Устройство для изготовления трехмерных прототипов с использованием растворов полимеров

Полезная модель относится к области трехмерного прототипирования, в частности к устройствам для создания трехмерных прототипов.
Известно устройство для изготовления трехмерных прототипов, включающее устройство подачи полимера с винтовой подачей полимерного филамента, которая перемещается в трехмерных координатах по заранее заданному алгоритму [Патент США №7897074, кл. В29С 41/02; В29С 41/46; В29С 41/52; опубл. 01.03.2011].
К недостаткам данного устройства для изготовления трехмерных прототипов следует отнести невозможность осуществления построения трехмерных прототипов с использованием низкоиндексных полимерных композитов.
2
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для изготовления трехмерных прототипов, включающее устройство подачи полимера, состоящего из нагревательного блока и экструзионной головки, способную перерабатывать одновременно различные полимеры [Патент США №2009/0295032, кл. В28В 1/14; В28В 1/14; опубл. 03.12.20094]. Применение устройства экструзии полимера для нанесения материала позволяет одновременно перерабатывать полимеры с различными реологическими свойствами. Объемная скорость при построении трехмерных прототипов составляет 40-50 мм/мин.
Недостатком этого устройства для изготовления трехмерных прототипов является невозможность осуществления построения трехмерных прототипов с использованием низкоиндексных полимерных композитов и необходимость предварительной подготовки полимерных филаментов для создания трехмерных прототипов.
Целью предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно: создание устройства для изготовления трехмерных прототипов, способного осуществлять создание трехмерных прототипов с использованием в качестве расходного материала растворы полимеров с возможностью осуществления построения трехмерных прототипов с использованием низкоиндексных полимерных композитов и исключение из процесса создания трехмерных прототипов полимерных филаментов.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для изготовления трехмерных прототипов содержит микроконтроллерный блок управления, устройство позиционирования в трехмерных координатах, нагревательную платформу, вентилируемую термокамеру содержит специальную устройство подачи раствора полимера. Специальная устройство подачи раствора полимера включает в себя линейный плунжерный экструдер, емкости для растворов полимеров, термостатируемые трубки, нагревательный блок, печатную головку, систему клапанов. Устройство подачи раствора полимера позволяет использовать в качестве полимерного материала для создания трехмерных прототипов растворы полимеров - полиэтилентерефталат, полиуретан, полиамид-6, полиакрилонитрил, поликарбонат, полибутилентерефталат, фторопласт-32Л-Н, пиолоформ F, поливиниленкарбонат, полиацеталь, поли-2-винилпиридин, поли-4-винилпиридин и др.
На фиг. 1 показано устройство для изготовления трехмерных прототипов (изометрия), фиг. 2 - устройство подачи раствора полимера, фиг. 3 - алгоритм генерирования G-кода.
Устройство для изготовления трехмерных прототипов включает в себя микроконтроллерный блок управления 1, устройство подачи полимера 2, устройство позиционирования в трехмерных координатах 3, нагревательную платформу 4, на которой осуществляется построение трехмерных прототипов, вентилируемую термокамеру 5.
Устройство для изготовления трехмерных прототипов (фиг. 1) работает следующим образом. В микроконтроллерный блок управления 1 загружается программный комплекс устройства для изготовления трехмерных прототипов, в соответствии с которым устройство трехмерного позиционирования 3 перемещает нагревательную платформу 4, на которой осуществляется построение полимерных трехмерных прототипов. Построение трехмерных прототипов осуществляется путем подачи раствора полимера через устройство подачи полимерного материала 2.
Устройство подачи полимерного материала (фиг. 2) включает в себя: линейный плунжерный экструдер 6 с поршнем 6а и материальным цилиндром 6б, емкости для растворов полимеров 7, термостатируемые трубки 8, нагревательный блок 9, печатную головку 10, систему клапанов 11.
Устройство подачи полимерного материала работает следующим образом: при движении поршня 6а плунжерного экструдера 6 от верхнего положения в нижнее происходит заполнение раствором полимера материального цилиндра 66 плунжерного экструдера 6 из емкости для растворов полимеров 7 по термостатируемым трубкам 8. В процессе построения трехмерных прототипов происходит программируемое движение поршня 6а из нижнего положения в верхнее и подача раствора полимера по термостатируемым трубкам 8 в нагревательный блок 9 и печатную головку 10. Устройство подачи полимерного материала оснащена системой клапанов 11 позволяющих, в процессе построения трехмерных прототипов, программно менять емкость для растворов полимеров 7.
Алгоритм генерирования G-кода в программной среде протекает следующим образом. В специально разработанную программную оболочку загружается 3D модель, для которой задаются условия создания трехмерного прототипа, геометрические характеристики трехмерного прототипа и на основе базы данных свойств растворов полимеров выбирается тип раствора полимера. В случае необходимости построения трехмерного прототипа из различных растворов полимеров задаются дополнительные параметры переключения емкостей для подачи растворов полимеров. Далее в соответствии с заданными условиями генерируется G-код, учитывающий уменьшение наложенного полимерного слоя в результате испарения растворителя, который передается в микроконтроллерный блок управления.
Таким образом, устройство трехмерного прототипирования содержит, микроконтроллерный блок управления 1, устройство позиционирования в трехмерных координатах 3, нагревательную платформу 4, вентилируемую термокамеру 5 которая содержит специальное устройство подачи раствора полимера 2. Специальное устройство подачи раствора полимера 2 включает в себя линейный плунжерный экструдер 6, емкости для растворов полимеров 7, термостатируемые трубки 8, нагревательный блок 9, печатную головку 10, систему клапанов 11. Устройство подачи раствора полимера 2 позволяет использовать в качестве полимерного материала для создания трехмерных прототипов раствор полимера и позволяет осуществлять построения трехмерных прототипов с использованием низкоиндексных полимерных композитов и исключить из процесса создания полимерных трехмерных прототипов полимерные филаменты.
По сравнению с наиболее близким аналогом, использование предлагаемого устройства для изготовления трехмерных прототипов позволяет осуществлять построение трехмерных прототипов с использованием низкоиндексных полимерных композитов и исключить из процесса построения трехмерных прототипов полимерные филаменты.