具有定製的外部表面的部件和其製造方法與流程

2023-07-01 06:33:21 1

本公開涉及具有定製的外部表面的部件和利用成型工具製造該部件的方法。

背景技術：

可由製造工具(諸如用於注塑模製、熱成型、壓縮模製和吹塑模製的工具)形成多種聚合物部件。此類工具通常具有組合成限定模腔的多個模具表面。繼而，該工具產生具有單個均勻外部表面紋理或光潔度的呈該模腔的形狀的聚合物部件。在某些應用中，希望定製這些部件的外部表面紋理或光潔度以在不同應用中使用。

技術實現要素：

提供一種具有定製的外部表面的部件和利用成型工具製造該部件的方法。該部件包括部件主體結構。該主體結構具有外部表面。該外部表面上面形成有表面紋理。

該部件是由聚合物材料構成並且是利用成型工具經由合適的塑性成型工藝(諸如注塑模製、壓縮模製、吹塑模製、熱成型和真空成型)製造。因而，該部件可以經由適用於在注塑模製、熱成型、壓縮模製、吹塑模製和真空成型中使用的成型工具形成。該成型工具可以具有多個工具表面，其限定呈該部件主體的形狀的模腔。

該至少一個工具表面可以具有耦接至其的紋理層，使得該紋理層在成型工藝期間直接接觸限定該部件的材料。因此，存在於該紋理層上的表面紋理在成型期間歸因於限定該部件外部表面的材料與該紋理層之間的接觸而轉移至該部件主體的外部表面。該紋理層相對於該至少一個工具表面是可更換的和/或可替換的。

製造具有定製的外部表面的部件的方法包括至少以下步驟：選擇上面形成選定表面紋理的紋理層；選擇具有限定模腔的至少一個工具表面的成型工具；將該紋理層耦接至該至少一個工具表面；以及將可模製聚合物材料供應至該模腔中以形成呈該模腔的形狀的部件主體結構，使得該聚合物材料接觸施用至該至少一個工具表面的紋理層，使得該紋理層的表面紋理轉移至該部件的外部表面並且形成在其上。

上述特徵和優點以及本教導的其它特徵和優點從某些最佳模式的以下詳細描述和用於實行如隨附權利要求書中限定、結合附圖取得的本教導的其它實施例將容易地顯而易見。

附圖說明

圖1是具有上面未形成表面紋理的外部表面的示例性部件的示意性透視圖。

圖2是具有上面形成表面紋理的外部表面的示例性部件的示意性透視圖。

圖3a是實施為汽車裝飾件的示例性部件的示意性透視圖，該部件的外部表面上形成有某種設計，使得在該設計內，該部件的外部表面的第一部分上面形成有表面紋理且在該設計之外，該外部表面的第二部分的上面未形成表面紋理。

圖3b是實施為汽車裝飾件的示例性部件的示意性透視圖，該部件的外部表面上形成有某種設計，使得在該設計內，該部件的外部表面的第一部分未在上面形成表面紋理且在該設計之外，該外部表面的第二部分的上面形成表面紋理。

圖4a是具有多個模製表面的示例性注塑模製工具的示意性橫截面視圖。

圖4b是具有相配合以與示例性成型部件限定模腔的多個模製表面的示例性注塑模製工具的示意性橫截面視圖。

圖5是具有限定模製腔的至少一個模製表面的示例性吹塑模製工具的示意性橫截面視圖。

圖6是具有限定模製腔的至少一個模製表面的示例性熱成型工具的示意性橫截面視圖。

圖7是具有限定模製腔的至少一個模製表面的示例性壓縮模製工具的示意性橫截面視圖。

圖8是詳述利用成型工具(包括定製成型工具以形成具有定製的外部表面的多種示例性部件的工藝)製造聚合物部件的本方法的流程圖。

圖9是進一步詳述將可模製聚合物材料供應至該模腔以在示例性吹塑模製工藝中形成部件主體的可模製聚合物材料的步驟的流程圖。

圖10是進一步詳述將可模製聚合物材料供應至該模腔以在示例性熱成型工藝中形成部件主體的可模製聚合物材料的步驟的流程圖。

圖11是進一步詳述將可模製聚合物材料供應至該模腔以在壓縮模製工藝中形成部件主體的可模製聚合物材料的步驟的流程圖。

具體實施方式

雖然可關於具體應用或行業描述本公開，但是本領域技術人員將認識到本公開的更廣泛實用性。本領域一般技術人員將認識到，諸如「上面」、「下面」、「向上」、「向下」等術語是描述性地用於圖式，並且並不表示對如由所附權利要求書限定的本公開的範圍的限制。諸如「第一」或「第二」的任何數字標記僅是說明性的，且決不旨在限制本公開的範圍。

一個圖中所示的特徵可以與任何圖中所示的特徵組合、為該特徵替換或由該特徵修飾。除非另有說明，否則沒有特徵、元件或限制與任何其它特徵、元件或限制互斥。另外，沒有特徵、元件或限制是操作所絕對需要的。圖中所示的任何具體配置僅是說明性的且所示的具體配置並不限制權利要求書或說明書。

參考附圖，其中全部幾個視圖中的相同的參考標記是指相同部件，提供聚合物部件10和利用成型工具22製造該部件的方法100。具體參考圖1至3b，部件10可以由合適的高強度可模製材料60構成。例如，高強度可模製材料60可以是聚合物材料，並且更具體地可以是熱塑性材料。

該部件10具有具備外部表面14的部件主體12。部件主體12的外部表面14可以是光滑的或沒有表面紋理16，如圖1中所示。部件主體12的外部表面14上面可以形成有表面紋理16，如圖2、3a和3b中所示。如圖2中所示，表面紋理16可以基本上覆蓋整個外部表面14，或如圖3a和3b中所示，表面紋理16可以僅形成在外部表面14的一部分上。如圖3a中所示，外部表面14的第一部分18上面形成有表面紋理16，且外部表面14的第二部分20是光滑的或沒有表面紋理。如圖3b中所示，外部表面14的第一部分18是光滑的或沒有表面紋理16，且外部表面14的第二部分20上面形成有表面紋理16。

如圖3a和3b中進一步所示，第一部分18可以實施為個性化或定製的設計21。例如，部件10可以按照購買者的姓名、製造商的標誌、製造商的商標名或另一種理想的文本和/或圖形設計來定製的。在一個實例中，表面紋理16可以僅存在於外部表面14的第一部分18中，且外部表面14的第二部分20可以是光滑的或沒有表面紋理16，例如紋理標誌可形成在另外的光滑聚合物部件10上(圖3a)。在另一個實例中，表面紋理16可以僅存在於外部表面14的第二部分20中，且在設計21內，外部表面14的第一部分18可以是光滑的或沒有表面紋理16，例如，光滑標誌(缺少表面紋理)可以形成在聚合物部件10的外部表面14上，其中在設計21之外，剩餘外部表面14上面形成有表面紋理16(圖3b)。

表面紋理16有用地施用至多種聚合物部件10的外部表面14，該聚合物部件10包括(但不限於)用於家用電器的外部面板、運動球類、運動場裝備以及汽車車體面板和裝飾件。此類聚合物部件10可以由塑性成型工藝形成，該塑性成型工藝包括(但不限於)注塑模製、吹塑模製、熱成型和真空成型。施用至此類聚合物部件10的外部表面14的表面紋理16希望增強部件10的美學質量，並且使凹痕、凹井或成型或模製期間產生的其它潛在瑕疵或缺陷不明顯。

表面紋理16可以利用具有至少一個工具表面24的成型工具22施用至所形成的聚合物部件10的外部表面14，使得工具表面24相配合成限定模腔26。常規上，工具表面24被預先顆粒化，即，利用其上的單個具體紋理16或顆粒加工或保持光滑或沒有表面紋理16。成型工具22和工具表面24的此配置允許在工具22的壽命期間僅將加工至相應的工具表面24上的特定表面紋理16或顆粒施用至所得部件10的外部表面14，直至工具表面24被預先顆粒化，即，利用其上的替代單個具體紋理16或顆粒加工。更換工具表面24上的表面紋理16或顆粒是極為昂貴且耗時的工藝。

因此，實質上，產生具有形成在相應的工具表面24上的單個具體表面紋理16的部件10的工具22不能產生具有形成在外部表面14上的不同表面紋理16的部件10；這限制了設計階段期間自由地觀看特定部件10上的多種表面紋理16的能力，例如，設計者不能產生具有形成在部件10的外部表面14上的不同紋理的多種原型來確定哪個表面紋理16最適合特定應用。實情是，例如二維顆粒板塊上而非所得三維部件10自身上有可能觀看到並評估不同顆粒。另外，特定表面紋理16或顆粒有可能選擇用於在相應的工具表面24上加工以在生產原型之前生產。另外，在選擇表面紋理16用於生產之後，由於重新加工具有形成在工具表面24上的單個表面紋理16的專用工具22的工具表面24所必需的成本和時間，基本上排除對施用至相應部件10的表面紋理16的更換。

參考圖4a至7和圖8，本公開的部件10可以利用成型工具22經由製造具有具備外部表面14的部件主體12的部件10的本方法100而形成。本方法100允許利用相同工具22製造上面形成不同表面紋理16的部件10。此應用在該設計過程中是有用的，因為設計者可以利用相同的成型工具22生產具有各種表面紋理16的原型，以在對所得部件10的表面紋理16做出最終選擇之前觀看其外部表面14上形成多種表面紋理16的樣本部件10。另外，在汽車背景中，本方法允許不同車輛製造商、型號和裝飾水平的汽車車身面板和修飾件具有相同形狀和尺寸，但是形成在其外部表面14上的不同表面紋理16是使用相同的成型工具22在相同產生周期內形成。本方法100還允許將所得部件10個性化。方法100包括以下步驟。

如圖8中的流程圖中所示，在步驟101處，選擇用於部件10的理想表面紋理16。可以基於美學、耐用性等選擇表面紋理16。

在步驟102處，選擇其上形成選定表面紋理16的紋理層30。紋理層30可以是紋理膜和紋理帶中的一種。在其中紋理層30是紋理膜的實施例中，紋理膜可以是聚合物膜、塑料膜、聚醯胺膜、聚醯亞胺膜、聚乙烯膜、熱塑性聚氨酯(tpu)膜等。在聚乙烯膜的情況中，該膜可以是以下項中的一種但不限於以下項中的一種：高密度聚乙烯膜、低密度聚乙烯膜和線性低密度聚乙烯(llpe)膜。

在其中紋理層30是紋理帶的實施例中，紋理帶可以是商購紋理帶，諸如(但不限於)紋理乙烯基帶、紋理聚乙烯帶、紋理箔帶、紋理織物帶和紋理布帶中的一種。紋理帶可以是商購紙質帶，諸如紙膠帶等。紋理帶可以是商購紋理乙烯基帶，諸如管帶等。紋理帶可以是聚氯乙烯帶。乙烯基帶或聚氯乙烯帶還可以包括礦物研磨沙礫以增強表面紋理16。在聚乙烯帶的情況中，該帶可以是以下項中的一種但不限於以下項中的一種：高密度聚乙烯帶、低密度聚乙烯帶和線性低密度聚乙烯(llpe)帶。

在某些情況下，紋理層30可以利用其上的選定表面紋理16預成型。在其它情況下，紋理層30可需要將選定紋理16施用至其。在此類情況中，選擇具有選定表面紋理16的紋理層30的步驟可以進一步包括：將選定表面紋理16施用至紋理層30。選定表面紋理16可以經由壓印、壓凹、模壓、模製、紋理脫模紙的施用、膜的雷射蝕刻等施用至紋理層30。

在步驟103處，選擇塑料成型工具22。塑料成型工具22具有多個工具表面24。工具表面24相配合成限定模腔26，使得模腔26的形狀限定所得部件10的外部表面14的形狀。塑料成型工具22可以是注塑模製機23(圖4a和4b)、吹塑模製機35(圖5)、熱成型機40(圖6)、真空成型機、壓縮模製機46(圖7)或另一種合適的塑料成型機中的一種。

在步驟104處，將紋理層30耦接至選定成型工具22的至少一個工具表面24。紋理層30可以經由施用在紋理層30與工具表面24之間或形成在紋理層30的下側內的粘合層耦接至工具表面24。相應的紋理層30可以用於相對連續地形成多個紋理狀部件。然而，紋理層30可易於從相應的工具表面24移除。另外，紋理層30可以易於由相同工具表面24上的替代性紋理層30替換。簡而言之，第一紋理帶或紋理膜可以在形成第一部件10之前耦接至相應的工具表面24並且此後移除或互換。相同或不同的選定表面紋理16的第二紋理帶或紋理膜可以在形成第二部件之前耦接至相應的工具表面24，等。紋理層30的可移除和可互換本質允許由相同的成型工具22相對連續地形成其外部表面14上形成不同的選定表面紋理16的若干部件10。

在圖2中所示的一個實例中，紋理層30可以耦接至該至少一個工具表面24，使得紋理層30基本上覆蓋整個相應的工具表面24，即，紋理帶或紋理膜施用至整個工具表面24以產生其整個外部表面14上形成均勻表面紋理16的部件10。

在圖3a和3b中所示的另一個實例中，紋理層30可以選擇性地耦接至相應的工具表面24的僅一部分。例如，工具表面24可以具有第一部分和第二部分。工具表面24的第一部分對應於部件10的外部表面14的第一部分18。工具表面24的第二部分對應於部件10的外部表面14的第二部分20。

如圖3a中所示，紋理層30施用在工具表面24的僅第一部分內以由此形成具有其外部表面14(其上形成表面紋理16)的第一部分18和其外部表面(是光滑的，即，缺少紋理)的第二部分20的部件10。紋理層30可以預定設計21設置在相應的工具表面24上。設計21可以由紋理層30覆蓋。因而，相應的工具表面24的第一部分是由設計21限定，該設計轉移至具有選定表面紋理16的部件10的外部表面14的第一部分18並且形成在其上。在此實例中，相應的工具表面24的第二部分可以保持光滑，即，沒有由紋理層30覆蓋。因而，所得部件10可以具有外部表面14，其具有以設計21的形式形成於其外部表面14的第一部分18上的表面紋理16，並且具有光滑或缺少紋理的第二部分20。設計21可以實施為購買者的姓名、製造商的標誌、製造商的商標名或任何其它定製的文本和/或圖形設計。

替代地，如圖3b中所示，紋理層30施用至工具表面24的僅第二部分以由此形成具有其外部表面14(其上形成表面紋理16)的第二部分20和其外部表面14(是光滑的，即，缺少紋理)的第一部分18的部件10。紋理層30可以設置在預定設計21之外的相應的工具表面24上。設計21可以未被紋理層30覆蓋且工具表面24的剩餘部分可以由紋理層30覆蓋。因而，相應的工具表面24的第一部分是由設計21限定，該設計轉移至具有光滑表面的部件10的第一部分18。在此實例中，相應的工具表面24的第二部分可以由紋理層30覆蓋。因而，所得部件10可以具有外部表面14，其具有形成於其外部表面14的第二部分20(包圍設計21)上的表面紋理16，並且具有由設計21限定的光滑或缺少紋理的第一部分18。設計21可以實施為購買者的姓名、製造商的標誌、製造商的商標名或任何其它定製的文本和/或圖形設計。

至少一個工具表面24可以替代地具有粒狀表面，其在部件10的外部表面14上產生表面紋理16，這是不希望的。在此實例中，在一個實例中，紋理層30可以耦接至預先顆粒化的工具表面24或施用在其上方，以更換由相應的成型工具22形成在所得部件10的外部表面14上的表面紋理16。在另一個實例中，光滑層30可以耦接至預先顆粒化的工具表面24或施用在其上方，以更換由相應的成型工具22形成在所得部件10的外部表面14上的表面紋理16。在此實例中，預先顆粒化的工具表面24將產生具有光滑外部表面14(即，上面沒有形成表面紋理16)的部件10。

在步驟104處在上面形成預定表面紋理16的紋理層30施用至該至少一個工具表面24之後，在步驟105處，向成型工具22的模腔26供應高強度可模製聚合物材料60以形成呈模腔26的形狀的部件主體12。高強度可模製材料60可以是熱塑性材料、熱固性材料等。向模腔26供應高強度可模製材料60，使得該材料填充模腔26並且接觸耦接至該至少一個工具表面24的紋理層30。可以在從約155攝氏度至約170攝氏度的溫度下向模腔26供應高強度可模製材料60。相應的工具表面24可以經由水套等冷卻以維持從約三十五(35)攝氏度至約五十五(55)攝氏度的成型溫度。當高強度可模製材料60與紋理層30之間接觸時，形成在紋理層30上的預定表面紋理16轉移至部件10的外部表面14並且形成在其上。

在第一實例中，當塑性成型工藝是注塑模製工藝且成型工具22是注塑模製機23(圖4a、4b)時，步驟105(即，將高強度可模製材料60供應至模腔26中以形成部件主體12)進一步包括：經由噴射器38(例如，夯錘或螺杆型活塞)向模腔26中噴射高強度可模製材料60以迫使可模製材料60進入模腔26中。可模製材料60接著凝固在模腔26內。當形成為模腔26的形狀時，可模製材料60接觸耦接至該至少一個工具表面24的紋理層30，使得形成在紋理層30上的選定表面紋理16轉移至所形成部件10的外部表面14並且形成在其上。

如圖9中詳述的那樣，在第二實例中，當塑性成型工藝是吹塑模製工藝且成型工具22是吹塑模製機35(圖5)時，步驟105(即，將高強度可模製材料60供應至模腔26中以形成部件主體12)進一步包括以下步驟。在步驟201處，將熱塑性預製件34(圖5)插入至模腔26中。熱塑性預製件34可以是在可以讓壓縮空氣穿過的一端中限定腔體的可模製材料60的管狀件。在步驟202處，經由噴射器38(例如，空氣軟管27和噴嘴28)向由熱塑性預製件34限定的腔體中噴射壓縮空氣，以將可模製材料60外推以接觸耦接至該至少一個工具表面24的紋理層30，使得形成在紋理層30上的選定表面紋理16轉移至所形成部件10的外部表面14並且形成在其上。吹塑模製工藝適用於形成具有內部空隙的部件10(即，空心部件)。

如圖10中詳述的那樣，在第三實例中，當塑性成型工藝是真空成型或熱成型工藝且成型工具22是真空成型或熱成型機40(圖6)時，步驟105(即，將高強度可模製材料60供應至模腔26中以形成部件主體12)進一步包括以下步驟。在步驟301處，將熱塑性片42插入至模腔26中介於第一機器部分44與第二機器部分46之間。在步驟302處，將熱塑性片42加熱至第一預定溫度，例如柔軟成型溫度。

在步驟303處，熱塑性片42變形為模腔26的形狀或部件10的理想形狀。當變形或拉伸為模腔26的形狀時，熱塑性片42接觸耦接至該至少一個工具表面24的紋理層30，使得形成在紋理層30上的選定表面紋理16轉移至所形成部件10的外部表面14並且形成在其上。

在步驟304處，將變形的熱塑性片冷卻至第二預定溫度。一旦在步驟304處冷卻和固態成型，在步驟305處對熱塑性片42進行多餘材料修飾以形成部件10。

如圖11中詳述的那樣，在第四實例中，當塑性成型工藝是壓縮模製工藝且成型工具22是壓縮模製機46(圖7)時，步驟105(即，將高強度可模製材料60供應至模腔26中以形成部件主體12)進一步包括以下步驟。在步驟401處，將高強度可模製材料60設置在第一壓縮模製機部分48與第二壓縮模製機部分50之間、模腔26內，其中模腔26是在打開位置52中。在步驟402處，當腔體在打開位置52中時將打開的模腔26預熱至預定預熱溫度。

在步驟403處，通過向第一壓縮模製機部分48施用力f關閉模腔26，從而迫使高強度可模製材料60進入模腔26中，使得高強度可模製材料60接觸耦接至該至少一個模製表面24的紋理層30。

在步驟404處，將高強度可模製材料60固化在模腔26內，其中模腔26保持在關閉位置中。固化高強度可模製材料60包括將可模製材料60加熱至預定固化溫度以及利用第一壓縮模製機部分48和第二壓縮模製機部分50向可模製材料60施用預定固化溫度持續預定時間量。

本方法100在步驟106處形成部件10之後繼續進行。在步驟106處，從模腔26中移除部件10。

在步驟107處，將紋理層30從至少一個工具表面24解耦，使得從相應的工具表面24中移除紋理層30。

選用地，可重複步驟101至105。顯而易見，在重複步驟101至105時，在步驟101處，選定表面紋理16可以不同於本方法100的先前迭代的選定表面紋理16。簡而言之，每個模製部件10均可以具有形成於其外部表面14商的表面紋理16，這不同於先前由相同工具22形成的部件10。

詳述和圖式或圖支持並且描述本教導，但是本教導的範圍僅僅是由權利要求書限定。雖然已詳細描述了用於實行本教導的某些最佳模式和其它實施例，但是也存在用於實踐所附權利要求書中限定的本教導的各種替代設計和實施例。