本发明涉及用于生产模制物品的方法，该模制物品包括甜食和冷冻甜食、蜡烛和其他装饰性消费物品。本发明具体涉及用于响应消费者的要求、以定制的方式生产相对少量的这种物品的方法。
背景技术
模制物品在许多消费者市场上非常受欢迎。在食品领域中，诸如基于巧克力的甜食等甜食通常以新颖的形状来生产，例如以树木或动物的形状。而且，诸如冷冻水果合成物（通常称为“冰棍”或“冰棒”）或冰淇淋等的冷冻甜食也以新颖的形状来生产。在这两种情况下，特别是在冷冻甜食的情况下，通常在产品中包括呈刚性细长构件形式的棍，以允许消费者通过棍持有物品，而不是接触食品物品本身。
模制物品在其他消费者市场也很受欢迎，诸如蜡烛和装饰性牌匾等。这些通常还包括从模制形状突出的细长构件，例如以蜡烛的蜡烛芯的形式或用于装饰性牌匾的固定图案。
这些物品的生产通常涉及模具的复杂工具加工，该些模具经过精心设计并用金属加工，以提供可在生产线上使用多年的持久耐用的模具。在典型的生产工艺中，将制成大量这样的模具并且模具并排式地使用，以优化制造设备的生产量。模具通常布置成使得细长构件（例如棒棒糖棍、蜡烛芯或固定图案）从模具的顶部突出，在凝固之前将模塑流体添加在细长构件周围。然后将模制物品从模具中取出，并转移至用于向零售商继续发货的单独的包装材料，并由此转移至最终消费者。
用于这种工艺的模具的生产是耗时且昂贵的，并且因此对于长寿命的设计或者以非常大的数量出售的设计才具有商业可行性。因此难以满足消费者对更多定制的形状的需求，这些形状可能只需要相对较少的数量。申请人相信他们是首先考虑到以简单和高生产量的工艺来制造相对较少数量、具有定制的形状的这些物品。尝试这个问题的解决方案是本发明的目的之一。
技术实现要素：
因此，本发明提供了形成模制物品的方法，所述方法包括以下步骤：
（a）提供模具成型器，该模具成型器包括具有内表面和底面的凹槽并且由塑料制成并通过三维打印工艺制造，被成形以形成模具的所述模具成型器具有：
（i）对应于所述模制物品的所需形状的凹槽，和
（ii）在模具成型器的内表面和底面之间延伸的一系列的孔；
（b）由塑料材料在所述模具成型器中形成模具；
（c）将细长构件定位在所述模具中，使得细长构件的一端位于所述凹槽内，所述构件的另一端位于所述凹槽外；
（d）将一定体积的液体引入所述凹槽中；
（e）将覆盖件定位在所述模具上并将覆盖件密封至所述模具；
（f）使所述液体凝固。
申请人发现，通过使用三维打印，有可能制成少量具有定制形状的塑料模具成型器。由于塑料模具成型器的低导热率，技术人员不会容易地考虑到使用塑料模具成型器。当制备一系列的模具时，这通常会导致非常低的生产速度。在每个步骤（b）之后，需要冷却模具成型器，然后才能制作下一个模具。由于低导热率，这种冷却需要太多时间。申请人现在已经发现，通过提供孔，在成形工艺中热空气可以通过这些孔逸出，从而改善模具形状的冷却。这些孔可以在三维打印工艺中被简单地制成。
在任何这样的方法中，进一步优选的是，在步骤（b）中，所述模具通过使片状塑料材料真空成型而形成。
在步骤（e）中，所述覆盖件优选地包括塑料薄膜，更优选地，所述覆盖件进一步包括金属箔。
当塑料材料用于覆盖件时，优选的是，在步骤（e）中通过塑料焊接将所述覆盖件密封至所述模具。
在本发明的任何方法中，优选的是，所述覆盖件在所述凹槽的边缘附近密封至所述模具。
在本发明的任何方法中，优选的是，在步骤（f）中通过相变使所述液体凝固。在冷冻甜食的制造中，这将必需冷冻阶段。在蜡烛的制造中，热蜡将用作液体，在室温下凝固以生产固体蜡烛。
在本发明的优选方法中，在步骤（f）中，通过蒸煮工艺使所述液体凝固。以这种方式，可以通过该方法制成诸如蛋糕或饼干的模制物品。
在本发明的优选方法中，在步骤（f）中，通过聚合反应使所述液体固化。在制造诸如牌匾、钥匙扣和其他三维新颖物品等装饰性物品时，液体可包括通过添加引发剂（例如自由基引发剂或光引发剂）而凝固的单体。
在本发明的任何方法中，优选的是，所述细长构件是可食用的。除了创造更理想的产品外，这还减少了最终消费者处理废料的需要。
而且在优选实施例中，在要生产蜡烛的情况下，所述细长构件是蜡烛芯。
当模制物品是冷冻甜食时，优选的是，在步骤（f）中通过冷冻使所述液体凝固。
当所述模制物品是甜食并且其中所述液体包括熔融巧克力时，优选的是，在步骤（f）中通过冷却使所述液体凝固。
当所述细长构件是可食用时，优选的是，所述细长构件由饼干或硬糖形成。
当所述模制物品由烘焙产品组成并且所述凝固通过蒸煮进行时，优选的是，所述液体包括蛋糕或面团混合物。在这种情况下，还优选的是所述细长构件由饼干或硬糖形成。
当所述凝固通过相变进行时，优选的是，所述液体包括熔融蜡烛的蜡，并且所述细长构件包括蜡烛芯。
在本发明的任何方法中，所述模具成型器由塑料制成并通过三维打印工艺制造。这显著减少了生产这种模具的前置时间和成本，然后可以在使用后容易地回收。适当地，通过熔融沉积成型法（fdm）或热熔解积层法（fff）来执行三维打印工艺。塑料可以是适用于这种打印工艺的任何塑料。优选地，模具成型器由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（abs）制成。
还包括在本发明范围内的是制造模制物品的方法，该方法包括以下步骤：（i）接收表示三维物体的数据文件；（ii）在三维打印工艺中使用所述数据文件，其中所述数据文件用于在所述模具成型器的制造中定义模具凹槽的形状。
在这种方法中，优选的是，该方法还包括另一步骤，其中在接收之后修改所述数据文件中的数据，以去除模具凹槽形状的底切。
还包括在本发明范围内的是制造模制物品的方法，该方法参照附图的任何组合、大体上如本文所述。
还包括在本发明范围内的是通过本文所述的方法制造的模制物品。
还包括在本发明范围内的是制备适用于保持模制物品的模具的方法：
（a）提供模具成型器，该模具成型器包括具有内表面和底面的凹槽并且由塑料制成并通过三维打印工艺制造，被成形以形成模具的所述模具成型器具有：
（i）对应于所述模制物品的所需形状的凹槽，和
（ii）在模具成型器的内表面和底面之间延伸的一系列的孔；
（b）由塑料材料在所述模具成型器中形成模具。
还包括在本发明范围的是适用于制备模具的模具成型器，该模具又适用于保持模制物品，该模制物品包括具有内表面和底面的凹槽并且由塑料制成并通过三维打印工艺制造，被成形以形成模具的所述模具成型器具有：
（i）对应于所述模制物品的所需形状的凹槽；和
（ii）在模具成型器的内表面和底面之间延伸的一系列的孔。
附图说明
本发明将参照附图进行描述，其中：
图1示出本发明中使用的模具的平面图；
图2示出图1的模具沿线a-a的截面；
图3和图4示出模具成型器的剖视图；
图5示出包含液体的模具的剖视图；
图6示出包含液体的模具和细长构件的剖视图；
图7示出细长构件的正视图；
图8示出本发明的方法的密封阶段；
图9和图10示出定位在模具中的细长构件的平面图；
图11示出包含液体的模具和替代的细长构件的剖视图；
图12示出替代的细长构件的正视图；
图13和图14示出本发明的模制物品；以及
图15以流程图的形式示出本发明的方法。
具体实施方式
图1和图2分别以平面图和剖视图示出用于本发明的方法的模具，模具通常用1表示。模具1具有对应于要制成的模制物品所需形状的凹槽2。凹槽2的相邻的一个边缘是堰3，堰3的高度位于模具的周围的平面4的高度处或恰好低于模具的周围的平面4的高度。在特别优选的实施例中，堰3的顶部和模具的顶部表面4之间的高度差与下面描述的细长构件12的厚度大致相同。在所示出的实施例中，模具进一步包括第二凹槽5，第二凹槽5与堰4相邻但在凹槽2的另一侧。在一些实施例中，不使用第二凹槽5，但其功能将在下面描述。
图3和图4以剖视图示出用于本发明的方法的模具成型器6。模具成型器6被成形为包括凹槽7和凹槽8（如果需要），凹槽7和凹槽8对应于图1和图2中示出的模具1的凹槽2和凹槽5的所需形状。在图3的模具成型器中，一系列的孔30包括在模具成型器中，在每个凹槽7、8的内表面和模具的底面9之间延伸。这些孔的直径通常小于2mm，优选直径小于1mm，并且通过在成形工艺中允许空气通过模具逸出而用于改善真空成型的模具1的质量。在其他实施例中，模具成型器6可由气体多孔材料生产，例如由烧结结构或刚性开孔泡沫来生产。
为了形成模具1，将片状热塑性材料放置在模具成型器上，并且在将材料加热到其软化点以上的同时在片状材料的任一侧形成压差。压差通常通过在片状材料下方使用真空来产生，伴随由红外线源进行的加热。模具成型方法在本领域中众所周知作为真空成型。用于形成模具1的特别优选的材料是片状聚合物材料，例如由聚酯、聚烯烃、聚丙烯和聚酰胺制成的那些。特别优选的是无定形聚酯和聚烯烃的共挤片材，例如以注册商标mp300（波兰wipak）销售的那些。片状材料优选具有小于2mm的厚度，更优选具有小于1mm的厚度。
图5-图7示出本发明的方法的填充阶段。在图5中，在凝固之后将形成模制物品的液体10在堰3的高度处或低于堰3的高度处引入凹槽2到达水平面11处。在图6中，细长构件12定位在模具中，使得构件13的一端位于凹槽2内，另一端14位于凹槽2外，从而穿过堰3。应当理解的是，添加到凹槽2中的液体10的体积使得一旦细长构件12在合适的位置，它就不会溢出堰3。
当生产甜食或冷冻甜食时，该实施例中的细长构件的形状是合适的。在这种情况下，细长构件通常被称为“棍”。棍可能由刚性材料制成，例如，木材或塑料，但也可以由诸如硬糖的可食用材料形成。棍12在图7中单独示出，并且被成形以使得第一部分12a基本上是平的，并且预定位于凹槽2内；第二基本上是平的部分12b预定位于凹槽5内，并且平行于第一部分12a或甚至与第一部分12a共面。部分12a和部分12b通过部分12c和部分d连接，这些部分被成形以允许棍穿过模具1的堰3。可以理解的是，尽管棍被描述为具有多个部分，但它可以容易地被制造成单件式结构，例如通过使用注塑成型，如果棍是由塑料制成的。
模具1中的第二凹槽5的功能是便于最终用户在模制物品21最终从模具中取出时抓住细长构件12的端部。
图8示出模制物品的密封阶段（在凝固之前或之后）。上面描述的相同元件相应地编号。呈片状材料形式的覆盖件15定位在模具1的顶部表面上，填充有其内容物和细长构件12（例如棍）。在该操作期间，填充的模具优选地由具有与模具的形状对应的形状的支撑构件16支撑，以便允许进行密封操作。还设置有密封构件17，密封构件17可以具有凸起的脊部18，凸起的脊部18的形状对应于凹槽2的边缘、凹槽5的边缘和连接的堰部分3的边缘。在图8中，为清楚起见，这些元件以间隔开的配置示出。使密封构件与覆盖件15接触，覆盖件和模具紧紧地夹在密封构件17和支撑构件16之间。然后将覆盖件15密封至模具的顶部表面上。这可以通过多种方式进行，例如通过使用位于凹槽边缘周围的粘合剂，或通过超声波焊接。然而，最优选的方法是通过塑料焊接，沿着脊部18的线使用热量的应用。特别优选的是，覆盖件15由塑料薄膜制成，例如一种由聚酯制成的塑料薄膜，特别是双轴取向的聚酯，例如以注册商标biaxer（波兰wipak）销售的聚酯。进一步优选的是，这种膜是金属化的，例如用铝金属化的。
图9以平面图示出模具1，其中图7中示出的形式的细长构件12定位在模具中。可以看出，优选的是，细长构件12设有凹槽19或优选地延伸穿过其厚度的通孔19。这在细长构件和凝固后的液体之间提供了额外的抓握。
图10示出可用于生产例如模制蜡烛的替代实施例。图10示出模具1的平面图，并且在该实施例中，细长构件12包括蜡烛芯20。蜡烛芯20的柔性允许其从凹槽1悬垂在堰部3上，如果需要，蜡烛芯20延伸至第二凹槽5中。
图11示出本发明的另一实施例，其使用呈刚性棍的形式的不同配置的细长构件12。上面描述的相同元件相应地编号。棍12在图12中以单独的正视图示出。
参照图11和图12，可以看出在该实施例中，棍12具有预定位于模具1的凹槽2内的大致平的部分12a和预定位于凹槽2外的第二部分12b。这两个部分通过单个成角度的部分12e连接，允许棍12横跨模具的堰部分3，但是余下部分12b位于模具1的顶部表面4的顶部。此外，棍12可以形成为整体式结构。
如图13和图14所示出的，棍12的这种结构比图7所示出的结构具有特别的优点。这些图以侧视图示出了本发明的模制物品，模制物品通常由21表示。凝固材料22从模具1中移除并取出为所需的形状。图13示出使用图7中所示出的形式的棍12，而图14示出如图12中所示出的棍12的使用。可以看出，可供消费者随时使用以持有物品（基本上是棍12的部分12b）并且由23表示的棍的部分，对于其他相等长度的产品而言，比图14的棍更大。
图15通过流程图示出本发明特别优选的方法的操作。该方法允许位于其电脑24处的客户在模制物品的供应商25的控制下经由数据通信网络将数据传输至电脑。客户电脑可以是传统的台式电脑、笔记本电脑或平板电脑，或者诸如智能电话的移动设备，并且优选远离供应商的电脑。通过网络传输的数据表示客户所需的模制物体的形状。这可以是照片或其他二维图形的形式，由制造商编译以形成三维模型或三维模型本身的数字表示。数据通信网络通常是因特网。
供应商接收数据，然后该数据准备用于制作在方法中使用的模具成型器。可以在工艺中包括三维模型优化26的阶段，该优化可选地包括多个步骤：
i）将物体的二维表示转换为三维模型。这可以用图像处理软件自动执行，或者可以包括来自人类操作者的输入或由其组成。
ii）去除由供应商生产或接收的三维模型中的底切，以确保在凝固后可以容易地将成型物体从模具中取出。
iii）去除不需要的或不必要的背景信息或图像内容，否则可能在最终模制物体21的边缘处导致不需要的材料。
iv）三维模型的缩放，或者保持所有三个维度的纵横比，或者选择性地缩放一维或二维，使得模具成型器6生产可以容纳在模制装置中的模具1和/或生产所需的模具体积。
在优化三维模型之后，通过使用三维打印27来创建模具成型器6。本领域技术人员将可获得许多三维打印技术，以包括石膏（例如在美国3d系统公司的注册商标“projet®660pro”下销售的三维打印机）、热塑性塑料、光聚合聚合物或热烧结材料的一系列材料打印。在特别优选的实施例中，使用热烧结（优选通过激光）材料（例如以注册商标alumide®销售的材料）并且包含聚酰胺和粉末铝的粉末合成物来生产模具成型器。发明人已经发现，这种工艺和材料生产模具成型器6，模具成型器6在抵抗用于模具1真空成型所需的温度方面特别有效。
三维打印工艺也可用于生产支撑构件16和密封构件17。
在模具成型器的生产27之后，然后可以使用成型器来生产28模具1和模制物品21。然后，仍然包含在其模具1中的密封的模制物品21可以被发货至客户29。