具有共形加热和冷却系统的模具及其制造方法技术方案

一种用于形成模具装置的方法，包括：通过增材制造方法形成腔体部分；其中，所述腔体部分包括具有大于或等于约0.025μm表面粗糙度的腔体模制表面和多个腔体流体通道；其中，所述腔体流体通道包括与所述腔体模制表面的轮廓共形的轮廓；处理所述腔体模制表面以将表面粗糙度降低到低于约0.025μm；通过增材制造形成核心部分；其中，所述核心部分包括核心模制表面和多个核心流体通道；其中，所述核心流体通道与核心模制表面共形。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及具有与模制表面共形（conform）的加热和冷却系统的模具及其制造方法。具体地，本文公开了包括通过增材制造（AM，AdditiveManufacturing）形成的部分和通过其他方法形成的部分的模具。该模具可用于形成具有特定表面特征的薄壁热塑性产物。
技术介绍
全球塑料工业一直在寻找增加收益并降低内部生产成本的创新解决方案。为了实现该远大的目标，价值链中的多层（multipletier）如产品设计者、设备供应商、原材料供应商、工具供应商和聚合物加工商正在创新新型技术。针对注射模制的一种这种发展是加热和冷却技术。在每个注射模制循环中，利用加热和冷却技术，通过加压的热水在注射阶段快速加热注射模具表面并且通过流过加压冷却水在冷却阶段快速冷却注射模具表面。典型的加热和冷却模制循环包括首先在将塑料熔体注射到腔体中之前将模具加热至玻璃化转变温度（Tg）以上，然后在弹出(eject)部件之前将模具冷却至弹出温度（ejectiontemperature）（Te）以下。在每个模制循环期间重复模具表面的这种交替的加热和冷却。因此，生产过程受持续模制循环的限制。然而，模具装置的几何因素以及流动参数对加热和冷却时间具有显著影响。例如，通过机械加工材料块(ablockofmaterial)形成的模具装置包括直线冷却/加热通道，这对于具有复杂几何形状的部件（例如，非直线部件、三维形状的部件）的最佳制造是不足够的。这是由于模具表面和冷却/加热通道之间的变化距离，该导致不均匀的温度分布和较长的模制循环。另外，在传统的机械加工过程中，直线冷却线可能远离模制表面10至15毫米（mm）。因此，可能增加加热和冷却时间，这可能增加模制循环时间并降低生产力。增材制造（AM）是转变制造所有种类事物的方式的新型生产技术。AM由数字模型制造实际上任何形状的三维（3D）立体物体（solidobject）。通常，通过利用计算机辅助设计（CAD）模型软件生成期望立体物体的数字蓝图，然后将虚拟蓝图切片成非常小的数字横截面来实现。在连续的分层过程中在AM机器中形成或沉积这些截面以生成3D物体。AM具有许多优势，包括明显减少从设计至原型至商业产品的时间。运行设计变化是可能的。可以在单一装配中建立多个部件。不需要工具。需要最少的能量来制造这些3D立体物体。其还减少了废弃物和原材料的量。AM还有助于极其复杂的几何部件的生产。由于根据需要（on-demand）并且在原位（on-site）可以迅速地制造部件，因此AM还降低了用于商业的部件库存。可以将粉末床熔合（PowderBedFusion）（一类AM）用作用于生产金属和塑料部件的低成本的形成过程，和/或用于困难的几何形状的形成过程。粉末床熔合涉及基于粉末床的增材制造系统，其用于通过使用热能来选择性熔化粉末床中的区域以逐层方式由3D模型的数字图示建立三维（3D）模型。激光烧结是一种广为人知的粉末床熔合过程。将粉末床材料（由非常小的塑料或金属颗粒制成）选择性地暴露于激光束或其他聚焦热能源以在x-y平面中以一定图案将粉末床颗粒的部分熔合在一起。在暴露的颗粒熔合在一起之后，将新鲜的粉末床放置在熔合层上。然后将新的粉末床在x-y平面中暴露于激光束或其他热能源以形成新图案。熔合颗粒的该新图案也与其下面的熔合图案的部分熔合，从而沿着z轴（垂直于x-y平面）形成粘合的图案，然后重复该过程以形成如同于数字图示的3D模型。可以将材料挤出（materialextrusion）（另一类AM）用作用于生产塑料部件的低成本形成过程，和/或用于困难的几何形状的形成过程。材料挤出涉及基于挤出的增材制造系统，其用于通过挤出可流动的模型材料以逐层方式由3D模型的数字图示建立三维（3D）模型。通过挤出头（extrusionhead）携带的挤出尖端（extrusiontip）挤出模型材料，并作为一系列道路（road）将其沉积在x-y平面的基板上。挤出的模型材料与之前沉积的模型材料熔合，并在温度下降时凝固。然后沿着z轴（垂直于x-y平面）增加（incremented）挤出头相对于基板的位置，然后重复该过程以形成如同数字图示的3D模型。然而，通过增材制造方法（AM）形成的模具装置可以具有粗糙的模制表面。因而，使用该模具装置形成的模制品可能需要模制后的修整过程，这进一步增加生产时间和成本。因此，存在对于在保持期望的表面参数的同时能够具有快速的模制循环和均匀的温度分布的模具和生产模具的方法的需要。
技术实现思路
本文公开了具有遵循模制表面的轮廓（产生模制表面的均匀温度分布）的共形加热/冷却设计的模具，制造其的方法，和通过其形成的产物。用于形成模具装置的方法，包括：通过增材制造方法形成腔体部分；其中，腔体部分包括具有大于或等于约0.025μm表面粗糙度的腔体模制表面和多个腔体流体通道；其中，腔体流体通道包括与腔体模制表面的轮廓共形的轮廓；处理腔体模制表面以将表面粗糙度降低到低于约0.025μm；通过增材制造形成核心部分；其中，核心部分包括核心模制表面和多个核心流体通道；其中，核心流体通道与核心模制表面共形。形成模具装置的方法，包括：形成包括腔体表面的腔体嵌入件，该腔体表面具有小于或等于约0.025μm的粗糙度；通过增材制造形成与腔体表面相对的腔体部分；其中，腔体部分包括多个腔体流体通道；其中，腔体流体通道包括与腔体模制表面的轮廓共形的轮廓；通过增材制造形成核心部分；其中，核心部分包括核心模制表面和多个核心流体通道；其中，核心流体通道与核心模制表面共形。模具装置，包括：包括核心模制表面和多个核心流体通道的核心部分；其中，核心流体通道与核心模制表面的轮廓共形；包括腔体模制表面和多个腔体流体通道的腔体部分；其中，腔体流体通道与腔体表面的轮廓共形；其中，核心模制表面和腔体模制表面中的至少一个包括小于约0.025μm的粗糙度。用于模制聚合物的方法，包括：通过使加热流体通过多个核心通道加热核心模制表面；其中，多个核心通道与核心模制表面共形；其中，核心模制表面包括小于或等于约0.025μm的粗糙度；通过使加热流体通过多个腔体通道加热腔体模制表面；其中，多个腔体通道与腔体模制表面共形；其中，腔体模制表面包括小于或等于约0.025μm的粗糙度；在核心部分和腔体部分之间注入聚合物材料；施加压力至聚合物材料以形成聚合物产物；通过使冷却流体通过多个核心流体通道和腔体通道冷却核心模制表面和腔体模制表面；弹出聚合物产物。通过以下附图和详细描述举例说明了以上所描述的及其他特征。附图说明现在参考附图，其是示例性实施方式，并且其中相同的元件标号相同。图1是通过非增材制造技术（non-additivemanufacturingtechnique）形成的模制装置的截面俯视图。图2是通过本文公开的方法形成的模制装置的截面俯视图。图3是通过本文公开的方法形成的模制装置的截面俯视图。图4A和图4B是通过本文公开的方法形成的模具装置的平面图。图5是描绘了用于形成图2的模具的方法的流程图。图6是描绘了用于形成图3的模具的方法的流程图。图7A和图7B是用于手机壳（cellphonecover）的腔体和核心模具部分的计算机辅助设计（CAD）。图8A和图8B分别是在图7A和图8的腔体和核本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成模具装置的方法，包括：通过增材制造方法形成腔体部分；其中，所述腔体部分包括具有大于或等于约0.025μm表面粗糙度的腔体模制表面和多个腔体流体通道；其中，所述腔体流体通道包括与所述腔体模制表面的轮廓共形的轮廓；处理所述腔体模制表面以将表面粗糙度降低到低于约0.025μm；通过增材制造形成核心部分；其中，所述核心部分包括核心模制表面和多个核心流体通道；其中，所述核心流体通道与所述核心模制表面共形。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.25 IN 1129/DEL/20141.一种用于形成模具装置的方法，包括：通过增材制造方法形成腔体部分；其中，所述腔体部分包括具有大于或等于约0.025μm表面粗糙度的腔体模制表面和多个腔体流体通道；其中，所述腔体流体通道包括与所述腔体模制表面的轮廓共形的轮廓；处理所述腔体模制表面以将表面粗糙度降低到低于约0.025μm；通过增材制造形成核心部分；其中，所述核心部分包括核心模制表面和多个核心流体通道；其中，所述核心流体通道与所述核心模制表面共形。2.根据权利要求1所述的方法，其中，处理所述腔体模制表面包括机械加工所述模制表面。3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括处理所述核心模制表面以将表面粗糙度降低到小于或等于约0.025μm，并且其中，所述处理所述核心模制表面包括机械加工所述核心部分的模制表面。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述多个腔体流体通道和所述多个核心流体通道中的至少一部分是非线性的。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述增材制造方法包括激光烧结、激光熔合、激光金属沉积。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述核心模具表面和所述核心流体通道之间的距离在所述核心模具表面上变化小于3％，并且其中，所述腔体模具表面和所述腔体流体通道之间的距离在所述腔体模具表面上变化小于3％。7.一种形成模具装置的方法，包括：形成包括腔体表面的腔体嵌入件，所述腔体表面具有小于或等于约0.025μm的粗糙度；通过增材制造形成与所述腔体表面相对的腔体部分；其中，所述腔体部分包括多个腔体流体通道；其中，所述腔体流体通道包括与腔体模制表面的轮廓共形的轮廓；通过增材制造形成核心部分；其中，所述核心部分包括核心模制表面和多个核心流体通道；其中，所述核心流体通道与所述核心模制表面共形。8.根据权利要求7所述的方法，其中，处理所述腔体模制表面包括机械加工所述模制表面。9.根据权利要求7或8所述的方法，进一步包括处理所述核心模制表面以将表面粗糙度降低到小于或等于约0.025μm，并且其中，所述处理所述核心模制表面包括机械加工所述核心部分的模制表面。10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其中，所述多个腔体流体通道和所述多个核心流体通道中的至少一部分是非线性的。11.根据权利要求7-10中任一项所述的方法，其中，所述增材制造方法包括激光烧结、激光熔合、激光金属沉积。...

【专利技术属性】
技术研发人员：文卡特沙·纳拉亚纳斯瓦米，
申请(专利权)人：沙特基础工业全球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL