印刷后真空脱气的制作方法

1.本发明涉及一种脱气室、一种用于生产工件的生产线、一种用于将印刷介质印刷到工件上的印刷机、一种用于对印刷到工件上的材料进行脱气的方法、以及一种生产印刷工件的方法。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池，也称为聚合物电解质膜燃料电池(二者通常缩写为“pem燃料电池”)，有望成为下一代燃料电池的可行解决方案。众所周知，pem燃料电池通常包括多个可以组装在一起以形成堆叠体的层或板。有利的是，利用合适的垫圈围绕每个板以形成边缘密封。适用于这种垫圈的材料为室温硫化(“rtv”)硅酮，其具有粘接性能而且一旦暴露于空气中便开始从湿润材料固化成坚固而柔韧的弹性可变形材料。
3.为了实现pem燃料电池的高效和流水线生产，提出了通过使用工业丝网印刷工艺将这种rtv硅酮材料(或大体相似的材料)直接印刷到pem燃料电池板上来生产这种垫圈。在这种工艺中，印刷机用于使用斜刮刀或刮板通过印刷丝网(有时称为掩模或模版)中的孔或孔图案施加印刷介质而将印刷介质施加到工件上。
4.不过，这种方法存在以下问题：已经发现所述印刷工艺的湍流特性不可避免地将气泡带入湿润的垫圈材料中。然而，垫圈材料中的气泡不利于操作可靠性，因此理想情况下，所述垫圈材料不应含有气泡。


技术实现要素：

5.本发明的目的是将存在于印刷的垫圈材料中的气泡减少到操作上可接受的程度。
6.根据本发明，该目的通过提供一种脱气室来实现，所述脱气室可以接收新印刷的工件，印刷在工件上的材料仍然是湿润的，使用真空储存器使这些工件通过至少部分真空进行处理，从而去除印刷材料中的气泡，其中不管是将工件引入脱气室还是移出脱气室，真空储存器都能保持至少部分真空。
7.针对本发明的目的，这里使用的术语“湿润”是指材料并没有完全凝固，而是具有足够低的粘度，使得材料中夹带的气泡在经受真空处理时可以自由穿过所述材料。
8.申请人不了解任何已知的可对新印刷的制品，不仅仅是由任何其他工件制成的燃料电池的部件(例如半导体或金属晶片、板等)进行真空脱气的工艺，也不知道任何已知的适合进行这种脱气的设备。
9.根据本发明的第一方面，提供了一种用于对位于工件上的材料进行脱气的脱气室，包括：
10.真空源，其用于产生至少部分真空，
11.真空储存器，其与所述真空源流体连通，使得在所述真空储存器内产生并保持所述至少部分真空，
12.辅助室，
13.端口阀，其可在打开位置和关闭位置之间移动，在所述打开位置允许工件通过所述脱气室的外部和所述辅助室之间的所述端口阀，在所述关闭位置所述端口阀流体密封，以及
14.储存器阀，其可在打开位置和关闭位置之间移动，在所述打开位置所述辅助室和所述真空储存器流体连通，在所述关闭位置所述储存器阀流体密封。
15.根据本发明的第二方面，提供了一种用于生产工件的生产线，包括：印刷机和前述的脱气室，所述脱气室位于所述生产线内，以在所述印刷机印刷工件后接收所述工件。
16.根据本发明的第三方面，提供了一种用于将印刷介质印刷到工件上的印刷机，包括：用于在所述印刷介质被印刷到所述工件上后对其进行脱气的脱气室。
17.根据本发明的第四方面，提供了一种用于对印刷到工件上的材料进行脱气的方法，包括以下步骤。
18.步骤i)，提供根据第一方面所述的脱气室；
19.步骤ii)，使用所述真空源在所述真空储存器中产生并保持至少部分真空；
20.步骤iii)，通过所述端口阀将所述工件插入所述辅助室；
21.步骤iv)，关闭所述端口阀；
22.步骤v)，打开所述储存器阀以增加所述辅助室内的真空；以及
23.步骤vi)，将工件暴露于所述至少部分真空，使得印刷到所述工件上的材料通过所述至少部分真空进行处理。
24.根据本发明的第五方面，提供了一种生产印刷工件的方法，包括以下步骤。
25.步骤i)，将湿润材料印刷到工件上；以及
26.步骤ii)，在所述材料保持湿润的同时，将所述印刷的工件放入脱气室以对所述材料进行脱气。
27.在所附权利要求书中阐述了本发明的其他具体方面和特征。
附图说明
28.现在将参考附图(未按比例)对本发明进行描述。在附图中，
29.图1示意性地示出了根据本发明的第一实施例的脱气室的截面侧视图；
30.图2示意性地示出了用于图1的脱气室的阀板的俯视图；
31.图3示意性地示出了根据本发明的第二实施例的脱气室的截面侧视图；
32.图4示意性地示出了根据本发明的第三实施例的脱气室的截面侧视图；
33.图5示意性地示出了根据本发明的第四实施例的脱气室的截面侧视图；
34.图6示意性地示出了根据本发明的另一个实施例的具有集成脱气室的印刷机的透视图；并且
35.图7至图9示意性地示出了根据本发明的包括脱气室的生产线的俯视图。
36.附图标记说明：
37.1、13、20、40、66-脱气室
38.2-真空源
39.3、21-真空储存器
40.4-储存室
41.5、22-处理室
42.6-输入端口阀
43.7-输出端口阀
44.8-传送机构
45.9-储存器开口
46.10-处理室开口
47.11-阀板
48.12-通孔
49.14-空气散流器
50.15-排气阀板
51.16-通孔
52.23-输入气闸
53.24-输出气闸
54.25-输入端口阀
55.26-输入储存器阀
56.27-输出端口阀
57.28-输出储存器阀
58.29、41-输入传送器
59.30、42、44-处理传送器
60.31、45-输出传送器
61.43-传送平台
62.46-链斗式升降机
63.50-印刷机
64.51-入口
65.52-轨道
66.53-印刷头
67.54-刮板
68.55-定位机构
69.56-出口
70.60、65、70-生产线
71.61-印刷机
72.62-检查机
73.63-处理机
74.64-传送系统
75.w、w1-w10-工件
76.t-传送方向。
具体实施方式
77.图1示意性地示出了根据本发明的第一实施例的脱气室1的截面侧视图。脱气室1
具有两个主要部分，即由储存室4限定的真空储存器3和在本实施例中为处理室5的辅助室。真空储存器3与真空源2(例如高速单级真空泵，其本身是公知的)流体连通，因此通过操作真空源2在真空储存器3内产生并保持例如约50至150mbar的至少部分真空或减压区域。真空储存器3比处理室5大，例如具有比处理室5的内部容积大约一百倍的内部容积。处理室5限定处理区域，在所述处理区域中可通过将工件w暴露于所述至少部分真空而对其进行脱气。处理室5的一端由输入端口阀6密封，另一相对端由输出端口阀7密封。端口阀6、7中的每一个可在打开位置和关闭位置之间移动，在打开位置允许工件w通过脱气室1的外部和处理室5之间的端口阀，在关闭位置各个端口阀6、7流体密封。已知的阀(例如片式阀)可用作输入端口阀6和输出端口阀7。诸如传送带、轨道等的传送机构8设置在处理室5中并且用于从脱气室1的外部移动工件w并将其定位在处理区域内。如图所示，传送机构8可操作用于沿平行于所示的x轴的线性传送方向t，从脱气室1的外部(如图所示的左侧)传送其上的工件w，通过处于打开位置的输入端口阀6将工件w送入处理区域进行脱气，然后通过输出端口阀7将工件w送出至脱气室1的外部(如图所示的右侧)。在传送机构包括传送带或相似部件的情况下，需注意的是，传送带可完全位于处理室5内，因此不会影响输入端口阀6和输出端口阀7的打开/关闭操作。为了从脱气室1的外部传送工件w或将工件w传送至脱气室1的外部，传送机构8可与设置在外部的传送机构(未示出)配合，以根据需要接收或送出工件w；需注意的是，所述工件w较长，因此当相应的端口阀打开时，工件w可骑跨外部传送机构和传送机构8以便在各个传送机构之间安全交接。还设置了储存器阀，其在本实施例中包括阀板11，阀板11可在打开位置和关闭位置之间移动，在打开位置处理室5和真空储存器3流体连通，在关闭位置储存器阀流体密封。图2示意性地示出了阀板11的俯视图，其包括延伸穿过阀板11的整个厚度的通孔12的阵列。相应的储存器开口9位于储存室4的下壁，而相应的处理室开口10位于处理室5的上壁。阀板11可移动地安装成可在打开位置和关闭位置之间移动，在打开位置每个通孔12与相应的储存器开口9和相应的处理室开口10对齐，而在关闭位置每个通孔12不与任何储存器开口9或处理室开口10对齐。设置二维通孔12阵列/开口9、10，使得能够在阀板11上产生轮廓运动，以保证在对处理室5进行抽空期间的空气速度一致。
78.在诸如计算机、处理器等单个控制装置(未示出)的控制下，可以通过公知的装置(例如通过各自的线性或旋转致动器)致动和控制所有的阀(即输入端口阀6、输出端口阀7和储存器阀)以及传送机构8。类似地，也可以通过相同或单独的控制装置控制真空源2。
79.通常按以下顺序进行操作。
80.i)真空源2持续运行；
81.ii)关闭储存器阀，将真空储存器3抽至低真空(例如约50mbar)；
82.iii)打开输入端口阀6；
83.iv)通过传送机构8将工件w送入处理室5；
84.v)关闭输入端口阀6和输出端口阀7；
85.vi)打开储存器阀，从而快速均衡真空储存器3和处理室5之间的压力(例如约100mbar)；
86.vii)在处理室5中对印刷到工件w上的湿润材料进行脱气；
87.viii)关闭储存器阀；
88.ix)打开输出端口阀7，将处理室5中的气体释放到大气中；以及
89.x)借助于传送机构8通过输出端口阀7将工件w从处理室5传送出去。
90.对于每个需要脱气的工件，可以重复上述过程。通过这种双室布置，可以在将工件w引入或移出处理室5的同时，在真空储存器3内保持至少部分真空，使得当储存器阀打开时，至少部分真空快速地进入处理室5。这种快速减压对于实现工件w的可接受的快速产量是非常必要的。
91.图3示意性地示出了根据本发明第二实施例的脱气室13的截面侧视图。本实施例的脱气室13与图1示出的脱气室1有许多相似之处，所以无需对相似部件进行详细的描述。此外，为了简便，保留了相似部件的附图标记。
92.相比于图1中示出的脱气室，本第二实施例的脱气室13具有两个显著的不同之处。首先，在处理室5中设置了空气散流器14。所述空气散流器14用于在操作储存器阀的过程中扰动气流(例如，当储存器阀打开时，保证气流从处理室流向真空储存器3)，以防止损坏正在脱气的印刷在工件w上的尚湿润的印刷材料(例如，印刷的垫圈)；所述空气散流器14还潜在地用于减小或消除作用在工件w本身的合力。空气散流器可潜在地采用多种形式，例如由刚性材料(例如金属或塑料材料)制成的网孔层或穿孔层，或者一个或多个挡板构成的装置，其中任何一种形式的空气散流器均可根据预期应用的需要相对于储存器阀而定位。
93.第二，设置了排气阀，可控制排气阀以调节排气，即控制在排气期间涌入处理室的气流，因为不受控制的气流可能干扰印刷材料或工件w。如图所示，排气阀包括排气阀板15，其构造类似于储存器阀板11并且具有通孔16，所述通孔16可以以与储存器阀相同的操作方式与处理室5中的排气开口(未示出)配合。
94.图1和图3所示的实施例包括单独的用于工件的输入端口和输出端口，使工件沿单一方向传送。然而，应注意的是，在可选的实施例中，可在处理室设置具有单个输入/输出端口阀的单个输入/输出端口。通过这种布置，可通过所述输入/输出端口阀将工件装载到处理室中，如上所述对工件进行脱气，然后再通过相同的输入/输出端口阀将工件从处理室弹出。下面还参考图8对此类布置进行了描述。
95.前面已注意到，工件的高产量是可期的。还发现脱气操作所需时间比之前的印刷操作更长，例如脱气操作需要约10至15秒，而印刷操作则仅需约1秒。图4示意性地示出了根据本发明第三实施例的脱气室20的截面侧视图，其中可保持高产量。和之前的实施例一样，提供了真空源2，用于在由处理室22限定的真空储存器21(在本实施例中，处理区域位于真空储存器21内)中产生至少部分真空。两个辅助室与处理室22、输入气闸23和输出气闸24连接。每个所述气闸23、24由两个阀限制，即输入气闸23包括输入端口阀25，并且输入储存器阀26设置在输入气闸23和处理室22之间，同时输出气闸24包括输出端口阀27，并且输出储存器阀28设置在输出气闸24和处理室22之间。所述输入端口阀25可在打开位置和关闭位置之间移动，在打开位置允许工件w通过在脱气室20的外部和输入气闸23之间的输入端口阀25，在关闭位置输入端口阀25流体密封。所述输出端口阀27可在打开位置和关闭位置之间移动，在打开位置允许工件w通过脱气室20的外部和输出气闸24之间的输出端口阀27，在关闭位置输出端口阀27流体密封。所述输入储存器阀26可在打开位置和关闭位置之间移动，在打开位置输入气闸23和真空储存器21之间流体连通，在关闭位置输入储存器阀26流体密封。所述输出储存器阀28可在打开位置和关闭位置之间移动，在打开位置输出气闸24和真空储存器21之间流体连通，在关闭位置输出储存器阀28流体密封。本领域已知的各种类型
的阀，例如片式阀，可用作这些阀。提供了传送机构，其包括位于输入气闸23中的输入传送器29、位于处理室22中的处理传送器30和位于输出气闸24中的输出传送器31，并构造成用于沿与所示的x方向平行的传送方向t从脱气室20的外部依次传送工件w，使其通过输入端口阀25，再通过输入气闸23，然后通过输入储存器阀26进入处理室22，将工件w定位在处理区域内，并随后通过输出储存器阀28将其移至输出气闸24，然后通过输出端口阀27将其移出至脱气室20的外部。与之前的实施例相似，可以通过本领域中已知的各种方式制造传送机构，例如传送带、轨道等。
96.在诸如计算机、处理器等单个控制装置(未示出)的控制下，可以通过公知的装置，例如通过各自的线性或旋转致动器致动并控制所有的阀(即输入端口阀25、输出端口阀27、输入储存器阀26和输出储存器阀28)以及传送机构。类似地，也可以通过相同或单独的控制装置控制真空源2。
97.通常按以下顺序进行操作。
98.i)真空源2持续运行；
99.ii)关闭输入储存器阀和输出储存器阀，将真空储存器21抽至低真空(例如约50mbar)；
100.iii)打开输入端口阀25；
101.iv)通过输入传送器29将工件w传送进入输入气闸23；
102.v)关闭输入端口阀25和输出端口阀27；
103.vi)打开输入储存器阀26，从而快速均衡真空储存器21和输入气闸23之间的压力(例如约100mbar)；
104.vii)通过输入传送器29和处理传送器30的配合移动，将工件w移至处理室22的处理区域中。并开始对印刷到工件w上的湿润材料进行脱气；
105.viii)输入储存器阀26关闭；一旦输入储存器阀26关闭，就可打开输入端口阀25，将新工件接收到输入气闸23中，并再次关闭输入端口阀25；
106.ix)工件w在处理室22内沿传送方向t继续移动，从而继续脱气；在此期间，可打开输入储存器阀26，并将新工件从输入气闸23移至处理室22中，移送后关闭输入储存器阀26；
107.x)打开输出储存器阀28，从而快速均衡真空储存器21和输出气闸24之间的压力(例如约100mbar)，通过处理传送器30和输出传送器31的配合，将工件w从处理室22移至输出气闸24中；
108.xi)关闭输出储存器阀28；
109.xii)打开输出端口阀27，将输出气闸24中的气体释放到大气中；
110.xiii)借助于输出传送器31通过输出端口阀27将工件w从输出气闸24传送至脱气室20的外部；以及
111.xiv)关闭输出端口阀27。一旦输出端口阀27关闭，可将输出储存器阀28打开以允许新的工件进入输出气闸24。
112.此过程可以无限期地继续，从而实现脱气工件的恒定且较高的产量。在图4中，输入气闸23和输出气闸24可各自接收单个工件(分别为w1和w3)，而处理室22可接收三个工件w2。但是根据工件和腔室的相对尺寸，每个腔室内可接收不同数量的工件。
113.图5示意性地示出了根据本发明的第四实施例的脱气室40的截面侧视图。本实施
例的脱气室40与图4中示出的脱气室20有许多相似之处，所以无需对相似部件进行详细的描述。此外，为了简便，保留了相似部件的附图标记。
114.与图4中示出的脱气室20相似，脱气室40具有由处理室22限定的真空储存器21，以及作为辅助室的输入气闸23和输出气闸24。在本实施例中，增加了每个工件w在处理室20的处理区域内的脱气时间，而不会对工件产量造成不利影响。和之前的实施例一样，真空储存器21较大，并且在本实施例中，通过增加处理区域内每个工件w的传送路径的长度，可更高效地利用可用的空间。在所示的实施例中，这通过在处理室22内设置链斗式升降机46来实现。链斗式升降机46包括多个间隔开的传送平台43，每个传送平台43构造成用于支撑其上的单个工件w，并且链斗式升降机46能够在相应的传送平台43和处理传送器42、44之间移送工件。适当地，每个传送平台可包括传送带、轨道等。传送平台被布置成沿所示的大体上顺时针的方向围绕链斗式升降机46环形旋转，同时在整个移动范围内保持水平。
115.更详细地，传送机构包括位于输入气闸23中的输入传送器41、位于处理室22中的第一处理传送器42、布置在链斗式升降机46上的多个传送平台43、位于处理室22中的第二处理传送器44和位于输出气闸24中的输出传送器45。传送机构构造成用于沿与图示的x方向平行的传送方向t(当然工件在链斗式升降机46上移动的中间部分除外)从脱气室40的外部依次传送工件w，使其通过输入端口阀25，再通过输入气闸23，然后通过输入储存器阀26进入处理室22，将工件w定位在处理区域内，并随后通过输出储存器阀28将其移至输出气闸24，然后通过输出端口阀27将其移出至脱气室20的外部。可以看出在所示出的位置，两个最低的传送平台43与第一处理传送器42和第二处理传送器44位于相同的高度。在该位置上，工件w6可从第一处理传送器42被接收至传送平台43上，而工件w8可从传送平台43被移送至第二处理传送器44上。与之前的实施例相似，可通过本领域中已知的各种方式制造传送机构，例如传送带、轨道等。如图所示，输入传送器41上承载单个工件w4，第一处理传送器42上承载单个工件w5，每个传送平台43上可分别承载单个工件w6、w7和w8，第二处理传送器44上承载单个工件w9，输出传送器45上承载单个工件w10。采用此类布置，与之前实施例的线性布置相比，脱气时间可以长几倍。
116.由于rtv硅酮在印刷后很快便开始凝固，而脱气只有在硅酮足够湿润时才能进行。因此，对于这种应用来说，在印刷后立即进行脱气很重要。最快的方式是提供一个集成在印刷机内的脱气室。图6示意性地示出了根据本发明的另一个实施例的具有集成脱气室20(例如图4所示的脱气室)的这种印刷机50的透视图。具有丝网印刷功能的印刷机50的主要部件本身是公知的，并且不与本发明的目的特别相关，因此不再详细描述。然而，本领域的技术人员将理解，所述印刷机包括用于从生产线的前面部分接收待印刷工件的入口51、以及传送机构，这里的传送机构包括用于在印刷机50内沿平行于所示的x方向的传送方向t传送工件的轨道52。在本实施例中，印刷机50的具有印刷功能的部分和集成脱气室20共用传送机构。印刷机50包括带有刮板54的印刷头53，刮板54操作用于通过带有图案的模板或丝网(未示出)将诸如rtv硅酮的印刷介质刮印到下面的工件上，其中工件大体由标记55表示的定位机构定位。印刷机还包括在其下游侧的出口56，印刷的工件可由传送机构通过所述出口56送出，并由后续生产线的配合传送系统(未示出)接收。
117.图7至图9示意性地示出了根据本发明的各自包括脱气室的各种生产线的截面俯视图，这些生产线适合制造包括由rtv硅酮材料印刷的垫圈的燃料电池。每条生产线使用本
领域公知的传送系统64(例如传送带、轨道等)沿平行于x轴的方向t传送工件。所示的每个脱气室的传送机构集成在整个传送系统64内。应注意的是，生产线可以为单线，其中生产线的部件，例如印刷机一次仅可操作用于印刷单个工件；或者为双线，其中部件通过并行配置可操作用于处理两个单独的工件。图7和图9所示的生产线可以是单线或双线，而图8所示的生产线仅为双线。本领域的技术人员将认识到，在生产线中可以存在附加或可替换的部件，包括印刷机上游和脱气室下游的部件，因此这些图示仅是示例性的。在这些附图中，为了简便，尽可能地保留了相同部件的附图标记。
118.图7示出了生产线60的截面，生产线60上设有位于上游的专用印刷机61，即丝网印刷机，以及在下游方向上直接设置在其后或紧随其后设置的专用脱气室20(如图4所示的脱气室)。检查机62设置在脱气室20的下游，用于检查印刷工件的质量。更下游设置有处理机63，其可包括例如装配机、回流炉等。当然，下游还可设置其他处理机。
119.图8示出了生产线65的截面，生产线65上设有位于上游的专用双线印刷机61。在下游直接设置在印刷机61后或紧随印刷机61设置的是多个(此处为四个)专用脱气室66，其中两个脱气室通过轮毂67与传送系统64的每个通道连通，使得印刷的工件在离开印刷机61后可选择地传送至特定的脱气室66。每个脱气室66可包括类似于图1或图3中所示的脱气室，但如前所述，仅具有单个输入/输出端口。因此，每个脱气室66沿生产线形成桩部。以这种方式提供多个脱气室，提高工件的产量。在下游方向上紧随脱气室66的是检查机62，其用于检查印刷工件的质量。更下游设置有处理机63，其可包括例如装配机、回流炉等。当然，下游还可设置其他处理机。
120.图9示出了生产线70的截面，生产线70上设有包括集成脱气室20的印刷机50，类似于图6示出的印刷机，也位于上游。在下游方向上紧随其后的是检查机62，其用于检查印刷工件的质量。更下游设置有处理机63，其可包括例如装配机、回流炉等。当然，下游还可设置其他处理机。
121.上述实施例仅是示例性的，并且对于本领域的技术人员来说在本发明范围内的其他可能方案和替代方案将是显而易见的。例如，虽然已经特别参考燃料电池和rtv硅酮的印刷和脱气对本发明进行了描述，但是对于许多不同的应用，所描述的装置可用于对许多不同类型的湿润的印刷材料进行脱气。