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KR20200138163A - 물품을 미세성형하기 위한 방법 - Google Patents

물품을 미세성형하기 위한 방법 Download PDF

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KR20200138163A
KR20200138163A KR1020207021062A KR20207021062A KR20200138163A KR 20200138163 A KR20200138163 A KR 20200138163A KR 1020207021062 A KR1020207021062 A KR 1020207021062A KR 20207021062 A KR20207021062 A KR 20207021062A KR 20200138163 A KR20200138163 A KR 20200138163A
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nozzle
pressure
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하랄트 슈미트
Original Assignee
웨스트폴 어퀴지션 Iii, 아이엔씨.
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Publication date
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Abstract

본 명세서에는 물품을 미세 성형하기 위한 방법이 개시된다. 본 방법은 가소화 배럴 내에서 열가소성 재료를 제 1 레벨로 용융 및 사전 가압하는 단계를 포함한다. 핫 러너 내에서, 열가소성 재료의 용융 압력은 제 2 레벨로 조작된다. 열가소성 재료의 용융 압력은 밸브 게이트 노즐 내에서 울트라 캐비티 패킹 압력으로 조작된다.

Description

물품을 미세성형하기 위한 방법
본 명세서에서 달리 지시되지 않는 한, 본 섹션에 기술된 재료는 본 출원의 청구범위에 대한 선행기술이 아니며 본 섹션에 포함됨으로써 선행기술로 인정되는 것은 아니다.
본 발명의 주제는 전반적으로 사출 성형에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 주제는 미세 부품의 사출 성형, 사출 성형 장치 내의 용융 재료의 압력과 온도의 제어 및 용융 재료의 용융물 체류 시간; 그리고 잠재적으로는 캐비티 충전 시간도 어느 정도 개선하는 것과 관련되지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
하나 또는 다수의 몰드 캐비티에서 1그램 이상의 중량을 갖는 열가소성 부품을 성형하기 위한 종래의 사출 성형기는 내부 플런저 나사를 갖는 가열된 사출 배럴을 사용한다. (플라스틱으로도 지칭될 수 있는) 열가소성 펠릿은 배럴에 들어가고 배럴 내부의 나사 회전에 의해 운반된다. 나사 길이 대 지름 비는 일반적으로 20:1이며, 플라스틱 펠릿은 나사의 전단을 향해 이동하는 동안 용융된다. 나사의 전단에서 플라스틱 재료는 최종 가공 온도 및 원하는 용융 점도에 도달한다. 나사의 단부는 용융물이 되돌아오거나 백업하는 것을 방지하는 체크 밸브를 가진 플런저로서 설계된다. 나사 앞의 챔버의 부피는 플라스틱 용융물의 원하는 사출 부피를 계량한다. 샷 부피를 계량하기 위해, 나사가 회전하여 제어된 위치로 복귀한다. 이러한 나사 동작은 모든 성형 사이클마다 용융 챔버를 재충전하며 이를 재충전 단계라고 한다. 이 시점에서 챔버의 용융물은 (배압으로 인해) 저압이며 가열된 용융물 팽창은 최고 수준이다. 이어지는 사출 단계는 배럴에서 몰드로 용융물을 운반하고 몰드 캐비티 또는 여러 몰드 캐비티를 채운다. 사출 단계가 시작되면 배럴 내부의 나사가 앞으로 이동하여 나사 앞의 용융물을 가압하고 변위시킨다. 플라스틱 용융물이 압축성 유체이고 사출 압력의 구축 동안 용융물 부피가 변화할 것이며 용융물 밀도가 증가하거나 특정한 용융물 부피가 감소하기 때문에, 나사 및 용융물 점도의 제어된 힘과 속도는 사출 압력의 상승 및 캐비티의 충전 시간을 정의한다.
나사 앞의 모든 용융물이 캐비티로 주입되는 것은 아니며; 나사가 주입 스트로크로 바닥에서 나가는 것을 방지하도록 배럴 챔버의 전단에 소정의 양이 용융물 쿠션으로서 남아있다. 또한 몰드 내부의 핫 러너 시스템 내에서의 용융물 분배로, 핫 러너 용융물 채널은 추가의 잔여 용융물 부피를 포함한다. 나사 앞의 총 용융물은 특히 작은 플라스틱 부품을 성형할 때 사출 계량 문제를 나타내는 상당한 점탄성의, 압축성 부피까지 추가한다.
종래의 사출 성형기의 최소 나사 지름은 일반적인 크기의 플라스틱 팰릿에 대해서 14.0mm이며 200MPa에 이르는 사출 압력이 가능하다. 이러한 용융 압력은 종종 높은 점도의 플라스틱 용융물을 주입하기 위해 요구된다. PC, PSU 또는 PEI와 같은 열가소성 재료는 얇은 벽과 정교한 특징으로 몰드 캐비티를 채우기 위해 이러한 높은 용융 압력이 필요한 예이다. 이러한 고압을 생성할 때 더 작은 지름의 나사는 파손될 수 있다. 14.0mm 주입 나사를 이용한 작은 샷 크기의 정확한 계량은 1.0mm의 스트로크가 154㎣의 주입량을 생성할 수 있기 때문에 불가능하다. 따라서 100㎣ 미만의 플라스틱 미세 부품은, 특히 플라스틱 용융물이 고압에서 자신의 비체적(Specific volume)을 변화시키는 점탄성 특성의 압축성 유체임을 고려할 때 계량 스트로크의 훨씬 높은 분해능을 필요로 한다.
단일 단계 사출로 알려진 단일 유닛 나사/플런저 조합을 이용해 작은 용융 량을 계량하는 단점을 극복하기 위해서, 최신 기술의 미세 사출 성형기는 2-단계 사출로 알려진 나사 및 플런저 조합을 갖는다. 플라스틱 배럴을 나사 배럴에서 권장 가공 온도의 최대치까지 용융 및 가열하고 별도의 플런저를 이용해 용융물을 주입하는 것은 체크 밸브 또는 차단 밸브로 분할되는 두 가지 기능적인 기계 요소이다. 별도의 가열 배럴 내의 나사는 플라스틱 펠릿을 녹이고 용융물을 권장 용융물 공정 온도까지 가열한다. 별도의 플런저 배럴은 샷 부피를 재충전하고 주입 압력과 용융 주입 속도를 생성한다. 이러한 설계를 이용하면 작은 플런저 지름, 예로서 4.0mm의 플런저 지름이 더욱 긴 플런저 스트로크에서 발생한다. 이는 주입 스트로크의 보다 정밀한 분해능 및 보다 정확한 제어를 제공한다. 예를 들어, 1.0mm의 스트로크를 이용하여 지름 4.0mm 플런저가 12.56㎣의 샷 볼륨을 나타낸다. 이 예에서, 이론적으로 100㎣ 미세 부품 부피를 얻으려면 8.0mm의 플런저 스트로크가 요구될 수 있다.
그러나 4.0mm 플런저를 이용하여 10㎣ 미만의 미세 부품을 계량하는 것은, 특히 미세 부품이 사이클 후 사이클을 요구할 때 ±5% 미만의 부품 중량 일관성이라는 다른 샷 제어 문제를 나타낼 것이다. 이러한 경우, 플런저의 스트로크 제어는 ±0.04mm 미만이어야 할 수 있다. 미세 부품을 1㎣까지 추가로 축소할 경우, 플런저 스트로크 제어는 0.004mm 반복 정확도가 필요할 수 있다. 그러나 이것이 유일한 제한은 아니다.
미세 부품 부피가 작을수록, 4.0mm 플런저를 이용한 미세 부품 부피의 정확한 계량이 점점 어려워진다. 종래 기술의 2-단계 미세 성형기 내의 플런저 스트로크는 용융 점도, 용융 주입량 및 용융물 밀도의 동적 변화를 구축한다. 플런저로부터 마이크로 몰드 캐비티으로의 용융물 분배 채널이 미세 부품 자체보다 훨씬 큰 용융 부피를 포함하기 때문에, 이러한 가공 변수는 몰드 캐비티가 증가함에 따라 몰드 내에서 증가한다. 따라서 2-단계 플런저 사출 성형기는 낮은 캐비티 몰드의 사용으로 제한된다. 이는 낮은 생산량을 발생시킨다. 오직 하나의 플런저를 사용하여 용융물을 다수의 마이크로 캐비티(예로서, 8, 16, 32 캐비티)로 계량하고 콜드 러너 또는 핫 러너로 알려진 몰드 내에서 다중 분기형의, 자연 분기된 용융물 채널 시스템을 통해서 용융물을 분배하는 것은 보다 많은 용융 부피로 이어진다. 이러한 러너 채널은 플런저 앞의 압축성 용융 부피의 기하급수적인 증가를 구성할 수 있다. 예를 들어, 230℃에서 1000㎣ 러너 부피의 PP 용융물은 0MPa 용융물 압력에서 200MPa까지 20%만큼 압축할 수 있다. 부피 변화는 200㎣이다. 다시 말해, 용융물은 플런저 스트로크의 20%를 흡수하여 그 일부를 점탄성 에너지 및 내부 마찰 열에너지로 저장한다. 이러한 조건에서 일관적이고 재생가능한 미세 사출 성형 공정은 제어 및 유지하기가 어렵다.
10㎣ 미만의 부품 부피를 갖는 점점 더 작은 미세 부품을 성형할 때 용융물 체류 시간이 증가함에 따라 복잡성이 더욱 증가한다. 용융물 체류 시간은 용융물이 나사 배럴로부터 플런저 내로 그로부터 분배 채널을 통해 몰드 캐비티 내로 이동하는 동안 공정 온도에 노출되는 시간이다. 열가소성 재료 및 첨가제는 열적 열화 및 물리적 특성의 손실 없이 장기간 공정 온도로의 노출을 허용하지 않는다. 미세 부품은 전형적으로 3 내지 6초의 사이클 시간 또는 분당 10 내지 20개의 성형 사이클을 가지고 사출 성형되며, 이는 1시간보다 긴 용융물 체류 시간을 발생시킬 것이다. 많은 열가소성 재료는 이러한 조건 하에서 상당한 수준의 용융물 열화를 경험한다. 예를 들어, 200℃의 공정 온도에서 POM의 용융물 체류 시간은 약 10-15분이다. 다른 예로서, 385℃의 공정 온도에서 PSU의 용융물 체류 시간은 약 20-30분이다. 이러한 경우에, 샷 부피의 증가에 의해 용융물 체류 시간을 증가시키기 위해 10배, 100배 또는 심지어 1000배의 콜드 러너 부피가 종종 실제 미세 부품에 부착되고 있다. 그러나 콜드 러너는 낭비되는 재료이다. 이것은 공정 제어를 희석시키고 비용이 100USD/kg을 초과할 수 있거나 또는 심지어 1000USD/kg을 초과할 수 있는 고가의 열가소성 재료의 공정에서의 옵션은 분명히 아니다.
미세 부품은 1000mg 미만의 부품 중량으로 정의된다. 그러나 100mg 미만 또는 10mg 미만의 중량을 갖는 부품의 사출 성형 공정은 점점 더 까다로워지고 있다.
미세 부품은 단지 수 밀리미터 또는 그보다 작은 크기를 측정하고 치수 공차는 종종 마이크로미터 범위에서 정의된다. 지정된 공차 내에서 완전 자동화된 생산을 유지하는 것이 가장 중요하다. 그러나 공차 및 무게를 유지하고 몰드 캐비티 부품의 미세한 특징을 모방하는 것이 유일한 목적은 아니다. 미세 부품의 품질은 높은 광학적 특성, 전기적 및 기계적 특성을 요구할 수 있다. 미세 부품에서 개발된 중합체 모폴로지는 그보다 큰 플라스틱 부품에서 개발된 것과 상이하기 때문에, 미세 성형 공정은 더욱 큰 크기의 플라스틱 부품에 사용된 사출 성형 공정과 직접 비교할 수 없다. 예를 들어, 종종 플라스틱 펠릿보다 작은 부피를 갖는 미세 부품의 용융 열 엔탈피는 매우 낮다. 따라서, 용융물이 몰드 캐비티를 채울 때, 용융물은 1초 이내에 빠르게 냉각된다. 높은 캐비티 용융 압력에서의 이러한 빠른 냉각 시간은 2-단계 사출 성형 공정의 경우보다 훨씬 빠른 응고로 이어진다.
단일 및 2-단계 성형 공정은 유지 단계 또는 패킹 압력 단계 동안 캐비티에 추가 용융물을 적용함으로써 수축을 보상하고자 시도한다. 냉각 시간 동안의 패킹 단계는 흐름 오리피스 또는 게이트가 개방되어 응고되지 않는 한 캐비티 내부에서만 유효하다. 이것은 치수 공정 제어를 제한한다. 핫 러너 밸브 게이트는 더 큰 게이트 오리피스를 제공하는 포지티브 차단 장치로, 패킹하기에 충분한 시간 동안 게이트를 열어둘 것이다. 미세 부품이 캐비티로부터 배출된 후에도 부품 수축은 계속된다. 이는 실제 캐비티 치수와 상이한 치수 공차의 변화를 추가로 발생시킨다. 종래의 미세 사출 성형기는 플런저를 사용하여 적용될 수 있는 패킹 압력으로 부품 응고 전에 플라스틱 부품의 수축을 보상하고자 시도한다. 성형 사이클에서 이러한 단계는 마이크로 캐비티 내에 더 많은 용융물을 전달하는 동시에 냉각 중에 부품이 부피 수축을 겪는다. 2-단계 공정에서 미세 부품은 일반적으로 부착된 콜드 러너로 성형되기 때문에, 콜드 러너와 마이크로 캐비티 사이의 연결 채널(소위 터널 게이트)이 응고되고 캐비티 내로의 필요한 추가 용융물 공급을 이용한 부품 수축의 보상은 불가능하다. 그 결과는 품질이 좋지 않은 미세 부품 및 폐기물 부산물로서 잘 패킹된 콜드 러너이다.
1987년 5월 5일 Husky에게 허여된 미국 특허 제4,662,837호는 성형된 물품을 제조하기 위한 종래의 사출 성형을 보여준다. 용융된 플라스틱 재료는 압력 성형 수단을 사용하여 사출 도관을 통해 매니폴드로 진행한다. 용융된 플라스틱 재료는 주입 노즐 채널을 통해 주입 노즐로 향해진다. 다이 캐비티를 갖는 다이 조립체는 노즐의 팁에 제공된다. 노즐은 용융된 플라스틱 재료를 다이 캐비티 내로 주입한다. 이 특허에 따른 장치는 재료가 사출 도관에 도입된 시점부터 이것이 노즐의 팁을 빠져나올 때까지 용융된 플라스틱 재료의 압력 및 온도를 증가시키지 못한다. 재료의 용융 온도가 (이 특허 출원의) 장치 전체에 걸쳐 유지됨에 따라, 재료는 열적 열화 및 물리적 특성의 손실을 경험한다.
Hummingbird에 의해 2003년 10월 8일 출원된 미국 특허출원 제10/681,065호는 플라스틱 물질을 배럴로부터 매니폴드 내로 주입하기 위한 나사를 포함하는 배럴을 도시한다. 용융 플라스틱 재료는 매니폴드에 의해 정의된 러너 시스템 내에서 흐른다. 계량 장치는 매니폴드에 연결되어 매니폴드로부터 주입 장치(노즐) 내로 필요한 용융물을 계량하여 보낸다. 주입 장치는 계량된 용융물을 몰드 캐비티 내로 주입한다.
유럽 특허 제1912773호는 성형된 요소를 생산하는 방법을 설명한다. 용융물은 성형 공구에 도입된다. 용융물의 압력은 몰드에 의해 용융물이 응고하는 정도로 증가된다. 이어서, 용융물이 냉각되어 원하는 생성물을 획득한다. 이 특허는 또한 컴퓨터 프로그램을 사용하여 제어될 수 있는 몰드 캐비티 내의 압력을 변화시키기 위한 제어 메커니즘을 기술한다. 이 특허는 재료가 사출 도관에 도입된 시점부터 이것이 노즐의 팁을 빠져나올 때까지 용융된 플라스틱 재료의 압력 및 온도를 증가시키지 못한다. 재료의 용융 온도가 (이 특허 출원의) 장치 전체에 걸쳐 유지됨에 따라, 재료는 열적 열화 및 물리적 특성의 손실을 경험한다. 또한, 이 특허는 바람직한 수준보다 더 많은 수축을 나타낸다.
발명의 명칭 " Dynamic Feed"인 Kazmer의 US 66320791은 다중 캐비티 밸브 게이트 핫 러너 시스템 및 사출 충전 시간 및 유지 압력 시간 동안 기계 용융 압력을 제어하기 위한 용융 압력 센서를 사용한다. 다중 캐비티 몰드에서 밸브 핀의 일부분은 원추형으로 형성되며 개별 몰드 캐비티를 채우고 패킹하는 동안 용융 압력 프로파일을 변경하기 위해 각각의 노즐에 대해 핫 러너 용융 채널 내부에서 조정 가능한 초크로서의 역할을 한다. 장점은 각각의 몰드 캐비티가 부품 수축을 최적화하도록 자체의 개별 용융 압력 프로파일을 수용할 수 있으며, 따라서 서로 다른 벽 섹션 두께와 부품 형상을 갖는 정밀 부품이 다중 캐비티 몰드 내에서 성형될 수 있다는 것이다.
발명의 명칭 "A Method For Controlling The Holding Pressure Phase During The Injection Molding Of Thermoplastics"인 Lauterbach의 EP 0461143 A1 및 발명의 명칭 "Process And Device For Controlling The Compression Phase In The Injection Molding Of Thermoplastic Molding"인 Wippenbeck의 DE 3608973 A1는 모두 기계 나사 제어를 이용한 성형 파라미터의 제어를 개진한다. 각각의 사출 사이클에 대한 이러한 종래의 사출 압력 프로파일은 항상 대기 용융 압력으로 시작한다. 캐비티를 채우기 위해 기계 나사 배럴의 압력이 상승한다. 나사 전방 이동에 의한 용융 압축은 샷 계량의 일부이다. 캐비티 충전 단계의 끝에서 플라스틱 재료의 부피 수축을 보상하는 패킹 압력을 따르는 동시에 전이 온도에서 고체 상태에 도달할 때까지 냉각한다. 그로부터 몰드 캐비티 내부의 열가소성 부품이 부품 배출 온도에 도달하고 최종적으로 실온으로 냉각될 때까지 계속 수축한다.
전술된 논의의 관점에서, 미세 부품을 성형하고 성형 장치 내의 체류 시간을 증가시키기 위한 향상되고 개선된 기술이 필요하다.
일 실시예에서, 열가소성 재료가 밸브 게이트 노즐로부터 빠져나와 몰드 캐비티에 들어가도록 가소화 배럴로부터 이동할 때 열가소성 재료의 온도 및 압력을 캐스케이딩함으로써 물품을 미세 성형하기 위한 방법이 제공된다. 본 방법은 가소화 배럴 내에서 열가소성 재료를 제 1 레벨로 용융 및 사전 가압하는 단계를 포함한다. 핫 러너(hot runner) 내에서 열가소성 재료의 용융 압력은 제 2 레벨로 조작된다. 제 1 레벨에서의 압력은 제 2 레벨에서의 압력보다 작다. 열가소성 재료의 용융 압력은 밸브 게이트 노즐 내에서 울트라-캐비티 패킹 압력(ultra1-cavity packing pressure)으로 조작된다. 제 2 레벨의 압력은 상기 울트라 캐비티 패킹 압력보다 작다.
다른 실시예에서, 열가소성 재료가 가소화 배럴을 빠져나가기 전에 열가소성 재료가 제 1 온도로 가열된다. 제 1 온도는 열가소성 재료의 용융 온도보다 높고 열가소성 재료의 가공 온도보다 낮다. 또한, 열가소성 재료가 매니폴드를 빠져나간 후에 그러나 열가소성 재료가 밸브 게이트 노즐을 빠져나가기 전에, 열가소성 재료가 가공 온도로 가열된다.
또 다른 실시예에서, 열가소성 재료의 온도는 가열된 제 1 매니폴드에서 조절된다. 또한, 열가소성 재료의 온도는 제 1 매니폴드로부터 분기하는 가열된 서브 매니폴드에서 조절된다. 추가로, 열가소성 재료의 온도는 열가소성 재료가 몰드 캐비티로 들어가는 가열된 노즐에서 조절된다. 자체 내의 가열된 노즐은 원하는 용융 가공 온도를 제어하는 몰드 캐비티에 가장 가까운 온도를 갖는 다수의 온도 프로파일된 가열 구역들을 가질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 열가소성 재료를 가소화 배럴로부터 매니폴드 내로 배출하도록 제 1 이동 조립체가 작동된다. 제 1 이동 조립체를 작동시키는 단계는 가소화 배럴 내에 위치된 나사를 회전시키는 단계를 포함한다. 또한, 매니폴드로부터 노즐 내로의 열가소성 재료의 배출량을 제어하도록 제 2 이동 조립체가 작동된다. 제 2 이동 조립체를 작동시키는 단계는 매니폴드로부터 노즐 내로의 열가소성 재료의 원하는 배출량에 기초하여 제 1 방향 또는 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로의 플런저의 이동을 포함한다. 또한, 노즐로부터 몰드 캐비티 내로의 열가소성 재료의 배출을 조절하도록 제 3 이동 조립체가 작동된다. 제 3 이동 조립체를 작동시키는 단계는 각각 노즐로부터 열가소성 재료의 배출을 가능하게 하거나 또는 노즐로부터 열가소성 재료의 배출을 막기 위한 개방 방향 또는 폐쇄 방향으로의 노즐 플런저의 이동을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 열가소성 재료가 서브 매니폴드로부터 제 1 매니폴드 체크 밸브를 지나 제 1 매니폴드 내로 역류하는 것을 방지되고, 서브 매니폴드는 제 1 매니폴드로부터 분기한다. 또한, 열가소성 재료가 제 1 매니폴드로부터 가소화 배럴 체크 밸브를 지나 가소화 배럴 내로 역류하는 것을 방지되고, 제 1 매니폴드는 가소화 배럴로부터의 열가소성 재료를 수용한다.
실시예는 첨부된 도면의 그림에서 제한이 아닌 예시로서 도시되었고, 유사한 참조번호는 유사한 요소를 나타내며, 여기에서:
도 1은 실시예에 따른 물품을 미세 성형하기 위한 성형 장치의 예시적인 도면이고;
도 2는 물품을 미세 성형하기 위한 성형 장치의 대안적인 예시적인 실시예의 도면이고;
도 3 및 도 4는 밸브 게이트 노즐(106)의 상세도이고;
도 5는 제안된 방법에 따라 이동할 때 반결정질 중합체의 ρVT 그래프이고;
도 6은 제안된 방법에 따라 이동할 때 비정질 중합체의 ρVT 그래프이고;
도 7은 종래의 기술 및 제안된 방법의 사이클을 통과한 열가소성 재료의 다양한 단계에서의 압력을 나타내는 그래프이고;
도 8은 제안된 방법에 따라 이동할 때 반결정질 중합체의 ρVT 그래프이고;
도 9는 종래의 시스템 대 제안된 방법의 캐스케이딩 온도 사이의 온도 곡선의 비교를 나타내는 그래프이고;
도 10은 용융물 열화 중량 손실 대 용융물 체류 시간을 나타내는 그래프;
도 11은 용융물 열화 중량 손실 대 용융물 온도를 나타내는 그래프이고;
도 12는 제안된 방법에 따라 이동할 때 반결정질 중합체의 ρVT 그래프이며;
도 13은 시간의 함수로서 용융물의 압력 및 밀도를 나타내는 그래프이다.
아래의 상세한 설명은 상세한 설명의 일부를 형성하는 첨부된 도면에 대한 참조를 포함한다. 도면은 예시적인 실시예에 따른 예시를 도시한다. 본 명세서에서 "예시"로도 지칭될 수 있는 이러한 예시적인 실시예는 당업자가 본 주제를 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명된다. 그러나 본 발명은 이러한 특정한 세부사항 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 수 있다. 다른 경우에, 공지된 방법, 절차 및 구성요소는 실시예의 양태를 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 설명되지 않았다. 실시예들은 결합될 수 있고, 다른 실시예들이 이용될 수 있거나, 또는 구조적, 논리적 및 설계 변경들이 청구범위의 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 그러므로, 아래의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해져서는 안되며, 그 범주는 첨부된 청구범위 및 그 등가물에 의해서 정의된다.
이 문서에서, 용어 "a" 또는 "an"은 특허 문서에서 공통적인 바와 같이 하나 이상을 포함하는데 사용된다. 이 문서에서, 용어 "또는"은 달리 표시되지 않는 한 비배타적인 "또는"을 지칭하는데 사용되며, 따라서 "A 또는 B"는 "B는 아니지만 A", "A는 아니지만 B" 및 "A 및 B"를 포함한다.
본 개시내용에서 기술된 본 발명의 기능 및 도면에 도시된 요소는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 기록가능한 매체 또는 이들의 조합의 다양한 형태로 구현될 수 있음이 이해되어야 한다.
열가소성 재료가 밸브 게이트 노즐로부터 빠져나와 몰드 캐비티에 들어가도록 가소화 배럴로부터 이동할 때 열가소성 재료의 온도 및 압력을 캐스케이딩함으로 형성함으로써 물품을 미세 성형하는 방법이 개시된다. 열가소성 재료는 가소화 배럴 내에서 열가소성 재료를 제 1 레벨로 용융 및 사전 가압된다. 열가소성 재료는 가소화 배럴을 빼져나가서 매니폴드로 들어간다. 가소화 배럴 체크 밸브는 매니폴드로부터 가소화 배럴로의 열가소성 재료의 역류를 방지한다. 열가소성 재료의 용융 압력은 핫 러너 내에서 제 2 레벨로 조작된다. 제 1 레벨에서의 압력은 제 2 레벨에서의 압력보다 작다. 열가소성 재료의 용융 압력은 밸브 게이트 노즐 내에서 울트라 캐비티 패킹 압력으로 조작된다. 제 2 레벨에서의 압력은 울트라 캐비티 패킹 압력보다 작다. 또한, 열가소성 재료는 열가소성 재료가 가소화 배럴을 빠져나오기 전에 제 1 온도로 가열되며, 이때 제 1 온도는 열가소성 재료의 용융 온도보다 크고 열가소성 재료의 가공 온도보다 작다. 열가소성 재료는 열가소성 재료가 매니폴드를 빠져나간 후에 그러나 열가소성 재료가 게이트 노즐을 빠져나가기 전에 가공 온도로 가열된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 물품을 미세 성형하기 위한 성형 장치가 제공된다. 일 실시예에서, 성형 장치 내의 용융 압력은 일련의 단계에서 대기압으로부터 울트라 캐비티 패킹 압력으로 증가된다. 성형 장치는 가소화 배럴(102), 매니폴드(108) 및 노즐(116)을 포함할 수 있다.
열가소성 재료는 펠릿(136) 형태의 호퍼(138)를 사용하여 가소화 배럴(102) 내로 도입될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 이동 조립체는 열가소성 재료를 가소화 배럴(102)로부터 매니폴드(108) 내로 배출하도록 사용될 수 있다. 제 1 이동 조립체는 모터를 사용하여 가소화 배럴(102) 내에서 회전할 수 있는 나사(118)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전기 선형 모터 또는 변환기를 구비한 스테퍼 모터가 사용될 수 있다. 나사(118)의 회전은 나사(118)의 회전 방향에 따라 나사(118)를 앞뒤로 추진할 수 있다. 가소화 배럴 내부의 나사(118)는 열가소성 재료를 제 1 레벨로 사전 가압할 수 있다. 가소화 배럴(102) 내의 열가소성 재료는 일정한 압력으로 유지될 수 있다. 나사(118)는 열가소성 재료를 제 1 매니폴드(110) 내로 추진한다. 나사(118)의 팁에 위치된 가소화 배럴 체크 밸브(134)는 열가소성 재료가 제 1 매니폴드(110)로부터 가소화 배럴(102) 내로 역류하는 것을 방지한다.
나사(118)의 위치는 회전 모터(156)에 의해 구동될 때 나사(118) 상에 힘(F)을 가하는 2개의 실린더의 위치에 의해 좌우된다. 또한 힘(F)을 가하는 실린더는 전방 및 후방 위치에서 제한 스위치(152, 154) 사이의 이동에 의해 배럴(102) 내의 고정 압력을 유지시키는 역할을 한다.
일 실시예에서, 제 1 매니폴드(110)는 핫 러너(104)를 정의할 수 있다. 제 1 매니폴드(110)는 서브 매니폴드(112)로 분기한다. 서브 매니폴드(112)는 핫 러너(104)를 정의할 수 있다. 가소화 배럴(102)로부터 제 1 매니폴드(110)에 의해 수용된 열가소성 재료는 핫 러너(104)를 통해서 서브 매니폴드(112)의 핫 러너(104) 내로 흐른다.
일 실시예에서, 매니폴드(108)의 핫 러너(104)는 열가소성 재료의 용융 압력을 제 2 레벨로 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 레벨에서의 압력은 제 2 레벨에서의 압력보다 작을 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 이동 조립체는 매니폴드(108)로부터 노즐(116) 내로의 열가소성 재료의 배출량을 제어한다. 제 2 이동 조립체는 계량된 양의 열가소성 재료를 노즐(116)로 배출하기 위한 플런저(120)를 포함한다. 제 1 방향(124) 또는 제 2 방향(122)으로의 플런저(120)의 이동은 매니폴드(108)로부터 및 노즐(116) 내로 원하는 양의 열가소성 재료를 배출한다. 일 실시예에서, 제 1 방향(124) 및 제 2 방향(122)은 서로 반대이다.
일 실시예에서, 서브 매니폴드(112)로부터 제 1 매니폴드(110)로의 열가소성 재료의 역류는 제 1 매니폴드 체크 밸브(132)를 사용하여 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 제 3 이동 조립체가 노즐(116)로부터 몰드(114)의 캐비티 내로 열가소성 재료의 배출을 조절하도록 제공된다. 제 3 이동 조립체는 노즐 플런저(126)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 개구 방향(128)으로의 노즐 플런저(126)의 이동은 밸브 게이트 노즐을 통해 열가소성 재료를 노즐(116)로부터 몰드(114)의 캐비티 내로 배출하게 한다. 노즐 플런저(126)의 개방 위치는 "O"로 표시된다. "P"위치에서, 노즐 플런저(126)는 열가소성 재료 상에서 마이크로 캐비티(150) 내의 울트라 캐비티 패킹 압력을 발전시키고 몰드(114)의 캐비티 내로 열가소성 재료를 주입하도록 노즐(116) 내에서 플런지한다.
도 4를 참조하면, 폐쇄 방향(130)으로의 노즐 플런저(126)의 이동은 밸브 게이트 노즐을 통한 노즐(116)로부터 마이크로 캐비티(150) 내로의 열가소성 재료의 배출을 정지시킨다. 노즐 플런저(126)의 폐쇄 위치는 "C"로 표시된다. 일 실시예에서, 위치 "P"에서의 노즐 플런저(126)는 몰드(114)의 캐비티 내로 열가소성 재료를 가압 패킹하도록 열가소성 재료에 추가의 푸시를 부여할 수 있다. 개방 위치로부터 폐쇄 위치로의 이동은 종래기술의 시스템보다 더 큰 압력이 달성될 수 있게 한다. 일 실시예에서, 제 2 레벨에서의 압력은 캐비티 캐비티 패킹 압력보다 작다. 일 실시예에서, 몰드(114)의 캐비티 내부에서 300MPa 내지 600MPa의 울트라 캐비티 패킹 압력이 획득될 수 있다.
일 실시예에서, 성형 장치 내의 열가소성 재료의 온도는 열가소성 재료가 밸브 게이트 노즐(106)로부터 몰드(114)의 캐비티로 진입하도록 가소화 배럴(102)로부터 이동할 때 캐스케이딩 방식으로 증가된다.
일 실시예에서, 열가소성 재료는 열가소성 재료가 매니폴드(108)로 진입하도록 가소화 배럴(102)을 빠져나가기 전에 제 1 온도로 가열된다. 제 1 온도는 열가소성 재료의 용융 온도보다 높고 열가소성 재료의 가공 온도보다 낮다. 또한, 열가소성 재료는 열가소성 재료가 매니폴드(108)를 빠져나가 노즐(116)에 들어간 후에 공정 온도로 가열된다. 열가소성 재료의 공정 온도는 원하는 몰드 물품을 형성하기 위해 열가소성 재료가 밸브 게이트 노즐(106)을 빠져나가서 몰드(114)의 캐비티 내로 들어갈 때까지 노즐에서 유지된다. 몰드 물품이 탈형(de-molding) 온도까지 냉각되고 충분히 단단할 때, 몰드(114)의 캐비티가 개방되고 몰드 물품이 방출된다. 몰드(114)의 캐비티 외부에서, 몰드 물품은 실온으로 추가로 냉각된다.
도 5, 도 8 및 12는 본 방법을 구현하는 시스템을 통해 이동할 때 반결정질 중합체의 ρVT(밀도/부피/온도) 그래프이다. 가소화 배럴(102) 내의 압력은 일정하게 유지된다. 이 시점에서, 반결정질 중합체의 비체적은 최대이다. 또한, 반결정질 중합체는 가소화 배럴(102) 내에서 제 1 온도로 가열될 수 있다. 온도는 반결정질 중합체의 결정화 전이 온도보다 높고 반결정질 중합체의 공정 온도보다 작을 수 있다. 일례로서, 도 5의 그래프를 참조하면, 반결정질 중합체에 대한 가소화 배럴(102) 내의 압력은 0 내지 50MPa일 수 있다. 반결정질 중합체가 가소화 배럴(102)을 빠져나가서 매니폴드(108)(핫 러너(104))로 들어갈 때, 매니폴드(108)(핫 러너(104)) 내의 압력이 제 2 레벨로 증가하고 온도가 캐스케이드될 수 있다. 그리고 그렇게함으로써, 반결정질 중합체의 비체적은 가소화 배럴(102)에 있던 것보다 감소한다. 일례로서, 도 5의 그래프를 참조하면, 반결정질 중합체에 대한 매니폴드(108)(핫 러너(104)) 내의 압력은 50 내지 150MPa일 수 있다. 반결정질 중합체가 매니폴드(108)(핫 러너(104))를 빠져나가 노즐(116)로 들어갈 때, 노즐(116) 내의 압력은 울트라 캐비티 패킹 압력으로 증가되고 온도는 공정 온도까지 추가로 캐스케이드될 수 있다. 그리고 그렇게함으로써, 반결정질 중합체의 비체적은 매니폴드(108)(핫 러너(104))에 있던 것보다 더 감소한다. 울트라 캐비티 패킹 압력은 밸브 게이트 노즐(106)에서 최대일 수 있다. 일례로서, 도 5의 그래프를 참조하면, 반결정질 중합체에 대한 노즐(116) 내의 압력은 150 내지 400MPa일 수 있다.
도 5는 또한 반결정질 중합체가 고체로부터 용융되는 결정화 전이 라인을 나타낸다. 또한, 반결정질 중합체에 대한 캐스케이딩 용융 가공 온도 라인이 또한 도시되어있다.
또한, 도 8을 참조하면, 제안된 방법에서, 몰드(114)의 캐비티로부터 성형된 부품의 패킹(3), 냉각(4) 및 방출(5) 동안 밀도는 동일하게 유지된다. 실온에서 성형 부품이 수축되지 않는다. 반면 종래기술에서는, 패킹 단계(B) 동안 성형된 부품의 밀도는 높고 냉각 단계(C) 동안 감소되며, 성형된 부품의 방출(D) 동안의 밀도는 추가로 감소될 수 있다. 또한, 성형 부품이 실온에 도달하면 결과적으로 성형 부품이 다시 수축되어 성형 부품의 밀도가 감소된다.
도 6은 본 방법을 구현하는 시스템을 통해 이동할 때 비정질 중합체의 ρVT(밀도/부피/온도) 그래프이다. 가소화 배럴(102) 내의 압력은 시작하는 제 1 레벨로 유지된다. 이 시점에서, 비정질 중합체의 비체적은 최대이다. 또한, 비정질 중합체는 가소화 배럴(102) 내에서 제 1 온도로 가열될 수 있다. 온도는 비정질 중합체의 용융 온도보다 높고 비정질 중합체의 공정 온도보다 작을 수 있다. 일례로서, 도 6의 그래프를 참조하면, 비정질 중합체에 대한 가소화 배럴(102) 내의 압력은 0 내지 50MPa일 수 있다. 비정질 중합체가 가소화 배럴(102)을 빠져나가서 매니폴드(108)(핫 러너(104))로 들어갈 때, 매니폴드(108)(핫 러너(104)) 내의 압력이 제 2 레벨로 증가하고 온도가 캐스케이드될 수 있다. 그리고 그렇게함으로써, 비정질 중합체의 비체적은 가소화 배럴(102)에 있던 것보다 감소한다. 일례로서, 도 6의 그래프를 참조하면, 비정질 중합체에 대한 매니폴드(108)(핫 러너(104)) 내의 압력은 50 내지 150MPa일 수 있다. 비정질 중합체가 매니폴드(108)(핫 러너(104))를 빠져나가 노즐(116)로 들어갈 때, 노즐(116) 내의 압력은 울트라 캐비티 패킹 압력으로 증가되고 온도는 공정 온도까지 추가로 캐스케이드될 수 있다. 그리고 그렇게함으로써, 비정질 중합체의 비체적은 매니폴드(108)(핫 러너(104))에 있던 것보다 추가로 감소한다. 울트라 캐비티 패킹 압력은 밸브 게이트 노즐(106)에서 최대일 수 있다. 일례로서, 도 6의 그래프를 참조하면, 비정질 중합체에 대한 노즐(116) 내의 압력은 150 내지 400MPa일 수 있다.
도 6은 또한 비정질 중합체가 고체로부터 용융되는 용융 온도 범위 전이 라인을 나타낸다. 추가로, 비정질 중합체에 대한 캐스케이딩 용융 가공 온도 라인이 또한 도시되었다.
도 7은 종래의 선행기술 및 제안된 방법의 사이클을 통해서 열가소성 재료의 다양한 단계에서의 압력을 도시한다. 가소화 배럴(102), 매니폴드(108) 내의 압력은 라인 1로 표시되고 사이클 시간 전체에 걸쳐서 일정하다. 매니폴드(108) 내의 압력은 라인 2로 표시된다. 매니폴드(108) 내의 압력은 가소화 배럴(102)의 챔버 내의 압력보다 높지만, 매니폴드(108) 내의 압력은 나사 플런저의 최소 압력 아래로 떨어지지 않는다.(즉, 압력 A). 배럴은 최소값과 최대값을 갖는다. 회전 모터는 재충전 부피를 조정함으로써 나사의 위치를 제어하도록 상이한 속도(rpm, 예를 들어 40-80rpm)로 회전할 수 있다. 재충전은 기계 사이클과 무관하며 임의의 횟수의 성형 사이클 후에 재충전될 수 있다. 이것은 복수의 사이클 동안 사전 가압된 용융물을 보유한다. 밸브 게이트 노즐(106)에서의 압력은 라인 3으로 표시된다. 라인 3의 스파이크는 밸브 게이트 노즐(106)에서의 갑작스러운 압력 증가이다. 라인 4 및 5는 종래의 플런저 및 종래의 캐비티 압력 라인이다. 제안된 방법과 반대로, 종래의 플런저 및 기존 캐비티 내의 압력은 0으로 떨어진다. 종래의 플런저 및 종래의 캐비티 내의 압력이 0으로 떨어지기 때문에, 제안된 방법에 의해 획득된 피크 압력 및 용융(캐비티 충전 시간)은 종래의 시스템에서 달성될 수 없다.
도 9는 종래의 시스템과 제안된 방법의 캐스케이딩 온도 사이의 온도 곡선의 비교이다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 제안된 방법에서 중합체가 호퍼에서 실온으로부터 공정 온도까지 도달하는데 걸리는 시간은 종래의 시스템에서 걸리는 시간과 비교하여 다 작다. 이것은 제안된 방법에서 중합체의 체류 시간에 크게 영향을 미친다. 즉, 시스템 내의 온도의 캐스케이딩으로 인해 제안된 방법에서 중합체가 훨씬 적은 시간을 소비하며, 따라서 종래의 시스템과 비교할 때 중합체의 물리적 특성을 유지한다.
도 10은 용융물 열화 중량 손실 대 용융물 체류 시간을 나타내는 그래프이다. 이 그래프는 용융물이 시스템에 오래 있을수록 용융물의 중량이 떨어지는 것을 보여준다. 용융물의 중량이 계속 떨어지면서, 더 많은 용융물이 재료 열화 및 물리적 특성의 손실을 겪게 된다.
도 11은 용융물 열화 중량 손실 대 용융물 온도를 나타내는 그래프이다. 이 그래프는 고온을 유지하기보다는 다양한 성형 단계에서 온도를 캐스케이딩하는 장점을 나타내는 다양한 재료에 대한 중량 손실을 보여준다.
도 13은 시간의 함수로서 용융물의 압력 및 밀도를 나타내는 그래프이다. A는 가소화 배럴(102)을 나타내며, 여기서 일정한 힘(F)가 나사(118)에 가해진다. 가소화 배럴 챔버(102a) 내의 압력은 제 1 레벨(A)에서 일정하다. 용융물이 매니폴드(B)로 진입할 때, 매니폴드 플런저(126)는 용융물 상에 힘(F1)을 가하여 용융물 압력을 B로 증가시키고 공정에서 용융물의 밀도를 증가시킨다. 밸브 게이트는 개방되고 캐비티가 채워진다. 밸브 핀 플런저는 폐쇄될 때 용융물 상에 F2의 힘을 가함으로써 용융물 압력을 C로 증가시키고 용융물의 밀도를 추가로 증가시킬 수 있다. 노즐 플런저(126)를 사용하여 노즐(116) 내의 용융물 상에 F3의 힘이 가해질 수 있다. 용융물은 밸브 게이트 노즐의 마이크로 캐비티(150)에서 D의 최대 압력을 달성하여 용융물의 밀도를 추가로 증가시킬 수 있다. 용융 채널의 말단에 있는 게이트 오리피스 또는 마이크로 캐비티(150)는 밸브 핀의 전단이 플런지되어 최대 압력(D)으로 증가하는 원통형 챔버이다. 미세 부피(V4)는 압력의 최종 스파이크를 제공하도록 캐비티 내로 변위된다. 미세 부피 챔버(150)의 지름과 플런저(126)의 단부 사이의 비율은, 특히 D보다 앞서 체크 밸브가 폐쇄되는 순간에 고압의 발생을 허용한다. 몰드 캐비티 내로 밸브가 열리기 전 이러한 압력의 최종 증가는 D에서 원하는 스파이크를 발생시킨다.
본 방법은 통상적인 단일 단계 또는 2-단계 사출 성형 공정의 요구 조건이므로 배럴에서의 전체 공정 온도 또는 전체 주입 압력을 필요로 하지 않는다. 이러한 방법으로, 가소화 배럴(102) 및 매니폴드(108) 내의 열가소성 재료는 훨씬 더 낮은 압력 및 온도로, 그러나 압력을 가진 열가소성 재료를 매니폴드(108)를 통해 밸브 게이트 노즐(106) 내로 공급하기에 충분히 낮은 용융 점도를 획득하기 위해 열가소성 재료를 용융 온도 범위 또는 결정질 용융점보다 높게 만들기에 충분한 온도에 유지될 수 있다. 도 12에 도시된 예로서, 폴리프로필렌은 160℃의 용융 온도 및 230℃의 공정 온도를 갖는다. 이어서 가소화 배럴 내의 폴리프로필렌의 제 1 온도는 예를 들어 180℃일 것이다. 다른 예로서, 폴리카보네이트는 150℃의 용융 온도 및 290℃의 공정 온도를 갖는다. 이어서 가소화 배럴 내의 폴리카보네이트의 제 1 온도는 예를 들어 250℃일 것이다. 가소화 배럴(102)은 2개 또는 3개의 온도 제어 구역을 갖는다. 제 1 매니폴드(110)는 2개의 온도 제어 구역을 갖는 열가소성 재료를 서브 매니폴드(112) 내로 공급하고, 열가소성 재료는 최종적으로 개별 온도 조절 구역을 갖는 밸브 게이트 노즐(106)에 도달한다. 밸브 게이트 노즐(106)에서 열가소성 재료는 사출을 위한 최적의 공정 온도에 도달할 것이다. 열가소성 재료 온도의 캐스케이딩은 특히 열 민감성 재료(예로서, POM, PC)에 대한 용융물 체류 시간을 개선하며 콜드 러너에서의 재료 낭비 없이 그리고 열적 열화 없이 1㎣ 내지 10㎣ 부피의 직접 게이트형 미세 부품 가공을 가능하게 한다. 본 방법은 사출 성형 공정을 개선시키며, 더 높은 품질의 미세 부품을 발생시킨다.
이러한 방법으로, HDPE, PP PBT, PA와 같은 반결정질 중합체는 몰드 캐비티 내부에서 결정화되도록 극단 시간 윈도우를 갖는다. 더 작은 결정자 및 더 적은 결정자 구조는 미세 부품의 서로 다른 특성들을 초래한다. 사전 압축된 열가소성 재료로 인한 극도로 빠른 주입은 밀리초 단위로 몰드(114)의 캐비티를 채운다. 몰드(114) 캐비티 충전 공정은 더 큰 부품의 경우와 같이 몰드(114)의 캐비티 벽에서 동결 층 형성을 발생시키지 않는다. 용융 압력이 대기압으로부터 용융 압력으로 상승해야 하는 단일 단계 또는 2-단계 사출 성형 공정의 용융 압축 및 사출 속도와 관련된 비교적 긴 충전 시간은 이러한 방법을 사용하여 크게 감소된다. 또한, 이러한 방법을 사용하면, 열가소성 재료 충전물이 몰드 캐비티의 단부에 훨씬 빨리 도달한다. 제안된 방법으로, 성형품 내부 및 전체에 걸친 플라스틱 형태는 훨씬 더 균질하고 성형품은 더 적은 고유 응력을 나타낸다. 열가소성 재료는 몰드 스틸에 비해 훨씬 높은 열팽창 계수를 가지며 이는 몰드(114)의 캐비티 내에서 성형된 물품의 정확한 복제에 영향을 미친다. 성형된 물품은 가공 온도로부터 냉각되는 동안 오므라들거나 수축한다. 이것은 열가소성 재료의 온도가 상승할 때 용융 팽창과 반대이다.
제안된 방법은 밀리초 내의 캐비티 충전 시간에서 사전 압축된 열가소성 재료를 사용하여 몰드(114)의 캐비티 내에 열가소성 재료를 주입함으로써 종래기술의 수축 문제를 극복하며, 이는 300 내지 500MPa의 용융 캐비티 압력을 달성한다. 충전 압력으로 상승하고 패킹 압력으로 떨어지는 낮은 주입 압력으로 플런저를 재충전한 후 시작되는 공지된 2-단계 플런저 주입과 비교하여, 제안된 방법은 노즐 플런저(126)가 몰드(114)의 캐비티에 근접하게 위치되어 이미 100 내지 150MPa에 이르는 고압으로 열가소성 재료를 주입한다. 이것은 몰드(114)의 캐비티에 대한 밸브 게이트 노즐(106)이 개방될 때 열가소성 재료가 이미 압축된 상태에 있으며 이는 몰드(114)의 공동 내에 높은 용융물 밀도에 도달하는 초고 충전 시간을 발생시킨다는 장점을 가진다. 몰드(114)의 캐비티가 채워진 직후 밸브 게이트 노즐(106)이 폐쇄되면, 열가소성 재료 밀도는 몰드(114)의 캐비티 내부에서 300 내지 500MPa의 압력으로 추가로 증가한다. 중합체 분자는 고압 및 증가된 열가소성 재료 밀도로 인해 몰드(114)의 캐비티에 매우 밀집하게 패킹된다. 그 결과, 성형품은 냉각 단계 동안 수축하지 않을 것이다. 이는 몰드(114)의 정확한 복제 캐비티인 성형품을 발생시킬 것이다.
본 명세서에 기술된 예시적인 실시예는 컴퓨터 상에 설치된 소프트웨어를 포함하는 운영 환경, 하드웨어, 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 컴퓨터는 처리 모듈, 메모리 모듈, 입력 모듈, 출력 모듈 및 통신 모듈을 포함할 수 있다.
처리 모듈은 하나 이상의 프로세서 형태로 구현되며, 하드웨어, 컴퓨터 실행가능한 명령어, 펌웨어, 또는 이들의 조합으로 적절하게 구현될 수 있다. 처리 모듈의 컴퓨터 실행가능한 명령어 또는 펌웨어 구현은 기술된 다양한 기능을 수행하기 위해 임의의 적절한 프로그래밍 언어로 작성된 컴퓨터 실행가능한 또는 머신 실행가능한 명령을 포함할 수 있다.
메모리 모듈은 하드 디스크 드라이브와 같은 영구 메모리를 포함할 수 있고, 데이터 및 프로세서에 의해 구현되는 실행가능한 프로그램 명령을 저장하도록 구성될 수 있다. 메모리 모듈은 1차 및 2차 메모리의 형태로 구현될 수 있다. 메모리 모듈은 프로세싱 모듈 상에서 로딩가능하고 실행가능한 추가 데이터 및 프로그램 명령어뿐만 아니라 이들 프로그램의 실행 동안 생성된 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리 모듈은 랜덤 액세스 메모리 및/또는 디스크 드라이브와 같은 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리일 수 있다. 메모리 모듈(204)은 컴팩트 플래시 카드, 메모리 스틱, 스마트 미디어, 멀티미디어 카드, 보안 디지털 메모리, 또는 현재 존재하거나 미래에 존재할 수 있는 임의의 다른 메모리 저장 장치와 같은 제거가능한 메모리를 포함할 수 있다.
입력 모듈은 입력 디바이스 중에서도 키패드, 터치 스크린, 마우스, 마이크로폰 및 스타일러스와 같은 입력 디바이스를 위한 인터페이스를 제공할 수 있다.
출력 모듈은 출력 장치 중에서도 디스플레이 스크린, 스피커, 프린터 및 햅틱 피드백 디바이스와 같은 출력 디바이스를 위한 인터페이스를 제공할 수 있다.
통신 모듈은 예로서 GPRS 모듈, 또는 통신을 가능하게 하는 다른 모듈일 수 있다. 통신 모듈은 특히 모뎀, (이더넷 카드와 같은) 네트워크 인터페이스 카드, 통신 포트, 또는 PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association) 슬롯을 포함할 수 있다. 통신 모듈은 유선 및 무선 프로토콜을 모두 지원하는 장치를 포함할 수 있다. 다른 신호들 중에서도 전자, 전자기, 광학 형태의 데이터가 통신 모듈을 통해서 전송될 수 있다.
전술된 프로세스는 일련의 단계로서 기술되었음에 유의해야 하며; 이는 단지 설명을 위한 것이다. 따라서, 일부 단계들이 추가될 수 있거나, 일부 단계들이 생략될 수 있거나, 단계들의 순서가 재배열될 수 있거나, 또는 일부 단계들이 동시에 수행될 수 있는 것으로 고려된다.
실시예가 특정 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 여기에 설명된 시스템 및 방법의 더 넓은 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이들 실시예에 대한 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.
본 발명의 많은 변경 및 수정은 전술된 설명을 읽은 후 당업자에게 명백해질 것이다. 본원에 사용된 어구 또는 용어는 설명을 위한 것이며 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 위의 설명은 다수의 사양을 포함하고 있음을 이해해야 하며; 이들은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 본 발명의 개인적으로 바람직한 일부 실시예의 예시를 제공하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범주는 주어진 예시가 아닌 첨부된 청구범위 및 그의 법적 등가물에 의해서 결정되어야만한다.

Claims (22)

  1. 물품을 미세 성형하기 위한 방법으로서,
    가소화 배럴 내에서 열가소성 재료를 제 1 레벨로 용융 및 사전 가압하는 단계;
    몰드 캐비티에 들어가기 전에 핫 러너(hot runner) 내에서 열가소성 재료의 용융 압력을 제 2 레벨로 조작하는 단계; 및
    마이크로 캐비티 내에서 열가소성 재료의 용융 압력을 울트라-캐비티 패킹 압력(ultra1-cavity packing pressure)으로 조작하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 레벨에서의 압력은 제 2 레벨의 압력보다 작고, 상기 제 2 레벨의 압력은 상기 울트라 캐비티 패킹 압력보다 작은, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    열가소성 재료가 밸브 게이트 노즐로부터 빠져나와 몰드 캐비티로 들어가도록 가소화 배럴로부터 이동할 때 캐스케이딩(cascading) 방식으로 열가소성 재료의 온도를 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    열가소성 재료가 가소화 배럴을 빠져나가기 전에 상기 열가소성 재료를 제 1 온도로 가열하는 단계로서, 상기 제 1 온도는 열가소성 재료의 용융 온도보다 높고 열가소성 재료의 가공 온도보다 낮은, 제 1 온도로 가열하는 단계;
    열가소성 재료가 매니폴드를 빠져나간 후에 그러나 열가소성 재료가 밸브 게이트 노즐을 빠져나가기 전에, 상기 열가소성 재료를 가공 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    열가소성 재료가 가소화 배럴을 빠져나가기 전에 상기 열가소성 재료를 제 1 온도로 가열하는 단계로서, 상기 제 1 온도는 열가소성 재료의 용융 온도보다 높고 열가소성 재료의 가공 온도보다 낮은, 제 1 온도로 가열하는 단계;
    가열된 제 1 매니폴드에서 열가소성 재료의 온도를 조절하는 단계;
    상기 제 1 매니폴드로부터 분기하는 가열된 서브 매니폴드에서 열가소성 재료의 온도를 조절하는 단계; 및
    열가소성 재료가 몰드 캐비티로 들어가는 가열된 노즐에서 열가소성 재료의 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    열가소성 재료를 가소화 배럴로부터 매니폴드 내로 배출하도록 제 1 이동 조립체를 작동시키는 단계;
    매니폴드로부터 노즐 내로의 열가소성 재료의 배출량을 제어하도록 제 2 이동 조립체를 작동시키는 단계; 및
    노즐로부터 몰드 캐비티 내로의 열가소성 재료의 배출을 조절하도록 제 3 이동 조립체를 작동시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 이동 조립체를 작동시키는 단계는 가소화 배럴 내에 위치된 나사를 회전시키는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 이동 조립체를 작동시키는 단계는 매니폴드로부터 노즐 내로의 열가소성 재료의 원하는 배출량에 기초하여 제 1 방향 또는 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로의 플런저의 이동을 포함하는, 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 이동 조립체를 작동시키는 단계는 각각 노즐로부터 열가소성 재료의 배출을 가능하게 하거나 또는 노즐로부터 열가소성 재료의 배출을 막기 위한 개방 방향 또는 폐쇄 방향으로의 노즐 플런저의 이동을 포함하는, 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    열가소성 재료가 서브 매니폴드로부터 제 1 매니폴드 체크 밸브를 지나 제 1 매니폴드 내로 역류하는 것을 방지하는 단계를 더 포함하고, 상기 서브 매니폴드는 상기 제 1 매니폴드로부터 분기하는, 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    열가소성 재료가 상기 제 1 매니폴드로부터 가소화 배럴 체크 밸브를 지나 가소화 배럴 내로 역류하는 것을 방지하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 1 매니폴드는 가소화 배럴로부터의 열가소성 재료를 수용하는, 방법.
  12. 물품을 미세 성형하기 위한 시스템으로서,
    컨트롤러를 포함하는 미세 성형기를 포함하고; 상기 컨트롤러는
    상기 미세 성형기의 가소화 배럴 내에서 열가소성 재료를 제 1 레벨로 용융 및 사전 가압하고;
    상기 미세 성형기의 핫 러너 내에서 열가소성 재료의 용융 압력을 제 2 레벨로 조작하며;
    마이크로 캐비티 내에서 열가소성 재료의 용융 압력을 울트라 캐비티 패킹 압력으로 조작하도록
    컴퓨터 판독가능한 명령을 실행하는 프로세서를 구비하는, 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    제 1 레벨에서의 압력은 제 2 레벨의 압력보다 작고, 상기 제 2 레벨의 압력은 상기 울트라 캐비티 패킹 압력보다 작은, 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    열가소성 재료의 온도 증가는, 열가소성 재료가 밸브 게이트 노즐로부터 빠져나와 몰드 캐비티로 들어가도록 가소화 배럴로부터 이동하는 것과 같은 캐스케이딩 방식으로 증가되는, 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    열가소성 재료가 가소화 배럴을 빠져나가기 전에 상기 열가소성 재료를 열가소성 재료의 용융 온도보다 높고 열가소성 재료의 가공 온도보다 낮은 제 1 온도로 가열하고;
    열가소성 재료가 매니폴드를 빠져나간 후에 그러나 열가소성 재료가 밸브 게이트 노즐을 빠져나가기 전에 상기 열가소성 재료를 가공 온도로 가열하도록, 컴퓨터 판독가능한 명령을 추가로 실행하는, 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    열가소성 재료가 가소화 배럴을 빠져나가기 전에 상기 열가소성 재료를 열가소성 재료의 용융 온도보다 높고 열가소성 재료의 가공 온도보다 낮은 제 1 온도로 가열하고;
    가열된 제 1 매니폴드에서 열가소성 재료의 온도를 조절하고;
    상기 제 1 매니폴드로부터 분기하는 가열된 서브 매니폴드에서 열가소성 재료의 온도를 조절하며;
    열가소성 재료가 몰드 캐비티로 들어가는 가열된 노즐에서 열가소성 재료의 온도를 조절하도록, 컴퓨터 판독가능한 명령을 추가로 실행하는, 시스템.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    열가소성 재료를 가소화 배럴로부터 매니폴드 내로 배출하도록 제 1 이동 조립체를 작동시키고;
    매니폴드로부터 노즐 내로의 열가소성 재료의 배출량을 제어하도록 제 2 이동 조립체를 작동시키며;
    노즐로부터 몰드 캐비티 내로의 열가소성 재료의 배출을 조절하도록 제 3 이동 조립체를 작동시키도록 컴퓨터 판독가능한 명령을 추가로 실행하는, 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 이동 조립체를 작동시키는 것은 가소화 배럴 내에 위치된 나사를 회전시키는 것을 포함하는, 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 이동 조립체를 작동시키는 것은 매니폴드로부터 노즐 내로의 열가소성 재료의 원하는 배출량에 기초하여 제 1 방향 또는 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로의 플런저의 이동을 포함하는, 시스템.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 3 이동 조립체를 작동시키는 것은 각각 노즐로부터 열가소성 재료의 배출을 가능하게 하거나 또는 노즐로부터 열가소성 재료의 배출을 막기 위한 개방 방향 또는 폐쇄 방향으로의 노즐 플런저의 이동을 포함하는, 시스템.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는 열가소성 재료가 서브 매니폴드로부터 제 1 매니폴드 체크 밸브를 지나 제 1 매니폴드 내로 역류하는 것을 방지하도록 컴퓨터 판독가능한 명령을 추가로 실행하고, 상기 서브 매니폴드는 상기 제 1 매니폴드로부터 분기하는, 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 프로세서는 열가소성 재료가 상기 제 1 매니폴드로부터 가소화 배럴 체크 밸브를 지나 가소화 배럴 내로 역류하는 것을 방지하도록 컴퓨터 판독가능한 명령을 추가로 실행하고, 상기 제 1 매니폴드는 가소화 배럴로부터의 열가소성 재료를 수용하는, 시스템.
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