TWI909451B

TWI909451B - 工件模具

Info

Publication number: TWI909451B
Application number: TW113117757A
Authority: TW
Inventors: 王育梓; 吳致翔
Original assignee: 復盛應用科技股份有限公司
Filing date: 2024-05-14
Publication date: 2025-12-21

Abstract

一種工件模具，用以取代傳統用於鑄造金屬之蠟模。該工件模具為一桿頭殼模模具，且包含一冠部，該冠部具有一開口輪廓及一緩衝部，該緩衝部一體成型地連接於該開口輪廓，該緩衝部具有至少一緩衝孔，該工件模具由一組合物以3D列印所成型，該組合物包含以重量百分比計15～25％的丙烯酸酯單體、15～25％的乙氧化雙酚A二丙烯酸酯及0.5～5％的光引發劑。藉此可以達到降低成本並縮短金屬鑄件成型的整體時長的功效。

Description

工件模具

本發明係關於一種工件模具，尤其是一種替代蠟模的工件模具。

熔模鑄造形成工件時，通常預先成型對應工件形狀的一蠟模，如此，將該蠟模經過重複沾漿淋砂，並經由燒結固化後將蠟模熔化從該工件殼模中去除即可得到工件殼模，最後將熔融金屬液倒入該工件殼模中固化以獲得金屬鑄件。惟，成型蠟模前需預先製作出對應形狀的蠟模模具，耗費時間及成本，且當金屬鑄件的形狀需求改變，舊蠟模模具只能報廢無法再使用，造成浪費。

有鑑於此，習知的用以成型工件殼模的蠟模確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種工件模具，能夠取代傳統用於鑄造金屬之蠟模，進而降低成本並縮短金屬鑄件成型的整體時長。

本發明全文所述方向性或其近似用語，例如「前」、「後」、「左」、「右」、「上（頂）」、「下（底）」、「內」、「外」、「側面」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性或其近似用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例，非用以限制本發明。

本發明全文所記載的元件及構件使用「一」或「一個」之量詞，僅是為了方便使用且提供本發明範圍的通常意義；於本發明中應被解讀為包括一個或至少一個，且單一的概念也包括複數的情況，除非其明顯意指其他意思。

本發明全文所述「結合」、「組合」或「組裝」等近似用語，主要包含連接後仍可不破壞構件地分離，或是連接後使構件不可分離等型態，係本領域中具有通常知識者可以依據欲相連之構件材質或組裝需求予以選擇者。

本發明的工件模具，該工件模具為一桿頭殼模模具，且包含一冠部，該冠部具有一開口輪廓及一緩衝部，該緩衝部一體成型地連接於該開口輪廓，該緩衝部具有至少一緩衝孔，該工件模具由一組合物以3D列印所成型，該組合物包含以重量百分比計15～25％的丙烯酸酯單體、15～25％的乙氧化雙酚A二丙烯酸酯及0.5～5％的光引發劑。

據此，本發明的工件模具，係由該組合物經由3D列印所成型，因而具有一體成型之構造，可以使熱脹應力發生在該緩衝處而不會發生在該開口輪廓，令該開口輪廓維持完整，此外，該工件模具不但可以維持相似於蠟為材料製成的工件模具的熱膨脹係數及熱變形溫度，更可以具有較佳的強度，能夠取代傳統用於鑄造金屬之蠟模，進而降低成本並縮短金屬鑄件成型的整體時長。

其中，該丙烯酸酯單體為乙二醇二丙烯酸酯。如此，該丙烯酸酯單體係可以具有光反應性，以及較佳的硬化速率的功效。

其中，該光引發劑為二苯基（2,4,6-三甲基苯甲酰基）氧化膦。如此，該光引發劑係可以引發該丙烯酸酯單體及該寡聚物的聚合反應而產生固化的功效。

其中，該工件模具包含一底部，該底部具有一開口輪廓，該底部具有一緩衝部，該緩衝部一體成型地連接於該開口輪廓，該緩衝部具有至少一緩衝孔。如此，使熱脹應力發生在該緩衝孔處而不會發生在該開口輪廓，具有使該冠部之開口輪廓維持完整的功效。

其中，該工件模具的拉伸強度大於20 Mpa。如此，該工件模具可以具有較佳的強度，可以減少溫度變化所引起的脹裂，達到提升殼模品質的功效。

其中，該工件模具的拉伸模數大於1500 Mpa。如此，該工件模具可以具有較佳的強度，可以減少溫度變化所引起的脹裂，達到提升殼模品質的功效。

其中，該工件模具的熱膨脹係數為121~130ppm/℃，熱變形溫度為46~53℃。如此，該工件模具可以維持相似於蠟為材料製成的工件模具的熱膨脹係數及熱變形溫度的功效。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式作詳細說明；此外，在不同圖式中標示相同符號者視為相同，會省略其說明。

本發明用以成型工件模具的組合物，係包含以重量百分比計15～25％的丙烯酸酯單體、15～25％的乙氧化雙酚A二丙烯酸酯及0.5～5％的光引發劑。

該丙烯酸酯單體可以為具有光反應性，以及較佳的硬化速率的反應性稀釋單體（Reactive monomer），以使該用以成型工件模具的組合物可以藉由適當波長的紫外光之照射而硬化成型，例如可以藉由200～400nm的紫外光照射後進行固化。在本實施例中，該丙烯酸酯單體係為乙二醇二丙烯酸酯（Ethylene glycol diacrylate），而在該用以成型工件模具的組合物中則可以形成聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA），該乙二醇二丙烯酸酯具有較佳的韌性以及良好的耐磨性質。如此，藉由包含15～25％的該聚乙二醇二丙烯酸酯，可以使該用以成型工件模具的組合物成型一工件模具後具有較佳的機械性質（容後詳述）。

該用以成型工件模具的組合物另包含一寡聚物（Oligomer），該寡聚物可以選用具有較佳的硬化速率之化合物，在本實施例中，該寡聚物為乙氧化雙酚A二丙烯酸酯（Bisphenol A ethoxylate diacrylate），使該寡聚物進行光固化後可以具有較高的硬度。

該光引發劑可以吸收紫外光或可見光的預定波長的能量，進而引發該丙烯酸酯單體及該寡聚物的聚合反應而產生固化。詳言之，該光引發劑可以吸收波長250～400 nm的紫外光，或者，該光引發劑可以吸收波長400～800 nm的可見光，並可以產生例如自由基、陽離子或陰離子等藉此來引發該丙烯酸酯單體及該寡聚物的聚合反應。在本實施例中，該光引發劑為二苯基（2,4,6-三甲基苯甲酰基）氧化膦。

請參照第1、2圖所示，本發明用以成型工件模具的組合物，可以以增材製造的方式，例如以3D列印的方式成型一工件模具1，在本實施例中，該工件模具1係以一高爾夫球桿頭之殼模模具為例進行說明，該工件模具1可以經過沾漿淋砂以使砂漿附著於該工件模具1的表面，及經燒結作業使砂漿固化後以產生一體成型桿頭殼模，將金屬融溶液澆注於該一體成型桿頭殼模後即可成型出一體成型之高爾夫球桿頭。舉例而言，該用以成型工件模具的組合物可以藉由3D列印成型該工件模具1，如此，該工件模具1藉由該用以成型工件模具的組合物的組份配比，可以具有121~130ppm/℃的熱膨脹係數（Coefficient of thermal expansion，CTE），以及該工件模具1的熱變形溫度（Heat deflection temperature，HDT）可以達到46~53℃。是以，該工件模具1可以具有與蠟相近的熱膨脹係數與熱變形溫度，且在燒結作業中可以減少體積的收縮與膨脹，以維持穩定的體積，進而取代傳統用於鑄造金屬之蠟模。此外，值得注意的是，經測量該工件模具1的機械性質，該工件模具1具有大於20 Mpa的拉伸強度，以及大於1500 Mpa的拉伸模數（Tensile Modulus），即，根據上述組合物之組成具有成型出良好強度之工件模具1的作用。

在本案一個實施例中，該工件模具1包括以重量百分比計15%的丙烯酸酯單體、16.3%的乙氧化雙酚A二丙烯酸酯及0.8％的光引發劑，此時，該工件模具1之熱膨脹係數為121.3 ppm/℃，熱變形溫度為46.7℃，拉伸強度為21Mpa，拉伸模數為1516 Mpa。

在本案另一個實施例中，該工件模具1包括以重量百分比計25%的丙烯酸酯單體、23.7%的乙氧化雙酚A二丙烯酸酯及4.8％的光引發劑，此時，該工件模具1之熱膨脹係數為129.6 ppm/℃，熱變形溫度為52.7℃，拉伸強度為21Mpa，拉伸模數為1520 Mpa。

請參照第3圖所示，其係該桿頭殼模之工件模具的第二實施例，該工件模具2具有一冠部21（Crown），該冠部21可以具有一開口輪廓22，該開口輪廓22用以形成一冠部開口，使該冠部開口可用以結合一冠部蓋板，例如該冠部開口可用以結合一碳纖維冠部蓋板。值得注意的是，該冠部開口在該工件模具2受熱而產生熱脹時會受到相對較大的應力，因此，當對該工件模具2在沾漿淋砂後進行燒結作業時，該冠部開口為相對容易產生脹裂之處。因此，在本實施例中該冠部21另具有一緩衝部23，該緩衝部23一體成型地連接於該開口輪廓22。即，成型該工件模具2時一併成型出該緩衝部23，該緩衝部23具有至少一緩衝孔231，如此，當對該工件模具2進行燒結作業時，上述熱脹的應力則會發生在該緩衝孔231處而不會發生在該開口輪廓22，即使當該緩衝孔231產生脹裂，該冠部21之開口輪廓22依然可以維持完整。

請續參照第4圖所示，該工件模具2具有一底部24（Sole），該底部24可以具有一開口輪廓25，該開口輪廓25用以形成一底部開口，使該底部開口可用以結合一底部蓋板，例如該底部開口可用以結合一碳纖維底部蓋板。因此，該底部24之開口輪廓25可以一體成型地連接一緩衝部26，以及該緩衝部26具有至少一緩衝孔261。如此，可以同樣避免該底部24之開口輪廓25受到脹裂的影響。

如此，以該工件模具2成型一桿頭殼模後，將金屬融溶液澆注於該桿頭殼模即可獲得一桿頭半成品，該桿頭半成品之上述開口輪廓處一併成型有產生脹裂的緩衝部，工者依據該開口輪廓將脹裂的緩衝部切除即可得到預定之桿頭成品以供蓋片結合。據此，該第二實施例之工件模具可用以成型供蓋片結合之桿頭。

綜上所述，本發明的工件模具，係由該組合物經由3D列印所成型，因而具有一體成型之構造，可以使熱脹應力發生在該緩衝處而不會發生在該開口輪廓，令該開口輪廓維持完整，此外，該工件模具不但可以維持相似於蠟為材料製成的工件模具的熱膨脹係數及熱變形溫度，更可以具有較佳的強度，能夠取代傳統用於鑄造金屬之蠟模，進而降低成本並縮短金屬鑄件成型的整體時長。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當包含後附之申請專利範圍所記載的文義及均等範圍內之所有變更。又，上述之數個實施例能夠組合時，則本發明包含任意組合的實施態樣。

1,2:工件模具 21:冠部 22,25:開口輪廓 23,26:緩衝部 231,261:緩衝孔 24:底部

［第1圖］本發明第一實施例的桿頭殼模模具冠部圖。［第2圖］本發明第一實施例的桿頭殼模模具底部圖。［第3圖］本發明第二實施例的桿頭殼模模具冠部圖。［第4圖］本發明第二實施例的桿頭殼模模具底部圖。

2:工件模具 21:冠部 22:開口輪廓 23,26:緩衝部 231,261:緩衝孔

Claims

一種工件模具，該工件模具為一桿頭殼模模具，且包含一冠部，該冠部具有一開口輪廓及一緩衝部，該緩衝部一體成型地連接於該開口輪廓，該緩衝部具有至少一緩衝孔，該工件模具由一組合物以3D列印所成型，該組合物包含以重量百分比計15～25％的丙烯酸酯單體、15～25％的乙氧化雙酚A二丙烯酸酯及0.5～5％的光引發劑。
如請求項1之工件模具，其中，該丙烯酸酯單體為乙二醇二丙烯酸酯。
如請求項1之工件模具，其中，該光引發劑為二苯基（2,4,6-三甲基苯甲酰基）氧化膦。
如請求項1之工件模具，其中，該工件模具包含一底部，該底部具有一開口輪廓，該底部具有一緩衝部，該緩衝部一體成型地連接於該開口輪廓，該緩衝部具有至少一緩衝孔。
如請求項1之工件模具，其中，該工件模具的拉伸強度大於20 Mpa。
如請求項1之工件模具，其中，該工件模具的拉伸模數大於1500 Mpa。
如請求項1之工件模具，其中，該工件模具的熱膨脹係數為121~130ppm/℃，熱變形溫度為46~53℃。