配有快速成型组件的拉伸吹塑机 |
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| 申请号 | CN201280071108.9 | 申请日 | 2012-12-28 | 公开(公告)号 | CN104245275B | 公开(公告)日 | 2017-03-22 |
| 申请人 | 克朗斯股份公司; | 发明人 | 托马斯·阿尔布雷希特; 卡伊·菲雷尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及到 拉伸吹塑 机吹塑成型模 块 组件的生产方法，生产的组件至少包含一个通 风 阀 、以及/或者吹嘴、以及/或者阀块、以及/或者拉伸杆、以及/或者模具载体、以及/或者 外壳 模具、以及/或者一个或者数个具有容器轮廓的单零件或者多零件模具镶件，组件能全部或者部分的使用叠层快速成型方法生产，例如3D打印或者激光 烧结 ，用金属和/或者塑料材料和/或者陶瓷材料、或者金属和/或者塑料材料和/或者陶瓷材料的组合制造。 | ||||||
| 权利要求 | 1.拉伸吹塑机吹塑成型模块组件的生产方法，其生产的组件至少包含一个通风阀、以及/或者吹嘴、以及/或者阀块、以及/或者拉伸杆、以及/或者模具载体、以及/或者外壳模具、以及/或者一个或者数个具有容器轮廓的单零件或者多零件模具镶件，组件能全部或者部分的使用叠层快速成型方法生产，用金属和/或者塑料材料和/或者陶瓷材料制造； |
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| 说明书全文 | 配有快速成型组件的拉伸吹塑机[0001] 先前技术 [0002] 本发明涉及下文中统称为组件的零件、组件或者模块组件的生产方法，拉伸吹塑机的此类组件用于生产容器，组件可用两种或者多种不同的材料或者性能不同的材料制成，采用了叠层快速成型方法，在下文中称为aRPm如3D打印或者激光烧结。 [0005] 先前工艺方法(车削、铣削、研磨等)无法达到最佳设计，尤其是涉及到传送介质的组件，尤其是管道、导管、阀门、喷嘴等，以及尤其是对于最佳流动设计的半径/几何形状需要或者专门底切时，功能表面也较难以实现，这通常需要复杂的涂层和精整工艺步骤。针对部分强效清洁剂和食品安全，后者在食品加工或瓶装领域中对涂层耐磨性和/或者耐久性的要求更高。 [0006] 生产组件时越来越广泛的采用叠层快速成型方法，如在航空工业(参见WO2010/056705A2)和包装产业领域(如DE102006050396A1解释了配有快速成型组件的食品加工机和/或者包装机)、容器制造和容器处理系统领域，但是，尚不了解此类方法在拉伸吹塑机上的使用情况。 [0007] 目标 [0008] 因此基于目标，此项发明首先以改善组件的制造使其更快更经济的生产，以改善维护性/组件的更快可用性和可交换性，也改善了和/或者新型功能特性和材料特性，；其次，在现有形式/功能和材料特性的效率和优化方面，通过这样一种改善的拉伸吹塑机来改善容器的生产制造。 [0009] 解决方案 [0010] 根据发明，拉伸吹塑机吹塑成型模块组件生产方法的特点是：拉伸吹塑机的吹塑成型模块可包括吹塑喷嘴、通风阀或者数个形成阀块件的阀门、拉伸杆、模具载体、外壳模具以及一个或者数个单零件或者多零件的具有容器轮廓的模具镶件，吹塑成型模块可/都全部或者部分使用叠层快速成型方法制造，如3D打印或者激光烧结，使用金属和/或者塑料材料或者使用金属和/或者塑料材料和/或者陶瓷材料的组合材料制造。 [0011] 因此，塑料材料可含有橡胶或者以及热塑塑料或者两者。 [0012] 预先安装的、连接的或者螺接的单独组件可用此方法方便地打印成一个组件，并且能够获得两种或多种材料的最佳连接/强度。组件随后生产时无需单个零件，例如需要彼此连接的粘合剂、安装件(螺丝等)或者(夹具)固定件。尤其可以省去对疲劳强度和永久密封性和清洁选择和对强效清洁剂耐蚀性有特殊不利影响的底切、间隙、额外的零件，如螺丝、环、螺母等。但是，如果内部阀门活塞设计为移动的活塞时，组件也可含有数个单独的零件。 [0014] 此外，组件最好不进行标准化，并不大批量的生产或者维持大规模的生产，但是，可持续改善并分别依据当前(最优)的设计状态生产。重组组件时，仅必须检索存储的当前数据和字符组并传输至移动生产装置等。因此，完成的组件无需储存。当组件采用传统方法生产，有频繁改变和/或储存在不同的变体时，此尤其有利。 [0015] 部分或者全部使用叠层快速成型方法生产组件时，材料也可连续过渡和/或者材料性能也可连续过渡。 [0016] 组件也可制造成一件，即整个组件，而根据先前技术仅能制造为组件组合。例如传统组件至少含有两个组件和一个密封元件。 [0017] 特别提及首个组件作为传统组件组合的例子，传统组件组合可包含一个相对首个组件活动的第二个组件，例如第二个活动组件安装于机加工管道内，例如使用圆周O形环以便为活动组件的活动部分建立一个可活动的密封空间，以用于加压。 [0018] 根据本发明，此组件组合可使用aRPm形成单个组件，如此，安装的O形环可用两个组件间的弹性柔性材料代替，以使首个组件的连续材料过渡至第二个可活动的组件。 [0019] 因此可使用aRPm将机械式移动或者通过压缩空气移动的压力垫组合入模具载体中。 [0020] 此外，组件在应用/功能方面可最优化。介质管道可直接使用aRPm组合为一体。省去了钻孔、管道等复杂的工艺步骤。以其它方式无法制造的管道也可使用aRPm制造，如有转弯、最佳流线的管道形状和有底切的管道。符合功能要求的组件涂层，如防腐涂层，也可不采用传统生产/涂层方法生产。 [0021] 此外，管道等组件需较好表面质量、耐用性或功能性时，管道可采用以流动/连续的方式从组件主材料释放出的不同材料打印。 [0022] 通常，例如可使用廉价的材料打印应制造组件的核心材料和/或者基础材料，其中冷却管道或者高耐蚀的组件表面可用以流动的方式释放出的不同的材料打印，此材料可以更便宜或者在材料性能方面更合适。 [0023] 组件含有用于冷却或加热的调节管道时尤其应使用叠层快速成型方法制造。 [0024] 当使用叠层快速成型方法制造单个或多个模具镶件时，例如调节管道可与模型嵌体或者阀块组合为一体进行制造以进行冷却或加热，可最优化调节管道的位置以达到最小的热膨胀。例如，因调节管道与阀块可通过使用叠层快速成型组合为一体，则阀块的结构应使得颈部冷却可省略，或者设计的比先前技术较小/较不明显。 [0025] 可与模具镶件组合的调节管道应遵循容器轮廓的形状，并尽可能近的放置，如距离模具镶件表面不超过1mm或者2mm。 [0026] 不同瓶装流程时(热填充)，先前的模具载体也需要回火，如此不会因不同的热膨胀系数而发生材料张紧。因多数调节管道通过使用叠层成型技术可成为模具镶件的一部分，回火(例如加热模具镶件的内表面)可选择性实施在模具镶件与容器材料(例如聚酯合成纤维/PET)接触的内表面，这对于容器的制造工艺很重要，但是同一模具镶件的第二个管道系统可调节模具镶件或者模具载体外表面的温度以达到最佳回火，如此避免温差，可能导致材料严重膨胀进而导致容器和/或者吹塑成型模块或者拉伸吹塑机零件破碎或者裂缝。于是可以完全省去模具载体的额外的单独回火。 [0027] 容器更有效的冷却，例如使用叠层快速成型技术生产的调节管道在吹塑后，尤其具有容器硬化更快的优点，能更早的取出，从而加快了容器的生产，例如可达到少于10秒的生产周期时间。 [0028] 外壳模具/模具载体上表面最好含有环状的管道，用于为调节管道供应冷却剂。环状管道9a有个切向入口以迫使冷却剂循环，并保证了冷却介质的均匀分布。外壳模具/模具载体上表面可含有第二个环状管道9b，用于清除已受热的冷却剂。 [0029] 生产或者打印的模具镶件和/或者阀块也可含有辅助管道，使得介质分别可渗透入组件或者流过组件，例如允许涂料、空气、H2O2等流经管道。在此可流经介质的管道的辅助下，成型变化后或者甚至生产/运行期间，模具镶件可再次或者连续消毒。如同调节管道，这些辅助管道可压印/组合到较近的区域，例如距离组件表面1-2mm的间距。 [0030] 此外，模具镶件、阀块、吹嘴、拉伸杆、吹塑模具、模具载体和/或者模具载体板等组件的管道，可使用叠层快速成型方法制造，如此管道的内壁含有耐腐蚀介质的材料。这些腐蚀性介质尤其是水溶液清洁介质或者气体清洁介质，如清洁泡沫或者H2O2等消毒介质。管道内壁的材料可承担一定的功能，并包含如非粘合涂层或者相关于液体介质的滑落功能，类似于所谓的荷叶效应。 [0031] 管道的内壁材料可不同于实际组件的主材料/基础材料或者填充材料或者稳定化材料，甚至可由组件连续生成。 [0032] 此外，模具镶件或者其它组件的底切、如支架和挂钩10a、10b、10c、10d以及/或者正配合接头，如楔形接头或者卡扣接头可与组件组合，或者沿着组件打印，例如，分别在外壳模具或者模具载体内连接模具镶件，并能方便地和/或者可能无需工具的更换组件。 [0033] 吹塑模块通常含有至少两个但通常是三个的模具镶件，即至少两个模具镶件生成将生产的容器的四面，以及至少一个额外的模具镶件生成容器的底座。 [0034] 如上所述，但是，使用叠层快速成型方法生产的模具镶件本身可能是单个零件或者多个零件。模具镶件特别可以分成两部分，其中一部分包括了实际的功能模具镶件，而另一部分提供模具镶件的稳定和/或者辅助功能。 [0035] 对于模具镶件、通风阀、吹嘴、拉伸杆、或者阀块等组件，连续材料各自随着材料性能的连续过渡而过渡进一步成为可能。例如，滑动轴承或者阀挡可使用aRPm直接与组件组合，无需安装额外的组件。这尤其适用于滑动轴承或者拉伸杆的导杆等，因此可方便的省去固定件(螺丝等)以及凹陷、边缘、盖子等以及生产数个各自变体的组件的工作量。 [0036] 例如，可能变脏的连接面可用正配合方便的省去，例如可减少无菌设计的组件以及因相对运动/扭曲导致的材料疲劳/或者磨损。材料过渡要尤其平稳，如材料混合物保证了材料的平稳过渡，并能达到各自所要求材料规格的最佳功能。 [0037] 流动材料过渡应用的另一个特点已经简单提到，即使用aRPm将压力垫与模具载体组合。先前技术的预先设计包含了一个模具载体或者模具载体壳，切下其一个区域(例如铣削下来)，如此使得第二个组件可以以正配合的方式与模具载体表面相连。第二个组件用环形密封环连接至模具载体，并因此密封模具载体上的型腔。可通过管道用压缩空气加压此型腔，通过第二个组件向外加压，即加压生产容器的外表面，并因此为模具镶件或者外壳模具提供最高40帕或者更高的额外压力支撑，此额外压力小于容器内吹塑压力的反压力。 [0038] 使用aRPm将压力垫与模具载体/外壳模具组合时，模具载体/外壳模具与第二个组件/压力垫可用具有弹性体性能的区域进行连接，此区域内模具载体/外壳模具的材料(例如铝)可首先持续过渡至永久固体弹性体，随后再持续过渡至第二个组件的材料(例如铝)，并且首个组件(例如分别为模具载体或者外壳模具)与第二个组件(例如压力垫)之间所述的弹性体连接或者过渡区域能密封两个组件间的型腔。 [0039] 此型腔可同样使用aRPm通过管道与模具载体/外壳模具组合，由压缩空气加压，通过第二个组件即压力垫会向外加压，即加压生产容器的外表面，并因此为模具镶件或者外壳模具提供最高40帕或者更高的额外压力支撑，此额外压力小于容器内吹塑压力的反压力。 [0040] 例如，模具镶件的一面/所有面面对容器外表面和/或者面对与模具镶件组合的管道内壁时，可全部或者部分的用作功能涂层，如无菌涂层(例如含银离子的涂层)以及/或者非粘合涂层(例如聚四氟乙烯/“特氟龙”)、以及/或者波纹涂层或者其它所需的表面结构。 [0042] 用模具镶件生产的容器的表面几何形状和表面性能因此可受到选择性影响。例如，须生产的容器表面可用aRPm生产的模具镶件形成纹理，以相反的方式呈现所需的纹理。 [0043] 用aRPm生产的每个组件的表面以及/或者与组件组合的任何现有管道的内壁，通常可全部或者部分用作功能性涂层，例如无菌涂层以及/或者非粘合涂层以及/或者波纹涂层或者其它所需的表面结构，与组件的基底材料相比具有较高的耐磨性以及/或者耐H2O2等腐蚀介质。 [0044] 用叠层快速成型方法生产的组件，例如吹嘴、伸缩杆、通风阀以及/或者阀块可特别地全部或者部分涂覆无菌涂层。 [0045] 当使用叠层快速成型方法用铝等金属和/或者塑料材料生产通风阀以及/或者阀块时，根据风流情况，生产非圆形横截面可实施通风管道最优化，以及/或者例如未打印任何材料，但是形成了不对称的或者不规则的横截面形状。 [0046] 拉伸杆可用aRPm生产，这样它们所含的管道能流通介质，如通风管道，并能完成额外功能，如容器内壁回火时提供气流。 [0047] 此外，使用aRPm方法生产的拉伸杆可设计成中空拉伸杆，这样可用作灌装杆来灌装容器，例如灌装消毒介质。 [0048] 使用aRPm方法生产的组件，例如阀块，尤其是本身可用塑料或者成型结构的铝合金，以及任何允许介质通过的管道，如空气管道，可用其它的特殊材料制造，如陶瓷材料或者不锈钢合金，以便能保护管道耐受流通介质H2O2的腐蚀。 [0049] 因此，使用aRPm方法生产组件的功能性涂层的材料性能通常不同于组件基底材料或者结构材料的材料性能，如密度、强度、硬度、表面粗糙度、耐磨性等。 [0050] 无菌要求时，组件表面质量的优化尤其有利，因能最小化表面上不必要的积尘。 [0051] 采用先前制造方法很难制造的通风管道也能同样实现，例如缩小组件的横截面并省去须使用/附设的喷嘴/阀门等。 [0052] 使用叠层快速成型方法安装阀块内的通风阀门、滑动轴承以及/或者安装吹嘴时，安装无需任何间隙。通风阀与阀块可直接打印为一体。活动组件也可与组件打印为一体，如活动通风阀或者阀门活塞/阀杆与阀块件组合为一体。因无需插入阀门活塞是此具有的一项优势，大量减少螺栓连接，组装和调节工作量较少。 [0053] 进一步减轻了重量，例如通过模拟和尽可能避免多余材料的使用而使得组件最优化。 [0054] 使用aRPm方法生产组件可采用的材料有，尤其是：热塑塑料、聚醚酮PEEK和其衍生物(PEEEK、PEK等)、聚酰胺等以及可打印的金属材料如ALUMIDE(PA12+铝)、或者碳化硅等陶瓷材料。 [0055] 可从如下随附的典型图纸中了解本发明的更多优点并更好的理解。 [0056] 图1：拉伸吹塑机的吹塑成型模块BFM1的透视截面图。 [0057] 图2：拉伸吹塑机的替代吹塑成型模块BFM2的透视截面图。 [0058] 图3：拉伸吹塑机的替代吹塑成型模块BFM3的透视截面图。 [0059] 图4：模具镶件的透视三维图。 [0060] 图5：组件。 [0061] 图6：组件。 [0062] 图7：叠层快速成型装置。 [0063] 图8：组件。 [0064] 图1给出了拉伸吹塑机的吹塑成型模块BFM1的零件图例，在此模块中使用叠层可快速成型方法方便的生产了生成容器轮廓1a的模具镶件和/阀块3和/或者通风阀2。吹塑成型模块分成两部分，如此容器在吹塑后能方便的取下，即模具载体和外壳模具被分成两等份，外壳模具这一部分可各自容纳单个或者数个模具镶件。但是，也有可能吹塑成型模块或者模具载体或者外壳模具可分成两个以上的部分。 [0065] 吹塑后，如图2所示，在吹塑成型模块BFM2中，可利用压缩空气以下列方式泄压时会冷却的物理效应。 [0066] 在完成吹气后，通过吹嘴和/或者其它辅助阀门对模具载体和/或者模具外壳内的型腔7(低于大气压力下)释放部分注入的空气，例如从最高40帕或者跟高的压力降低至接近0帕或者等于0帕。在释放空气期间可定向产生低温，例如使用外壳模具和/或者模具载体上的铝散热片朝着容器内或者模具镶件的方向。容器或者模具镶件也可通过一个(或者数个)闭路流体回路在重力作用下循环冷却，或者简单的通过材料的热导性冷却(铝、ALumide、塑料等)。可特别使用模具载体和/或者外壳模具的额外阀门和温度传感器(T1、T2、T3)来实施温度控制，以便按需向型腔内吹入空气。 [0067] 采用叠层快速成型方法与模具镶件1b组合、沿着容器轮廓、设于模具镶件表面附近(1-2mm距离)，调节管道8，也在图3中举例说明，以便能冷却或者加热容器和模具镶件。 [0068] 调节管道8能形成均匀的温度曲线，这很有利，尤其是使用热导性较低的模具镶件材料时，如热导率λ<10。 [0069] 如图4中举例说明的，使用叠层快速成型技术生产的、具有容器轮廓和调节管道的模具镶件1c可含有额外打印的底切，如挂钩10a、10b、10c、10d以及/或者正配合的连接，如用于连接外壳模具的模具镶件的楔接接头和扣接接头。 [0070] 图5举例显示了使用aRPm方法制造的组件504可用于，例如用于拉伸吹塑机，用于拉伸吹塑机时两种不同的材料或者材料性能501a、502a可以以活动的/持续的505方式组合。例如，组件504的501b区域可100％用材料/材料性能501a制造的，而组件504的502b区域可100％用材料/材料性能502a制造的。组件的503b区域，则用材料/材料性能501a和502a的比率是50:50％。 [0071] 流动材料过渡的应用尤其有利于组件的外边缘区域或者组件内管道的内壁。例如，这使得组件可制造成提供稳定性的芯材以及/或者形状或者中空结构，由分支提供稳定性并且/或者形状具有仿生学性质，以便在轻重量结构具有优势的区域节约了重量并同时提供了高强度。 [0072] 此外，aRPm框架中的组件表面或者管道的内壁可涂覆一层功能性涂层，来防止磨损、更容易清洁、耐环境介质如H2O2清洁溶液的腐蚀(尤其是当提供稳定性的材料用铝制造时)。不同材料性能的例子特别以肖氏硬度、弯曲强度和拉伸强度、以及密度表示。因此可以，例如用比阀门活塞/阀杆功能性表面肖氏硬度以及/或者密度较低的材料制造阀块的阀门活塞/阀杆的芯材。这能方便的节约重量以及/或者材料费用。 [0073] 阀块中，例如尤其是在临界应力点，可以流动的方式与打印的适合材料组合并且不包括连接表面或间隙。因流动材料过渡，可保证不同材料/材料性能的最优化组合。 [0074] 使用aRPm将较软的密封材料打印/生产至较硬的材料上，作为另一个例子被提及。例如两个组件，如两个导管之间，除了O形环作为密封件外，两个较硬材料制成的组件之间，在功能上要求的位置以流动过渡的方式打印密封材料。使用此方式时，可方便的避免任何导致消毒清洁困难的间隙，例如在温度应用程序下由于以连续使用方式而不损坏密封连接。 [0075] 也可以将两个材料/材料性能结合在一个组件内，并能以连贯的方式彼此组合。 [0076] 图6举例显示了使用aRPm方法制造的组件60，可用于拉伸吹塑机等，此情况下，组件602可使用aRPm方法组合入或者打印入一个活动组件601，如阀门活塞/阀杆等。 [0077] 图7举例说明了aRPm方法适用的一个装置70，此装置可将不同的或者几乎任何数量的材料701、702------n供应至混合装置71、74以混合，并且以原始材料701、702------n的任意随机组合通过打印头72打印73。 [0078] 图8举例显示了用aRPm方法生产组件801的横截面详细情况，例如采用aRPm方法将压力垫806可与模具载体或外壳模具组合的详细情况。组件801和压力垫806之间相应的过渡区域或者连接区域804可因此分别具有弹性体材料性能，这样组件801和压力垫806彼此的材料/材料性能可彼此连续组合。压缩空气807可通过采用aRPm方法制造的管道802，供应至组件801和压力垫806之间的型腔803，如此迫使打印垫806相对于组件801进行相对运动805，例如在容器内部吹塑压力的反力内，将压力施加在须生产容器的外表面。 [0079] 举例说明的6页8个图形中使用了如下参考数字。 [0080] 1a为使用叠层快速成型方法生产的、具有容器轮廓的模具镶件； [0081] 1b为使用aRPm生产的、具有容器轮廓和调节管道的模具镶件； [0082] 1c为使用aRPm生产的、具有容器轮廓和调节管道和连接挂钩的模具镶件； [0083] 2为使用aRPm生产的通风阀； [0084] 3为使用aRPm生产的阀块； [0085] 4为盖板； [0086] 5为释放部分吹入空气的中空型腔/管道； [0087] 6为外壳模具； [0088] 7为模具载体； [0089] 8为使用aRPm生产的调节管道； [0090] 9a，9b为调节管道供应冷却剂的环形管道； [0091] 10a，10b，10c，10d为挂钩和/或者形状配合的接头，如使用aRPm方法与模具镶件组合、用于连接外壳模具内模具镶件的楔形接头或者扣接接头。 [0092] BFM1，BFM2，BFM3为吹塑成型模块1、吹塑成型模块2、吹塑成型模块3。 [0093] T1，T2，T3为温度传感器。 [0094] 504为使用aRPm方法生产的组件，其中两种材料/材料性能501a、502a以流动/连续的方式彼此组合； [0095] 501a为材料/材料性能； [0096] 502a为不同于501a的材料/材料性能； [0097] 503a为501a和502a材料各50:50％比率的混合物； [0098] 501b为组件504含100％501a材料/材料性能的区域； [0099] 502b为组件504含100％502a材料/材料性能的区域； [0100] 503b为组件504含50％的501a材料/材料性能和50％的502a材料/材料性能的区域； [0101] 505为材料501a连续过渡至材料502a。 [0102] 60为使用aRPm方法生产的组件； [0103] 602为组件60的组件要素； [0104] 601为活动组件，如使用aRPm方法与组件601组合的活动阀门活塞/阀杆； [0105] 70为aRPm适用装置； [0106] 701，702，…n为N种不同的材料或者不同材料性能的材料，N可以是任何大小的整数。 [0107] 71为原始/打印材料701,702,…,n的混合设备； [0108] 74为向混合容器内供应材料； [0109] 72为aRPm适用装置70的打印头； [0110] 73为打印材料； [0111] 801为使用aRPm方法生产的组件，如使用aRPm方法生产的、用于供应压缩空气的模具载体或者外壳模具802管道； [0112] 803为型腔； [0113] 804为组件801和压力垫806之间用弹性体材料制造的连接和过渡区域； [0114] 806为压力垫； [0115] 805为压力垫相对于组件801的相对运动。 |
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