專利名稱：幅材超聲波注模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波輔助模鑄方法以及相關(guān)的裝置。
背景技術(shù)：
模制品是眾所周知的并且得到廣泛的應(yīng)用。其上具有精密結(jié)構(gòu)的 模制品對于先成形、隨后處理和操作的過程是一種挑戰(zhàn)。通常，注模 微小精密結(jié)構(gòu)是通過將熔化的材料注射到模具腔體中、給位于模具中 的熔化材料施以額外的熱量、并為熔化材料提供附加的時間以流入模 具中的小腔體中而實現(xiàn)的。
國際公開WO 2005/082596中公開了一種微針模制方法，且國際公 開WO 2006/062974公開了可包含使用超聲能的一種方法。美國專利 4，921,671中教導(dǎo)了一種將特征部件模制到撓性材料的連續(xù)幅材上的方 法，美國專利2,965,932披露了在上部和下部模具件之間的塑膠薄板片 上制作容器頂蓋的一種方法，當(dāng)一圈塑膠被噴射到所述薄板上時，上 部和下部模具結(jié)合在一起。將電磁感應(yīng)用于模具的預(yù)熱也是眾所周知的。
發(fā)明的公開
本發(fā)明提供了將注模部分形成到載體幅材上的方法。所公開方法 的一些實施例包括將超聲振動應(yīng)用到半模之間引導(dǎo)的載體幅材上。本
7發(fā)明還提供了先處理然后操作模制部件的方法。此外，本公開提供幅 材上裝置的模制陣列和制造模制裝置的機器。
本發(fā)明方法包括
提供具有第一模具構(gòu)件和可移動模具構(gòu)件的注模設(shè)備，所述可移 動模具構(gòu)件能夠移向第一模具構(gòu)件和從第一模具構(gòu)件移開以便閉合模
具，其中在第一或者可移動模具構(gòu)件的至少一個中具有模具腔體，其 含有縱橫比至少為2:1的多個微結(jié)構(gòu)特征；
當(dāng)模具腔體閉合時將聚合物熔體注入其中；
使用超聲焊頭為模具腔體施加超聲振動； 并且應(yīng)用選自如下的至少一組處理參數(shù)
A. 定位載體幅材，以便當(dāng)模具閉合時，使得載體幅材位于第一模
具構(gòu)件和移動模具構(gòu)件之間，幅材的一部分面向模具腔體且一部分位
于閉合的模具之外；
B. 通過電磁感應(yīng)加熱裝置加熱模具腔體；和/或
C. 通過電阻加熱來加熱模具腔體。
可以使用電磁感應(yīng)(EMI)加熱在注射模具腔體內(nèi)部對微結(jié)構(gòu)工具 實施快速、局部的加熱。可以利用EMI對部件進行模制，與未使用EMI 制成的制品相比，小于5微米特征部件可以在相對較短的模制周期時 間(例如，少于10秒)內(nèi)出色地復(fù)制模具圖形并且模內(nèi)應(yīng)力顯著降低 且所生產(chǎn)的模制品具有雙折射率。
"微結(jié)構(gòu)"是指在較大制品上具有至少一個尺寸(例如，長度、 寬度或者高度在lpm和lmm之間)的特征部件或者結(jié)構(gòu)。例如，這類 特征部件可以是空腔、凹槽或者凸塊(例如，聚合物圓盤(以下稱之 為針床)上微針陣列中的微針)。
微針是微小的、錐狀的微結(jié)構(gòu)體，它是由制品的基部或者針床(例 如，微針狀陣列盤形或者圓形基部)而形成的。微針是從基部到頂部伸長并呈錐狀的，并且可以具有形如金字塔、圓錐體或者美國專利公
開2003/0045837和PCT公開WO 2007/075614等所公開的那些形狀。 微針可以刺穿皮膚的角質(zhì)層以便穿透皮膚協(xié)助治療劑的透皮遞送或者 液體采樣。微針的高度一般小于lOOOpm,通常從基部到頂部是在 20-50(^m的范圍內(nèi)，或者25-250nm的范圍內(nèi)，并且縱橫比可以在2:1 至ij6:l的范圍內(nèi)。
"縱橫比"是指特征部件(例如微結(jié)構(gòu)的特征部件，如微針)的
高度或者長度與這些特征部件的最寬的部分(例如針的基部，在此處 微針與作為微針陣列基部的針床相交)的寬度或直徑之間的比率。在
帶有多邊形或者矩形基部的錐狀微針這種情況中，用于得到縱橫比的 最大基部尺寸應(yīng)當(dāng)是跨越基部而連接相對角的對角線。
"陣列"是指相互接近的表面上的兩個或者多個制品或者特征部 件的排列，它可以遵照或者不遵照特定的幾何次序。
"填充百分率"是聚合物熔體能夠填充的單個微結(jié)構(gòu)特征部件的 深度。例如，如果微針腔體的深度是25(Him并且聚合物填充它的深度 為125)im，填充百分比將為50%。
本發(fā)明方法中所使用的設(shè)備包括
注模設(shè)備，包括-第一模具構(gòu)件；
移動模具構(gòu)件，其能夠移向和移離所述第一模具構(gòu)件； 模具腔體，其位于第一模具構(gòu)件內(nèi)部并且面向所述移動模具構(gòu)件;
幅材處理裝置，其用于移動第一模具構(gòu)件和移動模具表面之間的 幅材，以使得幅材的一部分面向模具腔體并且當(dāng)?shù)谝缓涂梢苿幽＞邩?gòu) 件位于閉合位置時，幅材的一部分位于由它們所封閉的區(qū)域之外； 裝置，其用于注射熔體進入模具腔體中；以及 超聲波系統(tǒng)，其將超聲波振動提供給模具腔體中的熔體；
9所述裝置還包括選自以下部件的至少一個元件-
A. 幅材引導(dǎo)裝置，每次移動模具構(gòu)件移向第一模具構(gòu)件以閉合模 具時，所述幅材引導(dǎo)裝置沿著它的長度引導(dǎo)載體幅材到不同的位置；
B. 電磁感應(yīng)加熱器，其能夠加熱模具腔體內(nèi)的模具插件和/或模具 腔體周圍的金屬；
C. 電阻加熱裝置。
定位裝置，其能夠?qū)MI加熱器定位到足夠接近模具腔體的位置 (如果EMI加熱器已不在這樣的位置，可以使用所述定位裝置)以完 成這種加熱。只要EMI加熱器的位置能夠足夠接近以有效地加熱模具 腔體，就可以使用其他結(jié)構(gòu)。例如，可以在靠近模具腔體的位置上將 EMI加熱器定位在第一模具構(gòu)件內(nèi)。在這種情況中，上述的定位裝置 不是必需的。
相對于模具而言，術(shù)語"特征部件"是指模具腔體內(nèi)的三維腔體、 凹槽、或者凹陷，模具腔體可以至少部分地定義即將模制的制品形狀， 例如微針或者透鏡。
模具的十分微小特征部件的填充是在動態(tài)模制溫度循環(huán)的幫助下 完成的，動態(tài)模制溫度循環(huán)控制熱轉(zhuǎn)換裝置的使用以調(diào)整模制溫度。 在動態(tài)模制溫度循環(huán)中，首先將模具加熱到將要注射的聚合物的軟化 溫度以上的溫度(對于聚碳酸酯，高于149。C)。高模制溫度有助于保 持較低的聚合物熔體粘度以利于填充模具特征部件和最小化粘彈性起 皮現(xiàn)象。在形成模制特征部件后，將模具冷卻到軟化點以下以幫助固 化熔融聚合物。PCT公開WO 2005/082596和美國專利5,376,317描述 了模制溫度熱循環(huán)方法。
模具加熱和冷卻的速率限制了動態(tài)模制溫度循環(huán)的功效。高導(dǎo)熱 材料(例如，鈹銅合金)可以用于提高熱轉(zhuǎn)換，但是熱轉(zhuǎn)換的速率受 限于所使用的熱轉(zhuǎn)換介質(zhì)的特性，例如油。術(shù)語"循環(huán)時間"是指從注模設(shè)備的關(guān)閉，同時載體幅材位于第 一和可移動模具構(gòu)件之間，直到引導(dǎo)載體幅材，將模制的制品或者制 品從模具腔體區(qū)域移開并且為下一次模制循環(huán)而定位部分載體幅材的 時間。在每次模制循環(huán)過程中，循環(huán)時間應(yīng)當(dāng)足以允許模具腔體(包 括插件中的任何微腔體)基本上填充了熔融聚合物并且此后聚合物足 以在聚合物軟化點之下進行冷卻。
在本發(fā)明的方法中，作為模制循環(huán)的一部分的超聲波使用和/或模
具部分EMI加熱也有助于填充模具特征部件。聚合物熔體填充了模具 腔體后，將模具冷卻到低于聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度以允許模制 品從腔體脫模。與實施現(xiàn)有技術(shù)所采用的實際模制循環(huán)時間相比，本 發(fā)明處理中處理參數(shù)的組合能夠縮短上述時間。本發(fā)明處理和設(shè)備使 得注模微結(jié)構(gòu)制品(其特征是具有小于5nm的尺寸)具有較好的保真 性(即，十分微小的模具特征部件的良好再生產(chǎn))和20秒或者更少的 模制循環(huán)時間。
為了最大化載體幅材上的模制部件密度，可以將本發(fā)明處理配置 為在載體幅材上的交錯位置中對腔體進行成形。以下將要解釋的這種 構(gòu)思可以產(chǎn)生貼附于載體幅材的模制品陣列，其中模制品之間最近的 中心到中心、或者邊緣到邊緣距離比注模設(shè)備的模具腔體之間的中心 到中心、或者邊緣到邊緣的距離更近。
圖1為根據(jù)本發(fā)明原則的模制系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖2是位于閉合位置中的模具腔體的示意性剖視圖，示出了在載 體幅材的第一側(cè)面上模制的制品；
圖3為模具腔體的示意性剖視圖，示出了在載體幅材的第一側(cè)面 和第二惻面上模制的特征部件；
圖4為第一模具側(cè)面和第二模具側(cè)面的示意性透視圖；圖5是位于載體介質(zhì)上的多個制品的俯視圖； 圖6是從圖2的模具腔體推出的部分的側(cè)視圖； 圖7為圖4的模具側(cè)面的示意性剖視圖8示出了部分上巻的、其上具有多個模制品的載體幅材；
圖9描繪了正在進一步處理的載體幅材上的部件；
圖IO為載體幅材上的微針陣列的俯視圖10a示出了微針陣列的針狀體的細節(jié)部分；
圖11是圖10的微針陣列的剖視圖12是圖ll微針陣列的可選實施方案的剖視圖13為注模設(shè)備噴嘴裝置的示意圖，該裝置獲取圖5中的載體介
質(zhì)上的模制品的排列；
圖14為模具腔體的前視圖，以分模線示出出口和溢流口；
圖15是圖14的模具腔體的局部截面圖。
具體實施例方式
參見圖l，示出了根據(jù)本公開實施例的注模系統(tǒng)10的示意圖。在 所描述的實施例中，系統(tǒng)IO包括用于接收即將熔化的材料(例如，封 裝在塑料中的塑性或者金屬顆粒)的料斗12，為系統(tǒng)供電的電機14， 熔化和饋送材料的加熱室16，第一模具構(gòu)件18，以及內(nèi)部安裝了超聲 焊頭42的第二模具構(gòu)件20。在描述的實施例中，第一模具構(gòu)件18是 靜止的(盡管它可以移動)并且第二模具構(gòu)件20移向和移離第一模具 構(gòu)件18。
模制系統(tǒng)10還包括幅材引導(dǎo)系統(tǒng)22。在描述的實施例中，幅材引 導(dǎo)系統(tǒng)包括進料輥24、吸收輥26、牽引棍32、以及位于進料輥24和 吸收輥26之間的多個導(dǎo)向輥25和30。引導(dǎo)系統(tǒng)22被構(gòu)造為移動位于 第一半模(第一構(gòu)件)18和第二模具側(cè)面或者可移動模具構(gòu)件20之間 的幅材34。在此，幅材34可互換地稱為膜或者載體幅材。在描述相對 于載體幅材的位置或者移動時，幅材沿其長度移動的方向上的位置或 者移動稱為"下幅材"，在相反方向(幅材展開的方向)上的位置或
12者移動稱為"上幅材"。
盡管通常的注模系統(tǒng)不包含幅材引導(dǎo)系統(tǒng)，但應(yīng)當(dāng)指出的是，在
題為"制備微針陣列"的PCT公開第WO 2007/075806號中描述了一 種幅材通過模具的系統(tǒng)，該文獻全文引入本文以供參考。設(shè)計幅材引 導(dǎo)系統(tǒng)以引導(dǎo)模具構(gòu)件18和20之間的載體幅材34是本領(lǐng)域范圍內(nèi)的 技術(shù)。幅材引導(dǎo)系統(tǒng)是本領(lǐng)域已知的，它已由美國專利4,848,630和 5,470,300例證。
在第一模具構(gòu)件18和幅材34之間示出了電磁感應(yīng)加熱器15。EMI 加熱器是眾所周知的，并且這種加熱器具有包含電磁感應(yīng)線圈的感應(yīng) 線圈殼體19。感應(yīng)加熱器15附接到臂件17，臂件17附接到致動器(未 示出)以升高和降低感應(yīng)加熱器以及它靠近第一模具構(gòu)件18的位置。 在本發(fā)明的成形過程的一個實施例中，EMI加熱器置于緊臨模具腔體 的位置(例如，在模具底片37 (見圖2)的表面和感應(yīng)線圈殼體19之 間的間隙X)-2mm)，以提供快速、局部的模具腔體和插件的表面加熱。
電磁感應(yīng)加熱與動態(tài)模制溫度循環(huán)(以上所討論的)相結(jié)合地使用。 在具有微米或者納米級特征部件的制品的注模中，聚合物熔體暴露在
表面的溫度可以影響模制品的質(zhì)量，并且動態(tài)模制溫度循環(huán)與EMI加 熱相結(jié)合作為一種方法，以快速升高每一次模制循環(huán)的表面溫度。
EMI加熱設(shè)備可從美國堪薩斯州維基塔的MSI自動化這樣的公司 商購獲得。典型的EMI加熱器具有l(wèi)-5KW的功率，并且提供用于表面 加熱的25-450KHz范圍內(nèi)的輸出頻率。在本發(fā)明的開發(fā)過程中，使用 了具有以下特性的EMI設(shè)備大約2.54cm的直徑，陶瓷殼體環(huán)繞的水 冷、銅感應(yīng)線圈(大約3.18cm的直徑且4.45cm長)，1500W的功率， 實際使用功率是700到1250W (取決于設(shè)置功率，其范圍從1到10)， 120V， 13A以及25到50kHz的輸出頻率。在此所述系統(tǒng)的感應(yīng)加熱時 間的合理范圍是6到12秒。開發(fā)本發(fā)明所采用設(shè)備中的環(huán)形模具腔體 33 (見圖2)的直徑大約是12.7mm。所用的EMI設(shè)備的直徑大于所需
13要的直徑。理想地，應(yīng)使用較小的EMI加熱器，其表面幾乎與模具腔 體或者模具腔體橫截面相一致。
對于使用1500W的EMI加熱器，感應(yīng)功率設(shè)置為最大功率容量的 50%左右，用于微針的成形插件達到121°到177。C之間的溫度，這個 溫度對于由聚碳酸酯來成形微針而言是有幫助的。因為EMI加熱是集 中在模具腔體或者插件的表面上的，所以在填充模具腔體后可產(chǎn)生快 速的熱耗散(例如，進入到周圍金屬體和熱傳導(dǎo)流體整體中)。通常， 在大約1.5到2mm范圍內(nèi)的電磁感應(yīng)線圈殼體和模具底片表面之間的 間隙產(chǎn)生了幾乎類似的溫度分布(即，插件溫度對比于感應(yīng)線圈功率 設(shè)置的曲線)；然而，在更小的間隙10161im上，以同樣的感應(yīng)激發(fā)時 間(3-8秒)在成形插件中所產(chǎn)生的溫度增加更高。
參見圖2和3，更詳細地示出和描述了模具腔體的實施例的剖視 圖。在圖2描繪的實施例中，模制品46只是位于載體幅材34的第一 側(cè)面48上。在圖3描繪的實施例中，模制特征部件50、 52位于載體 幅材34的第一側(cè)面48和第二側(cè)面44上。
用在注模過程中以產(chǎn)生模制品的聚合物可以包括多種根據(jù)不同特 性選擇的聚合物，例如精確地再生產(chǎn)所需的模具腔體和插件圖形的能 力、模制聚合物的強度和韌性、以及與預(yù)期使用的模制聚合物的相容 性。例如，某人可能選擇能夠形成相對剛硬和堅韌的微針的聚合物或 者共混聚合物或者配混物，這種微針用于抗彎和抗斷。 一些有用的聚 合物材料具有在300'C條件下由ASTMD1238測定的高于5克每10 分鐘、10克每10分鐘、20克每10分鐘的熔體流動指數(shù)以及1.2kg的 重量；大于100%的張力斷裂伸長率(由ASTM測試D638(2.0in/min.)); 以及高于5ft-lb/inches的沖擊強度(由ASTM D256測定，"Notched Izod" 23°C)。 一些可用的聚合物為聚苯硫化物、聚碳酸酯(例如，產(chǎn)自 麻薩諸塞州皮茲菲爾德的沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料(Sabic Innovative Plastics) 公司的Lexan HPS1R 樹脂)、聚丙烯、乙縮醛、丙烯酸樹脂、聚醚酰亞胺、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二酯、以及這些聚合 物的混合物。
在將聚合物裝填進入腔體過程中的模具腔體的金屬表面溫度取決 于所使用的聚合物。有利地，溫度應(yīng)足夠高以產(chǎn)生低熔體粘度來提高 進入模具的微結(jié)構(gòu)腔體的聚合物流速，但是不夠高的溫度會降解聚合
物。在裝填過程中，使聚碳酸酯成形的典型的模制溫度在60'C到200 "C或者12(TC到175t:的范圍內(nèi)，在模制的部件從模具脫模的過程中溫 度在65"C到12(TC之間。溫度可通過熱轉(zhuǎn)換裝置來控制，例如靠近模 具腔體的電阻加熱和/或緊臨模具腔體的熱轉(zhuǎn)換流體(例如，處于一根 管子或者多根管子中)(例如，在60° -150°(:溫度范圍內(nèi)的油或者在 27° -60匸溫度范圍內(nèi)的水)。電阻加熱的一種形式包括利用金屬模制 插件(例如，圖2中的插件38)產(chǎn)生電氣連接并且使用插件本身作為 電阻加熱器。在這種裝置中，可用使用高電流、低電壓變壓器給電阻 加熱器供電，例如大約40-150A和大約0.5-4V。還可通過其他己知的 裝置加熱模具腔體，例如輻射能，如紅外能或者激光；或者出自熱 風(fēng)槍的熱空氣流。
特別參見圖2，在第一模具構(gòu)件18和可移動模具構(gòu)件20之間示出 了載體幅材34。所描述的實施例中的載體幅材34是由聚碳酸酯膜構(gòu)成 的，然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，幅材34可用由許多其他不同的材料(例如， 金屬箔、多孔的或者無孔的聚合物、織造的、非織造的或者針織的布 料復(fù)合材料等)來構(gòu)成。對于此過程中的載體幅材，術(shù)語"復(fù)合材料" 是指包括多于一種原材料的幅材，例如由金屬和聚合物共同制成的幅 材或者金屬和聚合物膜、布料和聚合物，或者紙張和聚合物構(gòu)成的多 層體。用于載體幅材的適合聚合物的實例有聚丙烯、聚碳酸酯、聚 乙稀、聚酰亞胺、聚酯。載體幅材厚度可在5到1250nm的范圍內(nèi)，或 者在25和500|Lmi之間，優(yōu)選地小于250pm。
利用載體幅材，可少使用或者不使用直澆道和/或橫澆道(在注模中較為普遍，但浪費昂貴的聚合物)。載體幅材不需要冷橫澆道來處理從模具脫模后的模制部件。在可移動和第一模具構(gòu)件之間的載體幅材還可以作為絕緣體，其抵抗來自模具腔體的熱傳遞、幫助保持具有將聚合物熔體長時間維持在較低粘度的熱量。
在所描述的實施例中，第一模具構(gòu)件18包括連接到熱歧管噴嘴35的注口 36，該注口將熔化的材料直接導(dǎo)入模具腔體33中。盡管注口36位于圓形腔體33的中心，但注口也可以位于其他位置，確定注口(或者多個注口)的位置是本領(lǐng)域的技術(shù)范圍的技術(shù)。在所描述的實施例中，模具腔體33位于附接到第一構(gòu)件18的模具底片37的內(nèi)部。熱歧管噴嘴35通過引腳的回縮產(chǎn)生作用，該引腳打開噴嘴的出口并釋放聚合物熔體進入模具腔體中。插件38包括面向表面的腔體40，該腔體內(nèi)部包括微腔體39 (例如，用于形成微針的腔體)。當(dāng)插件位于模具腔體內(nèi)部時，它被認(rèn)為是腔體的一部分。用于制作注模微針(或者具有微結(jié)構(gòu)的其他制品)的模具插件(有時稱為壓模)可以包含與微針陣列形狀相反的電鍍而成的鎳模具(參見WO2005/082596,第6和9頁)。通過將模具插件38更換成不同形狀或者使之具有不同細節(jié)，帶有插件38的模具結(jié)構(gòu)使相同的模具腔體33能夠用于成形很多不同的制品46。
在本發(fā)明處理中，通過移動可移動模具構(gòu)件20與載體幅材34相接觸，并利用注模機提供的足夠的壓力夾緊模具，可以閉合模具腔體33。然后，將聚合物熔體注入模具腔體中，并利用壓力用熔體部分地填充模具腔體。將聚合物熔體注入模具腔體的部分可以是基于模具腔體內(nèi)部達到的一個特定壓力("填充壓力")。在有限的時間(稱為"保持時間")內(nèi)持續(xù)施加填充壓力(例如，在3.5到414兆帕(MPa)或者是34.5到138MPa的范圍內(nèi))。103MPa以上的壓力可以用來實現(xiàn)
模具微腔體的均勻填充。釋放填充壓力，在聚合物軟化溫度或者該溫度以下將模具腔體內(nèi)的材料冷卻到脫模溫度。然后，分離模具構(gòu)件，
并將模制的制品從模具腔體中脫離。
16本發(fā)明處理的可用參數(shù)是60-360mm/sec的注射速度；3.5-207MPa的填充壓力，優(yōu)選地是103-138MPa; 0.5-10秒的保持時間；注射時的模制溫度(對于聚碳酸酯)為49° -15(TC，優(yōu)選地小于121°C;脫模時的模制溫度(對于聚碳酸酯)為49° -138°C，優(yōu)選地小于12rC。
在所描述的實施例中，注模設(shè)備的可移動模具構(gòu)件20包括一種機構(gòu)，該機構(gòu)在熔化的材料位于模具腔體內(nèi)部時施加輔助性能量給該熔化的材料。在所描述的實施例中，所述機構(gòu)是的超聲焊頭42，它被構(gòu)造用于產(chǎn)生超聲振動能量。開發(fā)本發(fā)明中使用的超聲焊頭是固體的，但它可以是中空的。用于焊頭的構(gòu)造材料是本領(lǐng)域的范圍內(nèi)的技術(shù)，但典型是鈦、鋁或者鋼。開發(fā)本發(fā)明所使用的焊頭是鈦。
在所描述的結(jié)構(gòu)中，載體幅材34壓貼到將超聲振動引向幅材34的第二側(cè)面44的焊頭42。在注模過程(注模機正在從填充帶有聚合物熔體的模具腔體切換到在腔體內(nèi)部形成壓力這段時間)中，可以在在速度-壓力切換期間使用超聲振動。
能量的頻率可以在5，000-60,000Hz范圍內(nèi)，也可能在10，000-60，000Hz范圍內(nèi)，更典型地是在20，000Hz-60，000Hz范圍內(nèi)，或者在20，000-40,000Hz范圍內(nèi)。對于20，000Hz的頻率，焊頭42的峰峰振動振幅典型地小于127nm并可以小于51pm。振幅是焊頭形狀和激勵輸入的函數(shù)。已發(fā)現(xiàn)振幅在7.5和15pm范圍內(nèi)是有利的。通常使用電源(例如，在500到5000瓦特范圍內(nèi))提供超聲能以便為所需的頻率供應(yīng)電能。電能被饋送到將其轉(zhuǎn)換成振動的轉(zhuǎn)化器或者轉(zhuǎn)導(dǎo)子，可以通過焊頭對振動進行放大或者加強和傳輸。
傳送給熔化的材料的能量使得材料進一步在模具腔體內(nèi)流動。焊頭將能量傳輸給聚合物熔體以便它更易于流入模具插件的微腔體內(nèi)。相比于其他入口位置(例如，在腔體的邊緣)，將腔體的中心定位為注口 36的優(yōu)點是減少了施加超聲振動所需要的瓦特數(shù)或者能量。這允許更多的模具腔體使用由一個單一電源(例如，5000W)提供超聲能的 可能性。
模制品附貼于載體幅材受到超聲振動的影響。例如，當(dāng)使用聚碳 酸酯膜和聚碳酸酯熔體材料時，2.5-7.5pm的峰峰振幅提供了模制品和 載體幅材之間的微弱粘結(jié)；同時還給出了低于50%的填充百分率。在 7.5和15nm之間的振幅在模制品和載體幅材之間產(chǎn)生了良好的粘合強 度，同時提高了填充百分率(例如，>75%)。大于15nm的振幅給出 了更好的粘合強度和提高的填充百分率(例如，>85%)。在載體幅材 34上的模制品46形成后，將承載模制品的幅材34的那部分引導(dǎo)出模 具并且將幅材34的一個新部分引導(dǎo)進入面向模具腔體的位置。
特別參見圖3，模制的特征部件50、 52均繪制在載體幅材34的第 一側(cè)面48和第二側(cè)面44上。所描繪的實施例包括分別位于第一模具 構(gòu)件18和可移動模具構(gòu)件20的注口 56、 54，并且焊頭58包含在可移 動側(cè)面20上。應(yīng)當(dāng)理解的是，很多可替代的注口和焊頭構(gòu)造也是可行 的。在所描述的實施例中，模具特征部件50具有穹頂橫截面形狀，且 模具特征部件52具有矩形橫截面形狀。而且，特征部件50， 52彼此 相對，并協(xié)同地構(gòu)成了可用的裝置(例如，光學(xué)透鏡)。應(yīng)當(dāng)理解， 在替代的實施例中，載體幅材34兩側(cè)面上的特征部件50、 52在形狀 和/或材料上可以相同或者不同。應(yīng)當(dāng)理解，在替代的實施例中，特征 部件50、 52不需要在載體幅材34上彼此相對。
在可替代的實施例中，載體幅材可以在其中包括沖孔或者一個或 多個隙縫或者孔洞，它們使得熔體從幅材的一個側(cè)面流向幅材的另一 個側(cè)面。載體幅材還可以具有足以允許模具排氣的表面凹槽或者紋理。 一個人可以使用足夠的注射壓力以便通過載體幅材從注口將聚合物熔 體注入幅材相對面上的腔體中。根據(jù)這樣的實施例，可以在幅材的兩 個側(cè)面上形成模具特征部件，而注口位于幅材的一個側(cè)面上。還應(yīng)當(dāng) 理解，在替代實施例中，注口56、 54可以從很多其他方向?qū)⑷刍牟牧橡佀瓦M入模具腔體中(例如，頂部、底部、以及側(cè)部)。
一些透鏡在一個側(cè)面上包含低縱橫比的特征部件，而在另一側(cè)面 上包含縱橫比相對較高的特征部件。利用第一和可移動模具構(gòu)件之間 的載體幅材，可以通過精壓沖程將透鏡的低縱橫比側(cè)面壓印在面向可 移動模具構(gòu)件的幅材的側(cè)面上。在幅材的另一個側(cè)面上，將聚合物熔 體注入模具腔體中，并且相同的精壓沖程可以在壓力作用下同時形成
透鏡的淺部或者低縱橫比部件和透鏡的高縱橫比側(cè)面。通過使用作為 透鏡一部分的載體幅材，可以將透鏡傳輸?shù)礁浇佑谳d體幅材的下一個 制造工序。這就減少了處理過程和對透鏡的損傷，例如刮痕，并且有 利于組裝。壓縮或者精壓沖程允許模制薄透鏡。在模制循環(huán)過程中使
用的超聲振動可以增加細節(jié)的敏銳度，減少模制品內(nèi)的壓力，并且允 許模制更薄的透鏡。
參見圖4，以透視圖的方式示出了第一和可移動模具構(gòu)件18、 20。
所描述的實施例說明多個單獨的模制品可以同時在載體幅材上進行模
制。在注模中可以有4個、8個或者甚至32個或者更多的腔體，在一 個單一的模制循環(huán)中模制盡可能多的制品是有利的。在所描述的實施 例中，模具側(cè)面i8、 20被構(gòu)造用于將8個單獨的制品同時模制到載體 幅材34上。在一些實施例中，制品可用是相同的，然而在其他實施例 中它們可以是不同的。所描述的實施例進一步說明超聲焊頭60、 61的 正面可以環(huán)繞多個模具特征部件的事實。在所描述的實施例中，兩個 圓面超聲焊頭位于可移動模具構(gòu)件20上。應(yīng)當(dāng)理解，在替代的實施例
中，超聲焊頭可能位于模具側(cè)面的一面或者兩面上。
參見圖5和13，示出了幅材載體34，其上具有多個模制品Xi和 X2。載體幅材34用作支撐結(jié)構(gòu)，它允許將制品Xi和X2作為一個組進 行處理，無需實際地單獨提取和放置這些制品。載體幅材34還具有使 制品X,和X2相互定向的功能。在 一 些實施例中，當(dāng)制品X,和X2離開 了模具，就使用它們之間的橫澆道保持制品的定向。在所描述的實施
19例中，制品X，和X2之間的最短的或者側(cè)向距離大約是模具構(gòu)件上相鄰 模具腔體之間對角距離的一半。這可以在兩個單獨的步驟中通過對制 品X!和X2進行模制而實現(xiàn)。例如，可以在第一模制循環(huán)中對幅材載體
34上的制品^進行模制，然后可以通過模具將其上帶有制品X,的幅 材載體引導(dǎo)到一個新位置以便將制品X2模制到幅材載體34上。在圖5 中，箭頭A表示載體幅材移動的方向，輪廓B表示第一模具構(gòu)件18 的大致邊界，通過距離S，將載體幅材從制品X,的模制循環(huán)引導(dǎo)到下
一個進行制品X2的模制循環(huán)的位置。
在圖13中，35a表示類似歧管噴嘴35的歧管噴嘴位置，但用于將 聚合物熔體注入相鄰行的下一行模制品中的模具腔體中，如圖5所示。 間隙腔體，例如示于圖13中的腔體或者偏置體41，可以被設(shè)計成模具 底片和第一模具構(gòu)件，以允許模制品的密集定位或者嵌套以及允許更 有效地使用幅材載體。應(yīng)當(dāng)理解的是，幅材載體34上的很多其他類型 的排列也是可能的。通過設(shè)計帶有偏置體的可移動模具構(gòu)件20，可以 將相同的原理用于載體幅材的雙側(cè)面上的模制，所述偏置體與面向可 移動模具構(gòu)件20的載體幅材側(cè)面上的模制特征部件相適應(yīng)。
圖5示出的同一時刻模制的部件X2的交錯或者偏置位置為一些必 需的元件提供空間，以支撐每一個模具腔體(例如注口、歧管噴嘴和 熱轉(zhuǎn)換裝置，如水或者油流經(jīng)的管道)。本發(fā)明開發(fā)經(jīng)歷表明載體幅 材上的模制品之間的最小間距可以小至5 mm 。
參見圖6，它表示正在將模制品62從第一模具構(gòu)件18上移除的側(cè) 視圖。在所描述的實施例中，在背離第一模具構(gòu)件18的方向上給幅材 施加張力以便將模制品62拉出模具腔體。應(yīng)當(dāng)理解的是，超聲振動可 以與張力一起使用以協(xié)助從模制腔體釋放模制品62。盡管載體幅材使 模制品能夠單獨地借助幅材中的張力從模具中移除，而無需使用機械 脫模裝置，例如脫模桿、提升機或者脫模板，但在替代實施例中，還 可以結(jié)合或者替代超聲振動和載體幅材34中的張力來使用脫模桿或者
20提升機，以便從模具側(cè)面18移除模制品62。在進一步的實施例中，可 以結(jié)合或者替代超聲振動或者載體幅材34中的張力來使用空氣壓力或 者真空輔助壓力，以便從第一模具構(gòu)件18中移除模制品62。
參見圖7，示出了圖4的模具側(cè)面的剖視圖。第一模具側(cè)面18是 靜止側(cè)面，熱歧管滴件64、 66、 68、 70各自指向模具腔體71、 72、 73 以及74。第二模具側(cè)面20被構(gòu)造為移向和移離第一模具側(cè)面18。在 所描述的實施例中，可移動模具構(gòu)件20包括給熔體提供超聲振動的超 聲波系統(tǒng)。超聲波系統(tǒng)包括連接到升壓器76、 78的焊頭60、 61，這些 升壓器連接到轉(zhuǎn)換器80、 81。超聲焊頭60和61為軸向定向的(超聲 振動與輸入激勵同軸，即，沿著焊頭的軸線進行振動)。焊頭已經(jīng)升 高了面向模具腔體的側(cè)面上的墊片59 (例如，直徑上大于模具腔體并 且高出焊頭的圓形表面大約25(Him)，并且焊頭與模具腔體周圍的圓 環(huán)幾乎一致并且在直徑上大于該圓環(huán)。通過卡緊在節(jié)點凸緣或者環(huán)形 體75,并留出可移動構(gòu)件的焊頭和周圍部件之間的間隙，可以將焊頭 安裝在可移動構(gòu)件20的內(nèi)部。
應(yīng)當(dāng)理解的是，所示的結(jié)構(gòu)是示例結(jié)構(gòu)。替代形式的結(jié)構(gòu)可以包 括不同的內(nèi)部組件或者相似組件的不同布局或者不同的超聲振動方 向。例如，可以在徑向上對焊頭進行定向。盡管附圖中的超聲焊頭繪 制在與可移動模具構(gòu)件相同的一側(cè)，但焊頭或者多個焊頭可能位于與 第一模具構(gòu)件相同的一側(cè)或者在其他位置；只要焊頭位于或者定向在 可有效引導(dǎo)超聲振動進入模具腔體中的聚合物熔體的位置即可。
參見圖8和9,示出了操作和處理模制品的方法。特別地，圖8 描繪了載體幅材34通過自身巻動來包裝模制品的方法。在所描述的實 施例中，間隔體82用于保護模制品免受損傷，這種損傷可能源自與幅 材載體34的接觸。在所描述的實施例中，可以將間隔體82本身模制 在載體幅材上。在替代的結(jié)構(gòu)中，可以在模制過程中對載體幅材進行 熱成形，以提供間隔體32。應(yīng)當(dāng)理解的是，替代實施例可以不包含間隔體，因為與載體幅材34相接處的配置不太可能導(dǎo)致模制品的損傷。 還應(yīng)當(dāng)理解的是，載體幅材34不需要通過自身巻動來進行包裝和運輸。 在替代實施例中，為了進行包裝、運輸、處理和操作，可以將載體幅 材34切削成多段并且一段堆疊在另一段之上。在其他替代實施例中， 為了進行包裝、運輸、處理和操作，可將載體幅材34自身折疊為扇狀 物。
圖9描繪了模制處理后的處理步驟中的載體幅材34，其上帶有模 制品84。在所描述的實施例中，載體介質(zhì)34提供了一種結(jié)構(gòu)，利用該 結(jié)構(gòu)形成了模制品62上的模具特征部件84。另外提供了在涂敷或者干 燥過程中處理模制特征部件的裝置。例如，模制品通過位于涂液88的 槽上方的輥子86就可以被涂上覆層。模制品在引導(dǎo)載體幅材34經(jīng)過 干燥裝置92的輥子卯上通過就可以進行干燥處理。當(dāng)位于載體介質(zhì) 上時，還可以對模制品進行檢查和消毒。
參見圖10和11，更詳細地示出和描述了模制品。描繪的實施例包 括具有頂面96和底面98的薄片94。所示的模制品100粘合到薄片94 的頂面96。在所描述的實施例中，薄片94是熔合到制品IOO的柔性聚 合物薄片(例如，聚碳酸酯)(例如，薄片和制品可以超聲焊接在一 起)。盡管示出了一個單一制品100，但應(yīng)當(dāng)理解的是，可以在薄片 94上間隔開多個這類制品100。在所描述的實施例中，模制品100之 上包含微針陣列。特別地，模制品100之上包括微針陣列。在所描述 的實施例中，針狀體的高度H在約25到5000微米之間，峰到峰距離 W (也稱為間距)在約25到5000微米之間。
制品的較低部分用作基部，被稱為針床，微針從該基部升起，針 床的厚度是距離L。針床厚度由模具插件(它具有限定微針的微結(jié)構(gòu)) 和模具腔體深度之間的尺寸關(guān)系確定。本發(fā)明處理能夠制造具有較薄
針床的制品(例如，L大約為25(Him或更小)?？捎杀痉椒ㄖ谱鞯暮?度大約為50)tim的針床使得微針陣列對皮膚具有較好的適形能力。應(yīng)當(dāng)理解的是，很多其他制品也是可以的，包括其上不包含微結(jié)構(gòu)的制品。
參見圖12，示出了圖IO和11的制品的替代實施例。在所描述的 實施例中，模制裝置102未與薄片104熔合。在所描述的實施例中， 模制裝置102和薄片104由不同材料構(gòu)成并且以聯(lián)鎖的方式相連接。 例如，模制裝置102可以包含聚合物的或者金屬的結(jié)構(gòu)并且薄片104 可以包含紙結(jié)構(gòu)或金屬結(jié)構(gòu)(例如，金屬箔)。裝置102熔化到薄片 104上以便它們聯(lián)鎖。在替代實施例中裝置102可以相互之間聯(lián)鎖(例 如，可能是模內(nèi)組件)。在所描述的實施例中，薄片包括底切特征部 件，但應(yīng)當(dāng)理解的是，可替代的結(jié)構(gòu)是可能的(例如，薄片可以包括 凸塊，模制裝置102圍繞所述凸塊進行模制，或者薄片的表面可以是 多孔的，例如紙)。在一些實施例中，裝置102容易地從薄片104分 離是理想的，在其他實施例中，裝置難以從薄片104分離是理想的。 幾何結(jié)構(gòu)可以根據(jù)裝置和薄片104之間的所需的連接類型而變化。在 所描述得實施例中，將薄片本身壓印在背面。在模制過程中，當(dāng)模具 側(cè)面18、 20擠壓在一起時可以產(chǎn)生這種壓印。在一些實施例中，使用 壓印提供容易的方式以便在視覺上辨識裝置102。在替代實施例中，載 體幅材包括在其上熱成形而非壓印而形成的形狀。
圖14和15示出了模具腔體，它可以利用溢流口對制品進行模制 (見WO2007/075806的第11頁)以提高腔體內(nèi)所有微小特征部件的填 充相似性。在使用溢流口時，注入腔室的聚合物熔體的量大于要求填 充腔體的量。過量的聚合物可以通過排放裝置流出，例如通過模具溢 流門極IIO流入溢流溝槽111,從那里穿過第一噴口 113、第二排放環(huán) 115以及通向模具外部的噴口 116而排出。這些部件的尺寸是本領(lǐng)域范 圍內(nèi)的技術(shù)，但示例深度是溢流門極381nm;溢流溝槽762pm;第 一噴口 127pm;以及第二排放環(huán)和噴口 762pm。
在載體幅材上結(jié)合超聲波和注模的本發(fā)明處理可以用少于已知處 理的模制循環(huán)時間進行操作。注模處理僅利用動態(tài)模制溫度循環(huán)來制
23造微針的典型循環(huán)時間是60-80秒。數(shù)據(jù)已經(jīng)表明，利用模制品和超聲 振動之間的橫澆道幫助填充模具腔體來制造微針的注模過程，所用的 循環(huán)時間是14.0秒。數(shù)據(jù)已經(jīng)表明，使用無橫澆道的載體幅材來制造 微針的本發(fā)明處理的循環(huán)時間是12.0秒，這是一個顯著的提高。
本發(fā)明處理和設(shè)備的優(yōu)點包括
1. 載體幅材的引導(dǎo)使得本處理在幅材的每單位面積上比其他可行 的處理能夠放置更多數(shù)量的相對較小的模制品(即，更大的幅材模制 部件密度)。更有效地利用幅材面積可以使處理過程更加經(jīng)濟或者使 采用昂貴的幅材材料更加可行，例如印刷電路幅材。
2. 模制循環(huán)時間的減少，以上已經(jīng)討論。
3. 對制品進行模制的能力，例如微針陣列，相比于以往由注模方 法制造的制品，在非常短的模制循環(huán)內(nèi)具有更薄的針床部分。在使用 某種類型設(shè)備的接種或者注射應(yīng)用中，更薄的微針陣列具有優(yōu)勢，在 該類設(shè)備中需要輕質(zhì)量微針。
4. 當(dāng)模制機關(guān)閉時，超聲焊頭必須自由振動，并且在焊頭周圍具 有一定的間距(例如，在25-5(Him范圍內(nèi))(在焊頭和在其中安裝或 者裝配焊頭的周圍部件之間)以允許它振動。當(dāng)焊頭或者多個焊頭在 可移動模具構(gòu)件內(nèi)位于圖2-4以及圖7所示的位置時，可移動和第一模
具構(gòu)件之間的載體幅材可以用作密封模具腔體但允許焊頭振動的墊 圈。載體幅材可以防止熔化的聚合物泄漏進入焊頭周圍的間隔空間中 并產(chǎn)生模具毛刺。超聲焊頭周圍具有足夠的間隙以使它在注模條件下
進行振動，以及需要避免空間太大以使聚合物熔體或者載體幅材流入 間隙，這兩者之間存在一種平衡。這種平衡可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員 所確定，在此所給出的信息以及本說明中陳述的尺寸對于這種平衡而 言是適合的。
5. 相比于已知的方法，提高了較短的循環(huán)時間內(nèi)的填充百分比。
6. 相比于已知的方法，提高了均勻度百分比(填充整個陣列上的 微結(jié)構(gòu)特征部件的程度)。例如，在一個單一模具腔體中模制多個微 針時，距離模具腔體門極(在此位置上聚合物熔體進入腔體)最深處的微針通常最難制作，也就是說，聚合物熔體難以到達并填充。本發(fā) 明方法能夠填充這些微針。
7.幅材上微針或者其他制品的注模有助于后續(xù)的處理。在普通的
注模處理中，從模制設(shè)備脫模的模制品被投入一個容器，可以將它們 從該容器中取出(例如，通過機器手)以用于后續(xù)的步驟。在本發(fā)明 的方法中，可以在載體幅材上將模制微針傳輸至下一個步驟，例如微 針的涂敷。對載體幅材上模制品的排列對后續(xù)步驟的設(shè)計是有利的。
載體幅材上的注模不一定能夠成功地與超聲波的使用相結(jié)合以提 高模制處理。存在某種擔(dān)心，即載體幅材不能經(jīng)受注模壓力、溫度變 化以及超聲能的沖擊這些處理條件。本發(fā)明方法和設(shè)備已經(jīng)消除了這
種擔(dān)心。
下面的實例是示意性的，不應(yīng)當(dāng)理解為以任何方式限制本發(fā)明。 實例
使用8個中心門控?zé)釞M澆道模具，在293t:條件下傳送熔化的聚碳
酸酯樹脂到包含插件的圓形模具腔體，該插件具有用于高度為25(Him 針狀體的1288個微腔體，其縱橫比大約為3，間距(W)為275pm以及5^im 半徑的頂部，在圓形針床或者直徑約為1.4cm的圓盤上進行模制。使 用氣動線性致動器將一個1500W的外置EMI加熱器置于注射模具的第 一和可移動構(gòu)件之間，實驗是在使用和不使用EMI加熱的條件下進行 的。利用感應(yīng)線圈殼體的端部和模具底片表面的平面之間的lmm間隙， 在3到8秒的周期范圍內(nèi)施加電磁感應(yīng)。使用熱歧管系統(tǒng)將聚合物熔 體經(jīng)由熱橫澆道饋送到模具腔體。在第一和可移動模具構(gòu)件之間引導(dǎo) 聚碳酸酯載體幅材。
用于電磁感應(yīng)加熱器的線性致動器的垂直運動由工作在壓縮空氣 (689kPa)環(huán)境下的雙向螺線管閥門來驅(qū)動，并且利用IOO噸的注模機的 機器接合進行致動。實驗步驟如下-
251. EMI加熱器根據(jù)模具腔體的位置精確放置，并且已經(jīng)開機。
2. EMI加熱器返回到第一和可移動模具構(gòu)件之間的空間外側(cè)的起 始位置。
3. 通過將可移動構(gòu)件移至第一模具構(gòu)件以關(guān)閉模具，載體幅材位 于可移動和第一構(gòu)件之間，并且將聚合物熔體注入模具腔體中。
4. 通過圓柱形的、軸向定向的焊頭以20KHz的頻率施加超聲能。
5. 可移動模具構(gòu)件從第一模具構(gòu)件向后移動，借助于載體幅材的 張力將模制品從模具腔體脫離，接著引導(dǎo)幅材以便為下一次塑料噴射 作準(zhǔn)備。
在EMI加熱的腔體中制造的注模制品的保真性示于下表中。所記 錄的每項處理條件都產(chǎn)生了 IO個復(fù)制品。
感應(yīng)激活時間微針高度均勻度百分比填充百分比
3sec,230(im (+/-) 10nm60%100%
5 scc.240拜(+/-) IO拜90%100%
8 scc.250阿(+/-) 5nm100%100%
可以相信，由于將EMI用于本發(fā)明處理，聚合物熔體和模具腔體 表面之間的溫度差減小(相比于已知的技術(shù))，所制得的模制品不會 出現(xiàn)如常規(guī)處理中模制的部件那樣的收縮程度。在表示各向異性的45 °正交偏振器下觀察時，不使用EMI條件下制造的制品呈現(xiàn)了干涉圖 案；然而，采用上述EMI而制造的微針陣列在偏振光條件下呈現(xiàn)出完 全不同的圖案，該圖案表明各向異性的減少。在使用EMI的條件下， 由于收縮而產(chǎn)生的模內(nèi)壓力得到緩解。
以上說明、實例、以及數(shù)據(jù)提供了本發(fā)明制造和使用的完整描述。 可以在不偏離本發(fā)明精神和范圍的前提下制備本發(fā)明的很多附加的實 施例。例如，采用堆疊模具結(jié)構(gòu)實施本發(fā)明。
2權(quán)利要求
1.一種注模方法，包括提供具有第一模具構(gòu)件和至少一個可移動模具構(gòu)件的注模設(shè)備，所述可移動模具構(gòu)件能夠移向所述第一模具構(gòu)件和從所述第一模具構(gòu)件移開以便閉合模具，其中在所述第一或者可移動模具構(gòu)件的至少一個中具有模具腔體，其含有縱橫比至少為2∶1的多個微結(jié)構(gòu)特征部件；當(dāng)所述模具腔體閉合時將聚合物熔體注入其中；使用超聲焊頭為所述模具腔體施加超聲波振動；并且應(yīng)用選自如下的至少一組處理參數(shù)A.定位載體幅材，以便當(dāng)所述模具閉合時，載體幅材位于所述第一模具構(gòu)件和移動模具構(gòu)件之間，所述幅材的一部分面向所述模具腔體且其一部分位于閉合模具之外；B.通過電磁感應(yīng)加熱裝置加熱所述模具腔體；和/或C.通過電阻加熱來加熱所述模具腔體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中同時使用參數(shù)A和B。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中對于一次模制循環(huán)，載體幅材的第一部分定位為面向所述模具腔體，且所述第一部分的幅材之上的載體幅材的第二部分不面向所述模具腔體；且該方法進一步包括引 導(dǎo)載體幅材到下一個位置，在此位置上所述第一部分是所述模具腔體 的下部幅材并且所述第二部分面向所述模具腔體以用于下一次模制循 環(huán)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將熔體從所述模具腔體的第一側(cè) 面注入模具腔體中，并且從所述模具腔體的第二側(cè)面施加超聲振動。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述超聲振動施加到面向所 述模具腔體的載體介質(zhì)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其還包括利用載體幅材將模制品 從模具腔體中移除，而不使用機械脫模裝置，例如脫模桿、提升機或 者脫模板。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述模具腔體被構(gòu)造用于模 制微針。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述模具的第一側(cè)面包括多 個模具腔體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中將熔體注入模具腔體的步驟 包括從歧管將熔體注入所述多個模具腔體中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述載體介質(zhì)包括選自聚 合物膜、金屬箔、織造的或非織造的布料、紙張以及由金屬和聚合物、 布料和聚合物或者紙張和聚合物構(gòu)成的復(fù)合幅材的材料。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述載體介質(zhì)具有例如底 切或者凸塊的特征部件，它們與將要模制的制品互鎖。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中載體幅材具有在注模過程 中有效提供排放功能的孔洞、沖孔、隙縫、凹槽和/或表面紋理。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中注口位于所述模具腔體的 一個側(cè)面的中心。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中注入的聚合物熔體的量大 于填充所述模具腔體所需要的量，并且過量的聚合物通過排放裝置流 出腔體。
15. —種注模的方法，包括提供具有第一模具構(gòu)件和可移動模具構(gòu)件的注模設(shè)備，所述可移 動模具構(gòu)件能夠移向所述第一模具構(gòu)件和從所述第一模具構(gòu)件移開以 便閉合模具，其中在所述第一以及可移動模具構(gòu)件中都具有模具腔體；定位載體幅材，以便當(dāng)模具閉合時，載體幅材位于所述第一模具 構(gòu)件和移動模具構(gòu)件之間，所述幅材的一部分面向所述模具腔體且一 部分位于閉合的模具之外；當(dāng)模具閉合時，在所述載體幅材的兩個側(cè)面將聚合物熔體注入模具腔體中；并且通過超聲焊頭將超聲振動施加到至少一個模具腔體。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在兩個模具腔體中都具有 模具特征部件，并且所述兩個模具腔體中的一個具有縱橫比低于另一 個模具腔體的特征部件的特征部件。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述兩個模具腔體的特征 部件彼此相對，從而它們在所產(chǎn)生的模制品中形成一個透鏡或者多個 透鏡。
18. —種注模設(shè)備，包括 第一模具構(gòu)件；移動模具構(gòu)件，該移動模具構(gòu)件能夠移向和移離所述第一模具構(gòu)件；模具腔體，該模具腔體位于所述第一模具構(gòu)件內(nèi)并且面向所述移 動模具構(gòu)件；幅材處理裝置，該幅材處理裝置用于移動所述第一模具構(gòu)件和移 動模具構(gòu)件之間的載體幅材，以使得當(dāng)所述第一和移動模具構(gòu)件位于 閉合位置時，所述載體幅材的一部分面向所述模具腔體，并且所述載 體幅材的一部分位于由所述第一和移動模具構(gòu)件所封閉的區(qū)域之外；用于將熔體注入所述模具腔體中的裝置；以及 超聲波系統(tǒng)，該超聲波系統(tǒng)用于將超聲波振動提供給所述模具腔 體中的熔體；該注模設(shè)備還包括選自以下選項的至少一個元件A. 幅材引導(dǎo)裝置，每次所述移動模具構(gòu)件移向第一模具構(gòu)件以閉 合模具時，所述幅材引導(dǎo)裝置引導(dǎo)所述載體幅材沿著它的長度到不同 的位置；B. 電磁感應(yīng)加熱器，該電磁感應(yīng)加熱器能夠加熱模具腔體內(nèi)的模 具插件和Z或模具腔體周圍的金屬；以及C. 電阻加熱裝置。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述超聲波系統(tǒng)包括諧振 焊頭、超聲波轉(zhuǎn)換器以及升壓器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，還包括位于所述模具腔體內(nèi)的 金屬插件，并且其中所述插件用作電阻加熱器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述第一模具構(gòu)件具有偏 置體或者凹槽，當(dāng)已經(jīng)在載體幅材上模制的制品位于處于閉合位置的 所述第一和可移動模具構(gòu)件的邊緣之內(nèi)時，所述偏置體或者凹槽允許 進行注模，以避免這類制品受到損傷。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述可移動模具構(gòu)件也具 有偏置體或者凹槽，當(dāng)已經(jīng)在載體幅材的一個側(cè)面上模制的制品位于 處于閉合位置的所述第一和可移動模具構(gòu)件的邊緣之內(nèi)時，所述偏置 體或者凹槽允許在載體幅材的所述側(cè)面上進行注模，以避免這類制品 受到損傷。
23. —種在具有至少兩個模具腔體的注模設(shè)備中制造的制品，所 述制品包括載體幅材和貼附到所述載體幅材的模制品陣列的組合，所 述模制品的特征在于具有縱橫比至少為2:1的微結(jié)構(gòu)特征部件，并且在所述陣列中模制品之間最近的中心到中心、或者邊緣到邊緣距離比模 具腔體之間的中心到中心、或者邊緣到邊緣距離更近。
24. —種微針陣列，其由聚合物材料制成，所述微針陣列包括位 于針床上的多個微針，所述微針具有20到1000微米的高度和大于2:1 的縱橫比，所述針床的厚度不大于250微米。
全文摘要
載體幅材(34)上的注模部件位于半模(18，20)之間。通過將超聲能施加到模具腔體上以幫助聚合物熔體流入模具。在模制操作之后，半模分離，并推動或者引導(dǎo)載體幅材到下一個位置以用于另一個模制序列。模制設(shè)備包括移動模具表面(20)，該表面能夠移向并移離第一模具構(gòu)件(18)(它可以是靜止的)，模具腔體位于其所述第一模具構(gòu)件中、用于移動和/或引導(dǎo)位于第一模具構(gòu)件和移動模具表面之間的裝置(24，25，26，30，32)、將聚合物熔體注入模具腔體中的裝置(16)、以及為模具腔體提供超聲能的超聲波系統(tǒng)(42)。載體幅材可以將模制部件傳輸?shù)胶罄m(xù)的處理步驟，例如涂層、烘干、檢測、固化、組裝或者包裝。
文檔編號B29C45/56GK101678584SQ200880021143
公開日2010年3月24日 申請日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月20日
發(fā)明者丹尼爾·H·卡爾森, 丹尼斯·E·弗格森, 唐納德·L·泊察爾特, 彼得·T·本松, 斯坦利·倫登, 薩蒂德爾·K·納亞爾, 詹姆斯·N·多布斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司