包含一体形成的热电偶的注射模制设备

摘要

经由自由成形制造，热电偶及其相关热电偶结可以集成到注射模制设备的各零件中，包括喷嘴。热电偶的一体集成允许热电偶结被设置在非常靠近期望进行温度监测的位置，尤其是在注射模制喷嘴的尖端附近，这在传统上难以实现或不可能实现。根据本发明的各方面，呈现了具有一个或多个集成热电偶的注射模制喷嘴；具有注射模制喷嘴的热流道歧管，该注射模制喷嘴具有集成热电偶，且使用自由成形制造工艺与歧管整体地集成作为单一零件；以及具有至少一个集成热电偶和坚固电连接件的分离地形成的注射模制喷嘴。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及注射模制领域。本发明尤其涉及包含一体形成的热电偶的注射模制设备。

背景技术

用于制造模制物品的注射模制系统通常包括注射模制机、模具板和热流道组件，所述热流道组件包含加热的歧管，所述加热的歧管将来自注射模制机的一种或多种熔融的材料或一种或多种“熔融物”，例如一种或多种塑料，经由歧管内的熔融物通道网络分配到注射模制喷嘴。各熔融物经由注射模制喷嘴间歇地输送到一个或多个模具腔。喷嘴可以是阀控型或热尖型，并且传统上与歧管分开地形成且通过适当的手段固定到歧管上。各熔融物通道中的熔融物通常使用位于歧管外部的电加热器加热，并且重要的是确保熔融物通道中的熔融物保持在适当温度下，该熔融物通道包括喷嘴尖端中的通道。

发明内容

应当理解本发明的各方面的范围受独立权利要求提供的范围限制，并且还应当理解本发明的范围不限于：(i)从属权利要求，(ii)非限制性实施例的具体描述，(iii)发明内容，(iv)摘要和/或(v)本文档外部提供的描述(即，提交的、进行的和/或授权的本申请的外部)。

在一种实现方式中，本发明涉及一种注射模制设备。所述设备包括使用一种或多种自由成形制造工艺制造的主体，以便使所述主体成为一体。主体包括至少一个熔融物通道，和具有在主体内一体形成的热电偶结的热电偶。

在另一实现方式中，本发明涉及一种制造一体形成的注射模制设备的方法。所述方法包括自由成形地制造包括至少一个熔融物通道的注射模制设备，并且自由成形地制造与注射模制设备一体形成的热电偶结。

结合附图审阅本发明的特定非限制性实施例的以下描述后，本发明各方面的非限制性实施例的这些和其他方面以及特征对于本领域的技术人员来说将显而易见。

附图说明

为便于说明本发明，附图示出本发明的一个或多个实施例的各方面。然而，应当理解本发明不限于附图中示出的精确布置和手段，其中：

图1是包含集成的热电偶的自由成形制造的热尖喷嘴的外部正视图；

图2是沿着线2-2截取的图1的自由成形制造的喷嘴的纵向剖视图；

图3是沿着线3-3截取的图1的自由成形制造的喷嘴的横向剖视图；

图4是位于图1的自由成形制造的喷嘴的尖端处且在图2的圆形区域4内示出的热电偶的双金属结的放大剖视图；

图5是自由成形制造的歧管/喷嘴组合的透视图，其中所有喷嘴具有集成的热电偶；

图6A是与自由成形制造的模块化喷嘴一起使用的自由成形制造的歧管的三维透视图，所述歧管安装有两个喷嘴中的一个；

图6B是与图6A的歧管一起使用的自由成形制造的喷嘴的顶视图；

图6C是图6A的歧管与模块化喷嘴之间的接触面的纵向剖视图；以及

图7是包含集成的热电偶的阀控喷嘴的纵向剖视图。

所述附图未必按比例描绘，且可以通过假想线、图形表示及局部视图来说明。在某些实例中，可能已省略对理解实施例来说不必要的或致使其它细节难以察觉的细节。

具体实施方式

在一些方面，本发明涉及包含一体形成的热电偶的注射模制设备以及制造这种设备的方法。在根据本发明的示例性实施例中，可以完全或部分地使用一种或多种自由成形制造工艺制造这些设备。通过使用这种方法来制造根据本发明的方面的注射模制设备，热电偶和它们相关的热电偶结可以集成到设备的各零件中，包括喷嘴和热流道歧管。这允许在整个注射模制设备，且尤其是注射模制喷嘴的尖端附近准确地监测和控制温度，而传统上这难以或不可能实现。这是因为使用本文描述的集成形成技术，热电偶结可以非常接近它们意欲监测的熔融物通道。另外，本领域技术人员通过单独制造的零件制造传统注射模制设备所需要的高成本、耗时的额外组装步骤可以部分或完全避免。此外，将热电偶和相关配线集成到注射模制设备的部件中，最小化了热电偶和相关配线的外部布置，从而消除或至少减小其与其它物体接触而损坏的可能性。

由于部分或完全消除了由单独制造机器零件所产生的已知累积误差，本发明的方面还允许该设备的各个特征能更准确和精确地制造。包含本发明的一体形成的热电偶的注射模制设备的额外益处可以包括但不限于，节约制造成本，节约材料，减小重量和根据运行条件优化构造的能力。阅读整个公开后，本领域技术人员将很容易理解本发明可以允许注射模制设备设计者和制造者获得上述和其他益处。

根据本发明的包含一体形成的热电偶的注射模制设备可以至少部分地根据一种或多种增材制造工艺、也可以称为“实体自由成形制造工艺”而制造。实体自由成形制造(SFF)是指用于制造实体物品的技术集合中的任何一种技术，即通过按顺序向空间中的特定点输送能量和/或材料来制造该物品。SFF有时被称为“快速成形”，“快速制造”，“分层制造”和“增材制造”。应该理解，SFF有时被称为自由成形制造(FFF)。虽然还有其他的，但以下是用于SFF的许多典型技术，这些技术可适于制造本发明的注射模制设备，包括：(A)电子束熔融(粉末原料制成的完全熔合的无空隙的实体金属零件)；(B)电子束自由成形制造(金属丝给料制成的完全熔合的无空隙的实体金属零件)；(C)激光近形制造(激光用来熔融金属粉末并且直接沉积在零件上；其优点在于该零件为完全实体并且金属合金组合物可以随着该零件的体积动态地改变)；(D)POLYJET MATRIX(能够实现多类型材料同时喷射的第一技术)；(E)选择性激光烧结(选择性激光烧结使用激光器来熔合粉末状金属，尼龙，或弹性体；增材处理是必要的以生产完全致密的金属零件)；和(F)形状沉积制造(零件和支承材料由打印头沉积然后加工成接近最终形状)。

用于制造包含一体形成的热电偶的注射模制设备的制造方法的另一实例是使用非实体自由成形制造，例如浇铸。浇铸是液体材料通常被倒入模具中然后凝固的制造方法，该模具包含所期望形状的空腔。凝固的零件也被称为铸件，该铸件被从模具中推出或取出以完成该方法。浇铸材料通常是金属或将两种或多种成分混合在一起后固化的各种冷凝固材料；实例是环氧化物，混凝土，塑料和粘土。浇铸最常用于制造用其他方法难以制造或不经济的复杂形状。在许多情况下，由于不需要支承结构这样的事实，选择性激光烧结(SLS)可能是优选的。经由SLS而构造的零件始终被未烧结粉末包围；这允许复杂几何形状的构造。

现在转向附图，并且注意每个元件数字的第一位数字对应于首次看到相应元件的附图编号，图1至图4示出了注射模制喷嘴，尤其是根据本发明制成的热尖喷嘴100。在此实例中，喷嘴100包括主体104和集成到该主体中的热电偶200(图2)。如下文更详细地描述，使用一种或多种合适的制造技术，例如上面提到的一种或多种SFF浇铸技术，喷嘴100和它的每个部件可以形成为一体的主体。在此实例中，喷嘴100的其他零件和特征包括：熔融物通道204(图2)；加热器108，用于在使用期间向熔融物通道中的熔融物(未示出)提供热量；歧管接口112，例如，用于在完成的热流道组件中将喷嘴与热流道歧管(未示出)接合；电接触件116(1)和116(2)，用于将热电偶200电连接到合适的温度测量电路120；尖端124；以及尖端中的至少一个孔128，用于将熔融物通道中的熔融物传送到模腔(未示出)。这些特征中的每一个总体上是本领域所已知的。然而，在本实施例中，使用一种或多种整体制造技术来使电接触件116(1)和116(2)与喷嘴100的其他零件一体形成。

如图2至图4所示，热电偶200包括两个不同的导体，具体地是形成热电偶结200(3)(图2和图4)的热电偶导体200(1)和200(2)，在此实例中热电偶结位于喷嘴尖端124(图2)附近，以便能够尽可能获取接近尖端124和熔融物通道204的温度读数。但是本领域技术人员将很容易理解，取决于具体模制操作的要求，所述热电偶可以以任何其他方式来实现并且热电偶结可位于喷嘴100内的任意位置或注射模制设备的其他零件中，例如热流道歧管。在此实例中，其中喷嘴100的主体104由金属制成，并且如图2所示，热电偶导体200(1)和200(2)封装在介电材料208内，使得它们彼此电绝缘并且也与形成喷嘴主体的金属绝缘。所示的介电材料208的具体构造仅仅是示例性的；在其他实施例中，导体200(1)和200(2)的电隔离可以以其他方式实现，例如将它们封装在单独的介电“套筒”中等。

各种自由成形制造技术可以允许将一种以上的材料整体集成到注射模制设备中，例如喷嘴100，用于创建这种具有一个或多个集成热电偶的整体结构，热电偶例如热电偶200。例如，对于粉末熔合技术，在适当时机，取决于所使用设备的类型，在熔合之前沉积的粉末的类型可以或是局部地改变至该材料所期望的每个区域，或是全局地改变至整个制造床。特别地，在使用这种技术制造图1至图4的喷嘴100的实例中，主体104通过在所需区域沉积并熔合第一金属类型的粉末而形成，介电材料208通过在所需区域沉积并熔合介电材料的粉末而形成，热电偶导体200(1)和相应电接触件116(1)通过在所需区域沉积并熔合第二金属类型的粉末而形成，热电偶导体200(2)和相应电接触件116(2)通过在所需区域沉积并熔合第三金属类型的粉末而形成，以及加热器108通过在所需区域沉积合适的电阻材料而形成。作为另一个实例，对于熔丝技术，所使用金属丝的类型可以在需要特殊材料的每个区域处改变。在阅读整个公开后，本领域技术人员会知道，根据本发明如何选择合适的材料和合适的制造方法以制成包含一体形成的热电偶的注射模制设备。

如图1所示，一个或多个连接电缆132可以用于将热电耦200经由电接触件116(1)和116(2)连接至温度测量电路120。取决于电接触件116(1)和116(2)的构造，如果需要，连接电缆132可以由现成类型的标准部件制成。本领域技术人员将容易理解，热电偶结204可以是任何合适的结，例如铁在一侧(如导体200(1))和康铜在另一侧(例如导体200(2))的J型结，镍铬合金在一侧和铝镍合金在另一侧的K型结，或者镍铬合金在一侧和康铜在另一侧的E型结。本领域技术人员将容易理解，这些结类型仅仅是示例性的，且结的导电材料可以是适合所需结特性和用于彼此整体地形成喷嘴100的部件的方法的任何材料。

图5示出了根据本发明的另一方面的注射模制设备，尤其是带有集成热电偶504(1)至504(4)的自由成形制造的、一体歧管/喷嘴设备500。在本实例中，一体设备500包括热流道歧管部分508和使用合适的整体形成技术与歧管部分整体形成的四个喷嘴512(1)至512(4)，整体形成技术例如上述SFF技术中的任意一种或多种等。每个喷嘴512(1)至512(4)具有一体形成的热电耦504(1)至504(4)中的相应的一个，该热电耦504(1)至504(4)经由整体形成在歧管部分508内的电导体结构520(1)至520(4)线接至设置在歧管外部上的连接件区域516内的相应的一对电接触件516(1)至516(4)。如本领域技术人员容易理解的，一个或多个适当构造的连接件(未示出)可以用来接合对516(1)至516(4)以将热电偶504(1)至504(4)电连接至适当的温度测量电路(未示出)。

在如图5所示的实施例中，热电偶504(1)至504(4)中的每一个是以与图2至图4的热电耦200相同的目的提供的，即，允许测量靠近喷嘴512(1)至512(4)的各自相应的喷嘴尖端524(1)至524(4)的熔融物通道中的熔融物。就此而论，每个热电偶504(1)至504(4)包括设置得尽可能接近相应的熔融物通道，且尽可能接近相应的喷嘴尖端524(1)至524(4)的热电偶结528(1)至528(4)。如上关于图2-4的热电偶结204所描述，每个热电偶结528(1)至528(4)均可以由任何两种合适的导电材料制成，例如上面关于J型、K型和E型热电偶结所描述的镍铬合金、康铜、铁、和铝镍合金材料等。同样与上面关于图1的喷嘴100的示例性制造方法类似，一体设备500可以使用相同或类似的技术制造。就此而论，尽管没在图5中如此详细的示出，但电导体结构520(1)至520(4)可以使用技术与歧管部分508的其他部分整体地形成，所使用技术为例如使用合适的粉末和/或金属丝材料以及合适的熔合和/或熔融技术的粉末熔合技术和/或熔丝技术。此外，每个电导体结构520(1)至520(4)可以以任何适合方式构造，例如封装在如图2至图4所示的普通介电“通道”构造中的双导体或者封装在各自介电套管中的单独导体等等。这两种构造都适合与一种或多种导电金属制成的歧管一起使用。本领域技术人员将容易理解将电导体结构520(1)至520(4)集成在歧管部分508和喷嘴512(1)至512(4)中的各种方式。

图1至图4示出了相当传统的热尖喷嘴100，并不是与热流道歧管一体形成的，但包括整体集成的内部热电偶200，且热电偶结204精确定位在靠近喷嘴的尖端124处。同样如上所述，喷嘴100也包括用于相对喷嘴在外部设置的热电偶200的一对电接触件116(1)和116(2)。尽管电接触件116(1)和116(2)的这种位置可以很好地适合一些应用，但事实上，它们从喷嘴100突出使得它们容易损坏并且因此不太适合其他应用。

另一方面，图6A至图6C示出了注射模制设备600，特别地构造成保护热电偶连接件不受连接件突出可能遭受的损坏。如图6A所示，注射模制设备包括热流道歧管604和一对分开形成的注射喷嘴，尽管图6A仅示出了一个喷嘴608(1)，此处为相对于歧管位于其使用位置的热尖喷嘴，但第二喷嘴608(2)(图6B所示)在图6A中被移除以揭示两个喷嘴接合区域中的一个，此处为容纳相应一个喷嘴的歧管上的喷嘴接合区域612(2)。喷嘴接合区域612(1)在图6A中不可见，但与相应喷嘴608(1)一起在图6C中被示出。如下文更详细所述，每个喷嘴接合区域612被特别构造为允许隐藏用于热电偶616(1)和616(2)(未示出)的每个喷嘴608(1)、608(2)和相应喷嘴接合区域612(1)、612(2)之间的电连接件，且允许电连接件的部件被构造成抵抗损坏。

参照图6C，喷嘴608(1)的热电偶616(1)包括一对环形电接触件620(1)和620(2)(也参见图6B，示出了喷嘴608(2)上一对类似的环形电接触件620A(1)和620A(2))，以及一对相应的导体624(1)和624(2)，导体624(1)和624(2)将电接触件电连接到与图2至图4的热电偶结200(3)相同或类似的热电偶结628(图6A)。如图6C所示，电导体624(1)和624(2)被封装在介电材料632中，以使它们彼此电绝缘而且还与喷嘴608(1)的金属主体636电绝缘。电接触件620(1)和620(2)延伸超出上表面640(相对于图6C为“上”)以允许它们相应地分别接触与歧管604一体形成的一对环形电接触件644(1)和644(2)。在所示实例中，环形接触件644(1)和644(2)嵌入在与歧管604一体形成的介电材料648中，以使这些接触件彼此电绝缘而且还与歧管604的金属主体652(图6C)电绝缘。一对导体656(1)和656(2)(图6C和图6A)将各自相应的接触件644(1)和644(2)与连接件660(1)和660(2)电连接，所述连接件660(1)和660(2)被设置成用于将热电偶616(2)电连接到合适的温度测量电路(未示出)。一对类似的导体656A(1)和656A(2)(图6A)将各自相应的接触件644A(1)和644A(2)与连接件660A(1)和660A(2)电连接，所述连接件660A(1)和660A(2)被设置成用于将热电偶616(2)(未示出)电连接到合适的温度测量电路(未示出)。在所示实施例中，导体656(1)和656(2)中的每一个单独封装在介电材料648中，以便通过歧管604的金属主体652的介入部分将彼此分隔开。然而，在可选实施例中，导体656(1)和656(2)可一起封装在介电材料的共同块中。

在所示实例中，歧管604与喷嘴608(1)和608(2)被特别构造成以这样一种方式安装在热流道组件(未示出)中，使得用于喷嘴608(1)的电接触件620(1)和620(2)与电接触件644(1)和644(2)(以及用于喷嘴608(2)的电接触件620A(1)和620A(2)与电接触件644A(1)和644A(2))之间的接触是由于热流道组件的其它部件，例如歧管-腔板、背板等，引起的压缩力。此外，此压缩布置也用于确保每个喷嘴608(1)、608(2)和歧管604之间的流体密封，如图6C所示。参照图6C，在所示实施例中，喷嘴608(1)包括围绕形成在喷嘴608(1)中的熔融物通道668的入口668A的环形凸台664。凸台664被设计且被构造成密封地接合围绕形成在歧管604中的熔融物通道676的出口676A的表面672。如本领域的技术人员容易理解的是，此类型的压缩接合和密封可允许凸台664和表面672之间的滑动，以适应在使用期间可能出现的热移动。在其它实施例中，喷嘴608(1)和608(2)中的每一个可例如通过螺纹连接、螺纹紧固件、焊接和/或任何其它合适的手段完全地固定到歧管604。

本领域技术人员容易理解的是，一体喷嘴608(1)、608(2)和歧管604中的每一个可使用上述增材制造方法中任何合适的一种或多种来制造，包括上面关于图1至图4的喷嘴100具体描述的基于粉末或金属丝的方法，其中喷嘴100的部件可适当地替换为喷嘴608(1)、608(2)和歧管604的类似部件。

图1至图6C涉及热尖喷嘴，而图7示出了包括具有集成的内部热电偶708的阀控喷嘴704的注射模制设备700。如本领域技术人员容易理解的是，使用上述增材制造技术中的任意一种或多种，包括但不限于，关于图1至图4的喷嘴100所具体描述的熔合粉末与熔丝技术，热电偶708可整体集成到喷嘴704中。还应指出的是，尽管仅示出了单一热电偶708，其中它的热电偶结712位于喷嘴704的尖端716附近，但在其它实施例中，类似的喷嘴(以及任何热尖喷嘴)可具有不止一个热电偶，其中每个热电偶位于温度读数被期望得到的任何期望位置。

在所示实施例中，热电偶708以与图2至图4中的热电偶200事实上相同的方式进行设置和执行，主要差别是图7的喷嘴704是阀控喷嘴，而图1至图4的喷嘴100是热尖喷嘴。换句话说，热电偶708包括封装在介电材料724内且将热电偶结712电连接至一对电接触件728的电导体720(1)和720(2)，该一对电接触件728电连接至电导体732(1)和732(2)，该电导体732(1)和732(2)将热电偶连接至合适的温度测量电路(未示出)。尽管本领域技术人员知道，但为了完整起见，图6的注射模制设备700的其他部件包括：阀杆736，设置在喷嘴704的喷嘴主体744内的熔融物通道740中；用于致动阀杆的阀致动器748，例如气动、液压、或者电动致动器；和热流道歧管752，用于将一种或多种熔融物(未示出)馈送至喷嘴。

以上公开了示例性实施例并在附图中示出了示例性实施例。本领域的技术人员会理解，在不背离本发明的精神和范围下，可以对本文具体公开的内容进行各种改变、省略和添加。