Строительная поверхность устройства послойного синтеза

-7
Полезная модель относится к узлам устройства послойного синтеза. Особенностью строительной поверхности устройства послойного синтеза в том, что она изготовлена из материала, имеющего коэффициент линейного теплового расширения меньше 1,0 µm/m-°К (меньше 10,0х10 1/°К) в диапазоне температур от 290°K до 770°K, на которую может быть нанесен нагревательный элемент, может быть закреплен как минимум один датчики температур, может быть установлен охлаждающий элемент, она может охлаждаться различными внешними вспомогательными устройствами, к одной из её сторон может быть прикреплен через эластомер конструктивный элемент с более высоким коэффициентом теплового расширения, к одной из её сторон может быть прикреплен нагревательный элемент через эластомер, с удельной теплопроводностью не ниже 0,8 Вт/м·°К, поверхности, не используемые для изготовления изделия могут быть изолированы теплоизолирующими материалами. Техническим результатом полезной модели является стабильность размеров строительной поверхности в диапазоне рабочих температур, в результате чего строительная поверхность будет минимально изменять свои геометрические размеры, что обеспечивает её плоскостность и стабильную адгезию изделия, изготавливаемого устройством послойного синтеза.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Строительная поверхность устройства послойного синтеза (предметный стол, стол)— поверхность, на которой устройство строит (изготавливает, печатает и т. п.) тем или иным способом изделие в аддитивном производстве. В частности, может использоваться в технологии послойного наплавления термопластичного материала, известной также как FDM (Fusing Deposition Modeling), или в технологии изготовления посредством расплавления нити, известной также как FFF (Fused Filament Fabrication).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Строительная поверхность – важная часть устройства послойного синтеза аддитивного производства, определяющая производительность устройства и качество получаемого изделия. Аддитивные технологии выдвигают различные требования к строительной поверхности, в частности:
1. плоскостность,
2. прогнозируемое удержание изделия.
Плоскостность строительной поверхности изначально обеспечивается процессом её изготовления. Аддитивные технологии оказывают незначительные силовые нагрузки на строительную поверхность, которые могут исказить её плоскостность. Однако некоторые материалы, из которых изготавливаются изделия, требуют нагретой строительной поверхности. Поддержание температуры изделия также важно, поскольку температурные расширения и сужения исходного материала искажают пропорции создаваемого изделия. При технологиях, требующих применения температур строительной поверхности, выше температуры окружающей среды, плоскостность нарушают неравномерные тепловые расширения. Это вызвано, в частности, как тем, что не всю строительную поверхность занимает изделие, так и неидеальностью нагревательных элементов, которые не могут обеспечить равномерность прогрева за счет неидеальной теплопроводности конструкции.
Одним из основных методов удержания изделия на строительной поверхности является адгезия. Распространенная методика увеличения силы адгезии путем нанесения промежуточных материалов между изделием и строительной поверхности усложняет процесс и повышает себестоимость изделия. В то же время, адгезия самого материала изделия к строительной поверхности, в большинстве случаев, справляется с удержанием изделия при условии отсутствия изменения размеров изделия и строительной поверхности относительно друг друга (коробление).
Патентом RU 155702 U1 для уменьшения коробления предлагается многослойный стол, состоящий из основания стола, стеклянной поверхности и нагревательного элемента стола дополнительно содержит теплоизоляционный слой и встроенный тепловентилятор с датчиками, расположенный под слоями стола, при этом основание стола выполнено литым из алюминия с ребрами жесткости, а стеклянная поверхность стола является каленой. По заявлению авторов, многослойная структура стола позволит исключить температурные деформации за счет слоя термического экрана. Литое алюминиевое основание с ребрами жесткости гарантированно не позволит деформироваться каленому стеклу от влияния температуры нагрева, которая может достигать 140°C. Но это решение ведет к большим внутренним напряжениям конструкции, требующего увеличения массы конструкции, что в конечном итоге ведет к сильному удорожанию строительной поверхности и повышению энергозатрат изготовления изделия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 представлен вариант крепления строительной поверхности к конструктивному элементу с высоким коэффициентом линейного расширения. На фиг.2 представлен вариант крепления строительной поверхности к нагревательному элементу. На фиг. 3 представлен вариант теплоизоляции строительной поверхности.
Позициями на фигурах обозначены:
1. строительная поверхность,
2. конструктивный элемент,
3. эластомер,
4. нагревательный элемент,
5. отверстие монтажное,
6. конструкции из фиг.2,
7. теплоизоляционный чехол.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Полезная модель обеспечивает стабильность размеров строительной поверхности устройства послойного синтеза в диапазоне рабочих температур путем применения материала с предельно низким коэффициентом теплового расширения. Как результат, при колебании температур, строительная поверхность будет минимально изменять свои геометрические размеры, что обеспечивает плоскостность и стабильную адгезию.
-7
Полезная модель использует материал строительной поверхности, имеющий коэффициент линейного теплового расширения меньше 1,0 µm/m-°К (меньше 10,0х10 1/°К) в диапазоне температур от 290°K до 770°K. Известны следующие материалы с подобным коэффициентом: кварцевое стекло С5-1, ситаллы, пирокерамы, стеклокерамика и другие.
Техническим результатом является высокая геометрическая точность и надежная адгезия изделия, получаемого в аддитивном процессе.
Применение материала строительной поверхности с низким коэффициентом теплового расширения позволяет легко снять готовое изделия при охлаждении последнего за счет уменьшения размера изделия.
Для поддержания температуры строительной поверхности на нее могут наноситься различными способами нагревательные элементы различной конструкции.
Для контроля температуры, на строительную поверхность могут устанавливаться датчики температур.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
-7
Строительная поверхность устройства послойного синтеза аддитивного производства изготавливается из материала, имеющего коэффициент линейного теплового расширения меньше 1,0 µm/m-°К (меньше 10,0х10 1/°К) в диапазоне температур от от 290°K до 770°K. Вариант строительной поверхности — плоская пластина из кварцевого стекла С5-1 различных размеров.
Поскольку отсутствуют доступные конструктивные материалы с низким коэффициентом теплового расширения, для крепления строительной поверхности к устройству аддитивного производства применяется следующая конструкция. К строительной поверхности прикрепляется конструктивный элемент с более высоким коэффициентом теплового расширения через промежуточный элемент, выполненный из эластомера, имеющего низкий модуль упругости, такого как силоксановый эластомер (силиконовая резина). На фиг. 1 приведен вариант такого крепления: к конструктивному элементу 2 через эластомер 3 прикрепляется строительная поверхность 1.
Крепление строительной поверхности к устройству аддитивного производства можно осуществить через нагревательный элемент, выполненный в виде отдельного элемента из текстолитовой платы с токопроводящими дорожками. Для этого, нагревательный элемент крепится к строительной поверхности через промежуточный элемент, выполненный из эластомера, с удельной теплопроводностью не менее 0,8 W/m·°К. На фиг. 2 приведен вариант такой конструкции: к нагревательному элементу 4 через эластомер 3 прикрепляется строительная поверхность 1. Посредством монтажных отверстий 5 конструкция крепиться к аддитивному устройству.
Для повышения тепловой эффективности, все поверхности строительной поверхности, не используемые для изготовления изделия, изолированы различными теплоизолирующими материалами, такими как пенопропилен, минеральная вата и т. п. На фиг. 3 приведен вариант такой конструкции: конструкция 6, более подробно представленная на фиг.2, помещена в чехол 7 из пенопропилена.
Применение материала строительной поверхности с низким коэффициентом теплового расширения позволяет легко снять готовое изделия при охлаждении последнего за счет уменьшения размера изделия. Для этого на строительную поверхность может быть установлен (нанесен) охлаждающий элемент — элемент Пельтье, радиатор различной конструкции. Охлаждение строительной поверхности возможно и естественным путем с помощью различных внешних вспомогательных устройств, таких как вентилятор.
Для поддержания температуры строительной поверхности на нее наносится различными способами нагревательные элементы разного рода. В частности, это может быть нихромовый проводник, приклеенный термостойким клеем.
Для контроля температуры, на строительную поверхность прикрепляются датчики температур — термопары, термисторы и т.п. Крепление датчиков может быть механическое, клеевое, пайкой и т.п.