工具或工具零件、包括这种工具或工具零件的系统、生产这种工具或工具零件的方法以及从浆状物浆料模制产品的方法与流程

本公开涉及用于从浆料(slurry)模制产品的工具或工具零件。本公开还涉及生产这种工具的方法以及这种工具或工具零件的各种用途。

背景

已知的是通过将多孔模具浸入浆状物(pulp)浆料中且随后干燥并可选地压制如此模制的产品来从浆状物浆料模制产品。这种产品的示例是蛋盒，减震包装插件和纸盘、纸杯、饮料托盘、蘑菇和浆果箱以及其它形式的工业、农业和消费包装。

多孔浆模制模子已经由编织丝布(wirecloth)材料制成，编织丝布材料被拉伸以符合模子表面。这种模子就编织丝布材料能够使其与模子表面相符的扭曲或拉伸量而言具有一些缺点。另外的缺点包括丝布破裂的倾向。使用丝布还涉及可以模制的产品的复杂性的一些限制。特别地，当使丝布形成模具时，丝布的孔将变形，因此不可能控制开口的分布。

还有的另一个缺点是制造这种模具的成本：由于丝布通常不是自支撑的，因此还需要提供特别用于待模制的产品的金属背衬(metalbacking)。并且，这些工具容易堵塞并且难以修理。

从例如us3067470还已知的是从小球体提供多孔浆模制模子，这些小球体被烧结在一起以便提供多孔主体。该主体可以由如在us3067470中公开的聚合物材料制成。然而，这种类型的模子不仅在可以使用它们的强度和有限的温度范围方面存在缺点。它们还受到表面质量和压降之间的折衷：在表面处使用的颗粒越细，通道越小，因此压降越大。

wo2011059391a1公开了通过将诸如青铜的金属材料的颗粒烧结在一起来制作浆模制模子的方法。尽管与基于聚合物的模子相比，这种模子可以承受更高的温度，但是由于需要更高的温度，其制造涉及更困难的烧结工艺。此外，成品模子具有与由聚合物材料制成的模子相同的特点。

因此，关于从浆模制产品仍然存在数个挑战：期望提供更平滑的表面结构，以减少能量消耗，提供用于制造模具的较便宜的工艺，以及提供耐用且可承受高温的模具。还期望提供改进的成形工艺的质量控制。

概述

本公开的目的是提供一种用于从浆状物浆料模制产品的改进的模具。

本发明由所附独立权利要求界定，在下面的描述和附图中，在所附的从属权利要求中阐述了实施方案。

根据第一方面，提供了一种用于在从浆状物浆料模制产品的工艺中使用的工具或工具零件。该工具或工具零件包括自支撑的工具壁部分，自支撑的工具壁部分具有用于接触产品的产品面和相对于产品面在壁的另一侧上的背面。工具壁部分呈现孔隙，孔隙由从产品面到背面延伸穿过工具壁部分的多个通道提供。通道是直的或弯曲的，具有不超过一个的拐点。

为了本公开的目的，术语“浆状物”应被解释为包括包含纤维(例如，纤维素，矿物质和淀粉)的材料以及这些材料的组合。浆状物优选具有液体载体，液体载体可以包含水。

术语“自支撑”是指工具壁部分具有足够的刚性并且具有用于工具壁部分的足够高的熔点，而不需要用于在操作期间保持其形状的任何支撑结构。

产品面可以是浆料拾取工具中的模制面、转移工具中的接触面、或阳型或阴型压制工具中的模制面。

弯曲的通道可以在一个或更多个平面中弯曲。

根据本发明构思的工具或工具零件能够提供使用的浆状物或模制产品的有效的拾取、转移或蒸发，同时与现有技术相比，需要更少的能量产生真空。

工具或工具零件可以具有产品面，产品面呈现平面的表面部分和凸形的表面部分。

凸形的表面部分可以在一个或两个相互垂直的平面中是凸形的。

凸形的表面部分处的工具壁厚度可以呈现比在平面的表面部分处的工具壁厚度更小，优选地小30％-70％或小40％-60％。

凸形的表面部分可以具有比平面的表面部分更大的孔隙率(porosity)。

因此，在需要时提供真空。

产品表面可以呈现平面的表面部分和凹形的表面部分。

平面的表面部分可以呈现比凹形的表面部分更大的孔隙率。

凹形的表面部分可以在一个或两个相互垂直的平面中是凹形的。

产品表面可以具有一对表面部分，该一对表面部分大体上是平面的并且相对彼此呈现45°-135°的角度，其中，在工具或工具零件的主要操作期间相对于水平面呈现最大角度的表面部分比其它表面部分呈现更大的孔隙率。

“工具的主要操作”被理解为工具的操作的一部分，在该操作期间，其相对于待模制的产品执行其主要功能。因此，对于拾取工具，主要功能将在当借助于施加的真空拾取浆状物时的情况下执行。对于转移工具，主要操作将在浆状物从拾取工具转移到转移工具时执行。对于压制工具，主要操作将是压制操作。

至少一些通道可以在产品面处呈现通道开口面积，该产品面处的通道开口面积小于背面处的相应的通道开口面积。

因此，堵塞的风险降低。

通道中的至少一些可以呈现朝向产品面减缩的横截面。

通道中的至少一些可以呈现中心轴线，该中心轴线相对于产品表面以40-90度角延伸。

通道中的至少一些可以呈现弯曲的中心轴线。

产品表面可以呈现第一并置的表面部分和第二并置的表面部分，并且第一表面部分处的通道开口的中心轴线与第二表面部分处的通道开口的中心轴线相比可以相对于它们开口的表面部分的产品面以不同的角度延伸。

工具或工具零件内的空隙体积可以是由工具或工具零件跨越的总体积的至少20％，优选至少40％，至少60％或至少80％。

空隙体积是由空隙(即，不是加热器、支撑主体等的体积)构成的体积。

因此，实现了产品面的增强的真空分布，从而减少了对真空功率的需求。

通道中的至少一些可以呈现超过通道附近的壁厚的长度。

通道中的至少一些的产品面开口可以具有最大宽度为0.1-2mm的横截面。

通道中的至少一些可以呈现位于产品面和背面之间的至少一个分支。

工具壁的厚度为0.2-20mm，优选地为0.3-15mm或0.5mm-10mm。

工具壁部分可以形成为均质材料件，通道之间的空隙小于95％，优选小于99％或小于99.9％。

工具或工具零件可以由材料形成，并具有足以使工具或工具零件在操作期间自支撑的壁厚。

该工具的背面可以至少50％，优选至少70％或至少90％暴露于室，该室适合于提供不同于环境压力的空气压力。

工具或工具零件可以形成选自由以下组成的组的工具的一部分：

拾取工具，其用于从浆状物浆料拾取浆状物，

转移工具，其用于从另一个工具接收一定量的浆状物，以及

压制工具，其用于压制一定量的浆状物以形成模制产品。

工具或工具零件可以包括至少两个工具壁部分，该至少两个工具壁部分是可互连的，优选地是可移动互连。

根据第二方面，提供了一种用于从浆状物浆料模制产品的系统，该系统包括如上所述的至少一个工具或工具零件，用于将浆状物施加到产品面的装置，以及用于抽吸真空和/或在后面施加大于环境空气压力的压力的装置。

该系统还可以包括加热元件，该加热元件布置在工具壁部分的后侧上并且适合于向工具壁部分供应热量。

该加热元件可以布置在加热器部分中，加热器部分与工具壁部分间隔开。

加热器部分可以与工具壁部分整体形成。

加热器部分可以由单独的零件形成，经由至少一个间隔元件接触工具壁部分。

该单独的零件可以由不同于工具壁部分的材料形成。间隔元件可以与工具壁部分或加热器部分一体地形成。优选地，间隔元件被定位成不阻挡任何通道。这可以通过在工具壁部分的后面上形成间隔元件来促进。

作为替代，加热元件可以与工具壁部分成一体。

例如，加热元件可以凹入工具壁部分的后面中。

根据第三方面，提供了一种生产用于从浆状物浆料模制产品的工具或工具零件的方法，该方法包括提供要从其形成工具或工具零件的材料颗粒，在目标表面处连续分布多个所述颗粒的层，以及将能量源引导到对应于目标表面处的每个分配的颗粒层的待在其中生产工具或工具零件的横截面的位置处，使得粉末颗粒熔合在一起。

该方法还可以包括形成工具壁部分，该工具壁部分具有孔隙，孔隙由从产品面到背面延伸穿过工具壁部分的多个通道提供，其中，通道是直的或弯曲的，具有不超过一个的拐点。

根据第四方面，提供了一种从浆状物浆料模制产品的方法，该方法包括提供如上所述的模具，向模具的后面施加真空，并将浆状物浆料施加到模具的产品面。

该方法还可以包括使用模具，用于从浆料容器拾取浆状物浆料。

该方法还可以包括使用模具，用于压制浆状物浆料以形成产品，由此从浆状物浆料中移除至少一些溶剂。

附图简述

图1a-1d示意性地示出了从浆状物浆料形成产品的工艺。

图2a-2e示意性地示出了具有不同通道设计的模具壁部分。

图3示意性地示出了模具壁的一部分。

图4示意性地示出了根据第一实施方案的压制模具的一部分。

图5示意性地示出了根据第二实施方案的压制模具的一部分。

图6示意性地示出了根据第三实施方案的压制模具的一部分。

详细描述

图1a示意性地示出了部分浸没在保持浆状物浆料2的容器1中的拾取工具1。拾取工具安装到工具保持器11上，工具保持器11与拾取工具一起界定连接到压力调节器p1的真空室12。压力调节器可以具有选择性地产生至少部分真空(即，低于环境空气压力的空气压力)和/或大于环境空气压力的空气压力的能力。

当拾取工具浸没在浆状物浆料2中时，压力调节器p1可以产生真空，使得浆状物纤维3粘附到拾取工具10的产品面。

图1b示意性地示出了将浆状物纤维3转移到转移工具20的拾取工具10。转移工具可以连接到第二压力调节器p2，第二压力调节器p2能够产生真空或空气压力。转移工具还可以安装在转移工具保持器21上，以便界定真空室22，真空室22连接到第二压力调节器。

在将浆状物纤维3从拾取工具转移到转移工具期间，可以通过第一压力调节器p1产生大于环境压力的空气压力，以使浆状物纤维从拾取工具释放。

替代地，或作为补充，可以由第二压力调节器p2产生真空，使得浆状物纤维被转移工具20接纳。

图1c示意性地示出了干燥装置，该干燥装置包括热发生器5和能量供应器e。该干燥装置可以用于从浆状物3移除足够量的水以对其进行调整来进一步处理和/或完成产品3’的形成。

图1d示意性地示出了压制装置，该压制装置包括阳型压制工具30和阴型压制工具40。压制工具中的一个或两个可以安装在相应的工具保持器31、41上，并且连接到相应的真空室32、42。真空室可以连接到相应的压力调节器p3、p4。

压制工具中的一个或两个可以设置有加热元件33、43，加热元件33、43由能量供应器e1、e2供给能量，并且可选地由控制器c控制。加热可以通过电加热元件、热空气或液体或感应实现。

压制工具及其相关联的工具保持器可以在打开位置和压制位置之间相对彼此是可移动的，在打开位置中可以插入部分模制的浆状物产品，在压制位置中，压制工具朝向彼此施加压力，从而在相应的工具30、40的产品面之间压制产品3”。

当处于压制位置时，可以由加热器33、43中的一个或两个供应热量。

在压制步骤期间，一个或两个压力调节器p3、p4可以提供真空以辅助从产品3”排出水蒸汽。

作为替代方案，压力调节器中的一个可以提供真空，而另一个提供大于环境空气压力的压力。

可选地，可以在压制过程期间通过模具引入热空气或蒸汽(图1d)。

应注意，可以使用两个或更多个连续的压制步骤，例如，逐渐形成产品3”的全部或部分，和/或将另外的特征(例如，涂层、装饰，等)施加到产品。

在一个实施方案中，根据已经关于图1a、图1b以及图1d所描述的内容执行步骤。

在一个实施方案中，拾取工具10可以将浆状物纤维直接转移到干燥装置。这种转移可由第一压力调节器p1辅助，第一压力调节器p1产生大于环境空气压力的空气压力。因此，在该实施方案中，仅根据已经关于图1a和图1c所描述的内容执行步骤。

在另一个实施方案中，拾取工具10也可以用作压制工具。因此，在该实施方案中，仅根据已经关于图1a和图1d所描述的内容执行步骤。

图2a-2e示意性地示出了具有不同通道设计的模具壁部分。模具壁都具有产品面fp和背面fb。产品面是模具与产品接触的面，背面是模具壁的相对面。背面通常可以界定真空室的一部分。

模具壁的厚度可以为0.25mm至10mm，优选地为0.5mm至5mm。壁的厚度可以在工具的不同部分之间变化。此外，具有不同功能的工具可以具有不同的厚度。

通道将产品面与背面fb连接。通道的产品面开口面积可以但不需要小于通道的背面开口面积。因此，通道可以具有从背面朝向产品面减小的横截面面积。

通道呈现中心轴线，该中心轴线可以被界定为延伸穿过与产品面fp平行截取的每个通道横截面的重心的线或曲线。

图2a示意性地示出了具有相同尺寸和构型的一对通道的浆状物模具的壁部分。通道呈现具有恒定的通道横截面的相应的第一通道部分和具有渐缩的横截面的相应的第二通道部分。

图2b示意性地示出了具有一对通道的浆状物模具的壁部分，该对通道从后面朝向产品面fp连续地渐缩。

图2a和图2b的通道及其各自的中心轴线垂直于产品面fp延伸。

图2c示意性地示出了具有通道的浆状物模具壁部分，该通道的中心轴线相对于产品面fp以不同于直角的角度延伸。该角度可以在20-90的区间，优选地30-90或60-90的区间内。

图2c的通道可以具有恒定的横截面面积或朝向产品面fp减小的横截面面积。

模具的壁部分可以呈现以在所述间区间内的不同角度延伸的通道。

图2d示意性地示出了具有弯曲的通道的浆状物模具的壁部分。具体地，这种弯曲的通道可以如图所示在一个平面中弯曲，或在两个正交的平面中弯曲。

图2d的通道可以具有恒定的横截面面积或朝向产品面fp减小的横截面面积。

图2e示意性地示出了具有弯曲的通道的浆状物模具的壁部分，该弯曲的通道具有一个拐点。具体地，这种弯曲的通道可以如图所示在一个平面中弯曲，或在两个正交的平面中弯曲。

图2e的通道可以具有恒定的横截面面积或朝向产品面fp减小的横截面面积。

应注意，一个模具可以呈现根据图2a-2e中的一个或更多个形成的通道。特别地，模具可以包括至少一个壁部分和另一个壁部分，该至少一个壁部分包括根据图2a-2e中任一个形成的通道，该另一个壁部分包括根据图2a-2e中另一个形成的通道。

参考图2d和图2e，通道的弯曲半径可以大于通道处的壁的厚度的1/2，优选大于壁的厚度的3/4或大于通道的壁厚的1/1。

应注意，通道可以呈现在通道的长度上变化的横截面。通道可以呈现至少一部分，该至少一部分可以具有圆形、椭圆形或多边形(例如，正方形、三角形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形、十一边形、十二边形)的横截面，或具有从60°多达180°的内角的其它多边形。

图3示意性地示出了模具壁的一部分，其中产品面向上/向右并且背面向下/向左。

图3的模具壁部分可以在模具的主要操作阶段期间呈现水平的模具壁部分ph，即，为水平+/-45°，优选地为水平+/-30°或+/-15°的模具壁部分。这种水平的模具壁部分可以是平面的或大体上平面的。例如，这种大体上平面的模具壁部分可以是弯曲的，以便沿平面中的任何方向偏离该平面小于10％，优选地小于5％。

模具的壁部分还可以呈现凸形的模具壁部分pcx，即，具有凸形的产品面fp的模具壁部分。

应注意，凸形的模具壁部分可以在一个或两个相互正交的方向上是凸形的。

模具壁部分还可以在模具的主要操作阶段过程中呈现竖直的模具壁部分pv，即，为竖直+/-45°，优选地为竖直+/-30°或+/-15°的模具壁部分。这种竖直模具壁部分可以是平面的或大体上平面的。例如，大体上平面的模具壁部分可以是弯曲的，以便沿平面中的任何方向偏离该平面小于10％，优选地小于5％。

模具壁部分还可以呈现凹形的模具壁部分pcv，即，具有凹形的产品面fp的模具壁部分。

为了本公开的目的，术语“孔隙率”被界定为预定的壁部分的通道开口面积与总的壁面积(包括通道开口)的比率。

产品面的孔隙开口可以具有0.25mm至2mm的主要直径。背面的孔开口可以具有0.3mm至4mm的主要直径。

因此，产品面fp处的孔隙开口因此在产品面上的开口面积为0.045-3.2mm²，优选地为0.045-2mm²或0.050-1mm²。

因此，背面fb处的孔隙开口的开口面积为0.45-13mm²，优选为0.1-5mm²或0.3-2mm²。

因此，背面开口区域与产品面开口区域的比率可以为大约1.1至6，优选地为1.2至5或1.4至4。

凸形的模具壁部分pcx可以呈现出所有模具壁部分的最大孔隙率。优选地，凸形的模具壁部分可以具有10％至90％，优选地为20％至60％的孔隙率。

竖直的模具壁部分pv可以呈现比凸形的模具壁部分pcx更低的孔隙率。优选地，竖直的模具壁部分可以具有15％至80％，优选地25％至60％的孔隙率。

水平的模具壁部分ph可以呈现比垂直的模壁部分pv更低的孔隙率。优选地，水平的模具壁部分ph可以具有20％至75％，优选地30％至55％的孔隙率。

凹形的模具壁部分pcv可以呈现比水平的模具壁部ph更低的孔隙率。优选地，凹形的模具壁部分pcv可以具有1％至70％，优选地35％至50％的孔隙率。

如上所述的模具可以在附加的制造工艺中生产，例如3d打印工艺。这种附加的制造工艺可以包括粉末材料的选择性烧结，该粉末材料具有平均尺寸为1-50微米，优选地5-30微米的颗粒。在烧结工艺期间，粉末材料通过借助于激光束或电子束添加能量而被完全熔化。

制造模具的材料可以是金属或金属合金。这种材料的示例包括但不限于钛和钛合金以及铝、铝合金、铜和铜合金、青铜、黄铜、钴和铬合金和不锈钢。

在替代方案中，材料可以是聚合物材料，例如，塑料材料。

通过这种成形工艺，可以实现一种多孔模具，该多孔模具呈现连接产品面fp与背面fb的良好界定的通道，通道之间的材料是均质的，并且至少95％，优选地99％或99.9％没有空隙。

参考上述图1a-1d，应注意，根据本公开，工具10、20、30、40中的一个或更多个可以被形成。

此外应注意，例如，拾取工具10和/或转移工具20可以形成为具有比压制工具30、40更薄的壁和/或由具有较低熔点的材料形成。

该工具可以作为完整的工具或至少两个工具零件来生产，该至少两个工具零件通过钎焊、焊接、胶合或熔合连接。

此外，工具可以形成为具有连接工具零件的铰链机构的一对工具零件。这样形成的工具可以允许生产甚至更复杂的产品。

图4示意性地示出了根据第一实施方案的压制模具壁部分的一部分。图4涉及阳型模具，但是应理解，相同的设计可以用于阴型模具。

压制模具呈现具有凹部1015的模具壁101，加热元件33布置在凹部1015中。模具壁101呈现通道102，通道102可以根据图2a-3中任一个的公开形成。

因此，凹部和加热元件可以由用于电阻加热的长形引线或用于传导加热的液体或气体的通道形成。在替代方案中，凹部可以接纳可以通过感应加热的磁性体。这种磁性体可以形成为离散的岛状物或一个或更多个长形杆。

凹部和加热元件可以跨越背面的全部或部分。因此凹部以及加热元件的区段可以根据需要彼此间隔开。

凹部1015可以从其后面延伸到模具壁中。它们可以延伸到模具壁中的距离的非限制性示例可以是相关的壁部分处的模具壁的厚度的大约3/4、1/2或1/4。

由于凹部朝向后面敞开，所以可以在模具壁部分已经被生产之后插入加热元件33。如果需要，还可以更换加热元件33。

在该实施方案中，后面fb朝向真空室32敞开，在真空室32中可以抽吸真空，如图4中用箭头所示。

图5示意性地示出了根据第二实施方案的压制模具的一部分。图5涉及阳型模具，但是应理解，相同的设计可以用于阴型模具。

压制模具包括外部部分1011和加热器部分1013，在外部部分1011和加热器部分1013之间设置有间隙1021。间隔件1012在加热器部分和外部部分之间延伸，跨越间隙1021。

外部部分1011的通道102将产品面fp与背面fb连接。这些通道可以根据图2a-3中任一个的公开形成。

加热器部分1013的背面fb2可以呈现凹部1015，在凹部1015中可以根据关于图4提到的任何替代方案来布置加热元件33。

加热器部分1013的背面可以朝向真空室32敞开。

歧管通道1022还将间隙1021与加热器部分1013的背面fb2连接。这些歧管通道的横截面比通道102大，并且这些歧管通道的数量比通道102少。例如，歧管通道1022的主要宽度可以是通道102的主要宽度的大约10至1000倍。

此外，歧管通道的数量可以是通道102的数量的大约1/10至1/10000。歧管通道1022的总流动横截面可以等于或大于通道102的总流动横截面。例如，歧管通道1022的总流动横截面可以是通道102的总流动横截面的大约100％-300％。

外部部分1011、加热器部分1013和间隔件1012可以整体形成。

图6示意性地示出了根据第三实施方案的压制模具的一部分。该实施方案类似于图5的实施方案，模具壁呈现与间隔件1012整体形成的外部部分1011。通道102可以形成为关于图2a-3和图5描述的通道。

在图6的实施方案中，加热器部分1013’以及可选的间隔件1012以单独的材料件形成，并且由与外部部分1011不同的材料形成。加热元件可以以与在图5的加热部分1013中实现的相同的方式布置在加热器部分中。

在替代方案中，加热元件33可以被封闭在加热部分1013中。

在任何情况下，歧管通道1022可以以相对于图5描述的方式延伸穿过加热器部分1013’。

加热器部分1013’可以包括由金属材料形成的主体。

在加热器部分1013’的后侧，可以设置绝缘体1014。绝缘体可以抵靠在加热器部分1013’上，或者它可以与加热器部分1013’稍微间隔开，例如，以便允许真空从穿过绝缘体1014的入口通道1024分布到歧管通道1022。

绝缘体1014可以由诸如陶瓷材料的刚性的绝缘材料形成。

绝缘体可以被壳体封闭，例如以便防止其损坏。

两个压制模具(例如，阳型和阴型)可以设置有绝缘体。在这种情况下，绝缘体可以在模具在成形位置中被放在一起时大体上封闭模具，使得能量损失被减少。可以在模具会合的位置设置间隙，以允许蒸汽逸出。作为替代方案或另外地，可以在一个或两个绝缘体中设置通孔，以允许蒸汽逸出。

在另外的主体布置在模具的背面附近的实施方案中，例如，在提供加热器1013、1013’的地方，间隔件可以将施加到产品面上的一些压力转移到该另外的主体。

通常，小于95％(优选地小于90％、小于80％，小于70％、小于50％、小于30％或小于10％)的施加到产品面的压力可以被转移到该另外的主体。压力的未转移部分由于其自身的刚性可以被模具吸收。

根据压制步骤期间的应用，施加到模具表面的压力可以为至少100kpa、至少25kpa、至少450kpa、至少800kpa或至少1mpa的量级。

产品面和/或背面可以进行表面处理，例如，研磨或抛光、阳极氧化或设置表面涂层。这种处理可以被提供，例如，以便降低与制造模具的材料相比的腐蚀风险。表面处理或涂层可以替代地或另外提供防粘特性，例如，它可能比制造模具的材料更疏水。作为还有的另一个选择，与制造模具的材料相比，表面处理或涂层可以提供具有增加的硬度的表面。