柔性变焦模塑眼镜3D复印智能制造装置及方法与流程

本发明涉及光学透镜和眼镜制造技术领域，具体涉及一种柔性变焦模塑透镜3d复印智能制造技术。

背景技术：

注射模塑成型(简称注塑成型)在现代制造业中应用越来越广。按照3d打印增材制造的技术分类体系，注塑成型属于3d复印等材制造。3d复印特别适合大规模、低成本生产各类高精度的塑料制品和零部件。随着塑料工业的迅速发展及其在航空、航天、电子、机械及汽车等领域的交叉融合，注塑成型装备已成为现代制造业最重要的生产母机。注塑技术取代玻璃制品行业也成为了光学镜片生产的主要手段之一。

高分子材料的光学透镜和眼镜，采用注塑成型包括合模、注塑、保压、开模取件等步骤。制造技术水平的关键是基础材料和工艺装备，在工艺装备方面，模具系统是核心。国内外专利针对光学透镜和眼镜成型模具的改进主要聚焦在精度方面，例如专利314201821261837.1提供了一种高清镜片注塑成型模具，通过增加动模核心、液压油缸、限位螺钉和弹弓的配合实现了两次合模，使注塑成型的镜片达到高密度、高亮度的效果，解决了流纹夹线缩水等常见问题，合格率大幅度提升；专利314201820052671.6提供了一种用于注塑成型光学镜片的光学模具可提高注塑镜片的成型精度等。

但是，目前国内外现有技术都还只能做到一镜一模，而生产不同度数(焦距)镜片都需要制造相应的模具，生产成本高、效率低。因此，本发明创新提出变焦距型腔柔性模塑3d复印透镜的智能制造技术，同一套模具系统可生产出不同度数的镜片，不仅大幅度降低模具总体投入，省去换模时间，更有利于实现智能化云制造的大规模个性化定制。

技术实现要素：

本发明提出了柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置及方法，装置主要涉及模具系统，基本构成包括定模和动模，所述定模又包括定模固定板、定模支座、定模基板以及凸模，所述动模包括动模固定板、动模支座、动模基板以及凹模。其特征在于：所述凸模采用凸起的金属膜片，金属膜片后侧通过注油孔注入液压油填充，改变填充液压油的充填量及充填压力，利用金属膜片前后压差改变金属膜片所构成模具型腔的曲率。所述凹模设有镜片成型凹面，在凹面后方连接部分设有调整螺旋，用于调节凹模和凸模之间的距离从而得到不同厚度规格的型腔。金属膜片处还设有高精度的位移传感器，用于测量金属膜片的位移并转换为曲率，通过调节凸模后液压油的压力，使模具型腔得到不同的曲率，并通过凹模侧调节螺栓得到不同厚度的型腔，在实际生产过程中基于实际的pvt特征参数，凹凸膜相互配合制造出不同曲率及厚度的镜片或眼镜，从而减少开新模费用以及换模时间。

为了达到上述功能，本发明采取的技术方案为：柔性变焦模塑透镜3d复印智能制造装置，主要是一套模具系统，包括定模和动模，定模包括定模固定板、定模支座、定模基板，凸模、金属膜片、压板、液压管接头、位移传感器、传感器固定板、密封圈和注射口；动模包括动模固定板、动模支座、动模基板、凹模、凹模圆柱、螺纹柱、螺柱固定板、套筒、手柄和平键。其中，定模固定板是一个方形的金属板，定模固定板中间有方形的孔，四角各有一个圆形的阶梯孔，定模固定板可以通过相应的夹具固定在注塑机的定模板上；定模支座有两个，它们具有相同的结构，均呈长条状且两端均开有左右贯通的通孔，通孔上攻有螺纹，定模支座通过此螺纹孔，使用螺钉与定模固定板连接，并固定在定模固定板的左右两侧；定模基板是一个方形的金属板，其中间开有圆形的模腔孔，模腔孔侧面开有圆形的流道孔，模腔孔与流道孔之间有半圆形的沟槽流道连接，定模基板前表面抛光作为合模面，定模基板四角各有一个阶梯通孔，通过这四个孔与定模支座的螺纹孔使用螺栓连接并固定，定模基板中心的模腔孔呈阶梯形盲孔，阶梯孔上面开有三个相隔120°的螺纹孔，螺纹孔避开流道孔，定模基板模腔孔后部在垂直于流道孔的方向设有液压油流道，通向定模基板的侧面；注射口是一个金属管，与定模基板的流道孔通过焊接相互连接，固定在合模面的反面，并且管道与流道脸通，凸模由金属膜片及压板组成，金属膜片的形状是一个四周扁平、中间凸起的金属片，金属膜片边缘处开有三个孔，三个孔绕圆心间隔角度120°；压板是一个环形薄金属板，中间薄边缘厚呈阶梯型，中间的薄圆环的大圆直径与金属膜片的直径相同，压板边缘有三个间隔角度120°的圆形阶梯孔；金属膜片和压板的固定在定模基板中间孔的阶梯上，并通过三个孔螺纹连接。液压管接头是金属管接头，通过螺纹连接在定模基板侧面的液压油流道出口处，并与液压系统连接，沿箭头方向向提供压力。动模固定板是一个方形的金属板，动模固定板中间有方形的孔，四角各有一个圆形的阶梯孔，动模固定板可以通过相应的夹具固定在注塑机的动模板上；动模支座有两个，为相同结构，均呈长条状的长方体，长条状的两端均开有左右贯通的通孔，通孔上攻有螺纹，动模支座通过此螺纹孔，使用螺钉与动模固定板连接，并固定在动模固定板的左右两侧；动模基板是一个方形的金属板，其中间开有圆形的阶梯模腔孔，动模基板前表面抛光作为合模面，动模基板四周有阶梯通孔，通过这四个孔与动模支座的螺纹孔通过螺栓连接并固定；凹模圆柱为一个阶梯圆柱体，凹模圆柱插入动模基板中心的阶梯模腔孔中，配合满足密封要求并可以前后滑动；圆柱体大直径圆端面是曲面镜片的成型凹模，圆柱体小直径一端中心有一个圆形孔，圆孔四周开有两个间隔180°的两个a型平键键槽。所述凹模圆柱凹面背面圆形孔中插入有螺纹柱用于螺旋传动，并通过a型平键与螺纹柱连接，螺纹柱另一端通过螺纹连接一个内外侧都有螺纹的套筒，套筒外部螺纹与固定在动模基板上的螺柱固定板的内螺纹连接，套筒尾端连接有手柄，手柄是一个外六角柱形，中心有孔，通过此孔与套筒通过两个间隔180°的a型平键连接。

进一步，金属膜片凹侧设有位移传感器用于测量金属膜片的变形，位移传感器设在合模面反侧，传感器的顶杆穿过定模基板中心模腔孔底部的小孔插入模腔孔内，并且顶在金属膜片的后部，底部小孔内有槽，放置有密封圈；传感器固定板是一个方形的金属板，边缘两侧凸起，中间凹陷，金属板凸起的两侧上各有两个贯通的圆形阶梯孔，在定模基板的后表面开有与传感器固定板的孔对应的螺纹孔，通过螺栓将传感器固定板固定在定模基板上，传感器固定板中间开有圆形通孔使位移传感器穿过，对位移传感器起到定位及保护的作用。

本发明提供的柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置，其定模基板可以为一个长方形的金属板，金属板中间开有圆形的流道孔，流道孔两侧对称开有两个模腔孔，模腔孔与流道孔之间有半圆形的沟槽流道连接，定模基板前表面抛光作为合模面，定模基板四角各有一个阶梯通孔。凸模、金属膜片、压板、液压管接头、位移传感器、位移传感器密封圈、传感器和传感器固定板均有两套，它们相对于定模基板的模腔孔按照与上文所述实施方案完全相同的方式连接，构成两个对称的可调节模腔。对应地动模基板也开有和定模基板相对应的两个模腔孔。凹模圆柱、螺纹柱、螺柱固定板、套筒、手柄和a型平键也均有两套，它们相对于动模基板的两个模腔孔按照与上文所述实施方案完全相同的方式连接，构成两个对称的可调节模腔。这样在一个模具中形成两个完全对称的可调节模腔。

本发明提供的柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置，当注射时，两个模腔相对于注射口对称，可以使注射时产生的反作用力彼此平衡，有利于提高注射成型精度。

本发明提供的柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置，定模基板和动模基板上各包含有两个用于成型镜片的模腔，该模腔不再是圆形，而是实际镜片的形状，与此同时，定模基板和动模基板上还有用于成型装载镜片的镜架的型腔，镜片的型腔和镜架的型腔，完全按照完整眼镜的装配关系构造，形成与眼睛整体构造相同的模腔，实现整体眼镜的一次成型与柔性制造。

本发明提出的利用柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置进行3d复印智能制造的智能成型方法，其步骤包括，首先扭动手柄调节凹模圆柱的位置，使模腔变为镜片所需厚度；之后定模和动模合模，并向膜片后部的腔体内注射入一定压力的液压油，通过读取位移传感器的读数，使膜片变形到所需曲率；将聚合物注射入模腔，恒定保压压力，调节液压油压力，使位移传感器读数保持不变，即膜片曲率不变，成型过程中，时刻跟踪位移数据调节膜片曲率，最终脱模获得所需镜片制品。

本发明柔性变焦模塑透镜3d复印智能制造方法，其步骤包括，首先扭动手柄调节凹模圆柱的位置，使模腔变为镜片所需厚度。之后定模和动模合模，并向膜片后部的腔体内注射入一定压力的液压油，通过读取位移传感器的读数，使膜片变形到所需曲率。将聚合物注射入模腔，恒定保压压力，根据聚合物压力-比容积-温度关系特性曲线，调节液压油压入量，保证模腔内物料体积在冷却过程中保持一定，最终脱模获得所需镜片制品。

本发明具有下述优点：

1.一套模具可以生产多种焦距的镜片，避免了为不同度数镜片制造大量模具造成的资源浪费，大幅度降低了生产成本。

2.可以进行产品规格的快速调整，有助于实现互联网云制造平台的柔性化高效制造。

3.适合生产某些非标准度数的镜片，具有更广范的个性化定制适应性。

附图说明

图1是本发明柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置定模的结构示意图。

图2是本发明柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置动模的结构示意图。

图3是本发明柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置定模的剖视图。

图4是本发明柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置动模的剖视图。

图5是本发明柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置合模三维示意图。

图6是本发明柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置合模的剖视图。

图7是本发明柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置两腔合模三维图。

图8是本发明柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置两腔合模剖视图。

图9是本发明柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置成型眼镜整体动模结构示意图。

图10是本发明柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置成型眼镜整体静模结构示意图。

图中：1-定模，2-动模，3-定模固定板、4-定模支座、5-定模基板，6-凸模，7-金属膜片，8-压板，9-液压管接头，10-位移传感器，11-传感器固定板，12-位移传感器密封圈，13-注射口，14-动模板、15-动模固定板，16-动模基板，17-凹模，18-凹模圆柱，19-螺纹柱，20-螺柱固定板，21-套筒，22-手柄，23-a型平键，24-制品。

具体实施方式

本发明提供的柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置，如图1至图6所示，包括定模1和动模2，定模1从上至下包括定模固定板3、定模支座4、定模基板5以及凸模6、金属膜片7、压板8、液压管接头9、位移传感器10、传感器固定板11、密封圈12和注射口13；动模2从下至上包括动模固定板14、动模支座15、动模基板16及凹模17、凹模圆柱18、螺纹柱19、螺柱固定板20、套筒21、手柄22和平键23。其中，定模固定板3是一个方形的金属板，定模固定板3中间有方形的孔，四角各有一个圆形的阶梯孔，定模固定板3可以通过相应的夹具固定在注塑机的定模板上；定模支座4有两个，它们具有相同的结构，均呈长条状的长方体，长条状的两端均开有左右贯通的通孔，通孔上攻有螺纹，定模支座4通过此螺纹孔，使用螺钉与定模固定板3连接，并固定在定模固定板3的左右两侧；定模基板5是一个方形的金属板，其中间开有圆形的模腔孔，模腔孔侧面开有圆形的流道孔，模腔孔与流道孔之间有半圆形的沟槽流道连接，定模基板5前表面抛光作为合模面，定模基板5四角各有一个阶梯通孔，通过这四个孔与定模支座4的螺纹孔通过螺栓连接并固定，定模基板5中心的模腔孔呈阶梯型盲孔，阶梯孔上面开有三个相隔120°的螺纹孔，螺纹孔避开流道孔，定模基板5模腔孔后部在垂直于流道孔的方向设有液压油流道，通向定模基板5的侧面；注射口13是一个金属管，与定模基板5的流道孔通过焊接相互连接，固定在合模面的反面，并且管道与流道相通，凸模6由金属膜片7及压板8组成，金属膜片7的形状是一个四周扁平、中间凸起的金属片，金属膜片7边缘处开有三个孔，三个孔绕圆心间隔角度120°；压板8是一个环形薄金属板，中间薄边缘厚呈阶梯型，中间的薄圆环的大圆直径与金属膜片7的直径相同，压板8边缘有三个间隔角度120°的圆形阶梯孔；金属膜片7和压板8的固定在定模基板5中间孔的阶梯上，并通过三个孔螺纹连接。液压管接头9是金属管接头，通过螺纹连接在定模基板5侧面的液压油流道出口处，并与液压系统连接，沿箭头方向提供压力。动模固定板14是一个方形的金属板，动模固定板14中间有方形的孔，四角各有一个圆形的阶梯孔，动模固定板14可以通过夹具固定在注塑机的动模板上；动模支座15有两个，为相同结构，均呈长条状的长方体，长条状的两端均开有左右贯通的通孔，通孔上攻有螺纹，动模支座15通过此螺纹孔，使用螺钉与动模固定板14连接，并固定在动模固定板14的左右两侧；动模基板16是一个方形的金属板，其中间开有圆形的阶梯模腔孔，动模基板16前表面抛光作为合模面，动模基板16四周有阶梯通孔，通过这四个孔与动模支座15的螺纹孔通过螺钉连接并固定；凹模圆柱18为一个阶梯圆柱体，凹模圆柱18插入动模基板16中心的阶梯模腔孔中，配合满足密封要求并可以前后滑动；圆柱体大直径圆端面是曲面镜片的成型凹模，圆柱体小直径一端中心有一个圆形孔，圆孔四周开有两个间隔180°的两个a型平键键槽。所述凹模圆柱18凹面背面圆形孔中插入有螺纹柱19用于螺旋传动，并通过a型平键23与螺纹柱19连接，螺纹柱19另一端通过螺纹连接一个内外侧都有螺纹的套筒21连接，套筒21外部螺纹与固定在动模基板16上的螺柱固定板20的内螺纹连接，套筒21尾端连接有手柄22，手柄22是一个外六角柱形，中心有孔，通过此孔与套筒21通过两个间隔180°的a型平键23连接。

进一步，金属膜片7凹侧设有位移传感器10用于测量金属膜片7片的变形，位移传感器10设在合模面反侧，传感器10的顶杆穿过定模基板5中心模腔孔底部的小孔插入模腔孔内，并且顶在金属膜片7的后部，底部小孔内有槽，放置有密封圈12；传感器固定板11是一个方形的金属板，边缘两侧凸起，中间凹陷，金属板凸起的两侧上各有两个贯通的圆形阶梯孔，在定模基板5的后表面开有与传感器固定板11的孔对应的螺纹孔，通过螺栓将传感器固定板11固定在定模基板5上，传感器固定板11中间开有圆形通孔使位移传感器10穿过，对位移传感器10起到定位及保护的作用。

依据上述结构，本发明的工作原理为：当定模1和动模2合模后，如图5和图6，根据所需注射成型镜片的曲率大小：通过改变进入金属膜片7凹面空腔的液压油的流量及压力，使金属膜片7变形，并通过位移传感器10测量金属膜片7的变形量进行反馈控制，并结合注射时型腔的压力以及金属膜片7前后压差所造成的变形关系，从而得到所需的镜片曲率，对于凹模17则通过背面连接的调整螺旋结构调整凹模圆柱18的位移来设定所学镜片的厚度。主要是通过手柄22旋转通过螺旋传动推动螺柱以及连接的凹模圆柱18前进和后退，而且调整螺旋起到自锁的作用，注射成型时更稳定。当曲率以及厚度调整之后，通过注射口13经流道向型腔注入熔融的塑料，在模腔压力随着注射压力以及成型收缩变化的过程中，油压要随着模腔压力成比例变化，从而保证凸模6曲率的准确，之后进行保压冷却，开模以及用机械手取出制品24。如此可以通过一副模具针对不同曲率和厚度的镜片进行注射成型，从而实现镜片的柔性注射成型。

根据上述实施方案，本发明提供的柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置，如图7图8所示其定模基板5可以为一个长方形的金属板，金属板中间开有圆形的流道孔，流道孔两侧对称开有两个模腔孔，模腔孔与流道孔之间有半圆形的沟槽流道连接，定模基板5前表面抛光作为合模面，定模基板5四角各有一个阶梯通孔。凸模6、金属膜片7、压板8、液压管接头9、位移传感器10、位移传感器密封圈12、传感器10和传感器固定板11均有两套，它们相对于定模基板5的模腔孔按照与上文所述实施方案完全相同的方式连接，构成两个对称的可调节模腔。对应地动模基板16也开有和定模基板5相对应的两个模腔孔。凹模圆柱18、螺纹柱19、螺柱固定板20、套筒21、手柄22和a型平键23也均有两套，它们相对于动模基板16的两个模腔孔按照与上文所述实施方案完全相同的方式连接，构成两个对称的可调节模腔。这样在一个模具中形成两个完全对称的可调节模腔。

当注射时，两个模腔相对于注射口13对称，可以使注射时产生的反作用力彼此平衡，有助于提高注射的精密性。

根据上述发明内容，本发明提出柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造装置，如图9和图10所示,其特征在于其定模基板5和动模基板16上各包含有两个用于成型镜片的模腔，该模腔不再是圆形，而是实际镜片的形状，与此同时，定模基板5和动模基板16上还有用于成型装载镜片的镜架的型腔，镜片的型腔和镜架的型腔，完全按照完整眼镜的装配关系构造，形成与眼镜整体构造相同的模腔。

利用上述模具，通过一次注塑可以实现不同度数的眼镜的整体一次成型。

本发明提出柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造方法，其步骤包括，首先扭动手柄22调节凹模圆柱18的位置，使模腔变为镜片所需厚度。之后定模1和动模2合模，并向膜片7后部的腔体内注射入一定压力的液压油，通过读取位移传感器10的读数，使膜片7变形到所需曲率。将聚合物注射入模腔，恒定保压压力，调节液压油压力，使位移传感器10读数保持不变，即膜片曲率不变，成型过程中，时刻根据位移传感器10位移值调节膜片曲率，最终脱模获得所需镜片制品24。

本发明提出柔性变焦模塑眼镜3d复印智能制造方法，其步骤包括，首先扭动手柄22调节凹模圆柱18的位置，使模腔变为镜片所需厚度。之后定模1和动模2合模，并向膜片7后部的腔体内注射入一定压力的液压油，通过读取位移传感器10的读数，使膜片7变形到所需曲率。将聚合物注射入模腔，恒定保压压力，根据聚合物压力-比容积-温度关系特性曲线，调节液压油压入量，保证模腔内物料体积在冷却过程中保持一定，最终脱模获得所需镜片制品24。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。