УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТИКА

Настоящая полезная модель относиться к области машиностроения, а именно к устройствам, предназначенным для финишной обработки поверхности деталей из пластика, изготовленных методом аддитивных технологий.
В настоящее время все большую популярность набирает тенденция изготовления деталей методом аддитивных технологий. Одним из наиболее распространенных способов 3D-печати изделий является FDM-технология, иначе известная как моделирование методом послойного наплавления, которая широко используется при создании трехмерных моделей при прототипировании и промышленном производстве. Технология FDM подразумевает создание трехмерных объектов за счет нанесения последовательных слоев материала, повторяющих контуры цифровой модели. Как правило, в качестве материалов печати выступают термопластики.
Основным недостатком технологии FDM является существенная шероховатость поверхности детали, вызванная наличием послойного наплавления материала. Также в готовом изделии может наблюдаться эффект расслаивания, ввиду плохой адгезии между слоями.
Существуют несколько способов уменьшения шероховатости детали, изготовленной при помощи технологии FDM. К ним можно выделить механическую обработку поверхности и химическую обработку поверхности.
Механическая обработка заключается в удалении слоя материала на глубину величины выступа шероховатости путем механического воздействия. Метод отличается низкой эффективностью и производительностью, а также не позволяет добиться существенно гладкой поверхности, ввиду относительно низкой твердости термопластика. Также существуют ограничения применения механической обработки для труднодоступных поверхностей.
Химическая обработка заключается в нанесении на поверхность детали слоя активной для данного вида пластика жидкости, которая выполняет травление выступов шероховатости. Благодаря этому образуется гладкая глянцевая поверхность. Помимо этого, из-за процесса травления, подплавляются внешние слои пластика, тем самым, обеспечивая дополнительную их фиксацию между собой.
Известна универсальная камера для обработки деталей (патент RU 2465120, кл. B25J 21/02, B24C 9, B24C 2/04, B05B 15/12), предназначенная для абразивной обработки и нанесения покрытий, при ремонте, а также изготовления деталей больших размеров за один установ, содержащая металлический корпус с вытяжкой и дверь со смотровым стеклом, которые образуют цилиндр с конусным основанием, установленный на подставке и регулятор оборотов, управляющий электродвигателем, связанный посредством временной передачи с валом, расположенным в центре камеры, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит противовес, закрепленный посредством направляющей на опоре, и роликовую каретку двери, выполненные с возможностью движения по кругу, с изменением длины плеча направляющей, причем на трех уровнях по высоте двери, расположены фланцы брезентовых рукавов, а на корпусе установлен клапан для выравнивания давления.
Недостатком универсальной камеры для обработки деталей является механический способ обработки поверхности, при помощи абразивного состава. При абразивной обработке рабочим телом являются мелкодисперсные твердые структуры, тем самым финальная шероховатость обрабатываемой детали останется также существенной. Также абразивным составом крайне тяжело будет обработать внутренние поверхности.
Известно устройство поверхностной обработки (патент республики Тайвань М500109), предназначенное для травления поверхности деталей, полученных методом аддитивных технологий. Обработка деталей, в данном устройстве осуществляется в парах жидкости, способной осуществлять травление поверхности детали. Парообразование производиться методом горячего испарения, а именно нагревом.
Устройство содержит камеру обработки, имеющую платформу обработки и пространство для обработки, сформированное на платформе обработки, причем камера обработки имеет, по меньшей мере, одну боковую смотровую часть, для контроля состояния обработки поверхности изделия, по меньшей мере, один блок парообразования, расположенный на дне камеры обработки, предназначенный для нагрева жидкости до состояния пара и высвобождение пара в пространство для обработки. Устройство также содержит блок управления, соединяющий камеру обработки, и по меньшей мере, один блок парообразования, с целью выпуска пара в пространство для обработки.
К недостаткам данного устройства можно отнести способ генерации пара, заключающийся в подогреве жидкости с дальнейшим образованием горячего пара. Нагретый пар оказывает дополнительное термическое влияние на поверхность обрабатываемого изделия (термопласты обладают довольно низкой температурой плавления). Помимо этого большая часть химически активных жидкостей пожароопасны и применение в непосредственном контакте с ними нагревательных элементов, существенно повышает риск их воспламенения. Также следует отметить временные затраты на нагрев жидкости, что сказывается на увеличении продолжительности цикла обработки. Ввиду того, что нагретые пары более летучи, чем холодные, затрудняется процесс их рекуперации и появляется дополнительный риск нанесения вреда здоровью живых существ.
Также к недостатку данного устройства можно отнести то, что обрабатываемая деталь располагается непосредственно над зоной выпуска паров, расположенной на дне устройства, тем самым, при травлении пластика, его частицы будут постепенно загрязнять указанную зону, при этом в устройстве отсутствуют какие-либо приспособления для крепления детали при обработке, что сказывается на удобстве использования устройства.
Известна камеры для обработки изделий из пластика (патент RU 2662531, кл. B05B 15/12), являющаяся прототипом для настоящей полезной модели, предназначенная для финишной обработки изделий из пластика, полученных методом аддитивных технологий или при помощи литья, и служащая для уменьшения шероховатости поверхности детали. Устройство включает в себя корпус, крышку с расположенным в ней вентилятором и лампой подсветки, кнопки управления, заливной и сливной баки, замок, соединительные трубопроводы, насос, кран электромагнитный, блок управления, кран запорный, подъемный механизм крышки, ванну с расположенными в ней ультразвуковыми испарителями, защитную панель, смотровое окно, сливной патрубок, датчики уровня жидкости, расположенные в баках. Выбор режима и управление циклом обработки осуществляется при помощи кнопок управления, расположенных на панели, а индикация параметров обработки осуществляется на контрольном дисплее.
Устройство имеет в себе ряд недостатков, такие как расположение рабочей и агрегатной зон в нижней части камеры, что влечет за собой последствия, описанные в предыдущем примере, расположение ряда агрегатов в верхней подъемной крышке, а также отсутствие приспособления для крепления детали в процессе обработки. Все это влечет за собой также существенное увеличение габаритных размеров устройства, и как следствие, увеличение трудоемкости изготовления, общей технической сложности устройства и его себестоимости.
Целью настоящей полезной модели является создание устройства для финишной обработки изделий из пластика, полученных методом технологии FDM, обеспечивающего безопасность, эффективность и технологичность процесса обработки, а также обладающего удобством эксплуатации и должным уровнем технической эстетики, соответствующего современным образцам техники.
Сущность полезной модели и ее технический уровень заключается в том, что в основе процесса обработки используется способ химической обработки поверхностей изделий, полученных при помощи технологии FDM, заключающийся в том, что обработка детали происходит в холодных парах обрабатывающей жидкости, химически активной для данного вида пластика, полученных в результате явления ультразвукового испарения жидкости. Одновременно с холодным парообразованием возможно наличие поддува, в результате которого образовавшийся пар равномерно распределяется по объему рабочей области устройства. В результате ультразвукового испарения образуется холодный мелкодисперсный пар, который не оказывает термического и механического воздействия на обрабатываемую деталь и равномерно охватывает все поверхности детали, в том числе и труднодоступные участки. Помимо прочего, процесс травления поверхности детали начинается незамедлительно, с момента инициализации обработки. Также ввиду относительно малой летучести холодного пара, его гораздо проще рекуперировать.
Особенностью устройства является то, что все его агрегаты, включая генератор холодного пара, расположены в отсеке за задней стенкой рабочей области, тем самым существенно уменьшаются габариты устройства (по высоте на 350 мм), по сравнению с прототипом, при неизменных размерах рабочей области. В виду размещения агрегатного блока в задней стенке настоящей полезной модели, при обработке, частицы вытравленного пластика не будут загрязнять испарительный и прочие агрегаты, что положительно скажется на проведении технического обслуживания устройства и последующей ее подготовки к работе. Помимо этого, в устройстве для финишной обработки поверхности изделий из пластика используется питание рабочей жидкостью с верхней части устройства, что позволяет наполнять резервуар под действием силы тяжести, при этом необходимость в наличии питающих насосов отпадает.
Конструкция устройства для финишной обработки поверхности изделий из пластика поясняется чертежами, где изображены:
На Фиг. 1 изображен вид в аксонометрической проекции на переднюю часть устройства.
На Фиг. 2 изображен вид в аксонометрической проекции на переднюю часть устройства с демонтированной передней крышкой.
На Фиг. 3 изображен вид в аксонометрической проекции на заднюю часть устройства.
На Фиг. 4 изображен вид в фронтальной проекции на рабочую область устройства.
На Фиг. 5 изображен вид в аксонометрической проекции на заднюю часть устройства, с демонтированной задней крышкой агрегатного отсека и местными вырезами.
Устройство для финишной обработки поверхности изделий из пластика состоит из внешнего корпуса 1, в котором установлены образующие герметичную рабочую область устройства внутренний корпус 8 и агрегатный отсек перегородка 16. Рабочая область с внешней стороны закрыта, при помощи ручек-замков 3 и фиксирующих устройств 15, прозрачной крышкой 2. С целью герметизации рабочей области применяется прокладка 9. С задней стороны агрегатный отсек закрыт монтируемой на кронштейны 20, крышкой 6, с установленным на ней электрическим разъемом 7, при помощи крепежных элементов 5. В верхней части внешнего корпуса 1 расположена заглушка 5 заливной горловины 33. Также на внешнем корпусе 1 расположены кнопки управления с сигнализаторами 4. В агрегатном отсеке расположен питающий бак 21, соединенный при помощи электромагнитного клапана 18 и фланца 22 с генератором холодного пара 19, в котором расположены как минимум один ультразвуковой пьезоизлучатель 30, нагнетающий вентилятор 29 с электромотором 24 и как минимум один датчик уровня жидкости 23. К генератору холодного пара 19 присоединен сливной электромагнитный клапан 17 посредством фланца 32. В агрегатном отсеке расположены управляющие электронные блоки 26 и блок питания 25. Устройство снабжено информационными сигнализаторами 27. На перегородке 16 расположена лампа подсветки 12 и целевые отверстия-сопла 10, закрытые защитной сеткой 28. Во внутренней части рабочей области устройства расположен опциональный рекуперационный блок 13, предназначенный для удаления холодных паров обрабатывающей жидкости, с дальнейшей конденсацией их и выведением жидкости обратно в генератор холодного пара 19 посредством трубопровода 31. На задней стенке также может располагаться опциональное зеркало 14, предназначенное для контроля состояния задней поверхности детали в процессе обработки. В верхней части рабочей области расположена как минимум одна крепежная планка 11, предназначенная для крепления детали в процессе обработки непосредственно в рабочей области.
Устройство для финишной обработки поверхности изделий из пластика работает следующим образом. Открывается при помощи ручек-замков 3 прозрачная крышка 2 и помещается обрабатываемая деталь, при помощи требуемых поддерживающих элементов на крепежную планку 11, в герметичную рабочую область. Закрывается крышка 2. Демонтируется заглушка 5 и в заливную горловину 33 заправляется обрабатывающая жидкость в бак-питатель 21. Закрывается заглушка 5. При помощи кнопок управления с сигнализаторами 4 выбирается необходимый режим обработки. Ультразвуковые пьезоэлектрические элементы 30 генерируют холодный пар, который при помощи вентилятора 29 через сопла подается в рабочую область. При достижении критически низкого уровня ацетона по команде датчика уровня жидкости 23 обработка прекращается, открывается электромагнитный клапан 18 и подается под действием силы тяжести необходимое количество обрабатывающей жидкости из бака-питателя 21 в генератор холодного пара 19. После завершения работы устройства обрабатывающая жидкость может быть слита из генератора холодного пара 19 и бака-питателя 21 при помощи электромагнитного клапана 17 в емкость, размещаемую в сквозной полости под рабочей зоной и агрегатным отсеком, которая может быть либо открытого типа, либо закрытого типа. Информационные сигнализаторы 27 предназначены для индикации различных режимов обработки.
После обработки холодные пары жидкости подвергаются рекуперации в рекуперационном блоке 13, с последующим выводом конденсированной жидкости обратно в генератор холодного пара 19.
Расположение генератора холодного пара 19 и прочих агрегатов в вертикальной задней стенке за герметичной перегородкой исключает возможность загрязнения их элементов частицами пластика при травлении, а также позволяет существенно упростить обслуживание устройства, а именно его очистку после обработки, ввиду отсутствия каких-либо выступающих частей или отверстий в нижней части рабочей области. Также исключается попадание посторонних элементов в генератор холодного пара. Отсутствие агрегатов на дне корпуса позволяет также разместить лоток для сбора вытравленного пластика, что дополнительно облегчит обслуживание устройства.
Наличие крепежной планки 11 позволяет легко закрепить обрабатываемую деталь в центре рабочей области, где эффективность обработки максимальна, а также уменьшить зону контакта крепежных элементов с поверхностью детали до минимальных значений, тем самым уменьшив не обрабатываемую зону детали.
Внешний корпус имеет радиусные края, что позволяет исключить травмирование при эксплуатации.
Наличие возможности применения опциональных агрегатов, таких как рекуперационного блока 13 и зеркала 14, позволяют добиться конструктивной гибкости комплектации устройства, без ущерба основному служебному назначению и с расширением дополнительных возможностей под конкретные требования пользователя, тем самым позволяя создать универсальную базовую платформу для целого ряда устройств для финишной обработки поверхности изделий из пластика.