專利名稱：一種光固化注射成型模具及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光固化注射成型模具及方法，屬于聚合物復(fù)合材料成型加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，光固化技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域越發(fā)廣泛。光固化技術(shù)在醫(yī)療材料、立體模型制造、微細(xì)加工光致抗蝕劑、壓印光刻等多領(lǐng)域均得到了較快的發(fā)展。中國專利CN201033467應(yīng)用紫外線固化技術(shù)制造紫外線固化快速成型設(shè)備。中國專利CN101231463應(yīng)用紫外線固化技術(shù)壓印成型光學(xué)元件，并且將模塑制造原理引入光固化制造領(lǐng)域，取得了一定的成功。但無論是紫外線快速成型技術(shù)還是紫外線壓印技術(shù)均存在一定的問題，如紫外線快速成型技術(shù)成型的制品其精密度較低，紫外壓印技術(shù)制造的產(chǎn)品形式過于單一；成型的制品是由光固化材料與石英玻璃膠合在一起的雙材料制品，在受到較大拉伸時(shí)會產(chǎn)生脫膠等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有光固化成型技術(shù)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(chǔ)上增設(shè)紫外線固化裝置，將紫外線固化材料注射進(jìn)型腔后用紫外光照射使其固化成型制品。與傳統(tǒng)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，縮短了制品的成型周期，提高了成型效率。并且由于整個(gè)制品采用同種材料成型，不存在轉(zhuǎn)印技術(shù)成型制品存在的雙材料制造產(chǎn)生的強(qiáng)度不足的缺陷。為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種光固化注射成型模具，主要包括:成型組件、導(dǎo)向組件、光固化組件。其中，成型組件包括:澆口塊、上托板、成型模板、彈簧、頂出桿，氣缸連接桿、微型氣缸。澆口塊直接嵌入上托板；成型模板與上托板采用螺紋連接；彈簧套于頂出桿一端后裝入成型模板的頂出通道；氣缸連接桿連接在微型氣缸的頂桿端螺紋端后與微型氣缸一起固定在成型模板側(cè)面微型氣缸放置孔內(nèi)。導(dǎo)向組件包括:導(dǎo)柱、玻璃放置板、玻璃、玻璃頂板。導(dǎo)柱穿入玻璃放置板的導(dǎo)孔內(nèi)；玻璃放入玻璃放置板的放置槽后以玻璃頂板固定；玻璃頂板與玻璃放置板之間采用螺紋連接。光固化組件包括:光固化裝置放置板、紫外燈線光源、絲杠螺母連接件、線性導(dǎo)軌、滾珠絲杠、絲杠螺母、紫外燈線光源連接件、前端軸承座、后端軸承座、支撐板、下托板。前端軸承座、后端軸承座固定在光固化裝置放置板上；絲杠螺母套于滾珠絲杠上后裝在兩軸承座上；絲杠螺母連接件一斷連接于絲杠螺母上，另一端連接在線性導(dǎo)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(dǎo)軌上；支撐板、光固化裝置放置板由導(dǎo)柱串接于玻璃放置板上；下托板與支撐板之間以螺紋連接。在整個(gè)光固化注射成型模具中，成型組件安裝于合模機(jī)構(gòu)的定模板端，導(dǎo)向組件安裝于合模機(jī)構(gòu)的動模板端。導(dǎo)柱在導(dǎo)向組件與光固化組件之間起連接作用，導(dǎo)柱在成型組件與導(dǎo)向組件之間起導(dǎo)向作用。在注射成型過程中導(dǎo)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(dǎo)向組件上的導(dǎo)柱起到導(dǎo)向作用。合模完成后，由注射裝置向型腔內(nèi)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杠的帶動下移動一次將型腔內(nèi)液體固化。導(dǎo)向組件在動模板的帶動下開模，微型氣缸帶動氣缸連接桿推頂推頂桿將制品頂出，同時(shí)彈簧被壓縮，微型氣缸帶動氣缸連接桿回撤，彈簧回彈使得推頂桿復(fù)位。
采用本發(fā)明一種光固化注射成型模具制造制品的方法是:
第一步:將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為60°/Γ90%的兩官能團(tuán)聚氨酯丙烯酸酯、5°/Γ Ο%的六官能團(tuán)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(huán)己基苯基甲酮和0.39Tl%的2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯倒入三口燒瓶，用精密攪拌器進(jìn)行攪拌，攪拌速度為l(T200r/min,攪拌時(shí)間為5 60min。將攪拌后的液體導(dǎo)入燒杯,放置在抽真空機(jī)內(nèi)進(jìn)行抽真空，真空時(shí)間為1飛小時(shí)，之后取出將混合液體導(dǎo)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(jìn)模具型腔，注射壓力為 2^IOMPa,注射速度2(T200mL/s，注射時(shí)間為0.2飛S，注射結(jié)束后進(jìn)行保壓，保壓壓力為 llMPa，保壓時(shí)間直至光固化制品成型后。
第三步:將紫外線固化材料通過澆口塊注射進(jìn)模具型腔后開啟紫外線固化燈，照度為0.2^1.0W/cm2，在滾珠絲杠的帶動下，紫外光線光源照射整個(gè)成型模板內(nèi)的型腔，待光固化液體固化成型，停止保壓。
第四步:保壓結(jié)束后，關(guān)閉紫外線固化燈，開模后微型氣缸帶動氣缸連接桿推動頂出桿將制品頂出。同時(shí)，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復(fù)利用。
第五步:去除成型制品的料棒，得到最終微結(jié)構(gòu)制品。
本發(fā)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(shè)了紫外線固化裝置，模具型腔的一部分采用玻璃材質(zhì)制成，可使紫外線射入型腔內(nèi)，使得紫外光注射成型方式實(shí)現(xiàn)。
2.該模具可用于成型超薄及微型制品，成型制品的流長比可達(dá)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即可成型制品，同時(shí)， 可根據(jù)型腔內(nèi)制品的規(guī)格調(diào)整紫外線光源照射面積，以縮短成型時(shí)間。
4.成型制品節(jié)省了原料成本，成型制品過程中所需要的物料僅為紫外線照射后固化部分，其余部分材料均收集利用，并且 回收物料沒有化學(xué)及物理上的相變，不屬于回收再利用物料。


圖1為本發(fā)明一種光固化注射成型模具的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明一種光固化注射成型模具的爆炸圖。
圖3為本發(fā)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(fā)明一種光固化注射成型模具中制品頂出結(jié)構(gòu)的放大圖。
圖5為本發(fā)明一種光固化注射成型模具中光固化成型機(jī)構(gòu)的放大圖。
圖6為本發(fā)明一種光固化注射成型模具成型的帶有微結(jié)構(gòu)突起的制品的主視圖。
圖7為本發(fā)明一種光固化注射成型模具成型的帶有微結(jié)構(gòu)突起的制品的側(cè)視圖。
圖中:1-成型組件，2-導(dǎo)向組件，3-光固化組件，4-澆口塊，5-上托板，6-成型模板，7-頂出桿,8-微型氣缸,9-玻璃放置板,10-玻璃，11-導(dǎo)柱,12-支撐板,13-下托板，14-光固化裝置放置板，15-紫外燈線光源，16-前端軸承座，17-滾珠絲杠，18-絲杠螺母連接件，19-絲杠螺母，20-后端軸承座，21-紫外燈線光源連接件，22-線性導(dǎo)軌，23-玻璃頂板，24-彈簧，25-氣缸連接桿。
具體實(shí)施例方式本發(fā)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(dǎo)向組件2、光固化組件3。其中，成型組件I包括:澆口塊4、上托板5、成型模板6、彈簧24、頂出桿7、氣缸連接桿25、微型氣缸8，其中澆口塊4直接嵌入上托板5，成型模板6與上托板5采用螺紋連接，彈簧24套于頂出桿7 —端，裝入成型模板6的頂出通道，氣缸連接桿25連接在微型氣缸8的頂桿端螺紋端,與微型氣缸8—起固定在成型模板6側(cè)面的孔內(nèi)；導(dǎo)向組件2包括:導(dǎo)柱11、玻璃放置板9、玻璃10、玻璃頂板23，其中導(dǎo)柱11穿入玻璃放置板9的導(dǎo)孔內(nèi)，玻璃10位于玻璃放置板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之間采用螺紋連接；光固化組件3包括:光固化裝置放置板14、紫外燈線光源15、絲杠螺母連接件18、線性導(dǎo)軌22、滾珠絲杠17、絲杠螺母19、紫外燈線光源連接件21、前端軸承座16、后端軸承座20、支撐板12、下托板13，其中前端軸承座16、后端軸承座20固定在光固化裝置放置板14上，絲杠螺母19套在滾珠絲杠17上，裝在兩軸承座上，絲杠螺母連接件18 —端與絲杠螺母17相連接，另一端與線性導(dǎo)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(dǎo)軌22相連接；支撐板12、光固化裝置放置板14由導(dǎo)柱11串接于玻璃放置板9上；下托板13與支撐板12之間以螺紋連接。在整個(gè)光固化注射成型模具中，成型組件安裝于合模機(jī)構(gòu)的定模板端，導(dǎo)向組件安裝于合模機(jī)構(gòu)的動模板端。導(dǎo)柱在導(dǎo)向組件與光固化組件之間起連接作用，導(dǎo)柱在成型組件與導(dǎo)向組件之間起導(dǎo)向作用。在注射成型過程中導(dǎo)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(dǎo)向組件上的導(dǎo)柱起到導(dǎo)向作用。合模完成后，由注射裝置向型腔內(nèi)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杠的帶動下移動一次將型腔內(nèi)液體固化。導(dǎo)向組件在動模板的帶動下開模，微型氣缸帶動氣缸連接桿推頂推頂桿將制品頂出，同時(shí)彈簧被壓縮，微型氣缸帶動氣缸連接桿回撤，彈簧回彈使得推頂桿復(fù)位。采用本發(fā)明一種光固化注射成型模具制造制品的方法是:第一步:將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為85%的量官能團(tuán)聚氨酯丙烯酸酯、8%的六官能團(tuán)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(huán)己基苯基甲酮、0.5%的2,4, 6-三甲基苯甲?；交姿嵋阴サ谷?00ml的三口燒瓶，用精密攪拌器進(jìn)行攪拌，攪拌速度為60r/min,攪拌時(shí)間為lOmin。將攪拌后的液體導(dǎo)入燒杯,放置在抽真空機(jī)內(nèi)抽真空，真空時(shí)間為2小時(shí)，之后取出將混合液體導(dǎo)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(jìn)模具型腔，注射壓力為4MPa，注射速度100mL/S，注射時(shí)間為ls，注射結(jié)束后進(jìn)行保壓，保壓壓力為3MPa，保壓直至光固化制品成型。第三步:開啟紫外線固化燈，照度為1.0W/cm2，在滾珠絲杠17的帶動下，紫外光線光源15照射整個(gè)成型模板6內(nèi)的型腔，待光固化液體固化成型，停止保壓。
第四步:開模后微型氣缸8帶動氣缸連接桿25推動頂出桿7將制品頂出。同時(shí)， 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復(fù)利用。
第五步:去除成型制品的料棒，得到最終微結(jié)構(gòu)制品。
權(quán)利要求
1.一種光固化注射成型模具，其特征在于，主要包括:成型組件、導(dǎo)向組件、光固化組 件，成型組件安裝于合模機(jī)構(gòu)的定模板端，導(dǎo)向組件安裝于合模機(jī)構(gòu)的動模板端；導(dǎo)柱在導(dǎo) 向組件與光固化組件之間起連接作用，導(dǎo)柱在成型組件與導(dǎo)向組件之間起導(dǎo)向作用；成型 組件包括:澆口塊、上托板、成型模板、彈簧、頂出桿、氣缸連接桿和微型氣缸，澆口塊直接 嵌入上托板；成型模板與上托板采用螺紋連接；彈簧套位于頂出桿一端后裝入成型模板的 頂出通道；氣缸連接桿連接在微型氣缸的頂桿端螺紋端后與微型氣缸一起固定在成型模 板側(cè)面微型氣缸放置孔內(nèi)；導(dǎo)向組件包括:導(dǎo)柱、玻璃放置板、玻璃、玻璃頂板，導(dǎo)柱穿入玻 璃放置板的導(dǎo)孔內(nèi)；玻璃放入玻璃放置板的放置槽后以玻璃頂板固定；玻璃頂板與玻璃放 置板之間采用螺紋連接；光固化組件包括:光固化裝置放置板、紫外燈線光源、絲杠螺母連 接件、線性導(dǎo)軌、滾珠絲杠、絲杠螺母、紫外燈線光源連接件、前端軸承座、后端軸承座、支撐 板、下托板，前端軸承座、后端軸承座固定在光固化裝置放置板上；絲杠螺母套于滾珠絲杠 上后裝在兩軸承座上；絲杠螺母連接件一斷連接于絲杠螺母上，另一端連接在線性導(dǎo)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(dǎo)軌上；支撐板、光固化裝置 放置板由導(dǎo)柱串接于玻璃放置板上；下托板與支撐板之間以螺紋連接；導(dǎo)向組件在動模板 的帶動下開模，微型氣缸帶動氣缸連接桿推頂推頂桿將制品頂出，同時(shí)彈簧被壓縮，微型氣 缸帶動氣缸連接桿回撤，彈簧回彈使得推頂桿復(fù)位。
2.采用權(quán)利要求1所述的一種光固化注射成型模具成型制品的方法，其特征在于，第 一步:將一定比例的兩官能團(tuán)聚氨酯丙烯酸酯、六官能團(tuán)聚氨酯丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三 丙烯酸酯、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮和2，4，6-三甲基苯甲?；交⑺嵋阴サ谷肴跓浚?用精密攪拌器進(jìn)行攪拌，將攪拌后的液體導(dǎo)入燒杯，放置在抽真空機(jī)內(nèi)進(jìn)行抽真空，之后取 出將混合液體導(dǎo)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(jìn)模具型腔，注射結(jié)束后進(jìn)行保 壓，保壓時(shí)間直至光固化制品成型后；第三步:將紫外線固化材料通過注射裝置的澆口塊注射進(jìn)模具型腔后開啟紫外線固化 燈，在滾珠絲杠的帶動下，紫外光線光源照射整個(gè)成型模板內(nèi)的型腔；第四步:保壓結(jié)束后，關(guān)閉紫外線固化燈，開模后微型氣缸帶動氣缸連接桿推動頂出桿 將制品頂出；同時(shí)，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復(fù)利 用；第五步:去除成型制品的料棒，得到最終微結(jié)構(gòu)制品。
全文摘要
本發(fā)明提出一種光固化注射成型模具及方法，屬于聚合物加工成型領(lǐng)域。所述模具主要包括成型組件、導(dǎo)向組件、光固化組件，根據(jù)光固化材料的加工成型特點(diǎn)將紫外線固化裝置集成于模具上，使得熱塑性注射機(jī)的合模機(jī)構(gòu)可對其進(jìn)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；開模后頂出機(jī)構(gòu)將制品頂出；去除料棒、飛邊后獲得制品。所述注射成型方法具有成型效率高，常溫下可成型高精密制品的特點(diǎn)。
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(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者謝鵬程, 常樂, 焦志偉 申請人:北京化工大學(xué)