本發(fā)明總體上涉及注射模制領(lǐng)域。本發(fā)明尤其涉及包含一體形成的熱電偶的注射模制設(shè)備。

背景技術(shù)：

用于制造模制物品的注射模制系統(tǒng)通常包括注射模制機(jī)、模具板和熱流道組件，所述熱流道組件包含加熱的歧管，所述加熱的歧管將來自注射模制機(jī)的一種或多種熔融的材料或一種或多種“熔融物”，例如一種或多種塑料，經(jīng)由歧管內(nèi)的熔融物通道網(wǎng)絡(luò)分配到注射模制噴嘴。各熔融物經(jīng)由注射模制噴嘴間歇地輸送到一個或多個模具腔。噴嘴可以是閥控型或熱尖型，并且傳統(tǒng)上與歧管分開地形成且通過適當(dāng)?shù)氖侄喂潭ǖ狡绻苌?。各熔融物通道中的熔融物通常使用位于歧管外部的電加熱器加熱，并且重要的是確保熔融物通道中的熔融物保持在適當(dāng)溫度下，該熔融物通道包括噴嘴尖端中的通道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的各方面的范圍受獨立權(quán)利要求提供的范圍限制，并且還應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的范圍不限于：(i)從屬權(quán)利要求，(ii)非限制性實施例的具體描述，(iii)發(fā)明內(nèi)容，(iv)摘要和/或(v)本文檔外部提供的描述(即，提交的、進(jìn)行的和/或授權(quán)的本申請的外部)。

在一種實現(xiàn)方式中，本發(fā)明涉及一種注射模制設(shè)備。所述設(shè)備包括使用一種或多種自由成形制造工藝制造的主體，以便使所述主體成為一體。主體包括至少一個熔融物通道，和具有在主體內(nèi)一體形成的熱電偶結(jié)的熱電偶。

在另一實現(xiàn)方式中，本發(fā)明涉及一種制造一體形成的注射模制設(shè)備的方法。所述方法包括自由成形地制造包括至少一個熔融物通道的注射模制設(shè)備，并且自由成形地制造與注射模制設(shè)備一體形成的熱電偶結(jié)。

結(jié)合附圖審閱本發(fā)明的特定非限制性實施例的以下描述后，本發(fā)明各方面的非限制性實施例的這些和其他方面以及特征對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將顯而易見。

附圖說明

為便于說明本發(fā)明，附圖示出本發(fā)明的一個或多個實施例的各方面。然而，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于附圖中示出的精確布置和手段，其中：

圖1是包含集成的熱電偶的自由成形制造的熱尖噴嘴的外部正視圖；

圖2是沿著線2-2截取的圖1的自由成形制造的噴嘴的縱向剖視圖；

圖3是沿著線3-3截取的圖1的自由成形制造的噴嘴的橫向剖視圖；

圖4是位于圖1的自由成形制造的噴嘴的尖端處且在圖2的圓形區(qū)域4內(nèi)示出的熱電偶的雙金屬結(jié)的放大剖視圖；

圖5是自由成形制造的歧管/噴嘴組合的透視圖，其中所有噴嘴具有集成的熱電偶；

圖6A是與自由成形制造的模塊化噴嘴一起使用的自由成形制造的歧管的三維透視圖，所述歧管安裝有兩個噴嘴中的一個；

圖6B是與圖6A的歧管一起使用的自由成形制造的噴嘴的頂視圖；

圖6C是圖6A的歧管與模塊化噴嘴之間的接觸面的縱向剖視圖；以及

圖7是包含集成的熱電偶的閥控噴嘴的縱向剖視圖。

所述附圖未必按比例描繪，且可以通過假想線、圖形表示及局部視圖來說明。在某些實例中，可能已省略對理解實施例來說不必要的或致使其它細(xì)節(jié)難以察覺的細(xì)節(jié)。

具體實施方式

在一些方面，本發(fā)明涉及包含一體形成的熱電偶的注射模制設(shè)備以及制造這種設(shè)備的方法。在根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例中，可以完全或部分地使用一種或多種自由成形制造工藝制造這些設(shè)備。通過使用這種方法來制造根據(jù)本發(fā)明的方面的注射模制設(shè)備，熱電偶和它們相關(guān)的熱電偶結(jié)可以集成到設(shè)備的各零件中，包括噴嘴和熱流道歧管。這允許在整個注射模制設(shè)備，且尤其是注射模制噴嘴的尖端附近準(zhǔn)確地監(jiān)測和控制溫度，而傳統(tǒng)上這難以或不可能實現(xiàn)。這是因為使用本文描述的集成形成技術(shù)，熱電偶結(jié)可以非常接近它們意欲監(jiān)測的熔融物通道。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過單獨制造的零件制造傳統(tǒng)注射模制設(shè)備所需要的高成本、耗時的額外組裝步驟可以部分或完全避免。此外，將熱電偶和相關(guān)配線集成到注射模制設(shè)備的部件中，最小化了熱電偶和相關(guān)配線的外部布置，從而消除或至少減小其與其它物體接觸而損壞的可能性。

由于部分或完全消除了由單獨制造機(jī)器零件所產(chǎn)生的已知累積誤差，本發(fā)明的方面還允許該設(shè)備的各個特征能更準(zhǔn)確和精確地制造。包含本發(fā)明的一體形成的熱電偶的注射模制設(shè)備的額外益處可以包括但不限于，節(jié)約制造成本，節(jié)約材料，減小重量和根據(jù)運(yùn)行條件優(yōu)化構(gòu)造的能力。閱讀整個公開后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易理解本發(fā)明可以允許注射模制設(shè)備設(shè)計者和制造者獲得上述和其他益處。

根據(jù)本發(fā)明的包含一體形成的熱電偶的注射模制設(shè)備可以至少部分地根據(jù)一種或多種增材制造工藝、也可以稱為“實體自由成形制造工藝”而制造。實體自由成形制造(SFF)是指用于制造實體物品的技術(shù)集合中的任何一種技術(shù)，即通過按順序向空間中的特定點輸送能量和/或材料來制造該物品。SFF有時被稱為“快速成形”，“快速制造”，“分層制造”和“增材制造”。應(yīng)該理解，SFF有時被稱為自由成形制造(FFF)。雖然還有其他的，但以下是用于SFF的許多典型技術(shù)，這些技術(shù)可適于制造本發(fā)明的注射模制設(shè)備，包括：(A)電子束熔融(粉末原料制成的完全熔合的無空隙的實體金屬零件)；(B)電子束自由成形制造(金屬絲給料制成的完全熔合的無空隙的實體金屬零件)；(C)激光近形制造(激光用來熔融金屬粉末并且直接沉積在零件上；其優(yōu)點在于該零件為完全實體并且金屬合金組合物可以隨著該零件的體積動態(tài)地改變)；(D)POLYJET MATRIX(能夠?qū)崿F(xiàn)多類型材料同時噴射的第一技術(shù))；(E)選擇性激光燒結(jié)(選擇性激光燒結(jié)使用激光器來熔合粉末狀金屬，尼龍，或彈性體；增材處理是必要的以生產(chǎn)完全致密的金屬零件)；和(F)形狀沉積制造(零件和支承材料由打印頭沉積然后加工成接近最終形狀)。

用于制造包含一體形成的熱電偶的注射模制設(shè)備的制造方法的另一實例是使用非實體自由成形制造，例如澆鑄。澆鑄是液體材料通常被倒入模具中然后凝固的制造方法，該模具包含所期望形狀的空腔。凝固的零件也被稱為鑄件，該鑄件被從模具中推出或取出以完成該方法。澆鑄材料通常是金屬或?qū)煞N或多種成分混合在一起后固化的各種冷凝固材料；實例是環(huán)氧化物，混凝土，塑料和粘土。澆鑄最常用于制造用其他方法難以制造或不經(jīng)濟(jì)的復(fù)雜形狀。在許多情況下，由于不需要支承結(jié)構(gòu)這樣的事實，選擇性激光燒結(jié)(SLS)可能是優(yōu)選的。經(jīng)由SLS而構(gòu)造的零件始終被未燒結(jié)粉末包圍；這允許復(fù)雜幾何形狀的構(gòu)造。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，并且注意每個元件數(shù)字的第一位數(shù)字對應(yīng)于首次看到相應(yīng)元件的附圖編號，圖1至圖4示出了注射模制噴嘴，尤其是根據(jù)本發(fā)明制成的熱尖噴嘴100。在此實例中，噴嘴100包括主體104和集成到該主體中的熱電偶200(圖2)。如下文更詳細(xì)地描述，使用一種或多種合適的制造技術(shù)，例如上面提到的一種或多種SFF澆鑄技術(shù)，噴嘴100和它的每個部件可以形成為一體的主體。在此實例中，噴嘴100的其他零件和特征包括：熔融物通道204(圖2)；加熱器108，用于在使用期間向熔融物通道中的熔融物(未示出)提供熱量；歧管接口112，例如，用于在完成的熱流道組件中將噴嘴與熱流道歧管(未示出)接合；電接觸件116(1)和116(2)，用于將熱電偶200電連接到合適的溫度測量電路120；尖端124；以及尖端中的至少一個孔128，用于將熔融物通道中的熔融物傳送到模腔(未示出)。這些特征中的每一個總體上是本領(lǐng)域所已知的。然而，在本實施例中，使用一種或多種整體制造技術(shù)來使電接觸件116(1)和116(2)與噴嘴100的其他零件一體形成。

如圖2至圖4所示，熱電偶200包括兩個不同的導(dǎo)體，具體地是形成熱電偶結(jié)200(3)(圖2和圖4)的熱電偶導(dǎo)體200(1)和200(2)，在此實例中熱電偶結(jié)位于噴嘴尖端124(圖2)附近，以便能夠盡可能獲取接近尖端124和熔融物通道204的溫度讀數(shù)。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易理解，取決于具體模制操作的要求，所述熱電偶可以以任何其他方式來實現(xiàn)并且熱電偶結(jié)可位于噴嘴100內(nèi)的任意位置或注射模制設(shè)備的其他零件中，例如熱流道歧管。在此實例中，其中噴嘴100的主體104由金屬制成，并且如圖2所示，熱電偶導(dǎo)體200(1)和200(2)封裝在介電材料208內(nèi)，使得它們彼此電絕緣并且也與形成噴嘴主體的金屬絕緣。所示的介電材料208的具體構(gòu)造僅僅是示例性的；在其他實施例中，導(dǎo)體200(1)和200(2)的電隔離可以以其他方式實現(xiàn)，例如將它們封裝在單獨的介電“套筒”中等。

各種自由成形制造技術(shù)可以允許將一種以上的材料整體集成到注射模制設(shè)備中，例如噴嘴100，用于創(chuàng)建這種具有一個或多個集成熱電偶的整體結(jié)構(gòu)，熱電偶例如熱電偶200。例如，對于粉末熔合技術(shù)，在適當(dāng)時機(jī)，取決于所使用設(shè)備的類型，在熔合之前沉積的粉末的類型可以或是局部地改變至該材料所期望的每個區(qū)域，或是全局地改變至整個制造床。特別地，在使用這種技術(shù)制造圖1至圖4的噴嘴100的實例中，主體104通過在所需區(qū)域沉積并熔合第一金屬類型的粉末而形成，介電材料208通過在所需區(qū)域沉積并熔合介電材料的粉末而形成，熱電偶導(dǎo)體200(1)和相應(yīng)電接觸件116(1)通過在所需區(qū)域沉積并熔合第二金屬類型的粉末而形成，熱電偶導(dǎo)體200(2)和相應(yīng)電接觸件116(2)通過在所需區(qū)域沉積并熔合第三金屬類型的粉末而形成，以及加熱器108通過在所需區(qū)域沉積合適的電阻材料而形成。作為另一個實例，對于熔絲技術(shù)，所使用金屬絲的類型可以在需要特殊材料的每個區(qū)域處改變。在閱讀整個公開后，本領(lǐng)域技術(shù)人員會知道，根據(jù)本發(fā)明如何選擇合適的材料和合適的制造方法以制成包含一體形成的熱電偶的注射模制設(shè)備。

如圖1所示，一個或多個連接電纜132可以用于將熱電耦200經(jīng)由電接觸件116(1)和116(2)連接至溫度測量電路120。取決于電接觸件116(1)和116(2)的構(gòu)造，如果需要，連接電纜132可以由現(xiàn)成類型的標(biāo)準(zhǔn)部件制成。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，熱電偶結(jié)204可以是任何合適的結(jié)，例如鐵在一側(cè)(如導(dǎo)體200(1))和康銅在另一側(cè)(例如導(dǎo)體200(2))的J型結(jié)，鎳鉻合金在一側(cè)和鋁鎳合金在另一側(cè)的K型結(jié)，或者鎳鉻合金在一側(cè)和康銅在另一側(cè)的E型結(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，這些結(jié)類型僅僅是示例性的，且結(jié)的導(dǎo)電材料可以是適合所需結(jié)特性和用于彼此整體地形成噴嘴100的部件的方法的任何材料。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方面的注射模制設(shè)備，尤其是帶有集成熱電偶504(1)至504(4)的自由成形制造的、一體歧管/噴嘴設(shè)備500。在本實例中，一體設(shè)備500包括熱流道歧管部分508和使用合適的整體形成技術(shù)與歧管部分整體形成的四個噴嘴512(1)至512(4)，整體形成技術(shù)例如上述SFF技術(shù)中的任意一種或多種等。每個噴嘴512(1)至512(4)具有一體形成的熱電耦504(1)至504(4)中的相應(yīng)的一個，該熱電耦504(1)至504(4)經(jīng)由整體形成在歧管部分508內(nèi)的電導(dǎo)體結(jié)構(gòu)520(1)至520(4)線接至設(shè)置在歧管外部上的連接件區(qū)域516內(nèi)的相應(yīng)的一對電接觸件516(1)至516(4)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的，一個或多個適當(dāng)構(gòu)造的連接件(未示出)可以用來接合對516(1)至516(4)以將熱電偶504(1)至504(4)電連接至適當(dāng)?shù)臏囟葴y量電路(未示出)。

在如圖5所示的實施例中，熱電偶504(1)至504(4)中的每一個是以與圖2至圖4的熱電耦200相同的目的提供的，即，允許測量靠近噴嘴512(1)至512(4)的各自相應(yīng)的噴嘴尖端524(1)至524(4)的熔融物通道中的熔融物。就此而論，每個熱電偶504(1)至504(4)包括設(shè)置得盡可能接近相應(yīng)的熔融物通道，且盡可能接近相應(yīng)的噴嘴尖端524(1)至524(4)的熱電偶結(jié)528(1)至528(4)。如上關(guān)于圖2-4的熱電偶結(jié)204所描述，每個熱電偶結(jié)528(1)至528(4)均可以由任何兩種合適的導(dǎo)電材料制成，例如上面關(guān)于J型、K型和E型熱電偶結(jié)所描述的鎳鉻合金、康銅、鐵、和鋁鎳合金材料等。同樣與上面關(guān)于圖1的噴嘴100的示例性制造方法類似，一體設(shè)備500可以使用相同或類似的技術(shù)制造。就此而論，盡管沒在圖5中如此詳細(xì)的示出，但電導(dǎo)體結(jié)構(gòu)520(1)至520(4)可以使用技術(shù)與歧管部分508的其他部分整體地形成，所使用技術(shù)為例如使用合適的粉末和/或金屬絲材料以及合適的熔合和/或熔融技術(shù)的粉末熔合技術(shù)和/或熔絲技術(shù)。此外，每個電導(dǎo)體結(jié)構(gòu)520(1)至520(4)可以以任何適合方式構(gòu)造，例如封裝在如圖2至圖4所示的普通介電“通道”構(gòu)造中的雙導(dǎo)體或者封裝在各自介電套管中的單獨導(dǎo)體等等。這兩種構(gòu)造都適合與一種或多種導(dǎo)電金屬制成的歧管一起使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解將電導(dǎo)體結(jié)構(gòu)520(1)至520(4)集成在歧管部分508和噴嘴512(1)至512(4)中的各種方式。

圖1至圖4示出了相當(dāng)傳統(tǒng)的熱尖噴嘴100，并不是與熱流道歧管一體形成的，但包括整體集成的內(nèi)部熱電偶200，且熱電偶結(jié)204精確定位在靠近噴嘴的尖端124處。同樣如上所述，噴嘴100也包括用于相對噴嘴在外部設(shè)置的熱電偶200的一對電接觸件116(1)和116(2)。盡管電接觸件116(1)和116(2)的這種位置可以很好地適合一些應(yīng)用，但事實上，它們從噴嘴100突出使得它們?nèi)菀讚p壞并且因此不太適合其他應(yīng)用。

另一方面，圖6A至圖6C示出了注射模制設(shè)備600，特別地構(gòu)造成保護(hù)熱電偶連接件不受連接件突出可能遭受的損壞。如圖6A所示，注射模制設(shè)備包括熱流道歧管604和一對分開形成的注射噴嘴，盡管圖6A僅示出了一個噴嘴608(1)，此處為相對于歧管位于其使用位置的熱尖噴嘴，但第二噴嘴608(2)(圖6B所示)在圖6A中被移除以揭示兩個噴嘴接合區(qū)域中的一個，此處為容納相應(yīng)一個噴嘴的歧管上的噴嘴接合區(qū)域612(2)。噴嘴接合區(qū)域612(1)在圖6A中不可見，但與相應(yīng)噴嘴608(1)一起在圖6C中被示出。如下文更詳細(xì)所述，每個噴嘴接合區(qū)域612被特別構(gòu)造為允許隱藏用于熱電偶616(1)和616(2)(未示出)的每個噴嘴608(1)、608(2)和相應(yīng)噴嘴接合區(qū)域612(1)、612(2)之間的電連接件，且允許電連接件的部件被構(gòu)造成抵抗損壞。

參照圖6C，噴嘴608(1)的熱電偶616(1)包括一對環(huán)形電接觸件620(1)和620(2)(也參見圖6B，示出了噴嘴608(2)上一對類似的環(huán)形電接觸件620A(1)和620A(2))，以及一對相應(yīng)的導(dǎo)體624(1)和624(2)，導(dǎo)體624(1)和624(2)將電接觸件電連接到與圖2至圖4的熱電偶結(jié)200(3)相同或類似的熱電偶結(jié)628(圖6A)。如圖6C所示，電導(dǎo)體624(1)和624(2)被封裝在介電材料632中，以使它們彼此電絕緣而且還與噴嘴608(1)的金屬主體636電絕緣。電接觸件620(1)和620(2)延伸超出上表面640(相對于圖6C為“上”)以允許它們相應(yīng)地分別接觸與歧管604一體形成的一對環(huán)形電接觸件644(1)和644(2)。在所示實例中，環(huán)形接觸件644(1)和644(2)嵌入在與歧管604一體形成的介電材料648中，以使這些接觸件彼此電絕緣而且還與歧管604的金屬主體652(圖6C)電絕緣。一對導(dǎo)體656(1)和656(2)(圖6C和圖6A)將各自相應(yīng)的接觸件644(1)和644(2)與連接件660(1)和660(2)電連接，所述連接件660(1)和660(2)被設(shè)置成用于將熱電偶616(2)電連接到合適的溫度測量電路(未示出)。一對類似的導(dǎo)體656A(1)和656A(2)(圖6A)將各自相應(yīng)的接觸件644A(1)和644A(2)與連接件660A(1)和660A(2)電連接，所述連接件660A(1)和660A(2)被設(shè)置成用于將熱電偶616(2)(未示出)電連接到合適的溫度測量電路(未示出)。在所示實施例中，導(dǎo)體656(1)和656(2)中的每一個單獨封裝在介電材料648中，以便通過歧管604的金屬主體652的介入部分將彼此分隔開。然而，在可選實施例中，導(dǎo)體656(1)和656(2)可一起封裝在介電材料的共同塊中。

在所示實例中，歧管604與噴嘴608(1)和608(2)被特別構(gòu)造成以這樣一種方式安裝在熱流道組件(未示出)中，使得用于噴嘴608(1)的電接觸件620(1)和620(2)與電接觸件644(1)和644(2)(以及用于噴嘴608(2)的電接觸件620A(1)和620A(2)與電接觸件644A(1)和644A(2))之間的接觸是由于熱流道組件的其它部件，例如歧管-腔板、背板等，引起的壓縮力。此外，此壓縮布置也用于確保每個噴嘴608(1)、608(2)和歧管604之間的流體密封，如圖6C所示。參照圖6C，在所示實施例中，噴嘴608(1)包括圍繞形成在噴嘴608(1)中的熔融物通道668的入口668A的環(huán)形凸臺664。凸臺664被設(shè)計且被構(gòu)造成密封地接合圍繞形成在歧管604中的熔融物通道676的出口676A的表面672。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解的是，此類型的壓縮接合和密封可允許凸臺664和表面672之間的滑動，以適應(yīng)在使用期間可能出現(xiàn)的熱移動。在其它實施例中，噴嘴608(1)和608(2)中的每一個可例如通過螺紋連接、螺紋緊固件、焊接和/或任何其它合適的手段完全地固定到歧管604。

本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，一體噴嘴608(1)、608(2)和歧管604中的每一個可使用上述增材制造方法中任何合適的一種或多種來制造，包括上面關(guān)于圖1至圖4的噴嘴100具體描述的基于粉末或金屬絲的方法，其中噴嘴100的部件可適當(dāng)?shù)靥鎿Q為噴嘴608(1)、608(2)和歧管604的類似部件。

圖1至圖6C涉及熱尖噴嘴，而圖7示出了包括具有集成的內(nèi)部熱電偶708的閥控噴嘴704的注射模制設(shè)備700。如本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，使用上述增材制造技術(shù)中的任意一種或多種，包括但不限于，關(guān)于圖1至圖4的噴嘴100所具體描述的熔合粉末與熔絲技術(shù)，熱電偶708可整體集成到噴嘴704中。還應(yīng)指出的是，盡管僅示出了單一熱電偶708，其中它的熱電偶結(jié)712位于噴嘴704的尖端716附近，但在其它實施例中，類似的噴嘴(以及任何熱尖噴嘴)可具有不止一個熱電偶，其中每個熱電偶位于溫度讀數(shù)被期望得到的任何期望位置。

在所示實施例中，熱電偶708以與圖2至圖4中的熱電偶200事實上相同的方式進(jìn)行設(shè)置和執(zhí)行，主要差別是圖7的噴嘴704是閥控噴嘴，而圖1至圖4的噴嘴100是熱尖噴嘴。換句話說，熱電偶708包括封裝在介電材料724內(nèi)且將熱電偶結(jié)712電連接至一對電接觸件728的電導(dǎo)體720(1)和720(2)，該一對電接觸件728電連接至電導(dǎo)體732(1)和732(2)，該電導(dǎo)體732(1)和732(2)將熱電偶連接至合適的溫度測量電路(未示出)。盡管本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，但為了完整起見，圖6的注射模制設(shè)備700的其他部件包括：閥桿736，設(shè)置在噴嘴704的噴嘴主體744內(nèi)的熔融物通道740中；用于致動閥桿的閥致動器748，例如氣動、液壓、或者電動致動器；和熱流道歧管752，用于將一種或多種熔融物(未示出)饋送至噴嘴。

以上公開了示例性實施例并在附圖中示出了示例性實施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍下，可以對本文具體公開的內(nèi)容進(jìn)行各種改變、省略和添加。