СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ
MOLDING METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способам изготовления отформованных изделий, включая кондитерские изделия и замороженные кондитерские изделия, свечи и другие декоративные потребительские товары. Изобретение, в частности, относится к способам изготовления сравнительно малых количеств таких изделий на заказ по запросам потребителя.
Предпосылки создания изобретения и предшествующий уровень
техники
Отформованные изделия очень популярны на ряде потребительских рынков. В области продовольственных товаров кондитерские изделия, такие как кондитерские изделия на основе шоколада, часто изготавливают с новыми формами, например, с формой деревьев или животных. Кроме того, замороженные кондитерские изделия, такие как замороженные фруктовые композиционные изделия (часто известные как «фруктовый лед» или «фруктовое мороженое на палочке») или сливочное мороженое, также изготавливаются с новыми формами. В обеих данных ситуациях и особенно также в случае замороженных кондитерских изделий часто в изделие включают палочку в виде жесткого удлиненного элемента, чтобы создать для потребителя возможность удерживать изделие за палочку, а не касаться самого пищевого объекта.
Отформованные изделия также популярны на рынках других потребительских товаров, таких как свечи и декоративные тарелки. Они часто также включают в себя удлиненные элементы, выступающие от отформованных конфигураций, например, в виде фитиля для свечей или фиксирующего приспособления для декоративных тарелок.
Изготовление данных изделий обычно предусматривает использование сложной оснастки для формования, которую тщательно проектируют и изготавливают посредством механообработки из металла для получения долговечной и износостойкой формы, которая может быть использована на производственной линии в течение многих лет. Для типового производственного процесса обычно изготавливают некоторое количество таких форм, которые используют рядом друг с другом для оптимизации производительности производственного оборудования. Формы, как правило, размещают так, чтобы удлиненные элементы (например, палочка мороженого на палочке, фитиль или фиксирующее приспособление) выступали из верхней части формы, при этом формуемую текучую среду добавляют вокруг удлиненного элемента перед затвердеванием. После этого отформованное изделие извлекают из формы и перемещают на отдельный упаковочный материал для отправки дальше на предприятие розничной торговли и оттуда конечному потребителю.
Изготовление форм для такого процесса является трудоемким и дорогостоящим, и в результате оно коммерчески целесообразно только для конфигурации/модели, которая производится долговременно или продается в очень больших количествах. Таким образом, трудно удовлетворять запросы потребителя на конфигурации, которые изготавливаются в большей степени на заказ и которые могут потребоваться только в сравнительно малых количествах. Заявители полагают, что они первыми рассматривают возможность изготовления таких изделий, имеющих заказную форму, в сравнительно малых количествах в простом и высокопроизводительном процессе. Одна из задач настоящего изобретения состоит в попытке решить данную проблему.
Сущность изобретения
В соответствии с изобретением предложен способ образования отформованного изделия, при этом указанный способ включает этапы:
(a) обеспечения элемента для формирования формы, содержащего углубление, имеющее внутреннюю поверхность, и нижнюю поверхность и выполненного из пластика и изготовленного посредством процесса трехмерной печати, при этом указанному элементу для формирования формы придана конфигурация для образования формы, имеющей:
(i) углубление, соответствующее заданной конфигурации указанного отформованного изделия; и
(ii) группу отверстий, проходящих между внутренней поверхностью и нижней поверхностью элемента для формирования формы;
(b) образования формы в указанном элементе для формирования формы из пластика;
(с) размещения удлиненного элемента в указанной форме так, чтобы один конец удлиненного элемента находился в пределах указанного углубления и другой конец указанного элемента находился снаружи указанного углубления;
(d) ввода некоторого объема жидкости в указанное углубление;
(е) размещения закрывающего элемента поверх указанной формы и герметичного присоединения его к ней;
(f) обеспечения затвердевания указанной жидкости.
Заявители обнаружили, что при использовании трехмерной печати можно изготовить пластиковые формообразующие элементы, имеющие заказную форму, в малых количествах. Специалист не мог бы легко предусмотреть возможность использования пластиковых формообразующих элементов вследствие их низкой теплопроводности. Это, как правило, привело бы к очень низкой производительности при подготовке ряда форм. После каждого этапа (b) потребовалось бы охлаждать элемент для формирования формы до того, как можно будет изготовить следующую форму. Вследствие низкой теплопроводности такое охлаждение потребовало бы слишком много времени. Заявители обнаружили, что выполнение отверстий, через которые горячий воздух может выходить во время процесса образования форм, приводит к усилению охлаждения элемента для формирования формы. Такие отверстия могут быть выполнены просто в процессе трехмерной печати.
В любом таком способе дополнительно предпочтительно, чтобы на этапе (b) указанная форма была образована вакуумным формованием листового пластика.
На этапе (е) указанный закрывающий элемент предпочтительно содержит пластиковую пленку, и более предпочтительно, если указанный закрывающий элемент дополнительно содержит металлическую фольгу.
При использовании пластика для закрывающего элемента предпочтительно, чтобы на этапе (е) указанный закрывающий элемент был герметично присоединен к указанной форме посредством сварки пластиков.
В любом способе по изобретению предпочтительно, чтобы указанный закрывающий элемент был герметично присоединен к указанной форме рядом с периферией указанного углубления.
В любом способе по изобретению предпочтительно, чтобы на этапе (f) затвердевание указанной жидкости обеспечивалось посредством фазового превращения. При изготовлении замороженных кондитерских изделий это предусматривает этап замораживания. При изготовлении свечей горячий воск используют в качестве жидкости, затвердевающей при температуре внутри помещения, для изготовления твердой свечи.
В предпочтительных способах по изобретению на этапе (f) затвердевание указанной жидкости обеспечивают посредством процесса тепловой обработки. Таким образом, отформованные изделия, такие как кексы или печенье, могут быть изготовлены данным способом.
В предпочтительных способах по изобретению на этапе (f) затвердевание указанной жидкости обеспечивают посредством реакции полимеризации. При изготовлении декоративных изделий, таких как тарелки, кольца для ключей и другие трехмерные новые изделия, жидкость может содержать мономер, затвердевание которого обеспечивают посредством добавления инициатора, такого как инициатор свободно-радикальной полимеризации или фотоинициатор.
В любом способе по изобретению предпочтительно, чтобы указанный удлиненный элемент был съедобным. Помимо создания более желательного продукта это также уменьшает необходимость выбрасывания отходов конечным потребителем.
Кроме того, в предпочтительных вариантах осуществления, в которых должна быть изготовлена свеча, указанный удлиненный элемент представляет собой фитиль.
Когда отформованное изделие представляет собой замороженное кондитерское изделие, предпочтительно, чтобы на этапе (f) затвердевание указанной жидкости обеспечивалось посредством замораживания.
Когда указанное отформованное изделие представляет собой кондитерское изделие и когда указанная жидкость содержит расплавленный шоколад, предпочтительно, чтобы на этапе (f) затвердевание указанной жидкости обеспечивалось посредством охлаждения.
Когда указанный удлиненный элемент является съедобным, предпочтительно, чтобы указанный удлиненный элемент был образован из печенья или леденца.
Когда указанное отформованное изделие состоит из хлебобулочного изделия и указанное затвердевание происходит посредством тепловой обработки, предпочтительно, чтобы указанная жидкость содержала смесь для кекса или теста. В этом случае также предпочтительно, чтобы указанный удлиненный элемент был образован из печенья или леденца.
Когда указанное затвердевание происходит посредством фазового превращения, предпочтительно, чтобы указанная жидкость содержала расплавленный свечной воск и указанный удлиненный элемент содержал фитиль.
В любом способе по изобретению указанный элемент для формирования формы выполняют из пластика и изготавливают посредством процесса трехмерной печати. Это значительно уменьшает время выполнения заказа и затраты на изготовление такой формы, которая затем может быть легко подвергнута рециклингу после использования. Процесс трехмерной печати соответственно выполняют посредством моделирования методом послойного наплавления (FDM) или моделирования методом послойной укладки расплавленной нити (FFF). Пластик может представлять собой любой пластик, пригодный для таких процессов печати. Элемент для формирования формы предпочтительно изготавливают из сополимера акрилонитрила, бутадиена и стирола (ABS).
В объем изобретения также включен способ изготовления отформованного изделия, включающий этапы: (i) получения файла данных, характеризующих трехмерный объект; (ii) использования указанного файла данных в процессе трехмерной печати, в котором указанный файл данных используют для задания конфигурации углубления для формы при изготовлении указанного элемента для формирования формы.
В таком способе предпочтительно, чтобы способ включал дополнительный этап, на котором данные в указанном файле данных исправляют после получения для удаления поднутрений в конфигурации углубления для формы.
В объем изобретения также включен способ изготовления отформованного изделия, по существу такой, как описанный в данном документе со ссылкой на любую комбинацию сопровождающих чертежей.
В объем изобретения также включено отформованное изделие, изготовленное способом, описанным в данном документе.
В объем изобретения также включен процесс подготовки формы, пригодной для удерживания отформованного изделия, посредством
(a) обеспечения элемента для формирования формы, содержащего углубление, имеющее внутреннюю поверхность, и нижнюю поверхность и выполненного из пластика и изготовленного посредством процесса трехмерной печати, при этом указанному элементу для формирования формы придана конфигурация для образования формы, имеющей:
(i) углубление, соответствующее заданной конфигурации указанного отформованного изделия; и
(ii) группу отверстий, проходящих между внутренней поверхностью и нижней поверхностью элемента для формирования формы;
(b) образования формы в указанном элементе для формирования формы из пластика.
В объем изобретения также включен элемент для формирования формы, пригодный для подготовки формы, которая, в свою очередь, пригодна для удерживания отформованного изделия, содержащий углубление, имеющее внутреннюю поверхность, и нижнюю поверхность и выполненный из пластика и изготовленный посредством процесса трехмерной печати, при этом указанному элементу для формирования формы придана конфигурация для образования формы, имеющей:
(i) углубление, соответствующее заданной конфигурации указанного отформованного изделия; и
(ii) группу отверстий, проходящих между внутренней поверхностью и нижней поверхностью элемента для формирования формы.
Краткое описание фигур
Изобретение будет описано со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых:
фиг.1 иллюстрирует вид в плане формы, используемой в изобретении;
фиг.2 иллюстрирует сечение формы по фиг.1, выполненное по линии А-А;
фиг.3 и 4 иллюстрируют сечения элемента для формирования формы;
фиг.5 иллюстрирует сечение формы, содержащей жидкость;
фиг.6 иллюстрирует сечение формы, содержащей жидкость и удлиненный элемент;
фиг.7 иллюстрирует вертикальную проекцию удлиненного элемента;
фиг.8 иллюстрирует этап герметичного соединения в способе по изобретению;
фиг.9 и 10 иллюстрируют виды в плане удлиненного элемента в заданном положении в форме;
фиг.11 иллюстрирует сечение формы, содержащей жидкость и альтернативный удлиненный элемент;
фиг.12 иллюстрирует вертикальную проекцию альтернативного удлиненного элемента;
фиг.13 и 14 иллюстрируют отформованные изделия по изобретению; и
фиг.15 иллюстрирует способ по изобретению в виде блок-схемы.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Фиг.1 и 2 иллюстрируют соответственно на виде в плане и в сечении форму, предназначенную для использования в способе по настоящему изобретению и обозначенную в целом ссылочной позицией 1. Форма 1 имеет углубление 2, соответствующее заданной конфигурации отформованного изделия, подлежащего изготовлению. Рядом с одни краем углубления 2 имеется переливной порог 3, который имеет высоту, равную высоте окружающей плоскости 4 формы или немного меньшую, чем высота окружающей плоскости 4 формы. В особо предпочтительных вариантах осуществления разность высот верхней части переливного порога 3 и верхней поверхности 4 формы приблизительно такая же, как толщина удлиненного элемента 12, описанного ниже. В проиллюстрированном варианте осуществления форма дополнительно содержит второе углубление 5 рядом с переливным порогом 4, но с другой стороны по отношению к углублению 2. В некоторых вариантах осуществления второе углубление 5 не используется, но его функция будет описана ниже.
Фиг.3 и 4 иллюстрируют в сечении элемент 6 для формирования формы, предназначенный для использования в способе по изобретению. Элементу 6 для формирования формы придана такая конфигурация, чтобы он включал в себя углубления 7 и 8 (при необходимости), соответствующие заданной конфигурации углубления 2 и углубления 5 формы 1, проиллюстрированной на фиг.1 и 2. В элементе для формирования формы по фиг.3 группа отверстий 30 включена в элемент для формирования формы, при этом они проходят между внутренней поверхностью каждого углубления 7, 8 и нижней поверхностью 9 элемента для формирования формы. Данные отверстия имеют диаметр, составляющий, как правило, менее 2 мм и предпочтительно менее 1 мм, и служат для повышения качества форм 1, образуемых вакуумным формованием, за счет обеспечения возможности выхода воздуха через форму во время процесса формования. В других вариантах осуществления элемент 6 для формирования формы может быть изготовлен из газопроницаемого пористого материала, например, из спеченной конструкции или из жесткого открытопористого вспененного материала.
Для образования формы 1 лист термопластичного материала размещают поверх элемента для формирования формы и создают перепад давлений с обеих сторон листового материала при нагреве материала до температуры, превышающей его температуру размягчения. Перепад давлений, как правило, создают посредством использования вакуума под листом при нагреве, выполняемом посредством инфракрасного источника. Процесс образования формы хорошо известен в данной области техники как вакуумное формование. Особенно предпочтительными материалами для образования форм 1 являются листовые полимерные материалы, такие как материалы, образованные из сложного полиэфира, полиолефина, полипропилена и полиамида. Особенно предпочтительны листы, полученные совместной экструзией из аморфного сложного полиэфира и полиолефина, такие как продаваемые под зарегистрированным товарным знаком МР 300 (Wipak, Польша). Листовые материалы предпочтительно имеют толщину, составляющую менее 2 мм, более предпочтительно менее 1 мм.
13
Фиг.5-7 иллюстрируют стадии заполнения в способе по настоящему изобретению. На фиг.5 жидкость 10, которая будет образовывать отформованное изделие после затвердевания, вводят в углубление 2 до уровня 11, соответствующего высоте переливного порога 3 или меньшего, чем высота переливного порога 3. На фиг.6 удлиненный элемент 12 размещают в форме так, чтобы один конец элемента находился в пределах углубления и другой конец 14 элемента находился снаружи углубления 2, при этом он переходит через переливной порог 3. Следует понимать, что объем жидкости 10, добавляемой в углубление 2, таков, что она не переливается через переливной порог 3, когда удлиненный элемент 12 находится в заданном положении.
Конфигурация удлиненного элемента в данном варианте осуществления подходит для изготовления кондитерского изделия или замороженного кондитерского изделия. Удлиненный элемент в данном случае часто называют «палочкой». Палочка, скорее всего, изготовлена из жесткого материала, например, из дерева или пластика, но также может быть образована из съедобного материала, такого как леденец. Палочка 12 проиллюстрирована отдельно на фиг.7 и выполнена с такой конфигурацией, что она имеет первую часть 12А, которая является по существу плоской и предназначена для размещения внутри углубления 2, вторую по существу плоскую часть 12В, предназначенную для размещения внутри углубления 5 и расположенную параллельно первой части 12А или даже копланарную по отношению к ней. Части 12А и 12В соединены посредством частей 12С и 12D, при этом данные части выполнены с такой конфигурацией, чтобы палочка могла «переходить» через переливной порог 3 формы 1. Следует понимать, что, несмотря на то, что палочка описана как имеющая несколько частей, она может быть легко изготовлена в виде цельной конструкции, например, посредством использования литья под давлением, если палочка должна быть изготовлена из пластика.
Назначение второго углубления 5 в форме 1 состоит в облегчении захвата конечным пользователем конца удлиненного элемента 12, когда отформованное изделие 21 в конце концов извлекают из формы.
Фиг.8 иллюстрирует этап герметичного закрытия формуемого изделия (или перед затвердеванием, или после затвердевания). Аналогичные элементы, описанные выше, пронумерованы соответствующим образом. Закрывающий элемент 15 в виде листа материала размещают поверх верхней поверхности формы 1, заполненной ее содержимым и удлиненным элементом 12 (таким как палочка). Во время данной операции заполненная форма предпочтительно опирается на опорный элемент 16, имеющий конфигурацию, соответствующую конфигурации формы, для обеспечения возможности выполнения операции герметичного закрытия. Также предусмотрен герметизирующий элемент 17, который может иметь гребнеобразный выступ 18 с конфигурацией, соответствующей периферии углубления 2, углубления 5 и соединительной переливной пороговой части 3. На фиг.8 данные элементы показаны на расстоянии друг от друга для ясности. Герметизирующий элемент вводят в контакт с закрывающим элементом 15, и закрывающий элемент и форму сильно зажимают между герметизирующим элементом 17 и опорным элементом 16. Закрывающий элемент 15 затем герметично присоединяют к верхней поверхности формы. Это может быть выполнено с помощью ряда средств, например, посредством использования адгезива, размещенного вокруг периферии углублений, или посредством ультразвуковой сварки. Однако наиболее предпочтительный способ представляет собой сварку пластиков посредством использования подвода тепла вдоль линии гребнеобразного выступа 18. Особенно предпочтительно, чтобы закрывающий элемент 15 был выполнен из пластиковой пленки, например, пленки, образованной из сложного полиэфира, особенно двуосноориентированного сложного полиэфира, такого как продаваемый под зарегистрированным товарным знаком BIAXER (Wipak, Польша). Кроме того, предпочтительно, чтобы такая пленка была металлизирована, например, посредством алюминия.
Фиг.9 иллюстрирует на виде в плане форму 1 с удлиненным элементом 12 такого вида, как проиллюстрированный на фиг.7, в заданном положении в форме 1. Можно видеть, что предпочтительно, чтобы удлиненный элемент 12 был выполнен с углублениями 19 или предпочтительно со сквозными отверстиями 19, проходящими через него на всей его толщине. Это обеспечивает дополнительное сцепление между удлиненным элементом и жидкостью после затвердевания.
Фиг.10 иллюстрирует альтернативный вариант осуществления, который может быть использован для изготовления, например, отформованной свечи. Фиг.10 иллюстрирует вид в плане формы 1, и в данном варианте осуществления удлиненный элемент 12 содержит фитиль 20. Гибкость фитиля 20 позволяет ему изгибаться вокруг переливной пороговой части 3 от углубления 1 и проходить во второе углубление 5, если это желательно.
Фиг.11 иллюстрирует дополнительный вариант осуществления изобретения, в котором используется удлиненный элемент 12 другой конфигурации в виде жесткой палочки. Аналогичные элементы, описанные выше, пронумерованы соответствующим образом. Палочка 12 проиллюстрирована на вертикальной проекции отдельно на фиг.12.
На фиг.11 и 12 можно видеть, что в данном варианте осуществления палочка 12 имеет по существу плоскую часть 12А, предназначенную для размещения в углублении 2 формы 1, и вторую часть 12В, предназначенную для размещения снаружи углубления 2. Данные две части соединены одной наклонной частью 12Е, позволяющей палочке 12 «переходить» через переливную пороговую часть 3 формы, но оставлять часть 12В лежащей поверх верхней поверхности 4 формы 1. Как и в предыдущем примере, палочка 12 может быть образована в виде цельной конструкции.
Данная конфигурация палочки 12 имеет особое преимущество по отношению к конфигурации, проиллюстрированной на фиг.7, как проиллюстрировано на фиг.13 и 14. Данные фигуры показывают на вертикальном виде сбоку отформованное изделие по изобретению, обозначенное в целом ссылочной позицией 21. Затвердевший материал 22 был извлечен из формы 1 и приобрел заданную конфигурацию. Фиг.13 иллюстрирует использование палочки 12 такого вида, как проиллюстрированная на фиг.7, в то время как фиг.14 иллюстрирует использование палочки 12, подобной проиллюстрированной на фиг.12. Можно видеть, что часть палочки, доступная для легкого использования потребителем для удерживания изделия (по существу часть 12В палочки 12) и обозначенная ссылочной позицией 23, имеет больший размер для палочки по фиг.14 при в остальном такой же длине изделия.
Фиг.15 иллюстрирует, посредством блок-схемы, выполнение особо предпочтительного способа по изобретению. Данный способ позволяет клиенту, находящемуся рядом с его компьютером 24, передавать данные посредством сети передачи данных в компьютер 25, управляемый поставщиком отформованных изделий. Компьютер клиента может представлять собой традиционный стационарный настольный компьютер, лэптоп или планшет, или мобильное устройство, такое как смартфон, и предпочтительно удален от компьютера поставщика. Данные, передаваемые по сети, отображают конфигурацию отформованного объекта, задаваемую клиентом. Эти данные могут иметь вид фотографии или другого двумерного графического изображения, которое должно быть интерпретировано производителем для формирования трехмерной модели или цифрового представления самой трехмерной модели. Сеть передачи данных, как правило, представляет собой Интернет.
Поставщик получает данные, которые затем подготавливают для изготовления элемента для формирования формы, используемого в способе. Стадия оптимизации 26 трехмерной модели может быть включена в процесс, при этом оптимизация при необходимости включает ряд этапов:
i) Преобразование двумерного представления объекта в трехмерную модель. Это может быть выполнено автоматически посредством программного обеспечения для обработки изображений или может включать ввод данных или состоять из ввода данных оператором.
ii) Удаление поднутрений в трехмерной модели, сформированной таким образом или полученной поставщиком, для гарантирования возможности извлечения отформованного объекта без труда из формы после затвердевания.
iii) Удаление нежелательных или ненужных исходной информации или содержания изображения, которые в противном случае могли бы привести к наличию нежелательного материала на краях конечного отформованного объекта 21.
iv) Масштабирование трехмерной модели или при сохранении соотношения всех трех размеров, или при избирательном изменении одного или двух размеров так, чтобы элемент для формирования формы 6 обеспечивал получение форм 1, которые могут быть размещены в формовочном устройстве, и/или получение заданного объема формы.
После оптимизации трехмерной модели элемент 6 для формирования формы создают посредством использования трехмерной печати 27. Для специалиста доступен ряд технологий трехмерной печати, включая печать с рядом материалов, включая гипс (например, посредством принтера для трехмерной печати, продаваемого под зарегистрированным товарным знаком ʺProJet 660 Proʺ компанией 3D systems Inc., США), термопласты, фотополимеризуемые полимеры или термически спекаемые материалы. В особо предпочтительных вариантах осуществления элемент для формирования формы изготавливают, используя термическое спекание (предпочтительно посредством лазера) материалов, таких как продаваемый под зарегистрированным товарным знаком Alumide и содержащий порошкообразную композицию из полиамида и алюминиевого порошка. Авторы изобретения обнаружили, что такие процесс и материал обеспечивают получение элемента 6 для формирования формы, который особенно эффективен при выдерживании температур, необходимых для вакуумного формования форм 1.
Процесс трехмерной печати также может быть использован для изготовления опорного элемента 16 и герметизирующего элемента 17.
После изготовления 27 элемента для формирования формы элемент для формирования формы может быть использован для изготовления 28 форм 1 и отформованных изделий 21. Герметично закрытые отформованные изделия 21, по-прежнему содержащиеся в форме 1 для них, могут быть затем отправлены клиенту 29.