УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОТОТИПИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ФОТОПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к созданию деталей методом послойного отвердевания полимера на основе виртуальной 3d-модели и может быть использовано, например, для изготовления прототипов моделей и объектов, изготовления моделей и форм для литейного производства из фотополимерных материалов.
Из уровня техники известны установки для быстрого производства сложных прототипов деталей методом послойного отвердевания полимеров. Такие устройства и, в частности, выбранная в качестве наиболее близкого аналога, установка прототипирования имеет компоновку, в которой проектор располагается над рабочей зоной, платформа, на которой закрепляется отвердевающий прототип, опускается вниз перпендикулярно земле, а бак с фотополимером располагается под рабочей зоной. Также, особую конструкцию имеет ванна, в которой происходит отвердевание, она имеет крышку, представляющую собой заключенное в металлический каркас стекло, прилипание к которому затвердевшего фотополимера обеспечивает закрепление прототипа в рабочей зоне (Журнал «САПР и графика», выпуск 12, 2010, стр.58-59, эл. адрес: http://www.sapr.ru/article.aspx?id=21883&iid=999).
Описанные особенности конструкции приводят к следующим недостаткам:
- Расположенный в верхней части установки проектор обладает большой массой, его расположение относительно центра масс установки может привести к опрокидыванию установки, что осложняет техническое обслуживание установки и в целом подразумевает более высокие требования ко всей конструкции в целом, что в конечном итоге приводит к удорожанию производства таких установок.
- Бак, наполненный фотополимером, не обладает адаптивным управлением, который позволил бы продолжать процесс отвердевания прототипа даже, несмотря на то, что фотополимер в рабочей зоне закончился. В действительности, в случае, если фотополимер заканчивается на требуемом уровне во время отвердевания, процесс останавливается. При этом в баке остается еще достаточно полимера для выполнения поставленной задачи.
- Скорость процесса изготовления твердого слоя изделия увеличивается за счет потребности постоянного выравнивания верхнего уровня полимера дополнительным перемещением проектировочной плиты.
- Конструкция ванны со стеклянной крышкой не является гарантом стопроцентного закрепления прототипа в рабочей зоне. Реализация закрепления прототипа прилипанием в ряде случаев приводит к тому, что прототип не закрепляется на стекле, например, вследствие его недостаточной чистоты или наоборот - прилипает настолько сильно, что попытки извлечь его из рабочей зоны приводят к повреждению поверхности прототипа. При этом, процесс аккуратного извлечения отнимает много времени.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленной полезной модели, заключается в создании такой конструкции установки прототипирования изделий из фотополимерного материала, которая обеспечивает легкость технического обслуживания, увеличение безопасности эксплуатации с одновременным повышением производительности, беспрерывное отвердевание полимера, а также позволяет упростить процесс извлечения прототипа из рабочей зоны. Такая конструкция установки позволяет быстро производить изделия сложной конфигурации.
Указанный технический результат достигается посредством того, что установка для прототипирования изделий из фотополимерных материалов содержит корпус, промышленный проектор с фокусирующей линзой, ванну для фотополимера, проектировочную плиту для формирования на ней изделий, а также средство линейного перемещения, при этом проектировочная плита выполнена со сквозной перфорацией и зафиксирована на средстве линейного перемещения с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно ванны, согласно полезной модели, проектор расположен под ванной, а проектировочная плита расположена с возможностью формирования изделий на ее нижней поверхности и оснащена фиксирующими элементами в виде втулок с фланцами, расположенными с внешней поверхности в отверстиях плиты.
Сущность заявленной установки поясняется графическими материалами, где:
- на фиг.1 и фиг.2 изображена конструкция в двух изометрических видах установки;
- на фиг.3 и фиг.4 - конструкция модуля линейного перемещения (далее МЛП) в 2-х изометрических видах;
- на фиг.5 - конструкция нижней поверхности проектировочной плиты;
- на фиг.6 - разрез А-А фиг.5, фиксирующий элемент в виде втулки с фланцами.
Установка для прототипирования изделий из фотополимерного материала содержит:
1. Каркас;
2. Косынка;
3. Плита несущая;
4. Бак доливной;
5. Плита электромонтажная;
6. Плита проектировочная;
7. Ванна;
8. Проектор;
9. Опора винта ходового;
10. Электродвигатель;
11. Кронштейн;
12. Винт ходовой с гайкой в сборе;
13. Направляющие;
14. Втулка с фланцем.
Установка прототипирования компонуется на базе каркаса 1 (см. фиг.1), собранного из модульного алюминиевого профиля в вертикальном исполнении. В нижней части каркаса 1 установки закреплен проектор 8, таким образом, чтобы луч света бил вверх; ванна 7, оснащена стеклянным дном и установлена на несущей плите 3 над проектором 8; бак 4 доливной установлен в нижней части каркаса 1 за проектором 8 в задней части установки; на плите 3 несущей при помощи двух косынок 2 закреплена опора 9 винта 12 ходового, на ней размещены направляющие 13 и винт 12 ходовой; винт 12 ходовой соединен с электродвигателем 10. По направляющим 13, за счет преобразования вращательного движения винта 12 ходового в поступательное, движется кронштейн 11, с закрепленной на нем плитой 6 проектировочной.
Установка для прототипирования изделий из фотополимерных материалов работает следующим образом.
Ванна 7 заполняется фотополимером, поступающим из бака 4 доливного. Электродвигатель 10 приводит в движение винт 12 ходовой с гайкой в сборе, благодаря своей конструкции гайка и винт 12 преобразуют вращательное движение в поступательное движение кронштейна 11, с закрепленной на нем плитой 6 проектировочной. Кронштейн 11, двигаясь по направляющим 13, опускает плиту 6 проектировочную в ванну 7 до момента, пока она не займет стартовое рабочее положение. Как только плита 6 проектировочная занимает стартовое рабочее положение, происходит автоматическое включение проектора 8, который начинает испускать лучи света заданной интенсивности.
Перед началом работы с использованием специального подвижного кронштейна положение проектора 8 настраивается, что позволяет обеспечить оптимальный режим засветки поверхности слоя фотополимера.
Луч света осуществляет засветку поверхности начального слоя фотополимера и его отвердевание на плите 6 проектировочной благодаря стеклянному дну ванны 7, пропускающему свет проектора 8. Причем, закрепление начального слоя происходит благодаря установленным на плите 6 втулкам 14 с фланцами, выполненными, например, из того же фотополимера что и создаваемый прототип. Такое решение позволяет прототипу легко закрепиться на плите 6 проектировочной без риска получения повреждений или незакрепления прототипа.
После отвердевания слоя фотополимера осуществляется перемещение плиты 6 проектировочной на заданный шаг слоя, позволяя таким образом перейти к засветке и отвердеванию следующего слоя. Данный процесс повторяется до тех пор, пока все слои прототипа не будут засвечены.
После этого кронштейн 11, перемещаясь вертикального вверх за счет вращения ходового винта 12 и гайки в сборе по направляющим 13, осуществляет перенос прототипа из рабочей зоны в зону обслуживания, в которой оператор установки, удаляя крепежные втулки 14 с фланцами, может легко осуществить выемку прототипа из установки.
В случае, если во время процесса засветки слоев прототипа уровень жидкого фотополимера упадет ниже минимально допустимого, осуществится подача недостающего количества жидкости из доливного бака 4, исключая, таким образом, необходимость остановки процесса прототипирования и порчи прототипа, и осуществляя, таким образом, функцию адаптивного управления уровнем жидкости в ванной 7.
Управление узлами установки происходит в автоматическом режиме. Управляющее ПМО устанавливается на персональном компьютере, который подключается к установке через стандартные интерфейсы подключения.
ПМО позволяет управлять интенсивностью и частотой засветки, шагом слоя фотополимера, скоростью перемещения механизма вертикального перемещения, включением и отключение дополнительной подачи фотополимера из доливного бака 4.
Электропитание установки осуществляется от стандартной розетки.
На основании компьютерного моделирования установлено, что описываемая конструкция позволяет обеспечить простоту технического обслуживания, увеличить безопасность эксплуатации, повысить производительность, внедрить беспрерывное отвердевание полимера и упростить процесс извлечения прототипа из рабочей зоны.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в области промышленного дизайна и может быть использован при изготовлении полимерных прототипов;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.