CN104890239A - 一种塑料无模成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑料无模成型装置，包括塑化部件、分滴部件和成型部件；所述分滴部件采用的开关机构为喷嘴针，包括密封环、弹性关节、针芯，具有压电性能的致动器作用于喷嘴针，从而通过针芯控制卸料口的开闭，实现开闭速度小于0.01s，满足3D打印对高粘性材料分割尺寸的要求。同时避免了泄漏、磨损等问题，实现对高粘性、高压、高温流体的高频、微量开关控制。成型部件的机械手包含多个受控制***驱动的运动关节，可使机械手的末端处于任意位置和任意方向。此外，本发明对成型材料没有光敏性等特殊要求，能成型任意三维形状的物体。省去开模环节，能节省生产时间、降低生产成本，适用于单件或小批量生产可直接使用的塑料制品。

Description

一种塑料无模成型装置

技术领域

本发明属于塑料成型工艺与装备技术领域，涉及塑料无模成型的一种装置。

背景技术

塑料制品的生产通常是以注射成型或挤出成型等方式大批量地的实现，虽然这些生产方式在高精度地大批量制造具有复杂几何形状的塑料制品上有优势，但这些生产方式都需要预先准备金属模具，而模具的制造需要耗费较长时间，且成本昂贵。

随着技术的飞速进步和竞争的日益加剧，产品生命周期越来越短，开发研制新产品成了赢得竞争优势的关键。新产品即使是要进行大批量生产，在研究与试制阶段，其结构、性能、规格还要作各种改进，需要单件或小批量生产方式。单件或小批量生产以其产品的创新性与独特性在市场中占据稳固地位并呈扩大的趋势。

发明内容

为实现塑料制品单件或小批量生产，本发明的技术方案是设计塑料无模成型装置，以生产具有空间三维形状的塑料制品。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种塑料无模成型装置，包括塑化部件、分滴部件和成型部件；所述分滴部件包括环形板、卸料块、喷嘴针、储料器、压板、防护环、罩壳、致动器、调整器；所述罩壳、防护环、储料器从上到下依次安装，压板安装在防护环的内围，所述压板开有中心通孔；所述调整器安装在罩壳顶端；储料器开有水平孔和垂直孔，垂直孔上端与压板的中心通孔相通，侧面与水平孔相通；喷嘴针包括密封环、弹性关节、针芯，密封环固定在压板和储料器之间；所述弹性关节位于密封环的底部，两者形成碗状结构，所述弹性关节从中心往外，材料逐渐变薄；针芯耦合在弹性关节下表面中心位置；致动器安装在罩壳内，上端顶住调整器，下端伸入到压板的中心通孔内，顶住弹性关节的致动接触面；卸料块通过环形板固定在垂直孔的下端，卸料块开有喷嘴孔；所述喷嘴孔位于针芯正下方。

进一步地，所述塑化部件包括螺杆头、螺杆、下压盖螺钉、下压盖、机筒台、进料口、机筒座、上压盖、上压盖螺钉、机筒、止逆环、注射嘴螺钉、注射嘴；所述的机筒座固定安装于机筒台，机筒通过下压盖和上压盖固定在机筒座内，下压盖和上压盖各自为半圆形的圆环，两者合在一起时成为一个完整圆环，下压盖和上压盖分别通过上压盖螺钉、下压盖螺钉固定安装在机筒座上；机筒座上有进料口；所述机筒开有垂直孔，所述垂直孔与机筒座上方的进料口相连通；机筒具有中心通孔，螺杆头和螺杆安装在机筒的中心通孔里，螺杆的螺槽与机筒的内孔壁形成流道空间。螺杆头固定安装在螺杆的左端，止逆环可滑动地套在螺杆头上。有内孔的注射嘴通过注射嘴螺钉固定安装在机筒的左端，从左端盖住机筒内孔。

进一步地，所述成型部件包括托盘、机械手、机械手底座；机械手安装在机械手底座上，机械手包含多个运动关节；托盘安装在机械手的末端。

本发明的有益效果是：本发明通过一个配备了喷嘴针作为开关机构的同步快门，喷射出物料流体发生分割。在储料器内的温度高达450℃、压力100MPa以上，喷嘴孔径小于0.1mm条件下，实现开闭速度小于0.01s，满足3D打印对高粘性材料分割尺寸的要求。

此外，本发明对成型材料没有光敏性等特殊要求，使用普通的塑料材料，不需要通常塑料注射成型所需的模具，能根据塑料制品的CAD模型数据成型任意三维形状的物体。省去开模环节，能节省生产时间、降低生产成本，适用于单件或小批量生产可直接使用的塑料制品。

附图说明

图1是塑料无模成型装置示意图；

图2是本发明的分滴部件的结构立体示意图；

图3是本发明的分滴部件的局部放大示意图；

图4是本发明的分滴部件的主要零件喷嘴针的示意图；

图中，螺杆头1、螺杆2、下压盖螺钉3、下压盖4、机筒台5、进料口6、机筒座7、上压盖8、上压盖螺钉9、机筒10、止逆环11、注射嘴螺钉12、注射嘴13、塑料制品工件14、托盘15、机械手16、机械手底座17、料滴18、调整器19、致动器20；环形板21、卸料块22、喷嘴针23、储料器24、压板25、防护环26、罩壳27，喷嘴孔22 a，密封环23a、致动接触面23b、弹性关节23c、针芯23d，水平孔24a、垂直孔24b。

具体实施方式

本发明的塑料无模成型装置由三大部分组成。第一部分为塑化部件；第二部分为分滴部件；第三部分为成型部件。

第一部分塑化部件，类似于常见注塑机中的塑化部件，如图1所示，包括螺杆头1、螺杆2、下压盖螺钉3、下压盖4、机筒台5、进料口6、机筒座7、上压盖8、上压盖螺钉9、机筒10、止逆环11、注射嘴螺钉12、注射嘴13。

所述的机筒座7固定安装于机筒台5，机筒10通过下压盖4和上压盖8固定在机筒座7内，下压盖4和上压盖8各自为半圆形的圆环，两者合在一起时成为一个完整圆环，下压盖4和上压盖8分别通过上压盖螺钉9、下压盖螺钉3固定安装在机筒座7上；机筒座7上有进料口6；所述机筒10开有垂直孔，所述垂直孔与机筒座7上方的进料口6相连通。

机筒10具有中心通孔，螺杆头1和螺杆2安装在机筒10的中心通孔里，螺杆2可以做旋转运动和沿轴线移动，螺杆2的螺槽与机筒10的内孔壁形成流道空间。螺杆头1固定安装在螺杆2的左端，止逆环11内径比螺杆头1的直径大，止逆环11外径与机筒10中心通孔直径一样大，止逆环11可滑动地套在螺杆头1上。有内孔的注射嘴13通过注射嘴螺钉12固定安装在机筒10的左端，从左端盖住机筒10中心通孔。

固体塑料原料从机筒座7上方的进料口6、经过机筒10的垂直孔，进入螺杆2的螺槽与机筒10的中心通孔的孔壁形成的流道空间。在机筒10外壁的电热圈加热、螺杆2旋转运动等作用下，塑料在流道中混炼、加热、熔融，变成流体，并输送至注射嘴13。螺杆2沿轴线向左移动时，止逆环11顶住螺杆2的末端，阻止流体塑料沿流道向右回流至流道空间，同时使注射嘴13的塑料流体产生高压，从注射嘴13射出。

第二部分分滴部件，包括环形板21、卸料块22、喷嘴针23、储料器24、压板25、防护环26、罩壳27、致动器20、调整器19；储料器24中有水平孔24a与塑化部件注射嘴13相连。储料器24中有垂直孔24b，该孔的上端有喷嘴针23的密封环23a封闭，下端有卸料块22封口，卸料块22有一微小喷嘴孔22a与外界相通，喷嘴针23的针芯23d在卸料块22的喷嘴孔22a中，针芯23d被压下时将喷嘴孔22a堵住，则针阀处于关闭状态，物料不能流出。针芯23d抬起时，喷嘴孔22a打开，向外界喷射物料。环形板21设置在储料器24下端，把卸料块22压在垂直孔24b内，物料通过喷嘴孔22a喷射至成型区，也就是托盘15上。喷嘴针23的密封环23a固定在压板25和储料器24之间。压板25的***有防护环26以减少震动和噪音并安装罩壳27。致动器20的下端顶在致动接触面23b上，致动器20的上端被调整器19限位。致动器20由压电晶体构成，在电场作用下会伸长，从而把针芯23d往下压，堵住喷嘴孔22b。喷嘴针23中间有弹性关节23c，致动器20的电场消除，长度回缩时，在弹性关节23c的弹性力作用下，针芯23d抬起，喷嘴孔22b打开。调整器19可调节致动器20的上端位置，从而调节针芯23d的初始位置，或者说是调节弹性关节23c的预置张力。

用作开关机构的针芯23d与固定密封环23a之间通过弹性关节23c相连，弹性关节23c从中心往外，材料逐渐变薄；该弹性关节23c一方面形状类似于材料桥，另一方面处于由致动器20控制而对应于弹性回复的位置。在另外一侧，致动器20可以直接或通过中间元件作用于接触面23b。快门机构通过喷嘴针芯23d关闭卸料块22的喷嘴孔22a。

喷嘴针23的针芯23d直接耦合于弹性关节23c，起到密封作用，把储料器24中的液相材料与外界的致动器20隔离，而不需要额外的密封元件。由于特别的几何构形，弹性关节23c具有储存并且恢复致动器20在外部运行时收集的能量的特性，致动器20与储料器24在高压、高温状态下的连接以最小接触面积、单侧力作用的方式得以实现。

储料器24的内腔中充满了来自第一部分塑化部件的高温高压熔融塑料流体，在致动器20和喷嘴针23上端的弹性关节23c的共同作用下，喷嘴孔22a交替地开启、关闭，塑料流体从喷嘴孔22a顺序地分段喷流出，由于熔融塑料的高粘性，喷流出的塑料流体在空间形成球状料滴18。第二部分分滴部件的作用是在固定的位置和固定的方向（一般是垂直向下）顺序地喷出各自分离的球状塑料液滴。

第三部分为成型部件，包括托盘15、机械手16、机械手底座17。机械手16安装在机械手底座17上，可绕铅垂轴线转动，机械手16包含多个受控制***驱动的运动关节，在一定空间范围内能够使机械手16的末端处于任意位置和任意方向。机械手16的末端安装有托盘15，托盘15上承托着加工过程中的塑料制品工件14。

根据所需要形状的塑料制品的三维CAD模型数据控制机械手16的关节运动，使安装于其上的托盘15运动到与加工部位对应的位置和方向，承接从第二部分分滴部件喷出的料滴18。料滴18堆积于托盘15上，由于熔融塑料的粘性而胶着在一起，随时间迁移逐渐冷却固化，最终成为所需要形状的塑料制品工件14。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种塑料无模成型装置，包括塑化部件、分滴部件和成型部件；其特征在于，所述分滴部件包括环形板（21）、卸料块（22）、喷嘴针（23）、储料器（24）、压板（25）、防护环（26）、罩壳（27）、致动器（20）、调整器（19）等等；所述罩壳（27）、防护环（26）、储料器（24）从上到下依次安装，压板（25）安装在防护环（26）的内围，，所述压板（25）开有中心通孔；所述调整器（19）安装在罩壳（27）顶端；储料器（24）开有水平孔（24a）和垂直孔（24b），垂直孔（24b）上端与压板（25）的中心通孔相通，侧面与水平孔（24a）相通；喷嘴针（23）包括密封环（23a）、弹性关节（23c）、针芯（23d），密封环（23a）固定在压板（25）和储料器（24）之间；所述弹性关节（23c）位于密封环（23a）的底部，两者形成碗状结构，所述弹性关节（23c）从中心往外，材料逐渐变薄；针芯（23d）耦合在弹性关节（23c）下表面中心位置；；致动器（20）安装在罩壳（27）内，上端顶住调整器（19），下端伸入到压板（25）的中心通孔内，顶住弹性关节（23c）的致动接触面（23b）；卸料块（22）通过环形板（21）固定在垂直孔（24b）的下端，卸料块（22）开有喷嘴孔（22a）；所述喷嘴孔（22a）位于针芯（23d）正下方。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述塑化部件包括螺杆头（1）、螺杆（2）、下压盖螺钉（3）、下压盖（4）、机筒台（5）、进料口（6）、机筒座（7）、上压盖（8）、上压盖螺钉（9）、机筒（10）、止逆环（11）、注射嘴螺钉（12）、注射嘴（13）；所述的机筒座（7）固定安装于机筒台（5），机筒（10）通过下压盖（4）和上压盖（8）固定在机筒座（7）内，下压盖（4）和上压盖（8）各自为半圆形的圆环，两者合在一起时成为一个完整圆环，下压盖（4）和上压盖（8）分别通过上压盖螺钉（9）、下压盖螺钉（3）固定安装在机筒座（7）上；机筒座（7）上有进料口（6）；所述机筒（10）开有垂直孔，所述垂直孔与机筒座（7）上方的进料口（6）相连通；机筒（10）具有中心通孔，螺杆头（1）和螺杆（2）安装在机筒（10）的中心通孔里，螺杆（2）的螺槽与机筒（10）的中心通孔的孔壁形成流道空间；螺杆头（1）固定安装在螺杆（2）的左端，止逆环（11）外径与机筒（10）中心通孔直径相同，可滑动地套在螺杆头（1）上；有内孔的注射嘴（13）通过注射嘴螺钉（12）固定安装在机筒（10）的左端，从左端盖住机筒（10）中心通孔。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述成型部件包括托盘（15）、机械手（16）、机械手底座（17）；机械手（16）安装在机械手底座（17）上，机械手（16）包含多个运动关节；托盘（15）安装在机械手（16）的末端。