材料在穿過擋板部分108之后重新結合，使得各擋板140和擋板通道142不賦予擠壓料材料以結構，且形成的擠壓料的套管基本上是實心的。但是，各銷130的長度L足夠長，使得擠壓料材料在排出微結構形成部分106之后不會沿軸向重新結合，如上文所述。在排出擠壓件形成段105之后，擠壓料材料排出模具的出ロ 112，類似于圖I所示擠壓件的示例實施例具有由厚壁形成部分107形成的相對厚壁部分和由薄壁形成部分106 形成的相對薄壁部分，擠壓件10包括封圍微結構區域14的相對厚壁套管16，微結構區域14包括多個相對薄壁撐架20。盡管本文使用的具體實例描述了用于從玻璃或聚合物熔融體形成微結構光纖預制件的模具的實施例，但應當理解，這些模具可用于從其它類型的擠壓料材料形成其它類型的擠壓件。例如而非限制，本文描述的各模具可用于陶瓷擠壓料材料以形成可用作例如過濾器的陶瓷擠壓件。
現在應當理解，本文示出和描述的帶擋板模具可用于提供既包括相對厚壁部分又包括相對薄壁部分的擠壓件。通過提供具有薄壁形成部分和帶擋板厚壁形成部分的模具而便于形成這些擠壓件，使得材料穿過厚壁形成部分的流率受阻，這又形成擠壓料材料通過模具的均勻流率。具有該構造的模具具有擠壓料材料內減小的剪切力，這基本上減少或消除由于擠壓料材料穿過模具的不均勻流率造成的形成擠壓件內的缺陷。此外，還應當理解，本文所述的模具可使用層層沉積和固結エ藝整體形成為單件。整體形成模具提供的模具比機械附連或粘結在一起的離散部分組裝成的模具更牢固。此夕卜，通過層層沉積和固結エ藝整體形成模具還允許在擠壓料流動路徑內形成擋板，利用常規加工技術在整體式模具內可能無法以其它方式來實現。對本領域技術人員顯而易見的是，可對本文描述的單體式模具作出各種修改和變化而不背離本發明的精神和范圍。因此本發明_在覆蓋本發明的修改和變型，只要這些修改和變型在所附權利要求及其等價物的范圍內。
權利要求
1.一種用于形成擠壓件的模具，所述模具包括模具本體、本體饋送段和擠壓件形成段，其中 所述模具本體包括入口和出口，所述入口和出口限定穿過所述模具本體的擠壓料流動路徑； 所述本體饋送段定位在所述入口與出口之間，并包括設置所述在擠壓料流動路徑內的本體饋送通道的布置； 所述擠壓件形成段定位在所述本體饋送段與所述出口之間，并包括流體聯接至至少一個厚壁形成部分的薄壁形成部分，其中所述薄壁形成部分包括從所述本體饋送段朝向所述出口延伸的銷的陣列，而所述厚壁形成部分包括定位在穿過所述厚壁形成部分的所述擠壓料流動路徑內的至少一個擋板部分，所述厚壁形成部分具有比相互相鄰銷之間的間隙面積大的徑向橫截面面積。
2.如權利要求I所述的模具，其特征在于，所述厚壁形成部分定位在所述薄壁形成部分與所述模具本體的內部側壁之間。
3.如權利要求I所述的模具，其特征在于，所述薄壁形成部分定位在所述厚壁形成部分與所述模具本體的內部側壁之間。
4.如權利要求I所述的模具，其特征在于，所述至少一個厚壁形成部分包括第一厚壁形成部分和第二厚壁形成部分，且所述薄壁形成部分設置在所述第一厚壁形成部分與所述第二厚壁形成部分之間。
5.如權利要求I所述的模具，其特征在于，所述至少一個擋板部分包括布置成形成多個擋板通道的多個擋板。
6.如權利要求5所述的模具，其特征在于，由每個擋板通道限定的面積基本上等于所述薄壁形成部分的相互相鄰銷之間的銷間隙面積。
7.如權利要求I所述的模具，其特征在于，所述銷的長度與所述擋板的高度之比小于約 1000。
8.如權利要求I所述的模具，其特征在于，所述本體饋送段和所述擠壓件形成段與所述模具本體整體形成。
9.如權利要求I所述的模具，其特征在于，由每個擋板通道限定的面積小于由每個本體饋送通道限定的面積。
10.如權利要求I所述的模具，其特征在于，所述模具還包括入口饋送段，所述入口饋送段包括定位在所述入口與所述本體饋送段之間的多個入口饋送通道。
11.如權利要求10所述的模具，其特征在于，所述入口饋送段、本體饋送段和擠壓件形成段與所述模具本體整體形成。
12.一種制造整體式模具的方法，所述整體式模具用于形成具有薄壁部分和厚壁部分的擠壓件，所述方法包括 沉積基材的初始層； 通過將輻射源的輸出以預定圖案在所述基材的初始層上穿過而固化所述基材的初始層，從而形成所述模具的初始橫截面薄片； 在所述模具的所述初始橫截面薄片上形成所述模具的至少一個另外的橫截面薄片，其中所述至少一個另外的橫截面薄片通過以下步驟形成a)將一層基材沉積在所述模具的先前固結的橫截面薄片上； b)通過將輻射源的輸出以預定圖案在可燒結粉末層上穿過而將所述一層基材固結至所述模具的先前固結的橫截面薄片；以及 c)重復步驟a)和b)以制造所述整體式模具，其中所述整體式模具包括模具本體、定位在所述模具本體的入口與出口之間的本體饋送段和定位在所述本體饋送段與所述出口之間的擠壓件形成段，其中所述擠壓件形成段包括 薄壁形成部分，所述薄壁形成部分包括從所述本體饋送段朝向所述出口延伸的銷的陣列；以及 至少一個帶擋板的厚壁形成部分，其中所述帶擋板的厚壁形成部分具有比相互相鄰銷之間的間隙面積大的徑向橫截面面積。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述薄壁形成部分形成有從所述本體饋送段朝向所述出口延伸的銷的陣列。
14.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述帶擋板的厚壁形成部分形成有布置成形成擋板通道的多個擋板。
15.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述本體饋送段形成有設置在所述模具本體的擠壓料流動路徑內的多個本體饋送通道。
16.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述基材沉積成具有約20微米厚度的各層。
17.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述基材具有小于約80微米的粒度。
18.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述基材是金屬粉末或陶瓷粉末，且所述基材通過用燒結激光燒結所述基材而固結。
19.一種利用權利要求I的模具形成的擠壓件，其中所述擠壓件的徑向橫截面包括 至少一個厚壁部分；以及 至少一個薄壁部分，所述至少一個薄壁部分與所述至少一個厚壁部分一體形成，其中所述薄壁部分包括將多個開口孔道分開的薄撐架網，且所述撐架的厚度小于所述厚壁部分的徑向厚度。
20.如權利要求19所述的擠壓件，其特征在于，所述擠壓件是微結構光纖預制件。
全文摘要
一種用于形成擠壓件的模具，包括模具本體、本體饋送段和擠壓件形成段。模具本體可包括入口和出口，入口和出口限定穿過模具本體的擠壓料流動路徑。本體饋送段可定位在入口與出口之間，并包括設置在本體饋送通道的布置。擠壓件形成段可定位在本體饋送段與出口之間，并包括流體聯接至至少一個厚壁形成部分的薄壁形成部分。薄壁形成部分可包括從本體饋送段朝向出口延伸的銷的陣列，而厚壁形成部分可包括定位在穿過厚壁形成部分的擠壓料流動路徑內的至少一個擋板部分。厚壁形成部分的面積可大于各銷之間的間隙面積。
文檔編號B22F3/11GK102666080SQ201080032372
公開日2012年9月12日 申請日期2010年6月11日 優先權日2009年6月12日
發明者M·德斯帕, P·M·埃利奧特, R·C·彼德森, S·C·柯里爾 申請人:康寧股份有限公司