CN109421200A - 一种用于壳状牙科器械规模化生产的热压成型***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于壳状牙科器械规模化生产的热压成型***及方法。该***包括：卷料供给模块，用于将原材料以卷材形式连续供料及收料；材料加热模块，用于对原材料膜片从上下两侧或单侧进行加热；牙模装卸模块，用于将一个以上装载有个性化牙颌模型的下模具自动送入压力成型模块，在完成热压成型冷却脱模后将所述一个以上下模具流转出成型工位，并对后续的下模具进行连续的自动进给回收；压力成型模块，用于对加热软化的膜片通过一个以上的上下模具进行加压成型，所述加压成型支持一次性成型多个产品；以及裁切模块，用于对热压成型的矫治器进行裁切以去除周边材料。本发明自动化程度高，降低了人工成本，另外通过多模一次成型，大大提高了生产效率。

Description

一种用于壳状牙科器械规模化生产的热压成型***和方法

技术领域

本发明涉及热压成形***和方法，尤其涉及一种用于壳状牙科器械规模化生产的热压成型***和方法。

背景技术

高分子壳状牙科器械(隐形矫治器、隐形保持器、美容牙套、运动防护牙套及其它功能牙套)是一种高度定制化产品，该产品一般使用热塑性高分子材料，并通过热塑压力成型的工艺方法制作。热压成型基本工艺流程一般包括如下步骤：1、高分子材料膜片加热软化；2、上下模合模，上模放置高分子材料膜片，下模放置牙颌模型；3、加压成型；4、保压冷却；5、开模；6、对成型的膜片进行裁切。

目前，用于制作该类产品的热压成型设备大多属于半自动机械设备且都是进口设备(如德国肖尔、德国爱科特等品牌的产品)。现有的热压成型设备手动操作工作量大，劳动强度高，且一次过程只能成形一个牙套，效率低。国外也有见自动化牙套热压成型机，虽然省去人工上下料操作，但一次动作也只能成形一个牙套产品，且价格昂贵，性价比低。

发明内容

针对现有技术的上述缺点，本发明提供了一种壳状牙科器械规模化生产的热压成型***及方法，能够实现牙套产品的连续自动化生产。

本发明的一种用于壳状牙科器械规模化生产的热压成型***，包括：卷料供给模块，用于将原材料以卷材形式连续供料及收料；材料加热模块，用于对原材料膜片从上下两侧或单侧进行加热；牙模装卸模块，用于将一个以上装载有个性化牙颌模型的下模具自动送入压力成型模块，在完成热压成型冷却脱模后将所述一个以上的下模具流转出成型工位，并对后续的下模具进行连续的自动进给回收；压力成型模块，用于对加热软化的膜片通过一个以上的上下模具进行加压成型从而一次性成型多个产品；以及裁切模块，用于对热压成型的矫治器进行裁切以去除周边材料。

优选地，所述材料加热模块具有由若干加热砖按一定的二维阵列排列形成的加热源，每片所述加热砖具有独立的温度控制***。

优选地，进一步具有加热支撑机构，用于在对所述膜片材料进行加热时对大区域膜片进行分块支撑。

优选地，所述加热支撑机构为网板。

优选地，所述压力成型模块采用伺服驱动整体曲臂连杆多导柱设计，所述多导柱包括非对称式排列的导柱。

优选地，所述下模具包含固定下模具和活动下模具，所述固定下模具用于固定所述活动下模具并实现所述活动下模具与所述上模具的合模密封，所述活动下模具用于装载个性化牙颌模型，并由所述牙模装卸模块进行送入所述压力成型模块以及自压力成型模块取出的操作。

优选地，所述活动下模具上设置有一个或一个以上牙颌模型安装位，所述安装位根据一定的规则排列。

优选地，所述裁切模块具有模切刀具，所述模切刀具根据所述下模具上的牙颌模型的排列而设计，在热压成型后，一次裁切完成多个产品的分离。

优选地，所述裁切模块为激光切割模块、水切割模块、等离子切割模块或其它采用特种切割工艺的裁切模块。

优选地，进一步包括缺陷检测模块，用于对已完成热压成型的膜片材料表面进行缺陷检测，根据预先设定的接收限度值，判断产是否合格，对于不合格的产品反馈给控制***。

优选地，进一步包括成品收集模块，根据产品是否合格的信息，采用机械手或手工将完成裁切的产品分类转入合格或不合格容器中。

本发明的另一方面还提供了一种用于壳状牙科器械规模化生产的热压成型方法，包括以下步骤：卷材供给步骤，将原材料以卷材形式连续供料及收料；材料加热步骤，对原材料膜片从上下两侧或单侧进行加热；牙模装卸步骤，将一个以上装载有个性化牙颌模型的下模具自动送入压力成型模块，在完成压力成型冷却脱模后将所述一个以上下模具流转出成型工位，并对后续的下模具进行连续的自动进给回收；压力成型步骤，对加热软化的膜片通过一个以上的上下模具进行加压成型从而一次性成型多个产品；和裁切步骤，对热压成型的矫治器进行裁切以去除周边材料。

优选地，在所述压力成型步骤之后还包括缺陷检测步骤，对已完成热压成型的膜片材料表面进行缺陷检测，根据预先设定的接收限度值，判断产是否合格，对于不合格的产品反馈给控制***。

优选地，在所述裁切步骤之后还包括成品收集步骤，根据产品是否合格的信息，采用机械手或手工将完成裁切的产品分类转入合格或不合格容器中。

本发明具有如下有益效果：

1、自动化程度高。一台本发明的设备只需一名放置牙模的操作工，其余环节均为全自动化，大大降低了人工成本；

2、生产效率高。本发明的自动化热压成型***的生产效率是手工压膜机的10倍左右；

3、本发明***的工艺参数可实时监控，避免因设备因素导致的产品缺陷；

4、本发明工艺灵活度高，可适用于不同材料的热压成型加工；

5、本发明的***可实现质量在线检测，降低不合格品漏检率。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的用于壳状牙科器械规模化生产的热压成型***的功能模块组成示意图。

图2是本发明的一个实施例的用于壳状牙科器械规模化生产的热压成型***的结构示意图，其中(a)为侧视图，(b)为俯视图。

图3是本发明一个实施例的活动下模具(牙模载具)进给回收机械装置的结构示意图。

图4(a)是本发明的一个实施例的下模具结构示意图，图4(b)是本发明的一个实施例的活动下模具牙模定位安装位排列示意图。

图5是本发明实施例的压力成型模块的多导柱设计的示意图，其中(a)为四导柱设计，(b)为三导柱设计，(c)为二导柱设计。

图6是膜片加热示意图，其中(a)为无支撑网板情况，(b)为有支撑网板的情况。

图7是膜片加热的效果示意图，其中(a)为无为无支撑网板情况，(b)为有支撑网板的情况。

图8是本发明的一个实施例的用于壳状牙科器械规模化生产的热压成型方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，其目的仅在于更好地理解本发明的研究内容而非限制本发明的保护范围。

下面结合附图说明本发明的用于壳状牙科器械规模化生产的热压成型***。本发明中所称壳状牙科器械包括但不限于采用热塑性高分子材料制作的隐形矫治器、隐形保持器、美容牙套、运动防护牙套，及其它功能性牙套。在具体实施例中以隐形牙套为例。本发明适用于原材料为卷材形式的隐形牙套自动化连续热压成型加工，可多模批量规模化生产隐形牙套。本发明所述成型加工工艺包括三种方式的成型工艺：正压压力成形、负压吸塑成形，以及正负压吸塑成形。三种方式区别仅在于合模成型时压力的施加方式。

本发明的一个实施例的热压成型***主要包括卷料供给模块21，材料加热模块22，牙模装卸模块23，压力成型模块24和裁切模块26等功能模块。优选地，在此基础上还可以进一步包括缺陷检测模块25、成品收集模块27以及通讯模块28等功能模块。如图1～2所示，下面对本发明的包括卷料供给模块21，材料加热模块22，牙模装卸模块23，压力成型模块24，缺陷检测模块25，裁切模块26，成品收集模块27以及通讯模块28等八大功能模块的优选实施例进行详细说明。

卷料供给模块21用于将原材料以卷材形式连续供料及收料。该模块21主要由上料辊211、张紧卷绕机构222、环境控制腔体223等构成。原材料以卷材形式通过中心轴筒安装于上料辊上。张紧卷绕机构222主要包含导向辊、张力检测辊、拉片导轨、收料辊224及伺服电机(未图示)。(卷材)拉片导轨可根据卷料宽度和模具尺寸灵活调节宽度。本发明通过卷材形式连续供料收料，可实现自动化连续生产，大大提高生产效率。

材料加热模块22用于对原材料膜片从上下两侧或单侧进行加热。具体地，该模块22具有由若干陶瓷加热砖按一定的二维阵列排列形成的加热源。该加热源从膜片材料上下两侧或单侧进行加热。每一片加热砖具有独立的温度控制***，从而使加热区域温度灵活可调。上下两侧加热的情况下，上下加热源之间形成的加热腔在不同位置还安装有温度传感器件，从而实现多点温度调节和宏观控温相结合。同时，通过精确的区域加热温度控制，结合加热支撑机构(详见后文描述)，控制待成型区域内膜片材料的软化下垂拉伸程度，提高成型后产品的厚度均匀性。

牙模装卸模块23用于将一个以上装载有个性化牙颌模型(矫治器成形阳模)的下模具(见图4)自动送入压力成型模块24，在完成热压成型冷却脱模后将所述一个以上下模具流转出成型工位，并对后续的下模具进行连续的自动进给回收。牙模装卸模块23的一个实施例是采用自动进给回收机械机构30。结合图3、4，该进给回收机械机构30包括下模具流转机构31，牙模载具装载区32、升降机构33以及牙模载具回收区34。下模具流转机构31具有进给回收单元311。操作人员在牙模载具装载区32将3D打印的个性化牙颌模型逐个放置在牙模载具42上的安装位421上，摆放好牙颌模型的牙模载具42在下模具流转机构31的传送带上依次步进至进给回收单元311(例如机械手)的抓取位置。机械手311通过夹具抓取牙模载具42并将其送至压力成型模块24的底座中的固定夹具上定位后松开，待压力成型结束后，由另一个机械手将已完成成型的下模具(活动下模具)取出放置于下模具流转机构31中，排队流转至牙模载具装载区32的下方即牙模载具回收区34，再由升降机构33上升至装载区32开始下一个循环。

在一个较佳实施例中，如图4(a)所示，下模具40为分体式的，包含固定下模具41和活动下模具42，所述固定下模具41用于固定所述活动下模具(也称为牙模载具)42并实现所述活动下模具与所述上模具的合模密封，所述活动下模具42用于装载个性化牙颌模型，并由牙模装卸模块23的进给回收单元311将活动下模具42自动送入所述压力成型模块24，以及压膜成型过程结束后，活动下模具42与牙颌模型脱离由进给回收单元311自压力成型模块24取出。这里，进给回收单元311可以包括送进机械手以及取出机械手，当然在另外的实施例中，也可以采用一个机械手来完成送进及取出操作。

如图4(b)所示，所述活动下模具42上设置有一个以上牙颌模型安装位421，所述安装位可根据一定的规则排列。通过这样的设计，多个定制化牙模可以同时进行热压成型。相比于现有的一次只能进行一个牙模热压成型的设备，大大提高了生产效率。

在另外的实施例中，所述下模具42可以不分为固定下模具和活动下模具，而可以为一个整体，由牙模装卸模块23完成自动送入和取出操作。

由于牙套是完全定制化产品，每个牙套的几何形状都不相同。因此，制作每一个牙套都需要通过3D打印、机械加工等方式制作一个与之对应的个性化牙颌模型。与常规热压成型设备不同，由于本发明的热压成型***是流水线加工，故牙模载具(装载有个性化牙颌模型的下模具)需实时流转至热压成型工位，并在完成热压后，由后续成型的热压模具替换。在另一个实施例中，牙模装卸模块23对牙模进行自动上下料可以采用多自由度机器人。

压力成型模块24用于对加热软化的膜片进行加压成型从而对多个牙颌模型一次性成型多个产品。该模块24采用伺服驱动整体曲臂连杆多导柱设计，并配合冷镀光轴、含油轴套、以及同轴设计的上模具和下模具。多导柱包括二导柱、三导柱以及四导柱等形式，如图5(a)～(c)所示。其中，通过二导柱、三导柱的非对称式排列，可以使牙模装卸模块的模具进给机构具有更优化的机械运动轨迹，达到提高效率、简化运动机构的目的。该模块24升降动作平稳，可以达到上下模具高精度吻合要求。上下模具合模后形成压力腔体，模内设计有冷却管道。

此外，压力成型模块24采用负压辅助正压成型***，在压塑成型瞬间对成型材料进行真空吸塑成型，使软化膜片的材料与模具的贴合更好，从而提高成型精度。压力范围2-7bar。

下面介绍缺陷检测模块25。本发明采用视觉检测装置进行产品缺陷检测，当然也可以是其它类型的缺陷检测技术，如超声探伤等。该模块25通过CCD视觉检测已完成加热及成型的膜片材料表面的气泡、划痕等缺陷，根据预先设定的接收限度值，判断产品是否合格，对于不合格的产品反馈给控制***。不合格产品在完成冲切后，由机械手抓取至不合格料框中。不合格信息(加工时间、原材料批号、工艺参数等)存至***上位机。

在牙套热压成型后，成型的牙套依然与周边材料连接在一起，需要通过裁切模块(切割落料机构)26裁切成一定规则的形状为后道牙套切割工序做准备。本发明的裁切模块26采用模具刀裁切，多个成型牙套可一次完成裁切，伺服驱动双向裁切设计，并安装有定位切片装置。模切刀具根据下模具上的牙颌模型的排列而设计，在热压成形后，可一次冲切完成多个产品的分离。另外，除刀具冲切落料外，还可以是激光切割落料、水射流切割落料、等离子切割落料、人工切割落料等多种方式。

成品收集模块27根据视觉检测反馈的合格信息，采用机械手或手工将完成裁切的产品分类装入合格或不合格容器。

通讯控制模块28包括PLC、上位机、人机界面以及API接口，以完成各个模块之间的通讯、HMI交互、工艺参数记录保存等。

如前提到的，为了提高牙套热压成型的生产效率，本发明采用多模批量热压成型的方式。实现这一方式的最大难点在于成型区域越大，膜片在加热时的变形下垂越大(如图7(a)所示)，而膜片软化下垂越大，其厚度也就越薄。这就导致在多个牙模成型位置上，膜片加热软化后的厚度不一致，从而产生产品工艺质量偏差。牙套成型后的厚度分布直接影响其应力变形，进而影响其矫治施力。

为了提高多模成型的工艺质量，保证多牙套同时热压成型时的工艺一致性，本发明设计了大区域膜片加热支撑机构，用于对大面积膜片进行分块支撑(如图6(b)所示)。本实施例中，加热支撑机构例如可以是支撑网板。相对于图6(a)所示的无网板支撑的膜片加热情况，本发明将膜片材料大面积软化变形转变为独立的小面积软化变形，使得每个牙模对应的材料热压区域在加热软化后具有几乎相同的厚度分布(如图7(b)所示)，从而大大提高牙套成型质量的一致性。

下面结合图8介绍本发明的一种用于壳状牙科器械规模化生产的热压成型方法。在一个较佳的实施例中，本发明的热压成型方法包括卷材供给步骤，材料加热步骤，牙模装卸步骤，压力成型步骤和裁切步骤。优选地，在此基础上还可以在压力成型步骤后具有缺陷检测步骤，在裁切步骤后具有成品收集步骤等。下面对本发明的优选的热压成型方法进行说明。如图7所示，本发明的一个优选实施例的热压成型方法包括以下步骤：卷材供给步骤，将原材料以卷材形式连续供料及收料；材料加热步骤，对原材料膜片从上下两侧或单侧进行加热；牙模装卸步骤，将一个以上装载有个性化牙颌模型的下模具自动送入压力成型模块，在完成热压成型冷却脱模后将所述一个以上下模具流转出成型工位，并对后续的下模具进行连续的自动进给回收；压力成型步骤，对加热软化的膜片进行加压成型；缺陷检测步骤，对已完成热压成型的膜片材料表面进行缺陷检测，根据预先设定的接收限度值，判断产是否合格，对于不合格的产品反馈给控制***；裁切步骤，对热压成型的矫治器进行裁切以去除周边材料；以及成品收集步骤，根据产品是否合格的信息，采用机械手或手工将完成裁切的产品分类转入合格或不合格容器中。

显然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围。

Claims (14)

1.一种用于壳状牙科器械规模化生产的热压成型***，其特征在于，包括：

卷料供给模块，用于将原材料以卷材形式连续供料及收料；

材料加热模块，用于对原材料膜片从上下两侧或单侧进行加热；

牙模装卸模块，用于将一个以上装载有个性化牙颌模型的下模具自动送入压力成型模块，在完成热压成型冷却脱模后将所述一个以上的下模具流转出成型工位，并对后续的下模具进行连续的自动进给回收；

压力成型模块，用于对加热软化的膜片通过一个以上的上下模具进行加压成型从而一次性成型多个产品；以及

裁切模块，用于对热压成型的矫治器进行裁切以去除周边材料。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述材料加热模块具有由若干加热砖按一定的二维阵列排列形成的加热源，每片所述加热砖具有独立的温度控制***。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，进一步具有加热支撑机构，用于在对所述膜片材料进行加热时对大区域膜片进行分块支撑。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述加热支撑机构为网板。

5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述压力成型模块采用伺服驱动整体曲臂连杆多导柱设计，所述多导柱包括非对称式排列的导柱。

6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述下模具包含固定下模具和活动下模具，所述固定下模具用于固定所述活动下模具并实现所述活动下模具与所述上模具的合模密封，所述活动下模具用于装载个性化牙颌模型，并由所述牙模装卸模块进行送入所述压力成型模块以及自压力成型模块取出的操作。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述活动下模具上设置有一个或一个以上牙颌模型安装位，所述安装位根据一定的规则排列。

8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述裁切模块具有模切刀具，所述模切刀具根据所述下模具上的牙颌模型的排列而设计，在热压成型后，一次裁切完成多个产品的分离。

9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述裁切模块为激光切割模块、水切割模块、等离子切割模块或其它采用特种切割工艺的裁切模块。

10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，进一步包括缺陷检测模块，用于对已完成热压成型的膜片材料表面进行缺陷检测，根据预先设定的接收限度值，判断产是否合格，对于不合格的产品反馈给控制***。

11.根据权利要求1所述的***，其特征在于，进一步包括成品收集模块，根据产品是否合格的信息，采用机械手或手工将完成裁切的产品分类转入合格或不合格容器中。

12.一种用于壳状牙科器械规模化生产的热压成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

卷材供给步骤，将原材料以卷材形式连续供料及收料；

材料加热步骤，对原材料膜片从上下两侧或单侧进行加热；

牙模装卸步骤，将一个以上装载有个性化牙颌模型的下模具自动送入压力成型模块，在完成压力成型冷却脱模后将所述一个以上下模具流转出成型工位，并对后续的下模具进行连续的自动进给回收；

压力成型步骤，对加热软化的膜片通过一个以上的上下模具进行加压成型从而一次性成型多个产品；和

裁切步骤，对热压成型的矫治器进行裁切以去除周边材料。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述压力成型步骤之后还包括缺陷检测步骤，对已完成热压成型的膜片材料表面进行缺陷检测，根据预先设定的接收限度值，判断产是否合格，对于不合格的产品反馈给控制***。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述裁切步骤之后还包括成品收集步骤，根据产品是否合格的信息，采用机械手或手工将完成裁切的产品分类转入合格或不合格容器中。