幅材超声波注模制造技术

载体幅材（３４）上的注模部件位于半模（１８，２０）之间。通过将超声能施加到模具腔体上以帮助聚合物熔体流入模具。在模制操作之后，半模分离，并推动或者引导载体幅材到下一个位置以用于另一个模制序列。模制设备包括移动模具表面（２０），该表面能够移向并移离第一模具构件（１８）（它可以是静止的），模具腔体位于其所述第一模具构件中、用于移动和／或引导位于第一模具构件和移动模具表面之间的装置（２４，２５，２６，３０，３２）、将聚合物熔体注入模具腔体中的装置（１６）、以及为模具腔体提供超声能的超声波系统（４２）。载体幅材可以将模制部件传输到后续的处理步骤，例如涂层、烘干、检测、固化、组装或者包装。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及超声波辅助模铸方法以及相关的装置。
技术介绍
模制品是众所周知的并且得到广泛的应用。其上具有精密结构的 模制品对于先成形、随后处理和操作的过程是一种挑战。通常，注模 微小精密结构是通过将熔化的材料注射到模具腔体中、给位于模具中 的熔化材料施以额外的热量、并为熔化材料提供附加的时间以流入模 具中的小腔体中而实现的。国际公开WO 2005/082596中公开了一种微针模制方法，且国际公 开WO 2006/062974公开了可包含使用超声能的一种方法。美国专利 4，921,671中教导了一种将特征部件模制到挠性材料的连续幅材上的方 法，美国专利2,965,932披露了在上部和下部模具件之间的塑胶薄板片 上制作容器顶盖的一种方法，当一圈塑胶被喷射到所述薄板上时，上 部和下部模具结合在一起。将电磁感应用于模具的预热也是众所周知的。专利技术的公开本专利技术提供了将注模部分形成到载体幅材上的方法。所公开方法 的一些实施例包括将超声振动应用到半模之间引导的载体幅材上。本7专利技术还提供了先处理然后操作模制部件的方法。此外，本公开提供幅 材上装置的模制阵列和制造模制装置的机器。本专利技术方法包括提供具有第一模具构件和可移动模具构件的注模设备，所述可移 动模具构件能够移向第一模具构件和从第一模具构件移开以便闭合模具，其中在第一或者可移动模具构件的至少一个中具有模具腔体，其 含有纵横比至少为2:1的多个微结构特征；当模具腔体闭合时将聚合物熔体注入其中；使用超声焊头为模具腔体施加超声振动； 并且应用选自如下的至少一组处理参数A. 定位载体幅材，以便当模具闭合时，使得载体幅材位于第一模具构件和移动模具构件之间，幅材的一部分面向模具腔体且一部分位于闭合的模具之外；B. 通过电磁感应加热装置加热模具腔体；和/或C. 通过电阻加热来加热模具腔体。可以使用电磁感应(EMI)加热在注射模具腔体内部对微结构工具 实施快速、局部的加热。可以利用EMI对部件进行模制，与未使用EMI 制成的制品相比，小于5微米特征部件可以在相对较短的模制周期时 间(例如，少于10秒)内出色地复制模具图形并且模内应力显著降低 且所生产的模制品具有双折射率。"微结构"是指在较大制品上具有至少一个尺寸(例如，长度、 宽度或者高度在lpm和lmm之间)的特征部件或者结构。例如，这类 特征部件可以是空腔、凹槽或者凸块(例如，聚合物圆盘(以下称之 为针床)上微针阵列中的微针)。微针是微小的、锥状的微结构体，它是由制品的基部或者针床(例 如，微针状阵列盘形或者圆形基部)而形成的。微针是从基部到顶部伸长并呈锥状的，并且可以具有形如金字塔、圆锥体或者美国专利公开2003/0045837和PCT公开WO 2007/075614等所公开的那些形状。 微针可以刺穿皮肤的角质层以便穿透皮肤协助治疗剂的透皮递送或者 液体采样。微针的高度一般小于lOOOpm,通常从基部到顶部是在 20-50(^m的范围内，或者25-250nm的范围内，并且纵横比可以在2:1 至ij6:l的范围内。"纵横比"是指特征部件(例如微结构的特征部件，如微针)的高度或者长度与这些特征部件的最宽的部分(例如针的基部，在此处 微针与作为微针阵列基部的针床相交)的宽度或直径之间的比率。在带有多边形或者矩形基部的锥状微针这种情况中，用于得到纵横比的 最大基部尺寸应当是跨越基部而连接相对角的对角线。"阵列"是指相互接近的表面上的两个或者多个制品或者特征部 件的排列，它可以遵照或者不遵照特定的几何次序。"填充百分率"是聚合物熔体能够填充的单个微结构特征部件的 深度。例如，如果微针腔体的深度是25(Him并且聚合物填充它的深度 为125)im，填充百分比将为50%。本专利技术方法中所使用的设备包括注模设备，包括-第一模具构件；移动模具构件，其能够移向和移离所述第一模具构件； 模具腔体，其位于第一模具构件内部并且面向所述移动模具构件;幅材处理装置，其用于移动第一模具构件和移动模具表面之间的 幅材，以使得幅材的一部分面向模具腔体并且当第一和可移动模具构 件位于闭合位置时，幅材的一部分位于由它们所封闭的区域之外； 装置，其用于注射熔体进入模具腔体中；以及 超声波系统，其将超声波振动提供给模具腔体中的熔体；9所述装置还包括选自以下部件的至少一个元件-A. 幅材引导装置，每次移动模具构件移向第一模具构件以闭合模 具时，所述幅材引导装置沿着它的长度引导载体幅材到不同的位置；B. 电磁感应加热器，其能够加热模具腔体内的模具插件和/或模具 腔体周围的金属；C. 电阻加热装置。定位装置，其能够将EMI加热器定位到足够接近模具腔体的位置 (如果EMI加热器已不在这样的位置，可以使用所述定位装置)以完 成这种加热。只要EMI加热器的位置能够足够接近以有效地加热模具 腔体，就可以使用其他结构。例如，可以在靠近模具腔体的位置上将 EMI加热器定位在第一模具构件内。在这种情况中，上述的定位装置 不是必需的。相对于模具而言，术语"特征部件"是指模具腔体内的三维腔体、 凹槽、或者凹陷，模具腔体可以至少部分地定义即将模制的制品形状， 例如微针或者透镜。模具的十分微小特征部件的填充是在动态模制温度循环的帮助下 完成的，动态模制温度循环控制热转换装置的使用以调整模制温度。 在动态模制温度循环中，首先将模具加热到将要注射的聚合物的软化 温度以上的温度(对于聚碳酸酯，高于149。C)。高模制温度有助于保 持较低的聚合物熔体粘度以利于填充模具特征部件和最小化粘弹性起 皮现象。在形成模制特征部件后，将模具冷却到软化点以下以帮助固 化熔融聚合物。PCT公开WO 2005/082596和美国专利5,376,317描述 了模制温度热循环方法。模具加热和冷却的速率限制了动态模制温度循环的功效。高导热 材料(例如，铍铜合金)可以用于提高热转换，但是热转换的速率受 限于所使用的热转换介质的特性，例如油。术语"循环时间"是指从注模设备的关闭，同时载体幅材位于第 一和可移动模具构件之间，直到引导载体幅材，将模制的制品或者制 品从模具腔体区域移开并且为下一次模制循环而定位部分载体幅材的 时间。在每次模制循环过程中，循环时间应当足以允许模具腔体(包 括插件中的任何微腔体)基本上填充了熔融聚合物并且此后聚合物足 以在聚合物软化点之下进行冷却。在本专利技术的方法中，作为模制循环的一部分的超声波使用和/或模具部分EMI加热也有助于填充模具特征部件。聚合物熔体填充了模具 腔体后，将模具冷却到低于聚合物玻璃化转变温度的温度以允许模制 品从腔体脱模。与实施现有技术所采用的实际模制循环时间相比，本 专利技术处理中处理参数的组合能够縮短上述时间。本专利技术处理和设备使 得注模微结构制品(其特征是具有小于5nm的尺寸)具有较好的保真 性(即，十分微小的模具特征部件的良好再生产)和20秒或者更少的 模制循环时间。为了最大化载体幅材上的模制部件密度，可以将本专利技术处理配置 为在载体幅材上的交错位置中对腔体进行成形。以下将要解释的这种 构思可以产生贴附于载体幅材的模制品阵列，其中模制品之间最近的 中心到中心、或者边缘到边缘距离比注模设备的模具腔体之间的中心 到中心、或者边缘到边缘的距离更近。附图说明图1为根据本专利技术原则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种注模方法，包括：　提供具有第一模具构件和至少一个可移动模具构件的注模设备，所述可移动模具构件能够移向所述第一模具构件和从所述第一模具构件移开以便闭合模具，其中在所述第一或者可移动模具构件的至少一个中具有模具腔体，其含有纵横比至少为 ２∶１的多个微结构特征部件；　当所述模具腔体闭合时将聚合物熔体注入其中；　使用超声焊头为所述模具腔体施加超声波振动；　并且应用选自如下的至少一组处理参数：　Ａ．定位载体幅材，以便当所述模具闭合时，载体幅材位于所述第一 模具构件和移动模具构件之间，所述幅材的一部分面向所述模具腔体且其一部分位于闭合模具之外；　Ｂ．通过电磁感应加热装置加热所述模具腔体；和／或　Ｃ．通过电阻加热来加热所述模具腔体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼斯E弗格森，萨蒂德尔K纳亚尔，彼得T本松，斯坦利伦登，唐纳德L泊察尔特，詹姆斯N多布斯，丹尼尔H卡尔森，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]