[發(fā)明專利]聚合物復(fù)雜形面光學(xué)器件精密注塑成型方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710384687.7
• 申請(qǐng)日: 2017-05-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107310092B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張楠;張皓洋;房豐洲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C45/00
• 分類號(hào): B29C45/00;B29C45/17;B29C45/78;B29C45/73;B29L11/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉國(guó)威

1.一種聚合物復(fù)雜形面光學(xué)器件精密注塑成型裝置，其特征是，由注塑機(jī)、模具、基于面形的多段變模溫輔助成型系統(tǒng)和模內(nèi)微動(dòng)校形輔助成型系統(tǒng)組成，其中，基于面形的多段變模溫輔助成型系統(tǒng)由變模溫電源模塊、變模溫控制模塊、加熱元件、隔熱元件、冷卻水路和變模溫傳感模塊實(shí)現(xiàn)，用于在充填和保壓階段，使模面溫度高于材料玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度或接近材料熔融溫度，減小聚合物注入模具時(shí)由于壁面剪切所引發(fā)的分子鏈取向，進(jìn)而減小流動(dòng)引發(fā)的殘余應(yīng)力；之后逐漸降低模具溫度至材料粘彈態(tài)溫度，與微動(dòng)壓縮相配合，實(shí)現(xiàn)特征復(fù)制；

模內(nèi)微動(dòng)校形輔助成型系統(tǒng)由微動(dòng)電源模塊、微動(dòng)控制模塊、微動(dòng)壓縮驅(qū)動(dòng)器、成型隔熱元件和微動(dòng)傳感模塊組成，有兩種運(yùn)行方式：一是在冷卻過(guò)程中，在粘彈態(tài)溫度范圍對(duì)材料進(jìn)行微動(dòng)壓縮來(lái)精密調(diào)控樣品面形及微納米結(jié)構(gòu)復(fù)制精度，并進(jìn)一步釋放熱殘余應(yīng)力，然后在微動(dòng)壓縮狀態(tài)下降低模具溫度至材料的熱變形溫度以下；二是冷卻樣品至熱變形溫度成型預(yù)制件，然后升高模溫至粘彈態(tài)溫度，通過(guò)微動(dòng)壓縮下的材料蠕變實(shí)現(xiàn)面形校正，并進(jìn)一步釋放殘余應(yīng)力，之后在微動(dòng)壓縮狀態(tài)下降低模具溫度至材料的熱變形溫度以下。

2.如權(quán)利要求1所述的聚合物復(fù)雜形面光學(xué)器件精密注塑成型裝置，其特征是，微動(dòng)壓縮的行程通過(guò)微動(dòng)壓縮驅(qū)動(dòng)器內(nèi)集成的電阻應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量，能夠進(jìn)行單向模內(nèi)微動(dòng)校形或多向模內(nèi)微動(dòng)校形。

3.一種聚合物復(fù)雜形面光學(xué)器件精密注塑成型方法，其特征是，由注塑工藝、變溫工藝及校形工藝組成，其中變溫工藝與基于面形的多段變模溫輔助成型系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，校形工藝與模內(nèi)微動(dòng)校形輔助成型系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)；注塑工藝由塑化、注射、保壓、冷卻、開(kāi)模、頂出及合模組成，其中塑化與冷卻、開(kāi)模及頂出工藝環(huán)節(jié)并行；同時(shí)，在一個(gè)注塑循環(huán)中，變溫工藝由線圈加熱、水道冷卻和線圈加熱環(huán)節(jié)組成，校形工藝由微動(dòng)壓縮/執(zhí)行和微動(dòng)壓縮/釋放環(huán)節(jié)組成；注塑工藝、變溫工藝和校形工藝并行進(jìn)行；

模具內(nèi)基于面形的變模溫輔助成型通過(guò)設(shè)計(jì)加熱和冷卻系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，加熱及冷卻系統(tǒng)包括加熱元件、隔熱元件及冷卻水路，加熱方式可以在電磁感應(yīng)加熱、陶瓷加熱、液體加熱中選擇，冷卻方式可以在液體冷卻和氣體冷卻中選擇；對(duì)于自由曲面面形變化較大的情況，加熱、冷卻系統(tǒng)及其封裝需根據(jù)光學(xué)元件面形變化設(shè)計(jì)為三維結(jié)構(gòu)；整體加熱及冷卻系統(tǒng)集成在定模模仁、動(dòng)模模仁上，模仁外部安裝陶瓷隔熱套筒，來(lái)實(shí)現(xiàn)模仁快速升溫及冷卻；變模溫傳感模塊可在溫度傳感器、壓力傳感器和溫度及壓力傳感器中選擇，從而對(duì)模內(nèi)溫度和壓力進(jìn)行測(cè)量；基于面形變溫輔助成型系統(tǒng)采用與注塑工藝相似的時(shí)序控制方法，通過(guò)注塑機(jī)注射信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)，通過(guò)變模溫電源模塊供電，通過(guò)變模溫控制模塊驅(qū)動(dòng)加熱和冷卻系統(tǒng)工作，并通過(guò)變模溫傳感模塊采集模內(nèi)溫度數(shù)據(jù)；根據(jù)模腔內(nèi)溫度及壓力測(cè)量數(shù)據(jù)，確保模腔內(nèi)壓力不超過(guò)微動(dòng)校形系統(tǒng)的最大輸出壓力；

微動(dòng)壓縮輔助校形有兩種運(yùn)行方式：一是在冷卻過(guò)程中，在粘彈態(tài)溫度范圍對(duì)材料進(jìn)行微動(dòng)壓縮來(lái)精密調(diào)控樣品面形及微納米結(jié)構(gòu)復(fù)制精度，并進(jìn)一步釋放熱殘余應(yīng)力，然后在微動(dòng)壓縮狀態(tài)下降低模具溫度至材料的熱變形溫度以下；二是冷卻樣品至熱變形溫度成型預(yù)制件，然后升高模溫至粘彈態(tài)溫度，通過(guò)微動(dòng)壓縮下的材料蠕變實(shí)現(xiàn)面形校正，并進(jìn)一步釋放殘余應(yīng)力，之后在微動(dòng)壓縮狀態(tài)下降低模具溫度至材料的熱變形溫度以下。

4.如權(quán)利要求3所述的聚合物復(fù)雜形面光學(xué)器件精密注塑成型方法，其特征是，通過(guò)精密微動(dòng)壓縮系統(tǒng)的執(zhí)行裝置啟動(dòng)微動(dòng)壓縮，模具內(nèi)微動(dòng)校形系統(tǒng)由微動(dòng)壓縮驅(qū)動(dòng)器和隔熱元件構(gòu)成，配合動(dòng)模模仁進(jìn)行微動(dòng)校形；微動(dòng)傳感模塊在電阻式傳感器、電容式傳感器和電感式傳感器中選擇，從而對(duì)微動(dòng)壓縮的行程進(jìn)行測(cè)量，配合微動(dòng)壓縮驅(qū)動(dòng)器在厚度公差范圍內(nèi)對(duì)樣品進(jìn)行校形。