專利名稱：用于制造注射模制產品的方法
技術領域：
本發明通常涉及一種用于通過注射模制來制造產品的方法。
背景技術：
與已知注射模具相關聯的一個問題是，通常，兩部件模具設置成這樣，即在模具中形成的產品并不保持在兩部件模具的任一部件中，從而產品必須通過特殊的保持、夾緊或固定裝置來固定在機器上，用于進一步機械加工。因此，需要一種改進的方法，用于利用注射模具通過注射模制來制造產品，該注射模具能夠機械加工或除去注射模具的一部分，使得產品牢固保持在注射模具的剩余部分中，并能夠在不需要附加的保持、夾緊或固定裝置的情況下進行進一步的處理或機械加工。
發明內容
本發明涉及一種用于制造注射模制產品的方法。根據本發明的示例方法包括以下步驟通過一層層地建造單部件模具塊來制造注射模具，該單部件模具塊包括模腔，該模腔的尺寸和形狀設置成與要通過注射模制形成的所需產品相對應；以及將熔融材料注入注射模具中，并使得注射的熔融材料冷卻，從而形成注射模制產品。注射模具在產品冷卻后進行機械加工，以便除去注射模具使得產品完全暴露所需的部分。然后，產品在通過從該產品伸出的一個或多個澆口而牢固保持在注射模具的剩余部分中的同時被機械加工。然后，將產品從該一個或多個澆口上切除。根據本發明，用于產品的示例模制材料包括PEEK、增強塑料和可注射的金屬合金。根據本發明示例實施例的方法可以通過注射模制技術來加快制造單個產品(例如植入件)，還可以快速制造用于單個產品的注射模具，而不需要用于要模制的產品的模型(pattern)。根據本發明的方法還能夠在不需要其它保持、夾緊或固定裝置的情況下對模制的產品進行機械加工(例如通過銑削)，還由于將注射模具構造為消失模(lost mold)而不需要兩部件模具。而且，注射和冷卻管道能夠單獨構造，且模具可以安裝在界面板上，該界面板適合作為用于不同機器的基體。在一個示例實施例中，產品的機械加工包括通過銑削而在產品上產生平滑的外表面，以便能夠使其用作醫療植入件。孔和螺紋可以根據特殊處理過程的需要而機械加工至產品中。而且，示例的銑削系統和方法能夠制造太粗糙以至于不能注射模制的結構，如本領域技術人員所知。
在方法的還一示例實施例中，注射模具可以被制造成使得它牢固地建造在基板上。這種結構的優點是基板可以用作用于不同機器(例如注射模制機器、銑床等)的界面。在還一示例方法中，注射模具的制造可以包括制造一個或多個供給器管道。因此，注射模具可以完全通過一層層地沉積來完成，使得不需要隨后的處理或機械加工。在另一不例方法中，基板包括第一表面，該第一表面面對注射模具；第二表面，該第二表面背離注射模具；以及一個或多個流入槽道，該流入槽道與一個或多個供給器管道流體連通。流入槽道有朝著基板的第二表面的擴大截面。該擴大截面使得一個或多個澆口能夠貼合(form-fittingly)和剛性地夾緊在基板中，以使得產品能夠剛性地保持在注射模具的剩余部分和基板中。流入槽道可以有圓柱形或圓錐形部分。在另一示例方法中，一層層的沉積可以通過“直接添加激光制造”來進行，該直接添加激光制造需要沉積激光熔化金屬粉末。在還一示例方法中，一個或多個金屬結構可以在注射模具的制造過程中被弓I入注射模具中。金屬結構可以在成品中提供成一體的支承件，以便提高產品的機械穩定性。在還一示例方法中，一個或多個金屬插入件可以在注射模具的制造過程中被引入注射模具中。金屬插入件可以被牢固錨固在產品內。在還一示例方法中，產品的機械加工可以包括銑削產品和/或在一個或多個金屬插入件中切割螺紋。在還一示例方法中，注射模具的制造可以包括制造一個或多個空氣和材料出口以及一個或多個冷卻劑管道。根據本發明的還一示例實施例，提供了一種用于制造注射模制產品的方法，該方法包括制造注射模具的步驟，該注射模具成兩部件模具的形式，該兩部件模具包括下部部件和上部部件，該下部部件和上部部件形成在它們之間的模腔，該模腔設置為通過注射模制而形成所需產品。將熔融材料注入注射模具中，并冷卻以便形成所需產品。兩部件模具的上部部件在產品冷卻后除去。注射模具的下部部件被機械加工，以便除去注射模具使得產品完全暴露所需的部分。產品在通過從該產品伸出的一個或多個澆口而牢固保持在注射模具的下部部件的剩余部分中的同時被機械加工。然后，將產品從該一個或多個澆口上切除。在一個示例方法中，兩部件模具通過選擇激光熔化處理過程來制造。在另一示例實施例中，產品的機械加工包括通過銑削而在產品上制造平滑外表面，以便能夠使其用作醫療植入件。而且，示例的銑削系統和方法能夠制造太粗糙以至于不能注射模制的結構，如本領域技術人員所知。在另一示例方法中，注射模具可以牢固地建造在基板上，該基板能夠用作用于不同機器(例如注射模制機器、銑床等)的交界面。在另一示例方法中，注射模具的制造可以包括制造一個或多個供給器管道，從而注射模具能夠完全通過一層層地沉積來完成，而不需要隨后的處理或機械加工。在另一不例方法中，基板包括第一表面，該第一表面鄰近注射模具；第二表面，該第二表面背離注射模具；以及一個或多個流入槽道，該流入槽道與一個或多個供給器管道流體連通。流入槽道可以有朝著第二表面的擴大截面，以使得一個或多個澆口貼合和剛性地夾緊在基板中。而且，任何流入槽道都可以有圓柱形或圓錐形部分。
根據本發明的另一示例實施例，提供了一種用于制造注射模具的方法，該方法包括一層層地建造單件式模具塊的步驟，該模具塊包括用于通過注射模制來形成所需產品的模腔、一個或多個供給器管道、空氣出口和一個或多個冷卻劑管道。
下面將通過示例參考附圖介紹本發明的多個實施例，附圖中圖1表示了根據本發明方法的示例實施例制造的注射模具的一部分的第一剖視圖；圖2表示了圖1的注射模具的第二剖視圖；圖3表示了根據圖1的方法實施例的注射模具的剖視圖；圖4表示了根據圖1的方法實施例局部機械加工的注射模具的剖視圖；圖5表示了根據圖1的方法實施例局部機械加工的注射模具的剖視圖；圖6表示了根據圖1的方法實施例的產品和完全機械加工的注射模具的剖視圖；圖7表示了根據本發明方法的另一示例實施例制造的兩部件注射模具的剖視圖；圖8表示了根據圖7的方法實施例的注射模具的下半部分的一部分的剖視圖；圖9表示了根據圖7的方法實施例的注射模具的上半部分的一部分的剖視圖；以及圖10表示了根據圖7的方法實施例的注射模具的整個下半部分的剖視圖。
具體實施例方式本發明涉及一種用于制造注射模具和隨后在不需要任何夾緊裝置的情況下對該注射模具鉆孔的系統和方法。具體地說，根據本發明的示例系統和方法涉及使用本領域已知的沉積技術來一層層地建造模具塊。在沉積多層時，形成為細長開口的供給器管道設于各層中。一旦模具塊完成，注入模具內的材料也流入供給器管道中，以便形成從模制產品延伸至系統基部的細長澆口，從而在進行銑削時將模制產品保持就位。一旦模制的產品已經銑削至所需規格，將澆口從其中除去，以便從基部釋放產品。圖1至6表示了用于使用注射模具系統I來制造注射模制產品11的方法的第一示例實施例。注射模具系統I包括模具塊2，該模具塊2包括建造在基板9上的模腔5，使得在對注射模制產品11進行進一步的處理和/或機械加工時注射模制產品11的一部分保持固定在基板9上。如圖1和2中所示，注射模具系統I的模具塊2可以使用添加激光制造處理而建造在基板9上，該添加激光制造處理通過使用激光添加裝置18在模具塊2上一層層地沉積激光熔融金屬粉末而建造模具塊2。例如，用于直接添加激光制造的已知裝置由IREPA LASER，France可以獲得。不過，本領域技術人員應當知道，任何已知的激光添加裝置可以與系統I 一起使用。基板9用作在模具塊2和各種機器和/或裝置(該機器和/或裝置在注射模制處理過程中使用)之間的交界面，從而使得基板9與裝置例如激光添加裝置18、注射模制裝置21和/或機械加工裝置(例如銑削切刀23)的機器界面板17連接。如圖1中所示，基板9使用固定元件例如螺釘20而可拆卸地固定在激光制造裝置18的機器界面板17上。基板9包括第一表面25，模具塊2建造在該第一表面25上；以及第二表面26，該第二表面26附接在機器界面板17上。基板9包括從第一表面25穿過它延伸至第二表面26的流入槽道24，使得模具材料可以穿過它流向模具塊2。基板9還包括穿過它的至少一部分延伸的冷卻劑管道28，使得冷卻液可以在基板9和模具塊2之間流動。基板9還可以包括穿過它延伸的空氣和材料出口 29。如圖1-3中所示，金屬粉末通過一個或多個噴嘴注入，并在高功率激光單元19作用下熔化，從而形成金屬材料的同質沉積。模具塊2建造成包括供給器管道7，用于將熔融材料供給模腔5 ;用于空氣和材料出口 6的管道，如圖3中所示，從模腔5開始；以及冷卻劑管道8，在注入的熔融材料的冷卻過程中用于冷卻液。在優選實施例中，模具塊2包括兩個供給器管道7。供給器管道7可以制造成與流入槽道24連通，冷卻劑管道8制造成與冷卻劑管道28連通，而空氣和材料出口 6制造成與基板9的槽道29連通，使得模具塊2不需要任何隨后處理。為了制造一層，噴嘴和高功率激光單元19 一起沿覆蓋該層的整個區域的通路運動。因此，金屬材料只沉積在與相應層的截面相對應的表面上，以使得材料并不沉積在模腔5、供給器管道7、用于空氣和材料出口 6的管道以及冷卻劑管道8的范圍內。供給器管道7的直徑足夠大，使得在隨后的機械加工過程中，由模制產品11的固化澆鑄材料形成的澆口 15 (如圖5中所示)將模制產品11牢固保持在基板9和機器界面板17上。供給器管道7能夠分布在模腔5的截面區域上，使得注射模制產品11以機械穩定的方式通過澆口 15來保持。流入槽道24可以在基板9的第二表面26處具有擴大截面27，使得由固化的澆鑄材料形成的澆口 15以貼合的方式保持在基板9中。如圖2中所示，金屬結構14和兩個金屬插入件12可以在制造過程中插入注射模具系統I的模腔5中，以便向模制產品11提供支承。金屬插入件12可以用于隨后機械加工穿過和在模制產品11中的螺紋。一旦已經建造了模具塊2，注射模具系統I可以安裝在注射模制機器21上，如圖3中所示。基板9與附接的模具塊2 —起可拆卸地固定在注射模制機器21的機器界面板17’上。基板9可以以與激光添加裝置18類似的方式附接在注射模制機器21上，如上所述。例如，基板9可以通過螺釘20來附接在注射模制機器21上。熔融材料10 (例如聚醚醚酮(PEEK)、增強塑料或可注射金屬合金)注入該注射模具系統I內，通過流入槽道24和相應供給器管道7進入模腔5中。熔融材料10插入其中，直到模腔5完全充滿，包圍金屬結構14和插入件12，從而熔融材料10的一部分伸入用于空氣和材料出口 6的管道中。在注射步驟完成之后，冷卻液被泵送通過冷卻劑管道8，使得注射的熔融材料10冷卻，并形成產品11。圖4表示了在產品11冷卻之后機械加工注射模具系統I的模具塊2的步驟。例如，使用銑刀22，將模具塊2的一部分除去，以便完全露出產品11。注射模具系統I的基板9可以安裝在銑床22的機器界面板17”上。圖5表示了機械加工產品11的步驟。模制產品11的機械加工在與機械加工模具塊2的先前步驟中使用的相同銑床上進行。產品11的機械加工包括在金屬插入件12中切割螺紋。銑削工具23可以用于在整個產品11上制造平滑表面。在機械加工過程中，產品11通過兩個整體形成的鑄造澆口 15 (該鑄造澆口 15從模制產品伸入供給器管道7中)而牢固保持在模具塊2的剩余部分和/或基板9中。鑄造澆口 15還可以伸入流入槽道24的擴大端部中，使得模制產品11相對于基板9被牢固保持。本領域技術人員應當知道，澆口15使得模制產品11能夠相對于注射模具系統I固定，以使得模制產品11可以在不使用附加夾緊和/或固定裝置的情況下進行進一步處理和/或機械加工。一旦模制產品11已經根據需要進行了機械加工，模制產品11就可以與鑄造澆口15分離，從而只留下模制產品11。如圖6中所示，可以使用切割工具將最終產品11從兩個澆口 15上切割。如圖7至10中所示，注射模具系統I’的第二示例實施例基本類似于注射模具系統1，如上所述，但是使用選擇的激光熔融處理。不過，注射模具I’包括兩部件模具13’，該兩部件模具13’包括下部部件3’和上部部件4’，該下部部件3’和上部部件4’ 一起形成模腔5’。與注射模具系統I類似，兩部件模具13’被建造在基板9’上，該基板9’可拆卸的固定在處理和/或機械加工裝置的機械界面板上。如圖8中所示，注射模具I’的下部部件3’通過首先將金屬粉末分散在要制造的下部部件3’的整個表面上而一層層地建造，從而形成模腔5’的第一部分以及供給器管道7’和冷卻劑管道8。金屬粉末沉積在安裝于例如NC機器(數控機床)的機器界面板上的外殼內。然后，刮刀在沉積的金屬粉末上面拉過，從而產生具有用于進一步處理所需厚度的金屬粉末層。然后，金屬粉末在該層中在模腔5’、供給器管道7’和冷卻劑管道8’的邊界處熔化。熔化的粉末熔合成固體結構，從而限制了模腔5’、供給器管道7’和冷卻劑管道8’。然后，機器臺板降低一定距離，該距離相應于一層的厚度，以使得另一金屬粉末層可以施加在外殼中。重復這些步驟，直到注射模具I’的下部部件3’完成。支承結構可以在注射模具I’的下部部件3’的制造過程中產生于金屬粉末材料中。一旦注射模具I’的下部部件3’已經完成，在模腔5’、供給器管道7’和冷卻劑管道8’中剩余的粉末被倒掉。最終形成的、注射模具I’的下部部件3’在圖10中表示。如圖9中所示，上部部件4’可以使用與建造注射模具I’的下部部件3’類似的方法來建造。例如，與上部部件4’的形狀(包括模腔5’的第二部分)相對應的外殼充裝金屬粉末，該金屬粉末被熔化，并一層層地重新施加，從而使得熔融的粉末熔合成固體結構，該固體結構限制了模腔5’以及用于空氣和材料出口 6’的管道。當注射模具I’的上部部件4’完成時，在用于空氣和材料出口 6’的管道中剩余的粉末被倒掉。如圖7中所示，下部和上部部件3’、4’建造在基部部分9’上，因此，下部和上部部件3’、4’ 一起形成模腔5’。下部部件3’可以定位在基板9’上，以使得模腔5’的第一部分沿離開基板9’的方向開口。然后，上部部件4’可以布置在相應位置中，以使得模腔5’的第二部分面對模腔5’的第一部分，并與它對齊。與注射模具系統I類似，在注射模具系統I’的下部部件和上部部件3’、4’閉合固定之前，金屬結構14’和兩個金屬插入件12’可以插入注射模具P中。金屬結構14’用于支承產品11’和金屬插入件12’，能夠將螺紋隨后機械加工至該金屬插入件12’中。基板9'與建造于其上的兩部件模具13’ 一起可拆卸的附接在注射模制機器21的機器界面板17’上。如上面對于注射模具系統I所述，用于將熔融材料供給模腔5’的供給器管道7’、用于空氣和材料出口 6’的管道(從模腔5’開始)以及在注射的熔融材料冷卻的過程中用于冷卻液的冷卻劑管道8’制造成與在基板V中的相應槽道連通，使得注射模具I’不需要進行隨后處理。另外，供給器管道7’的直徑可以制造成足夠大，使得由固化的鑄造材料形成澆口 15’，在隨后的機械加工過程中該澆口使得模制產品11’牢固保持在注射模具系統I’上。注射模具系統I’可以以與上面對于注射模具系統I所述基本相同的方式來使用。如圖7中所示，熔融材料(例如聚醚醚酮(PEEK)、增強塑料或可注射金屬合金)通過兩個供給器管道7’而注入注射模具系統I’內并注入模腔5’中。模腔5’完全充滿熔融材料，且該熔融材料的一部分伸入用于空氣和材料出口 6’的管道中。在注射步驟完成之后，冷卻液被泵送通過冷卻劑管道8’，使得注射的熔融材料冷卻，并形成產品11’。在冷卻注射的熔融材料和形成產品11’之后，除去注射模具I’的上部部件4’。隨后，將注射模具I’的下部部件3’進行機械加工去除或者使用例如銑刀來進行銑削。注射模具I’的下部部件3’的一部分除去，以便完全露出產品11’。注射模具I’的下部部件3’(該下部部件3’仍然固定在基板9’上)可以安裝在例如銑床的機器界面板17上。與圖1至6所示的第一實施例類似，機械加工產品11’的步驟能夠在與機械加工注射模具I’的下部部件3’的先前步驟中使用的相同銑床上進行。產品11’的機械加工包括在金屬插入件12'中切割螺紋，并使用例如銑削工具在整個產品11’上制造平滑表面。在機械加工過程中，產品11’通過整體的鑄造澆口 15’(該鑄造澆口 15’從產品11’伸入供給器管道7'中)而牢固保持在兩部件模具13’的下部部件3’的剩余部分中。在產品11’已經根據需要機械加工之后，產品11’可以從澆口 15’上切割，從而只留下完成的產品11’。盡管已經詳細介紹了本發明和它的優點，但是應當知道，在不脫離由附加權利要求確定的本發明精神和范圍的情況下能夠進行多種變化、代替和改變。而且，本申請的范圍并不局限于在說明書中所述的處理、機器、制造、物質組分、裝置、方法和步驟的特殊實施例。本領域普通技術人員由本發明的說明書很容易知道，根據本發明也可以使用目前已有或以后發展的、執行與這里所述的相應實施例基本相同功能或者獲得基本相同結果的處理、機器、制造、物質組分、裝置、方法和步驟。本領域技術人員應當知道，在不脫離附加權利要求的廣義范圍的情況下能夠對本發明進行多種變化和改變。它們中的一些在上面介紹，其它由本領域技術人員可知。
權利要求
1.一種用于制造注射模制產品的方法，包括 通過建造單部件模具塊來制造注射模具，所述單部件模具塊包括模腔，所述模腔的尺寸和形狀設置成與注射模制產品的所需形狀相對應；以及第一供給器管道，所述第一供給器管道從模腔伸出； 將熔融材料通過第一供給器管道而注入模腔中，以便形成注射模制產品和從所述注射模制產品延伸到第一供給器管道內的澆口； 機械加工注射模具塊的一部分，以便露出注射模制產品； 在澆口將注射模制產品牢固保持在注射模具的剩余部分內的同時機械加工注射模制產品；以及 從澆口上切割注射模制產品。
2.根據權利要求1所述的方法，其中注射模制產品的機械加工包括使得注射模制產品的外表面平滑。
3.根據權利要求1所述的方法，其中模具塊被牢固建造在基板上。
4.根據權利要求1所述的方法，其中模具塊包括第二供給器管道。
5.根據權利要求4所述的方法，其中基板包括第一表面，所述第一表面鄰近模具塊；第二表面，所述第二表面背離模具塊；以及流入槽道，所述流入槽道與第一供給器管道流體連通，所述流入槽道具有朝向基板的第二表面的擴大部分。
6.根據權利要求1所述的方法，其中模具塊通過一層層地沉積激光熔化金屬粉末而形成。
7.根據權利要求1所述的方法，其中在模具塊的制造過程中將金屬結構插入模腔內，以便向注射模制產品提供支承。
8.根據權利要求1所述的方法，其中在模具塊的制造過程中將金屬插入件插入模腔內，使得螺紋可通過插入件而機械加工至注射模制產品中。
9.根據權利要求1所述的方法，其中產品的機械加工包括銑削產品和在注射模制產品中切割螺紋的一種。
10.根據權利要求1所述的方法，其中制造注射模具包括制造空氣和材料出口和冷卻劑管道中的一個。
11.一種用于制造注射模制產品的方法，包括 制造注射模具，所述注射模具包括下部部件和上部部件，所述下部部件和上部部件形成在它們之間的模腔，所述模腔的尺寸和形狀設置成與要在模腔中注射模制的產品的所需尺寸和形狀相對應；以及第一供給器管道，所述第一供給器管道從模腔延伸到下部部件中； 通過第一供給器管道而將熔融材料注入模腔中，以便形成注射模制產品和從所述注射模制產品延伸到第一供給器管道中的澆口； 除去注射模具的上部部件，以便露出注射模制產品的一部分； 機械加工注射模具的下部部件的一部分，以便露出注射模制產品的剩余部分； 在澆口將注射模制產品牢固保持在注射模具的下部部件的剩余部分內的同時機械加工注射模制產品；以及 從澆口上切割注射模制產品。
12.根據權利要求11所述的方法，其中使用選擇性激光熔化處理過程來制造注射模具。
13.根據權利要求11所述的方法，其中注射模制產品的機械加工包括使得所述注射模制產品的外表面平滑。
14.根據權利要求11所述的方法，其中注射模具牢固地建造在基板上。
15.根據權利要求11所述的方法，其中注射模制產品包括第二供給器管道。
16.根據權利要求15所述的方法，其中基板包括第一表面，所述第一表面鄰近注射模具；第二表面，所述第二表面背離基板；以及流入槽道，所述流入槽道與第一供給器管道流體連通，所述流入槽道具有朝向第二表面的擴大部分。
17.—種注射模具系統,包括 模具塊，所述模具塊包括模腔，所述模腔的尺寸和形狀設置成與要在模腔中注射模制的產品的所需尺寸和形狀相對應；以及第一供給器管道，所述第一供給器管道延伸到模腔中，使得熔融材料通過所述第一供給器管道注入模腔將形成具有澆口的注射模制產品，所述澆口從所述注射模制產品延伸到第一供給器管道中。
18.根據權利要求17所述的注射模具系統，其中模具塊形成為單個單元。
19.根據權利要求17所述的注射模具系統，其中模具塊包括相互固定的下部部件和上部部件，使得模腔形成于下部部件和上部部件之間。
20.根據權利要求17所述的注射模具系統，還包括 基板，所述基板具有第一表面，所述第一表面附接在模具塊上；以及第二表面，所述第二表面背離模具塊；基板還包括流入槽道，所述流入槽道與第一供給器管道流體連通，使得澆口保持在流入槽道中。
全文摘要
本發明公開了一種用于制造注射模制產品(11)的方法，包括通過建造單部件模具塊(2)來制造注射模具(1)，該單部件模具塊包括模腔(5)和第一供給器管道(7)，該模腔的尺寸和形狀設置成與注射模制產品的所需形狀相對應，該第一供給器管道從模腔伸出；以及將熔融材料通過供給器管道而注入模腔中，以便形成注射模制產品和從該注射模制產品伸入第一供給器管道內的澆口；以及機械加工注射模具塊的一部分，以便露出注射模制產品，并在澆口使得產品牢固保持在注射模具的剩余部分中的同時機械加工該注射模制產品。然后，將產品從澆口上切割。
文檔編號B29C45/00GK103038036SQ201180037089
公開日2013年4月10日 申請日期2011年8月3日 優先權日2010年8月9日
發明者U·赫里格, H·弗呂基格 申請人:斯恩蒂斯有限公司