一種光固化注射成型模具及方法
2023-04-23 09:53:16 3
專利名稱：一種光固化注射成型模具及方法
技術領域：
本發明涉及一種光固化注射成型模具及方法，屬於聚合物複合材料成型加工技術領域。
背景技術：
近年來，光固化技術發展迅速，應用領域越發廣泛。光固化技術在醫療材料、立體模型製造、微細加工光致抗蝕劑、壓印光刻等多領域均得到了較快的發展。中國專利CN201033467應用紫外線固化技術製造紫外線固化快速成型設備。中國專利CN101231463應用紫外線固化技術壓印成型光學元件，並且將模塑製造原理引入光固化製造領域，取得了一定的成功。但無論是紫外線快速成型技術還是紫外線壓印技術均存在一定的問題，如紫外線快速成型技術成型的製品其精密度較低，紫外壓印技術製造的產品形式過於單一；成型的製品是由光固化材料與石英玻璃膠合在一起的雙材料製品，在受到較大拉伸時會產生脫膠等缺陷。
發明內容
針對現有光固化成型技術的不足，提供一種光固化注射成型模具，在熱塑性材料注射成型模具的基礎上增設紫外線固化裝置，將紫外線固化材料注射進型腔後用紫外光照射使其固化成型製品。與傳統注射成型加工方法相比，光固化注射成型方法不存在冷卻階段，縮短了製品的成型周期，提高了成型效率。並且由於整個製品採用同種材料成型，不存在轉印技術成型製品存在的雙材料製造產生的強度不足的缺陷。為實現上述目的所採用的技術方案是:一種光固化注射成型模具，主要包括:成型組件、導向組件、光固化組件。其中，成型組件包括:澆口塊、上託板、成型模板、彈簧、頂出杆，氣缸連接杆、微型氣缸。澆口塊直接嵌入上託板；成型模板與上託板採用螺紋連接；彈簧套於頂出杆一端後裝入成型模板的頂出通道；氣缸連接杆連接在微型氣缸的頂杆端螺紋端後與微型氣缸一起固定在成型模板側面微型氣缸放置孔內。導向組件包括:導柱、玻璃放置板、玻璃、玻璃頂板。導柱穿入玻璃放置板的導孔內；玻璃放入玻璃放置板的放置槽後以玻璃頂板固定；玻璃頂板與玻璃放置板之間採用螺紋連接。光固化組件包括:光固化裝置放置板、紫外燈線光源、絲槓螺母連接件、線性導軌、滾珠絲槓、絲槓螺母、紫外燈線光源連接件、前端軸承座、後端軸承座、支撐板、下託板。前端軸承座、後端軸承座固定在光固化裝置放置板上；絲槓螺母套於滾珠絲槓上後裝在兩軸承座上；絲槓螺母連接件一斷連接於絲槓螺母上，另一端連接在線性導軌上；紫外燈線光源連接件一端連接紫外燈線光源，另一端連接線性導軌上；支撐板、光固化裝置放置板由導柱串接於玻璃放置板上；下託板與支撐板之間以螺紋連接。在整個光固化注射成型模具中，成型組件安裝於合模機構的定模板端，導向組件安裝於合模機構的動模板端。導柱在導向組件與光固化組件之間起連接作用，導柱在成型組件與導向組件之間起導向作用。在注射成型過程中導向組件在動模板的帶動下向成型組件移動，在移動的過程中導向組件上的導柱起到導向作用。合模完成後，由注射裝置向型腔內注射光固化材料，待注射完成，紫外燈線光源開啟，紫外燈線光源在滾珠絲槓的帶動下移動一次將型腔內液體固化。導向組件在動模板的帶動下開模，微型氣缸帶動氣缸連接杆推頂推頂杆將製品頂出，同時彈簧被壓縮，微型氣缸帶動氣缸連接杆回撤，彈簧回彈使得推頂杆復位。
採用本發明一種光固化注射成型模具製造製品的方法是:
第一步:將質量分數分別為60°/Γ90%的兩官能團聚氨酯丙烯酸酯、5°/Γ Ο%的六官能團聚氨酯丙烯酸酯、59TlO%的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、29Γ6%的1-羥基環己基苯基甲酮和0.39Tl%的2，4，6-三甲基苯甲醯基苯基膦酸乙酯倒入三口燒瓶，用精密攪拌器進行攪拌，攪拌速度為l(T200r/min,攪拌時間為5 60min。將攪拌後的液體導入燒杯,放置在抽真空機內進行抽真空，真空時間為1飛小時，之後取出將混合液體導入注射裝置。
第二步:模具合模，將紫外線固化材料通過澆口塊注射進模具型腔，注射壓力為 2^IOMPa,注射速度2(T200mL/s，注射時間為0.2飛S，注射結束後進行保壓，保壓壓力為 llMPa，保壓時間直至光固化製品成型後。
第三步:將紫外線固化材料通過澆口塊注射進模具型腔後開啟紫外線固化燈，照度為0.2^1.0W/cm2，在滾珠絲槓的帶動下，紫外光線光源照射整個成型模板內的型腔，待光固化液體固化成型，停止保壓。
第四步:保壓結束後，關閉紫外線固化燈，開模後微型氣缸帶動氣缸連接杆推動頂出杆將製品頂出。同時，通過未固化材料回收流道，將未固化的紫外線固化材料回收以便重複利用。
第五步:去除成型製品的料棒，得到最終微結構製品。
本發明一種光固化注射成型模具及方法的有益效果:
1.該模具增設了紫外線固化裝置，模具型腔的一部分採用玻璃材質製成，可使紫外線射入型腔內，使得紫外光注射成型方式實現。
2.該模具可用於成型超薄及微型製品，成型製品的流長比可達到100以上。
3.成型過程中沒有冷卻階段，成型周期更短，只需紫外光5s即可成型製品，同時， 可根據型腔內製品的規格調整紫外線光源照射面積，以縮短成型時間。
4.成型製品節省了原料成本，成型製品過程中所需要的物料僅為紫外線照射後固化部分，其餘部分材料均收集利用，並且 回收物料沒有化學及物理上的相變，不屬於回收再利用物料。
圖1為本發明一種光固化注射成型模具的三維結構示意圖。
圖2為本發明一種光固化注射成型模具的爆炸圖。
圖3為本發明一種光固化注射成型模具中成型模板的放大圖。
圖4為本發明一種光固化注射成型模具中製品頂出結構的放大圖。
圖5為本發明一種光固化注射成型模具中光固化成型機構的放大圖。
圖6為本發明一種光固化注射成型模具成型的帶有微結構突起的製品的主視圖。
圖7為本發明一種光固化注射成型模具成型的帶有微結構突起的製品的側視圖。
圖中:1-成型組件，2-導向組件，3-光固化組件，4-澆口塊，5-上託板，6-成型模板，7-頂出杆,8-微型氣缸,9-玻璃放置板,10-玻璃，11-導柱,12-支撐板,13-下託板，14-光固化裝置放置板，15-紫外燈線光源，16-前端軸承座，17-滾珠絲槓，18-絲槓螺母連接件，19-絲槓螺母，20-後端軸承座，21-紫外燈線光源連接件，22-線性導軌，23-玻璃頂板，24-彈簧，25-氣缸連接杆。
具體實施例方式本發明一種光固化注射成型模具，如圖1和圖2所示，該模具主要包括:成型組件
1、導向組件2、光固化組件3。其中，成型組件I包括:澆口塊4、上託板5、成型模板6、彈簧24、頂出杆7、氣缸連接杆25、微型氣缸8，其中澆口塊4直接嵌入上託板5，成型模板6與上託板5採用螺紋連接，彈簧24套於頂出杆7 —端，裝入成型模板6的頂出通道，氣缸連接杆25連接在微型氣缸8的頂杆端螺紋端,與微型氣缸8—起固定在成型模板6側面的孔內；導向組件2包括:導柱11、玻璃放置板9、玻璃10、玻璃頂板23，其中導柱11穿入玻璃放置板9的導孔內，玻璃10位於玻璃放置板9的放置槽，用玻璃頂板23固定，玻璃頂板23與玻璃放置板9之間採用螺紋連接；光固化組件3包括:光固化裝置放置板14、紫外燈線光源15、絲槓螺母連接件18、線性導軌22、滾珠絲槓17、絲槓螺母19、紫外燈線光源連接件21、前端軸承座16、後端軸承座20、支撐板12、下託板13，其中前端軸承座16、後端軸承座20固定在光固化裝置放置板14上，絲槓螺母19套在滾珠絲槓17上，裝在兩軸承座上，絲槓螺母連接件18 —端與絲槓螺母17相連接，另一端與線性導軌22相連接；紫外燈線光源連接件18一端與連接紫外燈線光源15相連接，另一端與線性導軌22相連接；支撐板12、光固化裝置放置板14由導柱11串接於玻璃放置板9上；下託板13與支撐板12之間以螺紋連接。在整個光固化注射成型模具中，成型組件安裝於合模機構的定模板端，導向組件安裝於合模機構的動模板端。導柱在導向組件與光固化組件之間起連接作用，導柱在成型組件與導向組件之間起導向作用。在注射成型過程中導向組件在動模板的帶動下向成型組件移動，在移動的過程中導向組件上的導柱起到導向作用。合模完成後，由注射裝置向型腔內注射光固化材料，待注射完成，紫外燈線光源開啟，紫外燈線光源在滾珠絲槓的帶動下移動一次將型腔內液體固化。導向組件在動模板的帶動下開模，微型氣缸帶動氣缸連接杆推頂推頂杆將製品頂出，同時彈簧被壓縮，微型氣缸帶動氣缸連接杆回撤，彈簧回彈使得推頂杆復位。採用本發明一種光固化注射成型模具製造製品的方法是:第一步:將質量分數分別為85%的量官能團聚氨酯丙烯酸酯、8%的六官能團聚氨酯丙烯酸酯、4%的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、2.5%的1-羥基環己基苯基甲酮、0.5%的2,4, 6-三甲基苯甲醯基苯基磷酸乙酯倒入500ml的三口燒瓶，用精密攪拌器進行攪拌，攪拌速度為60r/min,攪拌時間為lOmin。將攪拌後的液體導入燒杯,放置在抽真空機內抽真空，真空時間為2小時，之後取出將混合液體導入注射裝置。第二步:模具合模，將紫外線固化材料通過澆口塊4注射進模具型腔，注射壓力為4MPa，注射速度100mL/S，注射時間為ls，注射結束後進行保壓，保壓壓力為3MPa，保壓直至光固化製品成型。第三步:開啟紫外線固化燈，照度為1.0W/cm2，在滾珠絲槓17的帶動下，紫外光線光源15照射整個成型模板6內的型腔，待光固化液體固化成型，停止保壓。
第四步:開模後微型氣缸8帶動氣缸連接杆25推動頂出杆7將製品頂出。同時， 通過未固化材料回收流道，將未固化的紫外線固化材料回收以便重複利用。
第五步:去除成型製品的料棒，得到最終微結構製品。
權利要求
1.一種光固化注射成型模具，其特徵在於，主要包括:成型組件、導向組件、光固化組 件，成型組件安裝於合模機構的定模板端，導向組件安裝於合模機構的動模板端；導柱在導 向組件與光固化組件之間起連接作用，導柱在成型組件與導向組件之間起導向作用；成型 組件包括:澆口塊、上託板、成型模板、彈簧、頂出杆、氣缸連接杆和微型氣缸，澆口塊直接 嵌入上託板；成型模板與上託板採用螺紋連接；彈簧套位於頂出杆一端後裝入成型模板的 頂出通道；氣缸連接杆連接在微型氣缸的頂杆端螺紋端後與微型氣缸一起固定在成型模 板側面微型氣缸放置孔內；導向組件包括:導柱、玻璃放置板、玻璃、玻璃頂板，導柱穿入玻 璃放置板的導孔內；玻璃放入玻璃放置板的放置槽後以玻璃頂板固定；玻璃頂板與玻璃放 置板之間採用螺紋連接；光固化組件包括:光固化裝置放置板、紫外燈線光源、絲槓螺母連 接件、線性導軌、滾珠絲槓、絲槓螺母、紫外燈線光源連接件、前端軸承座、後端軸承座、支撐 板、下託板，前端軸承座、後端軸承座固定在光固化裝置放置板上；絲槓螺母套於滾珠絲槓 上後裝在兩軸承座上；絲槓螺母連接件一斷連接於絲槓螺母上，另一端連接在線性導軌上； 紫外燈線光源連接件一端連接紫外燈線光源，另一端連接線性導軌上；支撐板、光固化裝置 放置板由導柱串接於玻璃放置板上；下託板與支撐板之間以螺紋連接；導向組件在動模板 的帶動下開模，微型氣缸帶動氣缸連接杆推頂推頂杆將製品頂出，同時彈簧被壓縮，微型氣 缸帶動氣缸連接杆回撤，彈簧回彈使得推頂杆復位。
2.採用權利要求1所述的一種光固化注射成型模具成型製品的方法，其特徵在於，第 一步:將一定比例的兩官能團聚氨酯丙烯酸酯、六官能團聚氨酯丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三 丙烯酸酯、1-羥基環己基苯基甲酮和2，4，6-三甲基苯甲醯基苯基膦酸乙酯倒入三口燒瓶， 用精密攪拌器進行攪拌，將攪拌後的液體導入燒杯，放置在抽真空機內進行抽真空，之後取 出將混合液體導入注射裝置；第二步:模具合模，將紫外線固化材料通過澆口塊注射進模具型腔，注射結束後進行保 壓，保壓時間直至光固化製品成型後；第三步:將紫外線固化材料通過注射裝置的澆口塊注射進模具型腔後開啟紫外線固化 燈，在滾珠絲槓的帶動下，紫外光線光源照射整個成型模板內的型腔；第四步:保壓結束後，關閉紫外線固化燈，開模後微型氣缸帶動氣缸連接杆推動頂出杆 將製品頂出；同時，通過未固化材料回收流道，將未固化的紫外線固化材料回收以便重複利 用；第五步:去除成型製品的料棒，得到最終微結構製品。
全文摘要
本發明提出一種光固化注射成型模具及方法，屬於聚合物加工成型領域。所述模具主要包括成型組件、導向組件、光固化組件，根據光固化材料的加工成型特點將紫外線固化裝置集成於模具上，使得熱塑性注射機的合模機構可對其進行開、合模操作。所述光固化注射成型的方法是合模；將光固化材料注入模具型腔；紫外線透過玻璃照射模具型腔；開模後頂出機構將製品頂出；去除料棒、飛邊後獲得製品。所述注射成型方法具有成型效率高，常溫下可成型高精密製品的特點。
文檔編號B29C45/26GK103203837SQ20131015165
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月27日 優先權日2013年4月27日
發明者謝鵬程, 常樂, 焦志偉 申請人:北京化工大學