模具工具的制作方法

本发明涉及一种模具工具。本发明进一步涉及一种使用该模具工具来由聚合物材料的多个堆叠层制造压缩成型主体的方法。本发明的某些示例涉及一种可用于制造接骨板的模具工具。背景技术：1、通过将聚合物材料的多个层压缩成型来制造零件是已知的。最终结果可被称为层压结构。通常，每个层(也称为层压体或层片)可以包含复合材料，该复合材料包含聚合物和增强纤维。这种复合材料的示例包含碳纤维和聚芳醚酮(paek)。聚芳醚酮可包括聚醚醚酮(peek)。2、聚合物压缩成型可在形成层压产品的一系列应用中使用，包括例如在医疗装置的制造中使用。例如，接骨板可通过将聚合物的多个层(具有或不具有增强纤维)压缩成型而形成。常规地，使用具有限定坯零件的形状的模腔的模具工具。然后用经切割或以其他方式成形以填充模腔的层填充模腔，封闭模腔并压缩和加热该模腔以形成压缩成型坯料。通常，然后将成型坯料的边缘机加工成最终产品的标称(预期)零件大小。可存在进一步的成型后工艺。例如，就接骨板而言，可以穿过该板铣出螺孔。在本说明书中，接骨板被呈现为压缩成型主体的示例，然而本发明不限于此。本领域技术人员将理解，相同的压缩成型工艺可用于在包括汽车和航空航天部门的广泛的工业中形成零件。3、常规的模具工具被设计成使成型主体中空隙的出现最小化。成型主体中的空隙可能是该零件随后失效的原因。如下文更详细描述的，可使用浮动模具工具，使得所有压缩力施加到堆叠的聚合物层而模具工具不触底。这是通过用更大厚度的层填充模腔来实现的，该填充是确保模具工具即使在最大压缩点处也不会触底所需要的。然而，虽然浮动模具工具解决了空隙的问题，但是这种过度填充模腔的要求导致对成型零件的厚度的控制有限，特别是在每个堆叠层的厚度可变的情况下。零件厚度的变化对于其中铣削有螺钉孔的压缩成型接骨板可能是特别不利的：厚度变化可能破坏旨在锁定到板的骨螺钉的配合，特别是对于渐缩的螺钉而言。4、本发明某些示例的目的是至少部分地解决、减轻或消除与现有技术相关联的问题和/或缺点中的至少一者。特别地，本发明的某些示例旨在提供一种模具工具，该模具工具允许对压缩成型零件的厚度的更大控制，与此同时还使空隙的出现最小化。技术实现思路1、根据本发明的第一示例，提供了一种用于由聚合物材料的多个堆叠层形成压缩成型主体的模具工具，该模具工具包括：第一区段，该第一区段具有由侧壁限定的模具开口并且被配置为接收这些堆叠层；和顶部区段，该顶部区段被配置为闭合该模具开口以形成模腔；其中模具开口侧壁包括至少一个凹部以在通过该顶部区段朝向该第一区段的移动而压缩这些堆叠层时容纳来自这些堆叠层的聚合物材料。2、该模具工具可设计成在压缩极限下触底。也就是说，第一区段和顶部区段的彼此抵靠的部分的限制进一步压缩。虽然对于常规的浮动模具工具来说，触底冒着出现空隙的风险，但是对于本发明的模具工具来说，空隙通过用聚合物材料的足够数量的层填充模腔使得存在略微过量的材料而最小化或被完全避免。施加到堆叠层的压缩导致一个或多个层中的聚合物的一部分流动或转移到模腔的侧面，在那里这种过量的材料容纳在一个或多个凹部中。当模具工具触底时，成型主体的厚度由模腔的尺寸准确地确定。凹部内的过量的聚合物材料可容易地从成型主体的侧面机加工出来(通常已经成型为过大的坯零件，然后将边缘向下机加工至标称零件大小)。3、第一区段可以包括中间区段和底部区段。也就是说，模具工具可以是三部分的：顶部区段、中间区段和底部区段。模具开口可以延伸穿过中间区段。顶部区段可以被配置为闭合模具开口的第一端。顶部区段可包括成形为被接收在开口中的突出部。底部区段可被配置为闭合模具开口的第二端以形成模腔。底部区段可包括成形为被接收在模具开口中的突出部。另选地，模具工具可以是两部分模具工具，该两部分模具工具由中间区段和底部区段一体地形成。4、模腔可以通过向中间区段中的模具开口提供渐缩的侧壁而渐缩，使得该模腔朝向模具开口的第一端变宽。顶部区段的突出部可以具有对应的锥度。另选地，仅模具开口侧壁的限定模腔侧面的部分可以是渐缩的。这种渐缩使得更容易从模腔中取出成型主体。对于三部分模具工具，也可提供顶出器部分。顶出器通常类似于底部区段，然而突出部较高，使得当与底部区段交换时，顶出器将成型主体从模具开口推出。对于两部分模具工具，顶出器销可与第一区段中的对应孔一起使用。模具开口的对应于底部区段突出部的下部部分(对于两部分模具工具)可以不是渐缩的或者可以在相反方向上渐缩(使朝向模具开口的第二端变宽)。5、凹部可以沿着侧壁沿着模腔的高度延伸。在一些示例中，至少一个凹部可以不沿着模腔的整个高度延伸。凹部可包括形成在侧壁中的扇形凹口。即使在单个模具工具内，每个凹部的形状也可以广泛地变化。有利地，凹部可共同提供足够的体积以容纳从堆叠层中压出的聚合物材料。6、侧壁可包括多个间隔开的凹部。它们可以是均匀分布的，或根据聚合物材料在压缩成型期间的预测位移而分布。该侧壁的模腔较高的区域中可分布有较大数量的凹部。凹部可以特别地位于模腔中存在厚度变化的地方。通过限定穿过模具开口的侧壁的成型主体的边缘并且通过限定穿过模具工具(在两部分模具工具的情况下，模具开口的基部)的顶部区段和底部区段的突出部的成型主体的顶表面和底表面，模腔可以具有任何形状。7、第一区段可以包括位于上表面中的至少一个狭槽，该至少一个狭槽面向该顶部区段的一部分并且被布置成接收第一间隔物元件，使得该第一间隔物元件在该上表面上方突出并且该顶部区段朝向该第一区段的移动被限制并且该模腔的该高度增大。这允许使用单个模具工具来制造具有不同厚度的成型主体。这是用常规的浮动模具工具所不能实现的。应当理解的是，所需的聚合物材料的层的数量可以根据成型主体的预期厚度而变化。8、模具工具还可包括第二间隔物元件，该第二间隔物元件布置成被接收在模具开口中，使得模腔的高度减小。同样，这允许制造具有不同厚度(在这种情况下，较薄)的成型主体。有利地，本发明允许使用单个模具工具来成型一系列不同的最终产品。对于接骨板的示例，这可以对应于类似尺寸的板，除了根据所需强度(基于临床指示)而变化的厚度。9、在一些示例中，模腔的深度可以不均匀，以便制造具有厚度变化的成型主体。可能需要在预期的较厚区域中用较大数量的层填充模腔。10、根据本发明的第二示例，提供了一种制造压缩成型主体的方法，该方法包括：提供如上所述的模具工具；形成聚合物材料的多个层；将该多个层堆叠在该模具开口内；用该顶部区段闭合该模具开口；以及压缩该模具工具，使得该顶部区段朝向该模具工具的该第一区段移动以将堆叠的多个层在该模腔内压缩成型。11、聚合物材料的层的数量可经选择为使得对于给定的模腔深度提供稍大厚度的预压缩层。因此，在压缩模具工具时，层被压缩，导致聚合物材料的一部分流到模腔的边缘，在那里该部分流入一个或多个凹部中。聚合物的这种流动和层的压缩降低了成型主体中空隙的发生率。施加到成型主体的最大压缩(在模具工具触底时)取决于相对于模腔深度的层的数量的选择。本领域技术人员将理解，这可以通过了解每个层的厚度(以及任何厚度变化)、模腔的深度、以及每个层的材料的压缩性质来确定。12、通过使该顶部区段的部分抵靠该第一区段的部分来限制该顶部区段朝向该第一区段的移动。13、该方法还可包括加热模腔。14、该模具开口的除了该凹部之外的侧壁抵靠该多个层的部分，以保持这些堆叠层在该模腔内对准。可能的情况是凹部形成模具开口的侧壁的小部分，使得该模具开口在对准堆叠层中的效应与常规模具工具的效应没有显著不同。在一些示例中，侧壁中的凹部和非凹部的比例可以是可比的。在一些示例中，凹部可限定侧壁的大部分。15、该方法还可包括从该模腔中取出该压缩成型主体以及切掉与凹部对应的一个或多个边缘部分。可以执行另外的常规成型后工艺，诸如铣削孔。在一些情况下，根据本发明的示例的模具工具可以用于成型大坯料，可以从该大坯料切割出多个零件。16、该聚合物可以是聚芳醚酮。该聚芳醚酮可以是聚醚醚酮peek。该多个层还可包含增强纤维。该增强纤维可以是碳纤维。