轮胎部段模型和制造轮胎模型部段的方法与流程

本发明涉及一种具有胎面部分的3d打印轮胎部段模型，该胎面部分包括多个花纹沟、肋和/或胎面块、以及从肋和/或胎面块延伸出来的多个叶片（blade），其中，该模型由3d打印聚合物制成。此外，本发明涉及一种制造轮胎模具部段的方法，该方法包括利用聚合物来3d打印轮胎部段模型的步骤。

背景技术：

制造用于模制轮胎的轮胎模具部段是轮胎制造过程中的重要任务。模具必须完全符合规格，因为通常利用单个模具来制造数千个轮胎。由于这些原因，非常小心地实施模具制造以达到所需的几何规格和所要求的公差水平。制造这样的模具通常涉及大量的周转时间以确保期望的准确度，并且因为通常需要高水平的体力劳动。因为模具制造的过程非常耗时，因此期望改进这样的过程并使它们更具时效性且相应地减少制造成本。最近，已建议通过熔化粉末金属材料来直接打印用于轮胎的金属模具。然而，已发现，这样的过程是昂贵的并且不是在所有情况下都满足准确度和质量期望的。而且，精细的结构常常不如期望的那样可重现。此外，对于模具制造中的一些过程步骤，已建议先进自动化铣床。然而，这样的铣削过程常常具有将轮胎胎面设计限制到某些形状的缺点，因为铣削工具经常不能形成在轮胎模具中可能期望的所有复杂的三维（3d）结构。

涉及以增材或逐层方式制造零件或组件的技术被称为“增材制造”（am），并且通常也被一般大众称为“3d打印”。存在多种am技术，包括材料挤出、材料喷射、粘合剂喷射、容器式光聚合（vatphotopolymerization）、层叠制造（sheetlamination）、粉末床融合和定向能量沉积。这些am技术中使用最广泛的是基于材料挤出。尽管存在一些变化，但该技术一般涉及将呈连续长丝形式的热塑性聚合物馈送到加热的喷嘴中，在此处热塑性长丝变成粘性熔体且因此能够被挤出。所使用的热塑性塑料能够通常是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（abs）、聚(乳酸)（pla）、聚碳酸酯（pc）、聚苯乙烯（ps）、高抗冲聚苯乙烯（hips）、聚己酸内酯（pcl）和聚酰胺以及一些其他聚合材料，其中最常见的是abs和pla。在任何情况下，喷嘴或挤出机组件的3维运动由步进马达和计算机辅助制造（cam）软件精确地控制。物体的第一层沉积在构建衬底上，而附加层则由于温度下降而通过凝固顺序地沉积并融合（或部分融合）到前一层。该过程继续，直到完全构造出3维零件为止。

技术实现要素：

本发明的第一目的可以是提供先进轮胎模型部段，其可在轮胎模具部段制造中使用。

本发明的另一目的可以是提供先进轮胎模型部段，其能够在模具部段制造的过程期间帮助节省至少一个制造步骤。

本发明的又另一目的可以是支持模具制造中改进的时间和/或成本效率。换句话说，本发明的目的是减少制造期望的轮胎模具所需的总制造成本和周转时间。

本发明由独立权利要求限定。另外的优选实施例由下文中的从属权利要求以及概述和描述限定。

因此，在本发明的第一方面中，提供了具有胎面部分的3d打印轮胎部段模型，该胎面部分包括多个花纹沟、肋和/或胎面块、以及从肋和/或胎面块中的一个或多个延伸出来的多个叶片，其中，肋和/或胎面块以及叶片由3d打印聚合物制成。这样的3d打印轮胎部段模型从它由3d打印聚合物制成的意义上说是特殊的，该轮胎部段模型包括从肋和/或花纹沟（径向地）延伸出来的3d打印聚合物叶片。例如，这可涉及以下优点：避免在形成包括用以接收叶片的细缝的轮胎部段模型之后为轮胎部段模型配备叶片的步骤。根据本发明，轮胎部段模型已经包括了3d打印叶片，这些叶片使制造轮胎模具的多步骤过程呈现为更具成本效益和更具时效性。

在本发明的一个实施例中，所述叶片中的一个或多个基本具有锯齿形状。因此，叶片可具有与冬季轮胎或全季轮胎中的细缝的形状互补的形状。

在另一实施例中，所述叶片中的多个从肋和/或胎面块中的一个或多个延伸出来至少3mm。

在另一实施例中，所述叶片从肋和/或胎面块的表面基本沿径向方向延伸。优选地，叶片从肋和/或胎面块的径向最外表面延伸出来的距离在3mm和10mm之间。

在又另一实施例中，多个或甚至大多数所述叶片以锯齿形状基本沿着轴向方向延伸。

在又另一实施例中，所述叶片与肋和/或胎面块一体地形成。换句话说，它们与轮胎部段模型的胎面一起被打印成一件式。

在再另一实施例中，轮胎部段模型还包括在肋和/或胎面块中的至少一些的侧壁上的三维图案或结构。例如，这样的图案可以是例如纹理。这样的图案或纹理可存在于花纹沟底部上，存在于肋和/或胎面块的侧壁处，或者也可存在于花纹沟和/或胎面块的径向顶部上。尽管在花纹沟的底部上提供这样的图案在技术上可更容易，但是难以在肋或胎面块的侧壁上提供这样的图案，特别是利用常规铣削技术。

在再另一实施例中，三维图案或纹理具有垂直于其上提供有该三维图案或纹理的侧壁或表面测量的高度，该高度的范围为从0.1mm至1mm，优选地至0.5mm。利用其他技术，难以在侧壁上提供图案或结构。

在再另一实施例中，轮胎部段模型具有至少在胎面下方延伸的3d打印支撑结构。支撑结构可具有以下目的：给予部段模型更好的机械稳定性和对模型的易搬运性。例如，支撑结构可以是闭孔结构或三维栅格。这样的结构能够提供相对高的稳定性，从而在有限重量下需要有限量的材料。另外或替代地，支撑结构还能够有利地用作其上打印有模型的胎面图案的衬底或基底。因此，支撑结构可以被3d打印或以其他方式制造，诸如被模制。在打印胎面之前提供支撑结构可进一步减少用于打印轮胎部段模型的定时。

在再另一实施例中，聚合物选自一组热塑性材料。所使用的热塑性材料通常是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三嵌段聚合物（abs）、丙烯腈-苯乙烯-丙烯腈三嵌段聚合物（asa）、聚(乳酸)（pla）、聚碳酸酯（pc）、聚苯乙烯（ps）、高抗冲聚苯乙烯（hips）、聚己酸内酯（pcl）或聚酰胺（尼龙）。能够在需要高水平的强度和耐用性的应用中使用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三嵌段聚合物（abs）和聚碳酸酯（pc）的共混物。这样的共混物通常包括35重量％至65重量％的abs以及35重量％至65重量％的pc。为了获得更高水平的强度和耐用性，也能够使用玻璃填充的pc。所使用的聚酰胺将通常选自尼龙-6,6、尼龙-4,6、尼龙-6,9、尼龙-6,10、尼龙6.12、尼龙-6、尼龙-11或尼龙12。也能够使用玻璃填充的尼龙，诸如玻璃填充的尼龙-12。

abs具有整体机械性质良好的优势；然而，它遭受了相对大的体积收缩率以及难闻气味的生成。因此，在打印期间生成潜在地有毒的降解产物使abs成为不太适合于在如下打印机中使用的选项：该打印机不具有加热的构建包封物和有效的机构来消除气味和有毒的降解产物。另一方面，pla具有较小的体积收缩率，这允许它即使在没有加热的构建包封物的情况下也正确地打印。它在打印期间不生成难闻气味，并且主要的降解产物是对人员造成最小健康风险的乳酸。然而，pla遭受了许多缺点，包括差的冲击强度和低的软化温度。

一般来说，可使用多种已知的3d打印（或换句话说，增材制造）方法和设备。然而，在优选实施例中，可使用立体平版印刷（也称为sl或sla）。sla是一种光聚合方法，其通常涉及借助于激光来固化光聚合物。在本发明的实施例中使用该技术的一个优点是，该方法允许实现高品质，包括高级的准确度和光洁度，全部都以相对高的速度实现。

在本发明的第二方面中，提供了一种用于制造轮胎模具部段的方法，该方法包括以下步骤：利用聚合物来3d打印轮胎部段模型，所述模型具有胎面部分，该胎面部分具有多个花纹沟、肋和/或胎面块、以及从肋和/或胎面块延伸出来的叶片。

在一个实施例中，该方法可包括以下步骤中的一个或多个：

i）由3d打印轮胎部段模型形成阴铸件（negativecast）（例如，由橡胶/弹性体材料制成），该阴铸件包括与3d打印轮胎部段模型的叶片互补的槽；

ii）将金属叶片（例如，由钢制成）添加到阴铸件的槽中（优选地，所述叶片与轮胎部段模型的叶片具有相同的侧向截面）；

iii）由阴铸件形成阳铸件（例如，由石膏或优选地具有超过670℃的熔点的耐热材料制成），该阳铸件包括阴铸件的金属叶片（所述金属叶片可与阳铸件一起从阴铸件中拉出来）；以及

iv）使用阳铸件来形成包括阴铸件的金属叶片的轮胎模具部段（例如，铸铝）（其中，为从轮胎模具部段中移除，可破坏阳铸件）。

在另一优选实施例中，该方法还包括以下步骤：在3d打印轮胎部段模型之前，对轮胎部段模型进行计算机建模。该计算机模型可用作3d打印步骤的基础。

多个模具部段可彼此组合成为用于模制轮胎的轮胎模具。模具部段就其本身而论是本领域技术人员已知的。换句话说，多个模具部段能够是环的部段，它们沿周向方向连接以一起形成闭合的环。

每当在本文中参考径向、轴向和周向方向时，这应代表与通常用于轮胎的描述的方向相同的方向。特别地，当相对于轮胎模型部段来参考这样的方向中的一个或多个时，这应以与针对轮胎部段的方式相同的方式来理解。

如本文中提到的叶片不仅包括冬季叶片（对应于轮胎胎面中的细缝，特别是肋或胎面块中的细缝），而且包括用于全季或夏季轮胎的叶片。这样的叶片也在轮胎胎面中形成细缝。尽管用于在冬季轮胎中形成细缝的大多数叶片可沿着其轴向长度具有锯齿形状，但是用于夏季轮胎的细缝通常具有笔直形状、圆形形状或其组合。

该方法中提到的特征可进一步与本发明的其他方面或如本文中描述的其实施例中的一个或多个的元件组合。而且，本文中提到的优选实施例的多个特征可彼此组合。

方案1.一种具有胎面部分（10）的3d打印轮胎部段模型（1），所述胎面部分包括：

多个花纹沟（2），

肋和/或胎面块（3），以及

从所述肋和/或胎面块（3）中的一个或多个延伸出来的多个叶片（4），

其中，所述肋和/或胎面块（3）以及所述叶片（4）由3d打印聚合物制成。

方案2.根据方案1所述的3d打印轮胎部段模型，其特征在于：所述叶片（4）中的一个或多个基本具有锯齿形状。

方案3.根据方案1或2所述的3d打印轮胎部段模型，其特征在于：

所述叶片（4）中的多个从所述肋和/或胎面块（3）延伸出来至少3mm；和/或

所述叶片（4）与所述肋和/或胎面块（3）一体地形成。

方案4.根据前述方案中的一项或多项所述的3d打印轮胎部段模型，其特征在于：

所述叶片（4）从所述肋和/或胎面块（3）的表面基本沿径向方向（r）延伸；和/或

大多数所述叶片（4）以锯齿形状基本沿着轴向方向（a）延伸。

方案5.根据前述方案中的一项或多项所述的3d打印轮胎部段模型，其特征在于：还包括至少在所述肋和/或所述胎面块（3）中的至少一些的侧壁上的三维图案，并且其中，所述三维图案可选地具有垂直于所述侧壁测量的高度，所述高度的范围为从0.1mm至1mm。

方案6.根据前述方案中的一项或多项所述的3d打印轮胎部段模型，其特征在于：所述轮胎部段模型具有至少在所述胎面部分（10）下方延伸的3d打印支撑结构（5）以支撑所述胎面部分（10）。

方案7.根据方案1所述的3d打印轮胎部段模型，其特征在于：所述聚合物选自由以下各者组成的组：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三嵌段聚合物、丙烯腈-苯乙烯-丙烯腈三嵌段聚合物、聚乳酸、聚碳酸酯、聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、聚己酸内酯和聚酰胺。

方案8.一种用于制造轮胎模具部段的方法，所述方法包括以下步骤：

利用聚合物来3d打印轮胎部段模型（1），优选地根据方案1至7中的一项或多项所述的轮胎部段模型，所述轮胎部段模型具有胎面部分（10），所述胎面部分具有多个花纹沟（2）、肋和/或胎面块（3）、以及从所述肋和/或胎面块（3）延伸出来的叶片（4）。

方案9.根据方案8所述的用于制造轮胎模具部段的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤中的一个或多个：

i）由所述3d打印轮胎部段模型（1）形成阴铸件（1’），所述阴铸件（1’）包括与所述3d打印轮胎部段模型（1）的所述叶片（4）互补的槽（4’）；

ii）将金属叶片添加到所述阴铸件（1’）的所述槽中；

iii）由所述阴铸件（1’）形成阳铸件，所述阳铸件包括所述阴铸件（1’）的所述金属叶片；

iv）使用所述阳铸件来形成包括所述阴铸件（1’）的所述金属叶片的所述轮胎模具部段；

v）在3d打印所述轮胎部段模型（1）之前，对所述轮胎部段模型（1）进行计算机建模。

方案10.根据方案9所述的用于制造轮胎模具部段的方法，其特征在于：

所述阴铸件（1’）由弹性体材料制成；和/或

所述金属叶片是钢叶片；和/或

所述阳铸件是包括所述阴铸件（1’）的所述金属叶片的石膏铸件；和/或

所述轮胎模具部段是包括所述阴铸件（1’）的所述金属叶片的铝模具部段。

方案11.根据方案8至10中的一项或多项所述的用于制造轮胎模具部段的方法，其特征在于：通过将所述胎面部分（10）打印到可选地预制造的支撑结构（5）上，来进行所述3d打印所述轮胎部段模型（1）。

方案12.根据方案11所述的用于制造轮胎模具部段的方法，其中，所述支撑结构（5）被模制或3d打印，且在被3d打印的情况下，所述支撑结构（5）可选地通过3d打印进行预制造或者与所述胎面部分（10）一起进行3d打印。

附图说明

在构想结合附图的以下描述时，本发明的结构、操作和优点将变得更加显而易见，其中：

图1示出了根据本发明的优选实施例的轮胎部段模型的示意性透视图；

图2示出了由图1的轮胎部段模型形成的阴橡胶铸件部段的示意性透视图；以及

图3示出了根据本发明的优选实施例的制造轮胎部段的方法。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的优选实施例的轮胎部段模型1的示意性透视图。该模型包括胎面部分10，该胎面部分具有多个花纹沟2和多个胎面块3。模型1还包括从胎面块3的径向外表面延伸的叶片4。胎面部分10可布置在支撑部分或支撑结构5上，该支撑部分或支撑结构在胎面部分10的两个侧向侧上也可具有延伸部6，这可有利于对模型1的搬运。在与对于轮胎对称性的描述常见的意义相同的意义上指示了轴向方向a、周向方向c和径向方向r。轮胎部段模型1已被完全3d打印。

图2示出了阴铸件1'，该阴铸件由橡胶材料制成并形成有图1的阳轮胎胎面部段模型1。如图2中所见，阴铸件1'具有与早前讨论的3d打印聚合物轮胎胎面部段模型1的形状互补的形状。特别地，3d打印轮胎胎面部段模型1的3d打印叶片4在阴铸件1'中形成了细缝4'（或换句话说，槽）。在另外的步骤中，有可能将金属叶片插入到阴橡胶铸件1′的所述细缝4′中（图2中未示出）。一旦阴橡胶铸件1′已配备有从细缝4′延伸出来的所有叶片，就可借助于配备有金属叶片的阴铸件1′来形成另一阳铸件，该阳铸件优选地由石膏制成。然后，金属叶片将被束缚在石膏中，并且在石膏铸件硬化之后，可移除柔性阴橡胶铸件1’。在这种背景下，还参考图3，其中所述多个潜在的制造步骤被可视化。包括金属叶片的阳石膏铸件可用于形成将包含金属叶片的铝铸件。在移除（相应地破坏石膏）之后，包括最初插入到橡胶铸件1’中的金属叶片的阴铝铸件得以保留。这样的铝铸件然后能够用于模制最终的轮胎部段。

图3公开了根据本发明的优选实施例的制造轮胎模具部段的方法。

在优选的第一步骤100中，利用计算机对轮胎部段模型建模。该轮胎部段模型已经包括叶片。例如，轮胎部段模型可具有如图1中所示的轮胎部段模型1的形状。为了更好地能理解，图3在每个描绘的方法步骤旁边示出仅一个示意性胎面块。然而，所描绘的胎面块不应以限制性的意义来理解。

在另外的优选步骤200中，优选地基于步骤100的计算机模型，利用3d打印技术来打印聚合物轮胎胎面部段。优选地，聚合物叶片与胎面的胎面块一体地形成和/或被打印在胎面的胎面块上。

在再另外的优选的方法步骤300中，由3d打印轮胎胎面部段形成（或模制）阴橡胶或弹性体铸件（或换句话说，模具）。代替橡胶的是，例如也可使用硅树脂。

在优选的第四步骤400中，使由阴铸件中的聚合物胎面部段的聚合物叶片形成的槽配备有金属叶片（例如，由钢制成）。换句话说，将金属叶片（也称为生产叶片）插入到所述槽中，所述金属叶片具有与在步骤300中获得的槽基本相同的侧向截面。

在另外的优选的第五步骤500中，借助于在步骤300和400中获得的阴铸件来形成（或铸造）阳石膏铸件。在本发明的一个实施例中，可在室温或更高温度下干燥该石膏铸件。

在另外的优选步骤600中，阳石膏铸件（诸如，在步骤500中获得的阳石膏铸件）能够用于生产或铸造铝模具部段（阴模具）。步骤500的石膏铸件的叶片然后被集成或容纳在铝模具部段中，并且基本沿（内部）径向方向从铝模具部段的表面延伸出来。

在又另一优选步骤700中，并且在铝模具部段的可选的清洁和/或喷砂步骤之后，能够利用铝模具部段来模制轮胎部段（即，再次为阳形状）。

通常，多个模具部段可进行组合以形成用于模制轮胎的周向闭合的轮胎模具。

尽管已出于图示本发明的目的而示出了某些代表性实施例和细节，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下能够在其中进行各种改变和修改。