CN101111641A

CN101111641A - 浆料模具及浆料模具的使用

Info

Publication number: CN101111641A
Application number: CNA2005800472849A
Authority: CN
Inventors: 比约恩·尼尔森; 拉斯·格拉夫顿; 利夫·巴斯克曼
Original assignee: Pakit International Trading Co Inc
Current assignee: Pakit International Trading Co Inc
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2025-11-25
Also published as: JP4980233B2; BRPI0518026B1; SE529164C2; CA2588514C; KR101288922B1; CA2588514A1; MX2007006170A; US8246784B2; US20110168346A1; JP2008522044A; AU2005310065B2; US20090139678A1; US7909964B2; ZA200704906B; RU2007119434A; CN2856115Y; EP1815065B1; ES2444637T3; WO2006057609A1; BRPI0518026A

Abstract

本发明涉及一种包括烧结颗粒和多个排水槽的多孔浆料模具。本发明的浆料模具可以快速并低成本的制造。本发明的模制表面包括小孔开口，以排出液体并防止纤维进入浆料模具。此外，本发明的浆料模具包括排水槽来改善浆料模具的排放能力。由于浆料模具高的导热性和经受高温的能力，模制表面可以加热到至少200℃。

Description

浆料模具及浆料模具的使用

技术领域

本发明涉及一种用于模制可以在多种应用中使用的三维浆料物体的浆料模具。更特别地，所述物体利用包括主要为纤维和液体的混合物的纤维浆料成型。纤维浆料布置在模具中而部分液体排出，生产出所形成的纤维物体。

背景技术

浆料模制的包装使用在多个领域中并提供一种可生物降解的对环境无害的包装方案。来自于模制浆料的产品经常用作例如移动电话、电脑设备、DVD播放器以及其它电子消费品和其它需要包装保护的产品的保护性包装。此外，模制浆料物体可以在食品工业中使用，例如汉堡包盒、盛液体的杯子、餐盘等等。而且，模制浆料物体可以用于构成轻型夹心板或者其它轻型承载结构的结构芯。这些产品的形状通常很复杂并在许多情况下，它们的上市时间比预期的短。此外，产品序列可以具有相对小的尺寸，浆料模具的低生产成本是一个优势，如同快速且低成本的制造模具的方法。另一个方面是产品的内部结构强度。传统浆料模制物体总是被包装材料所限制，因为它们与例如塑料制成品相比竞争条件不利。而且，为浆料模制物体提供光滑的表面结构是有利的。

在传统的浆料模具生产线中，例如参见US 6210531，纤维包含例如通过真空提供到模具的浆料。纤维容纳在施加于模具的模制表面上的金属丝网中，而部分水分通常通过在模具底部添加真空源而通过模具被吸走。然后，模具轻轻地压向互补的阴模部分，并在加压末期，模具中的真空可以被轻轻吹来的空气代替而同时真空施加在互补的反转模型上，从而迫使模制浆料物体转移到互补的阴模部分。在下一步骤中，模制浆料物体被转移到一个传送带，该传送带传送模制浆料物体进入干燥炉。在模制浆料物体的最终干燥之前，根据这个传统方法的固体含量(ISO 287所定义)大约为15-20％，而此后固体含量增加到90-95％。因为固体含量在进入炉前相当低，由于收缩力和另外的结构张力保留在产品中，产品有改变其形状和尺寸的倾向。并且因为形状和尺寸在干燥过程中改变，经常需要“后续加压”产品从而强迫获得优选的形状和尺寸。然而，这在所得到的产品中产生了扭曲和变形缺陷。另外，干燥过程消耗大量能量。

在上述过程中使用的传统浆料模具通常利用被用于模制表面的金属丝网覆盖的主体构成。金属丝网防止纤维通过模具吸出，但允许水排出。所述主体传统上通过接合铝块构成并由此获得优选的形状，该铝块包含若干用于使水通过的钻孔。金属丝网通常利用焊接加到主体上。然而，这很复杂，费时间并且费用高。此外，金属丝网的网格和焊接点通常在所得到的产品的表面结构上很明显，在最终产品中产生不希望的粗糙度。而且，应用金属丝网的方法对模具形状的复杂度设定了限制，使得在形状上不可能成型某些结构。

在EP0559490和EP0559491中，提出了一种优选包括玻璃珠的浆料模具以成型多孔结构，该专利也提到了可以使用烧结颗粒。具有平均尺寸在1-10mm之间的颗粒的支撑层由具有平均尺寸在0.2-1.0mm之间的颗粒的模制层覆盖。这种已知技术背后的原理是提供一种这样的层，其中水可以利用毛细吸力保持并利用所保持的水冲洗模具，以防止纤维堵塞模具。然而这个过程是复杂的。

US 6451235提出了一种用两个步骤成型浆料模制物体的装置和方法。第一步湿成型预制纤维物体，该物体在第二步中被加热并在大压力下挤压。浆料模具由具有钻过孔的排水槽的固体金属成型以排出液体。

US 5603808提出了一种浆料模具，其中一个实施例展示了一种由包括0.1mm到2.0mm的矩形开口的金属镀层覆盖的多孔基底结构。

US 6582562披露了一种能够经受高温的浆料模具。

所有现有技术中有关浆料模具生产的方法，包括上面披露的方法，都存在一些缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除或至少减少上述一些缺点的浆料模具。这是通过提供一种用于由纤维浆料模制物体的浆料模具实现的，该浆料模具包括烧结模制表面和可渗透的基底结构，其中，该模制表面包括至少一层平均直径在0.01-0.19mm范围内的烧结颗粒，优选直径在0.05-0.18mm范围内。其提供的优势是：模制表面的最外层具有带小孔的微细结构，以便生产具有光滑表面的浆料模制物体，并在阴模和阳模之间容纳纤维，以防止这些纤维进入相同的模具并同时允许液体或者蒸发的液体放出。

根据本发明的另外一些方面：

-浆料模具的导热率在1-1000W/(m℃)的范围内，优选至少10W/(m℃)，更优选至少40W/(m℃)，其提供的优势是：在挤压步骤中，热量可以传递到模制表面，以便在增加的温度下实现挤压，这导致浆料材料中所希望的液体的蒸发。这个蒸发有利于液体通过模具吸出，并使得压力在模制表面上平均分配并因此模制浆料平均加压。

-可渗透的基底结构包括平均直径大于模制表面中颗粒的烧结颗粒，优选至少0.25mm，优选至少0.35mm，更优选至少0.45mm并且平均直径小于10mm，优选小于5mm，更优选小于2mm，其提供的优势是：基底结构具有高的液体渗透性，使得液体和蒸汽能够从模制的浆料中排出，而且基底结构具有高的内部强度，从而可以承受在挤压步骤中作用在基底结构上的压力。

-包括烧结颗粒的可渗透支撑层设置在基底结构和模制表面之间，在该处，支撑层的颗粒的平均直径小于基底结构中的烧结颗粒的平均直径，而大于模制表面中的烧结颗粒的平均直径，其提供的优势是：支撑层可以使模具中的孔隙最小，保证如果基底结构的烧结颗粒和模制表面的烧结颗粒之间的尺寸差距很大时模制表面也不塌陷到孔隙中，加入支撑层以产生从模制层的小颗粒到基底结构的大颗粒的光滑过度，因而通过利用在这两个极端尺寸之间的颗粒尺寸，使得不同尺寸的层之间产生的孔隙最小。

-浆料模具的总孔隙率为至少8％，优选至少12％，更优选至少15％，而浆料模具的总孔隙率小于40％，优选小于35％，更优选小于30％，其提供的优势是：液体和蒸发的液体可以从浆料模具排出。

-设置热源给浆料模具提供热量，其提供的优势是：模制表面可以在模制过程中加热。

-浆料模具的底部基本上是平面的而没有较大的孔隙，该底部设置为传递所施加的压力，其提供了适合于热传递的表面并提供了成型稳定的浆料模具的优势。较大的孔隙意味着孔隙大于排水槽的孔隙，在下边描述，例如凹凸不平形状的浆料模具具有大的孔隙。

-加热板设置在模具底部并且加热板包括吸入口，其提供的优势是：热量可以传递到浆料模具，因此加热模制表面而且吸力源可以在模制表面上提供吸力。

-浆料模具具有至少一个设置在其底部的致动器，其提供的优势是：使浆料阴模和阳模可以被挤压到一起。

-浆料模具能够经受至少400℃的温度，其提供的优势是：模具在运行过程中可以被加热到至少400℃。

-浆料模具包括至少一个、优选多个排水槽，其提供的优势是：在浆料模具中液体和蒸发液体的排放可以增大。

-排水槽在浆料模具的底部具有第一直径而在基底结构和支撑层之间的交界处具有第三直径，该第三直径基本上小于第一直径。

-第一直径大于或者等于中间第二直径而该第二直径大于第三直径。

-第二直径至少1mm，优选至少2mm，而第三直径小于500μm，优选小于50μm，更优选小于25μm，最优选小于15μm。

-多个排水槽以至少10个槽/m²分配，优选2500-500000个槽/m²，更优选小于40000个槽/m²，提供了良好的排水能力的优势。

-至少一个浆料模具设置在加热板上，加热板具有吸入口，吸入口设置成与多个排水槽配合。

-在操作过程中，浆料阳模和阴模被挤压而接触，模制表面的温度至少为200℃，传递热量到布置在浆料阴模和阳模之间的纤维和液体的混合物，其提供的优势是：大部分液体蒸发而且因为蒸汽的膨胀，蒸发的液体通过多孔的浆料模具发散。

-由于制造模具中烧结技术的使用，可以构造模具的复杂形状。浆料模具可以利用石墨或不锈钢烧结模具构造。这些烧结模具利用传统方法很容易制造并可以以低成本和短的制造时间生产非常复杂的形状。

-本发明的烧结模具可以以高精度制造。

-本发明的烧结模具可以以持续的性能使用500000次。

-浆料模具可以包括一个或多个含有所述烧结颗粒的不可渗透表面区域，该不可渗透表面区域具有的渗透性基本上小于模制表面的。

-如果烧结模具的精度在要求范围之外，它可以通过在第二模具中挤压烧结模具矫正，在该第二模具中制造烧结模具而不失去特有的特征。

-可以建立在浆料物体的一个或者两个侧面上的表面结构。例如，标识可以模制到餐盘底部。这可以通过在一个或两个模制表面上添加带有标识形状的薄烧结层完成。

-具有高的内部强度的所形成的浆料模制物体可以利用本发明的浆料模具生产。

-由于模制表面良好精密的结构，两个侧面都能提供光滑表面，兼有经受高压力的性能，因为导热性使得在模制表面利用高温进行挤压成为可能，使液体蒸发，其将充当消除模制表面中的任何小的不准确度的缓冲。

-由于模具的孔隙率相同，吸力平均分配。

-由于蒸汽膨胀的缓冲作用和平均的吸力，模制表面之间的压力变为平均分配。

附图说明

在下文中，将结合附图描述本发明，其中：

图1显示了根据本发明一个优选实施例的浆料模具的阳模部分和互补的阴模部分在分开位置的截面图，

图2显示的和图1相同但是位于模制位置，

图2a显示了图2一部分的局部放大图，

图2’显示了根据本发明第二实施例的位于模制位置的浆料模具，

图2a’显示了图2’一部分的局部放大图，

图3显示了单排水槽，

图4是图1的浆料模具的阳模部分的截面放大图，显示了模制表面，三个排水槽的顶端和基底结构的上部分，

图5是图2的浆料模具的阴模部分的截面放大图，显示了模制表面，两个排水槽的顶端和基底结构的上部分，

图6是图3中示出的实施例的截面放大图，显示了模制表面和基底结构的上部分，

图7是图4中示出的实施例的截面放大图，显示了模制表面和基底结构的上部分，

图8显示了从成型空间看时浆料模具的阴模和阳模的模制表面的一部分，

图9显示了根据本发明的浆料模具的三维图，以及

图10是根据本发明结合有热量和真空吸引工具的模具的优选实施例的分解图。

具体实施方式

图1显示了根据本发明优选实施例的浆料模具的阳模100和互补的阴模200部分的截面图。阴模200和阳模100部分都按照相同的原理构造。成型空间300设置在浆料模具100、200之间，在该处模制浆料在操作中成型。基底结构110、210构成浆料模具100、200的主体。支撑层120、220设置在基底结构110、210上。模制表面130、230设置在支撑层120、220上。模制表面130、230包围成型空间300。在基底结构110、210的底部140、240上设置加热源410(参照图10)，利用负压的吸力源420，和至少一个致动器(未显示)以将阴模200和阳模100彼此压靠。有利的是，浆料模具100、200具有良好的导热性以传导热量到模制表面130、230。有利的是，基底结构110、210是一个稳定的结构，能够承受高压(经由底部140、240施加的压力和由模具内蒸汽形成引起的压力)而不变形或塌陷，同时对液体和蒸汽具有通过能力。更特殊地，优选通过能力使得成型空间300内的湿浆料混合物中的液体和蒸汽在浆料模具100、200的操作过程中排出。因此有利的情况是，浆料模具的总孔隙率为至少8％，优选至少12％，更优选至少15％并同时能够承受运行压力，有利的情况是总孔隙率小于40％，优选小于35％，更优选小于30％。总孔隙率定义为多孔结构的密度除以与多孔结构相同体积和材料的同类结构的密度。通过能力借助多个排水槽150、250增大。优选多个排水槽150、250是截头圆锥形，并具有朝向基底结构110、210和支撑层120、220之间交界处的锋利的尖头，例如本实施例的多个排水槽150、250具有钉子形状，带有指向成型空间300的钉子尖。

如图1很明显，模具100、200的所有部分都施加以细粒而形成支撑层130、230。然而，并非该表面的所有部分都用于成型浆料物体，而是具有将不用于成型浆料物体的周围表面160、260。因此，这些表面160、260优选渗透性基本上小于模制表面130、230。在优选实施例中，这是通过施加具有合适性能的薄的不可渗透层161、261实现的，例如，任何类型的具有充分强度持久性以在工作条件(高热量，一些振动、压力等)下使用时能保持其不可渗透功能的涂料。或者，这种不可渗透层161、261可以通过车间机械加工技术实现，例如通过在这些表面160、260上施加高压，以获得紧密的表面层160、260，因此孔将被封闭。当然使这些表面160、260不可渗透的其它方法也可以使用，只要产生不可渗透表面160、260即可。

在图2、2a中，显示了热压成型动作过程中两个模具半型100、200的位置。如可以看出，在模制表面130、230之间形成一个成型空间300，大约0.8-1mm，优选在0.5-2mm的范围内。如可以作为不用以成型浆料物体的表面，160、260A上施加有薄的不可渗透层161、261。如可以从图2A看出，上排水槽150结束于模制表面130与成型空间300相交之处，下排水槽250结束于模制表面230和支撑层220之间。排水槽150、250的尖端结束于从基底结构110、210和支撑层120、220之间的边界直到模制表面130、230和成型空间300之间的边界的间隔上的任何地方。

关于这一点，可提到可能突出的纤维块(fibre lump)，突出于斜面260A的顶部上，可利用施加水蒸汽容易地进行处理，例如借助合适成型的喷水口，这将使突出块折叠到处于真空下的模制表面230上，使得其粘附到剩余的纤维网上。

在图2’、2a’中，根据本发明的第二实施例，显示了在热压成型动作过程中两个模具半型100、200的位置。如可以看出，在模制表面130、230之间形成了成型空间300，其大约1mm，优选在0.5-2mm的范围内。如也可以从图2’看出，模具半型100、200的配合表面161、261确实形成了大体上小于成型空间300的间隙300’。配合表面161、261如角α所示稍微向左倾斜，以利于将阳模100引入阴模200中。也可以看出，阳模的底面140在阴模的上部分260A的水平面之上，即，在阳模100的支撑和加热板410(参见图10)与阴模200之间形成了间隙，由于按照本发明的过程使得这点也是可行的，在该过程中，施加的压力可以直接传递到浆料体，即利用模具表面130、230。换言之，通常不需要外部邻接装置(尽管它们在一些情况下是有用的)来在按压动作过程中定位模具半型100、200。根据图2’所示的实施例，该设计提供了在水平表面260A和垂直表面261之间使用相对锐利边缘，以切断在阳模100的模制表面130、160上突出的可能的纤维块。如可以从图2’、2a’中看出，多个排水槽150，250被显示为结束于模制表面130、230和成型空间300之间的交界处。取决于本发明的实际实施例，排水槽150、250的尖端结束于从基底结构110、210和支撑层120、220之间的边界直到模制表面130、230和成型空间300之间的边界的间隔上的任何地方。

图3显示了排水槽150、250。直径₁是位于浆料模具100、200的底部140、240的多个排水槽150、250的直径。多个排水槽150、250的主要部分151、251略微从直径₁向直径₂倾斜。直径₁和直径₂之间的关系是至少₁≥₂并优选为₁＞₂。直径₂优选大于2mm，优选3mm，即优选足够大以防止毛细吸引。每个排水槽150、250的主要部分t₁的形式取决于浆料模具100、200的厚度，因此根据浆料模制物体的期望形状而变化。在基底结构110、210和支撑层120、220之间的边界处，每个排水槽150、250的顶部t₂的直径₂优选朝向直径₃急剧减小。直径₃优选基本为零并且至少小于500μm，优选小于50μm，更优选小于25μm，最优选小于15μm。直径₂和直径₃之间的关系优选为₂＞₃，最优选为₂＞＞₃。在图1和图2的实施例中，₂设定为3mm，₃设定为10μm，而顶部的长度t₂设定为10mm。如果排水槽的尖端在模制表面130、230和成型空间300之间的边界处并接合模制表面130、230的倾角大于40°，则使用没有圆锥顶的排水槽150、250是一个优势，即₂＝₃，为的是保证尖头开口朝向成型空间300。当模制表面130、230具有陡峭的倾角时，另一个保证尖头开口朝向成型空间300的方法是增加顶部的长度t₂。如果将排水槽设置为尖端在模制表面130、230和成型空间300之间的边界中，则位于模制表面130、230的多个排水槽150、250的开口₃优选非常小，以便防止容纳在成型空间300中的纤维进入浆料模具100、200，还使得成型在成型空间300中的浆料模制物体所形成的表面结构光滑。多个排水槽150、250端部尖头的一个原因是防止压力和真空释放后液体回流到浆料模制物体，该回流是由于槽窄而产生的流阻引起的。纤维素中的纤维通常平均长度为1-3mm而平均直径在16-45μm之间。排水槽150、250的直径优选为从开口₃到直径₂进一步到排水槽150、250的直径₁逐渐增大。图1和图2的实施例的多个排水槽150、250分布为10000个槽/m²。通常这个分布数在100-500000个槽/m²的区间内，更优选的在2500-40000个槽/m²的区间内。

图4和图5是图1和图2的截面放大图，分别显示了模制表面130、230，支撑层120、220和基底结构110、210的上部分。如可以看出，每个排水槽150、250穿透基底结构110、210并且其尖端在基底结构110、210和支撑层120、220之间的交界处。取决于本发明的实际实施例，排水槽150、250可以使其尖端结束于从基底结构110、210和支撑层120、220之间的边界直到模制表面130、230和成型空间300之间的边界的间隔上的任何地方。

图6和图7是图4和图5的截面放大图，分别显示了模制表面130、230，支撑层120、220和基底结构110、210的上部分。如可以从图中看出，模制表面130、230包括设置在一个薄层中的烧结颗粒131、231，具有平均直径131d、231d。模制表面的厚度由133、233表示，并且在所示的实施例中，由于模制表面130、230包括一层颗粒，模制表面130、230的厚度133、233与平均直径131d、231d相等。优选平均直径131d、231d在0.01-0.18mm之间的烧结金属粉末131、231用在模制表面130、230中。(在所示的实施例中，Callo 25类型的Callo AB的烧结金属粉末131、231被用于成型模制表面130、230。这种金属粉末可以从瑞典CALLO AB POPPELGATAN 15，571 39 NASSJO获得。)Callo 25是颗粒尺寸范围在0.09-0.18mm之间、理论孔径大小是大约25μm且过滤临界值是大约15μm的球形金属粉末。显然对粉末冶金领域的技术人员来说，颗粒尺寸范围包括少量该范围之外的颗粒，即，达到小于各个较大颗粒的5-10％，然而这仅仅对过滤过程具有边缘效应。Callo25的化学组成为89％的铜和11％的锡。作为一个例子，使用Callo25并烧结到密度为5.5g/cm³、孔隙率为40vol-％的烧结结构将大约具有下面的性能：抗拉强度3-4kp/mm²、伸长率4％、热膨胀系数18·10^-6、293K的比热为335J/(kg·K)、在中性气氛中的最大操作温度为400℃。因此在所示的实施例中，模制表面130、230的厚度133、233在0.09-0.18mm的范围内。通常，模制表面130、230在至少一个层中、最优选在仅仅一个层中包括烧结颗粒131、231。如可以从图中看出，支撑层120、220包括具有平均直径121d、221d的烧结颗粒121、221。

支撑层的厚度由123、223表示，并且在所示的实施例中，因为支撑层120、220包括一层颗粒，支撑表面120、220的厚度123、223等于平均直径121d、221d。(在所示的实施例中，Callo 50类型的Callo AB的烧结金属粉末121、221被用于成型支撑层120、220。这种金属粉末可以从瑞典CALLO ABPOPPELGATAN 15，571 39 NASSJO获得。)Callo 50是颗粒尺寸范围在0.18-0.25mm之间、理论孔径大小是大约50μm且过滤临界值是大约25μm的球形金属粉末。Callo50的化学组成为89％的铜和11％的锡。作为一个例子，使用Callo50并烧结到密度为5.5g/cm³、孔隙率为40vol-％的烧结结构将大约具有下面的性能：抗拉强度3-4kp/mm²、伸长率4％、热膨胀系数18·10^-6、293K的比热为335J/(kg·K)、在中性气氛中的最大操作温度为400℃。因此在所示的实施例中，支撑层120、220的厚度123、223在0.18-0.25mm的范围内。支撑层120、220可以省略，特别是如果基底结构110、210的烧结颗粒111、211和模制表面130、230的烧结颗粒131、231之间的尺寸差距足够小，即支撑层120、220的功能增加了模具强度，即确保模制表面130、230不塌陷入孔隙114、214、124、224中。如果基底结构110、210的烧结颗粒111、211和模制表面130、230的烧结颗粒131、231之间的尺寸差距非常大，支撑层120、220可以包括多个层，这些层中烧结颗粒121、221的尺寸逐渐增大从而改善强度，即防止由于各层之间的孔隙引起的结构塌陷。

所示实施例的基底结构110、210含有来自上述Callo AB生产的Callo200的烧结金属粉末111、211。Callo 200是颗粒尺寸范围在0.71-1.00mm之间、理论孔径大小是大约200μm且过滤临界值是大约100μm的球形金属粉末。Callo200的化学组成为89％的铜和11％的锡。作为一个例子，使用Callo200并烧结到密度为5.5g/cm³、孔隙率为40vol-％的烧结结构将大约具有下面的性能：抗拉强度3-4kp/mm²、伸长率4％、热膨胀系数18·10^-6、293K的比热为335J/(kg·K)、在中性气氛中的最大操作温度为400℃。第一实施例中基底结构110、210的孔112、212因此具有理论孔径大小112d、212d为200μm，使得液体和蒸汽能够通过孔结构排出。

图8显示了从成型空间300看的模制表面130、230的一部分。该模制表面130、230包括具有平均直径131d、231d的烧结颗粒131、231。模制表面130、230的孔132、232具有理论孔径大小132d、232d。在上述实施例中，理论孔径大小132d、232d为大约25μm。孔132、232优选足够小以便防止纤维素纤维进入浆料模具100、200的内部，但同时使得液体和蒸汽通过孔132、232能够排出。来自纤维素的纤维通常平均长度为1-3mm而平均直径在16-45μm之间。

图9显示了根据本发明的浆料模具100、200的三维图。阳模100的多个排水槽150的底部开口₁示于图中。在基底结构110、210的底部140、240，可以布置加热源、利用负压的吸力源和至少一个致动器以将阴模200和阳模100彼此压靠。例如可以利用加热的金属板以传导热量到平底140、240。

图10是优选实施例的热和真空吸引工具400的分解图。多个浆料阳模100设置在支撑和加热板410上。当然可以使用相同的热和真空吸引工具400来连接浆料阴模200。支撑和加热板410利用感应加热。支撑和加热板410被分为多个区域411，其中在优选实施例中高达八个浆料模具100、200可以并排设置。当然本发明不限制于这个数目，而取决于本发明范围之外的外界生产因素，即支撑和加热板410的表面区域可以增加或者减少和/或浆料模具100的底部区域也可以同样地增加或者减少。支撑和加热板410包括多个连接到真空室420的吸入口412。每个浆料阳模100的底侧140基本是平的，如将在下文提到，这可以通过机械加工获得。烧结的多孔表面的机械加工动作将使孔开口堵塞。由于排水槽150，其将对工艺没有负面影响，因为充足的表面通过量是通过排水口获得的，尽管浆料模具100的底部140的孔堵塞。反之，将显示说明这更是本发明的一个优势。支撑和加热板410包括多个吸入口412，这些吸入口优选设置为与浆料模具100底部的多个排水槽150的开口₁配合。因为排水槽150之间的底部区域汇合支撑和加热板410的固体部分，在这个实施例中，通过底面140的孔开口112不会产生吸力。底面140的孔112的堵塞具有优势，因为这个区域与支撑和加热板410的固体部分相接触，因此热量更好的传递到堵塞的机械加工的底面140并从此处传递到浆料模具100。上述相同的原理将自然地产生安装在加热和真空吸引工具400上的阴模200。真空室420设置在支撑和加热板410的底部。多个立体元件421设置为支撑加热板410，并防止支撑和加热板410由于真空室420中的负压引起的弯曲变形。分隔板430设置在真空室420的底部。分隔板430的任务是防止热量从支撑和加热板410进一步传递到加工设备。分隔板优选用导热率低的材料制造。冷却元件440由第一冷却板441和第二冷却板442构成。在第一冷却板441底部和第二冷却板442前侧，形成具有通道开口443a、443b的机械加工的冷却通道443。液体可以经过通道开口443a、443b流入冷却通道443或者从冷却通道443流出。冷却通道443从第一通道开口443a朝向第二通道开口443b形成为弯曲图案。在冷却元件440的底部设置多个连接装置450。这些多个连接装置450用于连接加热和真空吸引工具400到挤压工具(图中未显示)。

根据优选实施例，浆料模具以下述方式生产。在烧结过程中，基本模具(未显示)如所知所使用，例如，用合成石墨或者不锈钢制成。石墨的使用在一些情况下提供了一定的优势，因为石墨在不同的温度变化范围内形状极其稳定，即热膨胀非常有限。另一方面，在其它情况下可以优选不锈钢，即取决于模具的构造，因为不锈钢的热膨胀与烧结体的热膨胀相似(例如，如果主要包括青铜的话)，因此在冷却过程(烧结之后)中，烧结体和基本模具基本上收缩相同。在基本模具中，形成有与模制表面130、230对应的模制面和浆料模具(将要生产的)的非成型表面160、260，该模制面可以以本领域中已知的多种不同方式生产，例如通过利用传统机械加工技术。因为浆料模具的极光滑表面是理想的，所以模制面的表面的精加工应该优选为高质量的。然而，精确度，即精密测量不必总是非常高，因为本发明的优势在于即使浆料模具的构造使用了中等公差，也可以获得高质量模制的浆料产品。如上所述，第一热压动作(当根据本发明生产模制的浆料产品时)在陷入两个模具半型100、200之间的空隙300中的纤维材料内产生一种冲击效果，该效果以同样的方式将自由液体从网中压出，尽管网的厚度可能变化，这样结果在整个网内提供了大体上平均的湿量。因此，可允许生产具有允许节省成本的机械加工的公差的基本模具。

为了实际生产浆料模具100、200，基本模具的成型表面的整个部分设置有均匀的极细颗粒层，这将形成浆料模具的表面130、230；160、260，这通过为基本模具提供薄层完成，基本模具将粘附表面层130、230；160、260的颗粒131，231。这可以以多种不同方式实现，例如通过在基本模具上施加薄粘性层(例如，蜡、淀粉等)，例如，利用喷涂或者用布敷。一旦粘性层已被施加，就将过量的细粒131、231(其形成浆料模具的表面层)注入模具中。通过基本模具的运动，使得过量的细粒131、231动来动去到达基本模具中表面的每一部分上，这是将细粒131，231的均匀层布置在基本模具中的表面的各部分上完成的。这个过程可以重复以获得另外的层，例如支撑层120、220。在下一阶段，细长的尖部件，例如，钉子(优选稍微有点圆锥形的)设置在最后一层的顶部上。这些物体将在基体中形成放大的排水槽150、250，将促进浆料网中的液体高效排放并提供阻止液体回流的流阻。之后，另外的颗粒111、211被注入基本模具中，在表面层130、230的顶部上形成浆料模具的基体110，210。通常，这些另外的颗粒比表面层中的颗粒的尺寸大。优选浆料模具的底面140，240，即现在向上指向的表面，在整个基本模具进入烧结炉之前校平，其中，烧结按照传统公知技术完成。冷却之后，烧结体100，200从基本模具中取出并且尖锐的物体从主体中取出，如果这些物体是圆锥形的则特别简单。(可以优选使用“钉子”到板上，该板允许“钉子”以高效的方式插入和拔出)。最后，浆料模具140，240的背面优选被机加工以便获得完全平的支撑面。准备平的表面具有优势，因为首先，使模具半型100、200精确定位到支撑板410上；其次，使施加的压力均匀地通过整个模具100、200传递；最后，为传递热提供了非常好的界面，例如，从支撑板410。然而，应当理解，不需要一直使用完全平的表面，在许多情况下，在烧结充分后就能直接获得基本平面的表面。

另外，该表面130、230；160、260的一些部分160、260不用于成型浆料物体，有将不用于成型浆料物体的周围表面160、260。因此，这些表面160、260的渗透性基本上小于模制表面130、230。如上所述，这可以通过施加具有合适性能的薄的不可渗透层161、261实现，例如，任何类型具有充分强度持久性以在工作条件下使用时能保持其不可渗透功能的涂料。

浆料模具100、200这样工作，通过将该模具100、200挤压到一起以便模制表面130、230互相面对。在模制表面130、230之间的成型空间300中，优选利用吸力，使湿纤维成分排列在模制表面130、230之一上。浆料模具100、200可以在挤压过程中加热而模制表面上所形成的温度优选高于200℃，最优选在220℃左右。通过在高压和高温下用冲击压力快速挤压浆料模具100、200，纤维成分中的大部分水分蒸发并且蒸汽迅速膨胀并设法从窄区域排出。蒸汽可以利用模制表面130、230的多孔结构、支撑结构120、220、基底结构110、210以及多个排水槽130、230排出浆料模具100，200。

真空吸引装置可以进一步加快排放速度并增加离开纤维含量的液体和蒸汽的量。当浆料模具100、200被再次互相分开后，从纤维成分中产生的模制浆料物体优选利用吸力保持在模制表面130、230之一上。此时也可以通过相对表面230、130施加柔和的冲击，以确保浆料物体离开时获得希望的模具半型。当将浆料模具100、200分开时，在成型空间300中可能产生负压，这个负压远远小于挤压压力。多个排水槽150、250的圆锥端与小开口₃以及在模制表面130、230中的孔径大小132d、232d，支撑层120、220的孔径大小122d、222d以及基底结构110、210的孔径大小112d、212d之间的差异，起到流阻的作用并抑制回流到成型空间300，因此抑制回流到纤维含量中。

本发明不限于以上所描述的内容，而可以在所附权利要求的范围内变化。

当然阴模200和阳模100的配置可以彼此不同。模制表面130、230中的烧结颗粒131、231可以尺寸不同，即烧结颗粒131d和231d可以有不同值。同样地，支撑层120、220中的烧结颗粒121、221可以尺寸不同，即烧结颗粒121d和221d可以有不同值。类似地，基底结构110、210中的烧结颗粒111、211可以尺寸不同，即烧结颗粒111d和211d可以有不同值。模制层130、230的厚度133、233优选在0.01mm-1mm的范围内，对本领域的技术人员很明显的是厚度133和厚度233可以彼此不同。支撑层123，223的厚度也可以彼此不同。应当理解，在一些实施例中，多个排水槽150、250可以仅仅在模具100、200之一中使用或者在模具100、200中都不使用。此外，多个排水槽150、250的空间布置可以在模具100、200之间以及尺寸参数₁、₂、₃、t₁、t₂以及多个排水槽150、250的其它形状特征之间不同。显然，多个排水槽150、250的密度分布也可以在阴模200和阳模100之间不同。此外，本领域的技术人员意识到多个排水槽150、250在各个模具100、200内可以尺寸和形状不同。此外，模制表面130、230可以包括不同材料、形状以及尺寸的颗粒并且可被分成不同片段，每个片段包括特定颗粒类型。同样地，支撑层120、220可以包括不同材料、形状以及尺寸的颗粒并可以包括不同的基本层(substantial layer)，例如，每个基本层包括特定颗粒类型。例如，支撑层120，220可以包括几个层，在这些层中烧结颗粒121、221的尺寸逐渐增大一点，最小的颗粒邻接模压表面120、220而最大的颗粒邻接基底结构110、210。类似地，基底结构110、210可以包括不同材料、形状以及尺寸的颗粒并可以被分成不同的基本层，例如每个基本层包括特定颗粒类型。基底结构110、210、支撑层120、220以及模制表面130、230的烧结颗粒的形状可以是例如球形、不规则形状、短纤维或者其它形状。烧结颗粒的材料例如可以是青铜、镍基合金、钛、铜基合金、不锈钢等等。此外，应当理解，模具100、200的形状取决于所需要纤维物体的形状而且实施例中的形状仅仅是例子。因为浆料模具100、200是利用烧结技术生产的，所以可以成型非常复杂的形状。例如，石墨形式或不锈钢形式可以用于烧结过程，这样的石墨形式或不锈钢形式可以在车间中很容易制造出复杂形状和高的精度。这使得很容易并且能节省成本地试验纤维物体可以选择的形状。另外，由于本发明制造浆料模具100、200相对低的成本，低成本系列生产纤维物体在商业上是可行的。另外应当理解，浆料模具100、200都可以在操作过程中加热，仅仅浆料模具100，200之一可以在操作过程中加热以及两个浆料模具100、200都不在操作过程中加热。浆料模具100、200可以以多种方法加热，加热金属板410可以连接到浆料模具100、200的底部140、240，可以给浆料模具100、200吹热空气，加热部件可以加到基底结构110、210内部，可以用气火焰加热浆料模具100、200，可以应用感应热，也可以用微波加热等等。另外，真空源可以施加到两个浆料模具100、200的底部140、240；以及施加到仅仅一个浆料模具100，200的底部140，240；以及不施加到浆料模具100，200。而且，将浆料模具100、200挤压到一起的压力源可以施加到两个浆料模具100、200上或者施加到固定另外一个浆料模具100、200的单独一个浆料模具100、200上。另外，仅仅浆料模具100、200之一可以被用做单独支撑的成型工具，以传统方式成型湿纤维物体，即通常利用吸力，此后通常在炉子中干燥，即没有任何挤压步骤。此外，本领域技术人员意识到，孔隙114、214、124、224可以以合适尺寸的颗粒填充，这取决于制造烧结浆料模具100、200中使用的生产技术。而且，在一些情况中，可能不需要使最外层具有与本发明的模制表面130、230一样小的颗粒。应当理解，本发明的浆料模具可以在没有模制表面时使用，即支撑层120、220在基底结构110、210的顶部，以及仅仅基底结构110、210作为最外层。例如，在浆料模制过程的成型步骤中，浆料模具100、200可以在最外层具有比后续挤压步骤中更大的颗粒。取决于本发明的实际实施例，排水槽150、250的尖头开口₃在从基底结构110、210和支撑层120、220之间的边界直到模制表面130、230和成型空间300之间的边界的间隔上的任何地方。而且，利用浆料模具100、200下边的支撑和加热板410，其中吸入口412设置为与多个排水槽150、250的底部开口₁配合，显然优选配合尽可能紧密而且优选每个吸入口412总与相对应的底部开口₁配合，当然，本发明不限于理想配合，更合适地，吸入口412对于底部开口₁可以直径不同，并且吸入口412的数量可以大于也可以小于相应的底部开口₁。因为浆料模具100、200优选由金属颗粒构成，并且因为浆料模具没有起伏的形状，即，浆料模具100、200的厚度并不总是随浆料模制物体的轮廓而变，而是优选平面底部140，导致浆料模具100、200的厚度根据浆料模制物体的形状而变化，与具有起伏形状和/或由低强度材料例如玻璃珠构成的浆料模具100、200相比，平面底部的浆料模具能够经受非常高的压力而不变形或者塌陷。

Claims

1.用于由纤维浆料模制物体的浆料模具(100、200)，包括烧结模制表面(130、230)和可渗透的基底结构(110、210)，其特征在于，模制表面(130、230)包括至少一层平均直径(131d、231d)在0.01-0.19mm范围内、优选在0.05-0.18mm范围内的烧结颗粒(131、231)。

2.根据权利要求1所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，浆料模具(100、200)的导热率在1-1000W/(m℃)的范围内，优选至少10W/(m℃)，更优选至少40W/(m℃)。

3.根据前述权利要求任一项所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，可渗透的基底结构(110、210)包括烧结颗粒(111、211)，所述烧结颗粒具有大于模制表面中颗粒的平均直径(111d、211d)，优选至少0.25mm，优选至少0.35mm，更优选至少0.45mm，并且平均直径(111d、211d)小于10mm，优选小于5mm，更优选小于2mm。

4.根据前述权利要求任一项所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，包括烧结颗粒(121、221)的可渗透支撑层(120、220)设置在基底结构(110、210)和模制表面(130、230)之间，其中，支撑层(120、220)的颗粒(121、221)的平均直径(121d、122d)小于基底结构(110、210)中的烧结颗粒(111、211)的平均直径(111d、211d)。

5.根据权利要求4所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，支撑层(120、220)中的烧结颗粒(121、221)的平均直径(121d、122d)大于模制表面(130、230)中的烧结颗粒(131、231)的平均直径(131d、231d)。

6.根据前述权利要求任一项所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，浆料模具(100、200)的总孔隙率为至少8％，优选至少12％，更优选至少15％，而且浆料模具(100、200)的总孔隙率小于40％，优选小于35％，更优选小于30％。

7.根据前述权利要求任一项所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，设置热源，为浆料模具(100、200)提供热量。

8.根据权利要求7中所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，热源设置在浆料模具(100、200)的底部(140、240)。

9.根据前述权利要求任一项所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，浆料模具(100、200)具有设置在其底部(140、240)的吸力源。

10.根据前述权利要求任一项所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，基板(410)连接到浆料模具(100、200)的底部(140、240)，并且该基板(410)具有吸入口(412)。

11.根据权利要求10所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，基板(410)是加热板(410)。

12.根据前述权利要求任一项所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，浆料模具(100、200)具有至少一个设置在其底部(140、240)的致动器。

13.根据前述权利要求任一项所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，底部(140、240)基本设置为传递所施加的压力，优选没有较大孔隙并优选基本是平面的。

14.根据前述权利要求任一项所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，浆料模具(100、200)能够经受至少400℃的温度。

15.根据前述权利要求任一项所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，该浆料模具具有阳模(100)和阴模(200)部分，每个都具有设置为在挤压和加热作用过程中与模制浆料接触的模制表面(130、230)。

16.根据前述权利要求任一项所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，浆料模具(100、200)包含至少一个、优选多个排水槽(150、250)。

17.根据权利要求16所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，排水槽(150、250)在浆料模具(100、200)的底部(140、240)具有第一直径(₁)，并具有第三直径(₃)，该第三直径位于从基底结构(110、210)和支撑层(120、220)之间的交界处直到模制表面(130、230)和成型空间(300)之间的交界处的间隔上，该第三直径基本上小于第一直径(₁)。

18.根据权利要求17所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，第一直径(₁)大于或者等于中间第二直径(₂)，而该第二直径(₂)大于第三直径(₃)。

19.根据权利要求18所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，第二直径(₂)为至少1mm，优选至少2mm，第三直径(₃)小于500μm，优选小于50μm，更优选小于25μm，最优选小于15μm。

20.根据权利要求16到19所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，多个排水槽(150、250)以至少10个槽/m²的配置分配，优选2500-500000个槽/m²，更优选小于40000个槽/m²。

21.根据权利要求16到20所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，至少一个浆料模具(100、200)设置在基板(410)上，该基板(410)具有吸入口(412)，该吸入口(412)设置为与多个排水槽(150、250)配合。

22.根据前述权利要求任一项所述的浆料模具(100、200)，其特征在于，该浆料模具也包括至少一个含有所述颗粒(131、231)的不可渗透表面区域(160、260)，该不可渗透表面区域(160、260)的渗透性基本上小于模制表面(130、230)的。

23.根据前述权利要求任一项所述的浆料模具(100、200)的用途，其特征在于三维浆料体的生产。

24.根据权利要求23所述的用途，其特征在于，浆料阳模(100)和阴模(200)被挤压而接触，并且至少一个模制表面(130、230)被加热到高于200℃的温度，并且纤维和液体的混合物位于浆料阴模(200)和阳模(100)之间。

25.根据权利要求24所述的浆料模具(100、200)的用途，其特征在于，在阴模(200)和阳模(100)的受压过程中，一部分液体通过模具(100、200)蒸发和汽化。