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CN106976209A - 一种利用光固化成型制作树脂注塑模具及注塑方法 - Google Patents

一种利用光固化成型制作树脂注塑模具及注塑方法 Download PDF

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CN106976209A CN201710209807.XA CN201710209807A CN106976209A CN 106976209 A CN106976209 A CN 106976209A CN 201710209807 A CN201710209807 A CN 201710209807A CN 106976209 A CN106976209 A CN 106976209A
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resin injection
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刘亚雄
孙文森
贺健康
连芩
王玲
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Xian Jiaotong University
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract

一种利用光固化成型制作树脂注塑模具及注塑方法，注塑模具包括外部框架以及设置在外部框架内的3D打印模具，其中，3D打印模具为树脂模具，3D打印模具外侧与外部框架的内壁之间通过金属杆阵列，或者垫块和侧垫板结合进行均匀的力学支撑。该注塑方法包括以下步骤：根据患者的CT扫描数据设计个性化植入物，然后根据个性化植入物得到的负型设计出个性化植入物的注塑模具模型；根据注塑模具模型，光固化成型制作树脂模具，即3D打印模具；将3D打印模具与外部框架的内壁通过金属杆阵列或垫块均匀分布式支撑，进而完成注塑。本发明通过光固化成形制作个性化注塑模具，用于高分子材料的注塑，利用光固化成型制作注塑物模具，通过注塑制造高分子个性化零件。

Description

一种利用光固化成型制作树脂注塑模具及注塑方法
技术领域：
本发明属于医疗器材制备领域，具体涉及一种光固化成型制作树脂注塑模具及注塑方法。
背景技术：
随着3D打印技术的发展，医疗植入物开始走个性化制造的路线，性能优良的高分子材料(聚醚醚酮等)获得了巨大的关注。高分子材料的现有加工工艺主要有数控加工、注塑、3D打印三种。
数控加工虽然能达到很高的加工精度，但它的材料浪费严重，加工的成本极高，而且对于加工薄壁类的零件非常困难；3D打印虽然能有效降低个性化零件的加工成本，但其制作出的零件普遍存在材质疏松等问题，机械性能也很难满足行业使用的要求；注塑加工高分子材料，由于需要高昂的金属模具加工成本，只有极少数应用于科研实验环节。
因此，如何用较低的成本制作优异机械性能的个性化零件成为当代工程师极需解决的问题。
发明内容：
本发明的目的在于克服传统的制造方法存在的缺陷或不足，提供了一种光固化成型制作树脂注塑模具及注塑方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：
一种利用光固化成型制作树脂注塑模具，包括外部框架以及设置在外部框架内的3D打印模具，其中，
3D打印模具为树脂模具，3D打印模具外侧与外部框架的内壁之间通过金属杆阵列，或者垫块和侧垫板结合进行均匀的力学支撑。
本发明进一步的改进在于，外部框架包括平行设置的前夹板和后夹板，以及设置在前夹板和后夹板之间的左夹板、右夹板和下夹板，形成顶部开口的外部框架。
本发明进一步的改进在于，该树脂模具采用的注塑材料为能够熔融注塑的高分子材料。
本发明进一步的改进在于，高分子材料选用聚芳醚酮、聚醚醚酮\聚醚酮\聚醚酮酮、聚己内酯、聚乳酸、聚酰亚胺或者聚醚砜。
本发明进一步的改进在于，注塑机加热高分子材料的温度应高于其熔点10-80℃，压力在1-50MPa。
本发明进一步的改进在于，3D打印模具的壁厚不低于0.5mm。
本发明进一步的改进在于，金属杆与3D打印模具之间的接触面为针状点接触、平面接触、半球面接触或者曲面接触。
本发明进一步的改进在于，金属杆与3D打印模具之间通过填充剂传递支撑力，填充剂选用速干水泥或者石膏。
一种利用光固化成型制作树脂注塑方法，该方法基于上述一种利用光固化成型制作树脂注塑模具，包括以下步骤：
1)根据患者的CT扫描数据设计个性化植入物，然后根据个性化植入物得到的负型设计出个性化植入物的注塑模具模型；
2)根据注塑模具模型，光固化成型制作树脂模具，即3D打印模具；
3)将3D打印模具与外部框架的内壁通过金属杆或垫块均匀分布式支撑，进而完成注塑。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中，光固化成型材料选用光敏树脂。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点：
本发明提供的一种利用光固化成型制作树脂注塑模具，包括外部框架和设置在外部框架内的3D打印模具，且3D打印模具树脂模具，3D打印模具外侧与外部框架的内壁之间通过金属杆阵列，或者垫块和侧垫板结合进行均匀的力学支撑，由于3D打印模具的型腔可以根据患者的CT扫描数据设计个性化植入物，然后根据个性化植入物得到的负型设计，因此，使得本发明能够实现多种作何模具，进而注塑个性化产品。
进一步的，外部框架由前夹板、后夹板、左夹板和下夹板形成顶部开口的外部框架，并且可以重复利用，成本低廉。
进一步的，树脂模具采用3D打印个性化生产制造，成本低，容易操作，精度高。
本发明提供的一种利用光固化成型制作树脂注塑方法，采用塑料模芯，可以注塑生产耐高温特种工程塑料，有以下几处优点：
1、3D打印树脂模芯在60度左右软化，但经过填充材料和金属框架夹持稳定，可以注塑生产370度以上的特种工程塑料如聚醚醚酮等。
2、光固化成型制作树脂注塑模具可以实现“多种材料，一套工艺”。
3、光固化成型制作树脂注塑模具可以进行高压注塑，相比于传统的3D打印技术，可以有效解决3D打印零件材质疏松、机械性能不足的问题，非常适合于制作高性能薄板类的个性化零件。
综上所述，本发明通光固化成型制作树脂注塑模具，然后通过注塑制得所需要的个性化零件，是一种获得高性能高分子材料个性化植入物的有效方式。
附图说明：
图1是本发明所述的垫块均匀支撑树脂模具的模具结构图；
图2是本发明所述的利用金属条均匀支撑内模具原理图；
图3是本发明所述的无支撑树脂模具(厚度较大)注塑原理图；
图4是本发明所述的利用填充剂支撑树脂模具注塑原理图。
图中：1-前夹板，2-左夹板，3-下夹板，4-后夹板，5-右夹板，6-垫块，7-3D打印模具，8-侧垫板，9-拧紧螺钉，10-金属杆阵列，11-高分子材料，12-填充剂，13-外部框架；
701-注塑口，702-排气孔。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
如图1所示，本发明提供的一种利用光固化成型制作树脂注塑模具，包括外部框架13以及设置在外部框架13内的3D打印模具7，其中，3D打印模具7为树脂模具，3D打印模具7外侧与外部框架13的内壁之间通过金属杆阵列10，或者垫块6和侧垫板8结合进行均匀的力学支撑，3D打印模具7上开设有相对设置的注塑口701和排气孔702。
其中，外部框架包括平行设置的前夹板1和后夹板4，以及设置在前夹板1和后夹板4之间的左夹板2、右夹板5和下夹板3，形成顶部开口的外部框架。
优选的，该树脂注塑模具采用的注塑材料为能够熔融注塑的高分子材料11，高分子材料11的原料为粒料，如聚芳醚酮(PAEK)、聚醚醚酮\聚醚酮\聚醚酮酮(PEEK\PEK\PEKK)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚酰亚胺(PI)、聚醚砜(PES)。
优选的，3D打印模具7的结构是根据个性化植入物的三维模型得到的负型(凹模)进行设计，模具壁厚不低于0.5mm。
注塑时，利用金属杆阵列10或垫块在3D打印模具7外侧对其进行均匀的力学支撑，金属杆阵列10横向宽度为1-20mm。此外，注塑机加热高分子材料11的温度应高于其熔点10-80℃，压力在1-50MPa。
金属杆阵列10与3D打印模具7之间的接触面为针状点接触、平面、半球面、曲面接触均可。
金属杆阵列10与3D打印模具7之间通过填充剂12传递支撑力，填充剂12种类包括：速干水泥、石膏等速干加强材料，其共同特征是速干和干后硬度高。
本发明提供的一种利用光固化成型制作树脂注塑方法，包括以下步骤：
1)根据患者的CT扫描数据设计个性化植入物，然后根据个性化植入物得到的负型设计出个性化植入物的注塑模具模型；
2)根据注塑模具模型，光固化成型制作树脂模具，即3D打印模具7，其中，光固化成型材料为光敏树脂；
3)将3D打印模具7与外部框架的内壁通过金属杆阵列10或垫块均匀分布式支撑，进而完成注塑。
需要注意的是，注塑过程中包含3D打印模具7清洗消毒，注塑机料仓清洗等安全保护过程。

Claims (10)

1.一种利用光固化成型制作树脂注塑模具，其特征在于，包括外部框架(13)以及设置在外部框架(13)内的3D打印模具(7)，其中，
3D打印模具(7)为树脂模具，3D打印模具(7)外侧与外部框架(13)的内壁之间通过金属杆阵列(10)，或者垫块(6)和侧垫板(8)结合进行均匀的力学支撑。
2.根据权利要求1所述的一种利用光固化成型制作树脂注塑模具，其特征在于，外部框架(13)包括平行设置的前夹板(1)和后夹板(4)，以及设置在前夹板(1)和后夹板(4)之间的左夹板(2)、右夹板(5)和下夹板(3)，形成顶部开口的外部框架(13)。
3.根据权利要求1所述的一种利用光固化成型制作树脂注塑模具，其特征在于，该树脂模具采用的注塑材料为能够熔融注塑的高分子材料(11)。
4.根据权利要求3所述的一种利用光固化成型制作树脂注塑模具，其特征在于，高分子材料(11)选用聚芳醚酮、聚醚醚酮\聚醚酮\聚醚酮酮、聚己内酯、聚乳酸、聚酰亚胺或者聚醚砜。
5.根据权利要求4所述的一种利用光固化成型制作树脂注塑模具，其特征在于，注塑机加热高分子材料(11)的温度应高于其熔点10-80℃，压力在1-50MPa。
6.根据权利要求1所述的一种利用光固化成型制作树脂注塑模具，其特征在于，3D打印模具(7)的壁厚不低于0.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种利用光固化成型制作树脂注塑模具，其特征在于，金属杆与3D打印模具(7)之间的接触面为针状点接触、平面接触、半球面接触或者曲面接触。
8.根据权利要求1所述的一种利用光固化成型制作树脂注塑模具，其特征在于，金属杆与3D打印模具(7)之间通过填充剂(12)传递支撑力，填充剂(12)选用速干水泥或者石膏。
9.一种利用光固化成型制作树脂注塑方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至8中任一项所述的一种利用光固化成型制作树脂注塑模具，包括以下步骤：
1)根据患者的CT扫描数据设计个性化植入物，然后根据个性化植入物得到的负型设计出个性化植入物的注塑模具模型；
2)根据注塑模具模型，光固化成型制作树脂模具，即3D打印模具(7)；
3)将3D打印模具(7)与外部框架(13)的内壁通过金属杆或垫块均匀分布式支撑，进而完成注塑。
10.根据权利要求9所述的一种利用光固化成型制作树脂注塑方法，其特征在于，步骤2)中，光固化成型材料选用光敏树脂。
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