以激光加热模具的方法及其模具装置制造方法

以激光加热模具的方法及其模具装置制造方法
【专利摘要】一种以激光加热模具的方法，是以光纤引导激光，致使激光作用于一模具内，以供热于该模具的模穴，或者加热填充于该模具内的型腔。其中，较佳是使该激光通过该光纤所发散的激光束可经一扩散镜组作用于该模具，借此增进激光束热扩散于该模穴或该型腔的效果。另基于该激光加热模具的方法可构成本发明的模具装置。
【专利说明】以激光加热模具的方法及其模具装置
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种模具加热方法及其装置，特别是一种利用激光以对模具进行加热的模具加热方法及能以激光加热的模具装置。
【背景技术】
[0002]传统射出成型、压缩成型、热压成形等工艺均依赖加热注材至融熔态而充填于模具的模穴内，并使注材包覆模具内部特定结构后冷却凝固而成型。但一般模具温度多低于注材凝固温度，故容易在注材与模具相接处先产生凝固现象并于二者相接面形成凝固层，致使融熔态的注材因凝固层的阻隔而无法持续充填，而产生短射现象，甚至使得该注材无法完全转写模具内所形成的结构，进而导致脱模产出后的产品衍生有合格率不佳的情形。
[0003]近年来逐渐发展如蒸汽式、电阻式、高周波式、热流模式或变模温式等多种加热机制，诸如美国第2984887、3671168、4340551、2979773号等专利案所示，以解决传统缺失且更快速提升模具温度，然该些加热机制却仍受限于设备成本昂贵、热源控制不易等问题而无法广为使用。
[0004]为此，如中国台湾公告第1254666号专利案所揭示的一种快速预热模具表面的方法，其是利用高功率红外线装置为加热的热源，以对塑胶加工成型型腔或其他模具表面进行预热，并可将红外线反射且集中照射于所需加热的模具表面。然而，该现有专利案不仅需配合灯座、抛光镜面、背盖等多种构件，方能组成以红外线为热源的红外线加热灯座而能受控于一控制组；甚至，还必须在模具开模时方可将该红外线加热灯座移入上、下模具之间，以对模具进行表面加热，并于加热完成后再予以移除。如此，现有专利案在实际操作过程中显然较为繁琐，而相对增加整体施作过程所需耗费的时间及成本，以致效率欠佳。
[0005]另如中国台湾公告第1353293号专利案所揭示的用于模具的加热及冷却结构，其是利用“电热”方式加热模具，以将至少一支撑柱支撑型腔于模具的模穴内，并利用线圈缠绕该支撑柱外周，借此通电于该线圈，以由该线圈加热该支撑柱，致使该支撑柱与型腔相接触时可快速提升型腔的温度。然而，由于该现有专利案须仰赖额外通电于该线圈，方能将该线圈所产的热传递于该支撑柱而以该支撑柱对型腔加热，故势必容易耗费大量电能的供应，却仍因间接性热传导而无法有效率地加热该型腔，不仅耗能更致使其加热效果不彰；甚至，在针对非平面型态的型腔加工时，更因型腔型态的限制而加剧制作过程的困难度，以致该现有专利案仍无法广泛适用于各种型态的型腔。
[0006]有鉴于此，确实有必要发展一种有别于前述现有技术的加热模具的方法，以能搭配简易模具装置简化工序并快速加热模具，进而同时解决如上所述的各种问题。

【发明内容】

[0007]本发明主要目的乃改善上述缺点，以提供一种以激光加热模具的方法及其模具装置，其能够简化工序并缩短实作时间，以相对提升模具加热效率者。
[0008]本发明次一目的提供一种以激光加热模具的方法及其模具装置，能够广泛运用于平面、曲面等各种加工构型，以增进实用性并能维持产品质量者。
[0009]为达到前述发明目的，本发明提供一种以激光加热模具的方法，以光纤引导激光束作用于一模具内，以加热该模具内的模穴。其中，该激光束通过该光纤后经一扩散镜组以加热该模具内的模穴。
[0010]为达到前述发明目的，本发明提供另一种以激光加热模具的方法，是以光纤引导激光束作用于一模具内，以加热填充于该模具内的型腔。其中，该激光束通过该光纤后可经一扩散镜组以加热该型腔。
[0011]更甚者，于该光纤引导激光束之前，选择在该型腔与该模具之间披覆一隔热层。
[0012]为达到前述发明目的，本发明提供一种以激光加热的模具装置，包含:一模具，具有一模穴；一激光机具，提供一激光束；及一光纤，其一端设置于该模具内；其中，该光纤用以导引该激光束至该模具的内部，以由该激光束加热该模具的模穴。
[0013]且该以激光加热的模具装置另包含一型腔，该型腔填充于该模具以构成该膜穴，且该光纤导引该激光束作用该型腔。或者，该以激光加热的模具装置也可另包含一隔热层，该隔热层披覆于该型腔与该模具之间。
[0014]再者，该以激光加热的模具装置又另包含一扩散镜组，该扩散镜组装设于该光纤的前缘，并用以供该激光束经该光纤导引而扩散作用于该模穴或该型腔。
[0015]其中，该模穴的表面具有一微结构。
【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1:本发明较佳实施例的以激光加热示意图一。
[0017]图2:本发明较佳实施例的以激光加热示意图二。
[0018]图3:本发明较佳实施例的以激光加热示意图三。
[0019]图4:本发明较佳实施例的以激光加热示意图四。
[0020]图5:本发明又一较佳实施例的以激光加热示意图。
[0021]【主要元件符号说明】
〔本发明〕
1模具Ia上模具Ib下模具 11模穴
2型腔2a上型腔2b下型腔
3、3’光纤4、4’扩散镜组
5、5’夹具6激光机具
S 微结构H隔热层。
【具体实施方式】
[0022]为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下:
本发明以激光加热模具的方法可直接作用于模具的模穴或型腔，且基于本发明的技术概念，所属【技术领域】中技术人员 应可理解该加热对象并不设限为模穴或型腔，仅以能避免温差影响注料的凝固程度而可确保产品产出合格率为主要原则，详述于下。
[0023]该以激光加热模具的方法以光纤引导激光，致使激光作用于一模具内，以供热于该模具的模穴，或者加热填充于该模具内的型腔。其中，较佳使该激光通过该光纤后所发散的激光束可经一扩散镜组而作用于该模具，借此增进激光束热扩散于模穴或型腔的效果。详言之，当高功率的激光通过光纤传递而导入模具内部时，通过该光纤前缘所装设的扩散镜组作用，能致使激光所发散的激光束随该扩散镜组而朝四周散射，以充分且均匀地对该模具加热，特别是对填装于该模具内的型腔作加热，使得型腔温度高达注料的凝固温度以上，借此维持型腔表面(即模穴表面)与注料相接处的温度而确保注料冷却速率可为一致。更甚者，以该激光通过光纤传递于该模具内部时，也可针对模穴或型腔作局部加热，以致使模穴或型腔能对注料时应避免其快速冷却的部位维持高温。
[0024]举例而言，当注料选择为聚丙烯时，可利用光纤导引激光，以对模具内所填充的型腔加热至105~115°C，且包覆于该型腔外的模具维持约35~50°C ;又当注料选择为聚碳酸酯时，则可利用光纤导引激光，以对模具内所填充的型腔加热至12(T140°C，且包覆于该型腔外的模具维持约6(T90°C ;或者，当注料选择为聚甲基丙烯酸甲酯时，便可利用光纤导引激光，以对模具内所填充的型腔加热至14(T150°C，且包覆于该型腔外的模具是维持约70^950C ;如此，控制该模具与型腔间的温差约为5(T70°C，以便能简单维持注料的温度，以省去热源持续性的传导并借一致的冷却速率提升成品合格率。
[0025]另一方面，于该激光束加热该型腔或供热于模穴之前，可选择先于该型腔与模具间披覆如图2所示的一隔热层H，且该隔热层H可以选择由陶瓷或电木所构成，该隔热层H所披覆的区域不包含激光束作用于该型腔的加热区域，以防止激光提供的热能传导至模具的其他部位而造成热散失，据以降低使用激光加热所需耗费的能量，以达到节能的功效?’另外，该激光发散功率乃为本领域的技术人员可视实际需求加以调整；且光纤的长短、粗细等型态也可视情况而替换不同的选择，在此均不限制也不赘述。
[0026]特别地，借助本发明以激光加热模具的方法是可作用于上、下模具的模穴或上、下型腔，并不限制同步加热，也可以择一进行，仅需能维持注料于模穴内的整体冷却速率为一致即可。以下列举本发明较佳实施例并配合图1~4分别简要说明，此乃供参考，实际施作配置不为限。
[0027]请阅图1所示，其为本实施例以激光加热的模具装置的一简易形态，其是选择以一上模具Ia及一下模具Ib共同构装出一呈曲面型态的模穴11 ;或者，本实施例也可如图2所示，再选择于该模具I内组装有型腔2，致使上型腔2a贴合于上模具la，并配合具下型腔2b的一下模具Ib共同构出该模穴11，以供注料于该模穴11内，较佳是选择于该型腔2与模具I间设有隔热层H，以防止热散失；且使一光纤3—端设置于该模具I内，较佳如图面所示通过该上模具la，以由该光纤3导引激光束至该模具1，而可如图1所示加热该模穴11，或如图2所示供热作用于该型腔2。其中，该光纤3较佳通过一夹具5夹持，再将该夹具5以一螺栓(图面未绘示)锁固定位于该上模具Ia内。
[0028]较佳者，该光纤3前缘是如图所示另装设有一扩散镜组4，以致使激光束通过该光纤3后经由该扩散镜组4作用于该模穴11或型腔2。本实施例图2所示的扩散镜组4朝向该上型腔2a，较佳是通过一夹具5固定该光纤3与扩散镜组4并使其定位于该上模具Ia内。[0029]基于前述装置，以图2所示为例，本实施例遂可利用该模具I成型如凸透镜等具平滑曲面之物，以借助一激光机具6激发出将近20千瓦的激光并经该光纤3引导，直至激光通过该扩散镜组4而发散出多道激光束，以形成一加热区域对该上型腔2a直接进行加热；同时，在激光光持续通过该光纤3而对该上型腔2a作加热的情形下，注料也持续填入该模穴11内，直至该注料充满该模穴11，便可停止激光光的输出，而使注料于该模穴11内冷却成型，至脱模取得成品。其中，该激光机具6所激发的激光光功率可以选择为广20千瓦，且也可由本领域技术人员视情况加以调整，并不以前述实施例所言为限。
[0030]且特别针对成型如凸透镜等具一定厚度而厚度并非均一的成品时，经注料填满后仍会以激光对该模穴或型腔2持续加温一段时间，以确保在注料开始冷却时，注料在该模穴11内的整体冷却速度可为一致，而不会因其厚度不一致而导致厚处与薄处的温差过甚而造成注料脱模后内缩，致使成品曲度不佳。
[0031]甚者，基于前述技术概念，为了使整体模具的加热效果更为均匀且提升整体作业效率，本实施例还可如图3所示，使另一光纤3’通过该下模具lb，而以该光纤3’前缘所装设的扩散镜组4’朝向该下型腔2b，较佳也通过一夹具5’固定该光纤3’与扩散镜组4’并使其定位于该下模具Ib内。借此，能利用如上所言的手法，同时以通过该光纤3、3’的激光光直接加热该上、下型腔2a、2b，并维持注料在该模穴11内的整体冷却速度可为一致，以确保脱模后成品具有良好质量。
[0032]再举例之，模具整体的注料型态也可以选择如图4所示，以侧边胶注手段注料于该模穴11内。如此，通过该光纤3的激光便能直接对位该型腔2成型有模穴11之处，致使激光所发散的热能更可以有效率地对该模穴11内的注料进行加热，以同样达到前述效果。其中，该光纤3摆放位置并不受限于图面所示，仅需以能供热于型腔2并迫使热能传递至模穴11表面即可，所属【技术领域】中技术人员应可理解并加以变化，不再赘述。
[0033]除上述之外，请再参阅图5所示，本发明还可以通过如前述装置而成型表面具有微结构S之物，以同样由该光纤3导引该激光机具6所激发的激光，致使激光通过该光纤3至该扩散镜组4而发散出多道激光束，以直接对该型腔2作加热。借此，于该型腔2受热作用的同时，注料遂可持续充满于该模穴11内，并彻底填入各微结构S，以能在注料冷却成型而脱模产出成品后，完整转写该微结构S的型态于该成品表面，以提升成品的合格率。
[0034]综上所述，本发明以激光加热模具的方法的主要特征在于:借助光纤引导激光，遂可直接以激光经扩散镜组所发散的激光束作用于该模具内，不论是直接供热于该模具的模穴，也或对该模具内所填充的型腔进行加热，皆可达到热能快速且均匀分散其中的效果，以确保注料各部分的冷却效率可为一致，进一步避免注料凝固时的时间差而产出不良的成品。如此，通过本发明以激光加热模具的方法不仅能够简化传统多构件作用的繁杂工序，以相对缩短实际操作时间，更可维持热能均匀的供应且视情况选择局部快速加热，以达到提升模具加热效率的功效；另外，本发明以激光加热模具的方法也可以广泛运用于平面、曲面等各种加工构型，特别针对成品表面欲形成细微结构时，更能以激光控温而确保注料彻底融入各微结构内，以完整于该成品上转写出应有的微结构，不仅增进实用性，更可达到维持产品质量及合格率的双重功效。
【权利要求】
1.一种以激光加热模具的方法，其特征在于，其是以光纤引导激光束作用于一个模具内，以加热该模具内的模穴。
2.如权利要求1所述的以激光加热模具的方法，其特征在于，该激光束是通过该光纤后经一个扩散镜组以加热该模具内的模穴。
3.一种以激光加热模具的方法，其特征在于，其是以光纤引导激光束作用于一个模具内，以加热填充于该模具内的型腔。
4.如权利要求3所述的以激光加热模具的方法，其特征在于，该激光束是通过该光纤后经一个扩散镜组以加热该型腔。
5.如权利要求3或4所述的以激光加热模具的方法，其特征在于，于该光纤引导激光束之前，该型腔与该模具之间披覆一个隔热层。
6.一种以激光加热的模具装置，其特征在于，其包含: 一个模具，具有一个模穴； 一台激光机具，提供激光束 '及 光纤，其一端设置于该模具内； 其中，该光纤是用以导引该激光束至该模具的内部，以由该激光束加热该模具的模穴。
7.如权利要求6所述的以激光加热的模具装置，其特征在于，另包含一个型腔，该型腔是填充于该模具以构成该膜穴，且该光纤是导引该激光束作用于该型腔。
8.如权利要求7所述的以激光加热的模具装置，其特征在于，另包含一个隔热层，该隔热层是披覆于该型腔与该模具之间。
9.如权利要求6所述的以激光加热的模具装置，其特征在于，另包含一个扩散镜组，该扩散镜组是装设于该光纤的前缘，并用以供该激光束经该光纤导引而扩散作用于该模穴。
10.如权利要求7所述的以激光加热的模具装置，其特征在于，另包含一个扩散镜组，该扩散镜组是装设于该光纤的前缘，并用以供该激光束经该光纤导引而扩散作用于该型腔。
11.如权利要求6或7所述的以激光加热的模具装置，其特征在于，该模穴的表面具有微结构。
【文档编号】B29C33/06GK103817829SQ201210466646
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2012年11月16日
【发明者】蔡元勋, 陈明源, 郑颖聪, 吕育廷 申请人:财团法人金属工业研究发展中心