УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ

Полезная модель относится к области переработки полимеров и может быть использована в различных отраслях народного хозяйства при изготовлении полых изделий типа тел вращения (труб), и в частности, для изготовления заготовок биодеградируемых полимерных стентов, используемых в медицине для протезирования полых органов, например, кровеносных сосудов.
Известно устройство для изготовления тонкостенных труб, содержащее оправку в виде стержня, установленную с возможностью вращения вокруг продольной оси и питатель для подачи жидкой термостойкой смолы, установленный над оправкой с возможностью перемещения вдоль нее (US 6090326 [1]). Недостатком известного устройства является невозможность его использования для изготовления заготовок биодеградируемых полимерных стентов. В частности, у него отсутствует возможность нагрева питателя для приготовления расплава полимера.
Известно устройство для нанесения покрытия на полые цилиндрические изделия, содержащее узел вращения трубы, узел нанесения наружного покрытия, содержащий распылительную головку с механизмом ее перемещения (SU 1206547 [2]). Недостатком известного устройства является невозможность его использования для изготовления заготовок биодеградируемых полимерных стентов. В частности, у него отсутствует возможность нагрева питателя для приготовления расплава полимера, а отсутствие средств нагрева оправки ухудшает качество изделия..
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является устройство для формования тонкостенных тел вращения из полимерных материалов, известное из RU 2010712 [3]. Устройство содержит подогреваемую оправку, установленную с возможностью вращения вокруг продольной оси, питатель для подачи формуемого материала, установленный над оправкой с возможностью перемещения вдоль нее.
Недостатком известного устройства является невозможность его использования для изготовления заготовок биодеградируемых полимерных стентов. Биодеградируемые полимеры при повышенных температурах теряют свои свойства, поэтому подающие устройства для них выполняют по типу экструдера, где полимер разогревается не до жидкого, а до вязко-упругого состояния. При этом полимер, выходящий из экструдера, может оказать значительное давление на оправку, которое отодвинет экструдер от поверхности, что, в свою очередь, исказит геометрические размеры заготовки. Таким образом, каретка с питателем должна быть закреплена очень жестко относительно оси трубки. Кроме того, при многослойном формировании заготовки, что бывает необходимо для получения заданных механических и биологических характеристик, выступ будет опираться в размягченный при повышенной температуре полимер, что также приведет к геометрическим искажениям формы заготовки.
Заявляемое в качестве полезной модели устройство для изготовления тонкостенных тел вращения направлено на получение заготовок из полимерных материалов с заданными геометрическими размерами с минимальным тепловым воздействием на полимер.
Указанный результат достигается тем, что устройство для изготовления тонкостенных тел вращения содержит подогреваемую оправку, установленную с возможностью вращения вокруг продольной оси и питатель для подачи формуемого материала, установленный над оправкой с возможностью перемещения вдоль нее, при этом питатель выполнен нагреваемым в его нижней части, оправка выполнена полой с отражающей внутренней поверхностью, а нагреватель оправки выполнен в виде лазера, излучение которого транспортируется внутрь оправки.
Указанный результат достигается также тем, что между лазером и внутренней полостью оправки установлен объектив.
Указанный результат достигается также тем, что средство для транспортировки излучения лазера выполнено в виде световода.
Указанный результат достигается также тем, что средство для транспортировки излучения лазера выполнено в виде размещаемого в полости оправки световода, конец которого снабжен объективом и приводом его перемещения синхронно с питателем.
Указанный результат достигается также тем, что средство для транспортировки излучения лазера выполнено в виде размещаемого над оправкой световода и приводом его перемещения синхронно с питателем.
Указанный результат достигается также тем, что на внешнюю поверхность оправки нанесено антиадгезионное покрытие.
Отличительными от прототипа признаками являются:
- выполнение питателя нагреваемым в его нижней части;
- выполнение оправки полой;
- выполнение нагревателя оправки в виде лазера, излучение которого транспортируется внутрь оправки;
- установка объектива между лазером и внутренней полостью оправки и выполнение внутренней поверхности оправки отражающей;
- выполнение средства для транспортировки излучения лазера в виде световода и выполнение внутренней поверхности оправки отражающей.;
- выполнение средства для транспортировки излучения лазера в виде размещаемого в полости оправки световода, конец которого снабжен объективом и приводом его перемещения синхронно с питателем и выполнение внутренней поверхности оправки поглощающей;
- выполнение средства для транспортировки излучения лазера в виде размещаемого над оправкой световода и приводом его перемещения синхронно с питателем;
- нанесение на внешнюю поверхность оправки антиадгезионного покрытия.
Выполнение питателя нагреваемым необходимо для того, чтобы обеспечить расплавление биодеградируемого полимера, находящегося при комнатных температурах в твердом состоянии, а выполнение питателя нагреваемым в его нижней части позволяет обеспечить расплавление биодеградируемого полимера только в нижней части, в то время как остающаяся в твердом состоянии верхняя часть будет выполнять роль своеобразного поршня, обеспечивающего выдавливание расплава из питателя.
Выполнение оправки полой, с отражающей внутренней поверхностью позволяет обеспечить использование лазера в качестве нагревателя оправки, т.к. луч лазера попав внутрь оправки многократно от нее отразится и обеспечит равномерный нагрев стенок. Использование лазера для нагрева оправки позволяет обеспечить очень быстрый нагрев, т.е. оправка будет иметь малую тепловую инерционность. При этом лучи от лазера могут направляться внутрь оправки непосредственно от излучателя (лазера) или от лазера (излучателя) с применением объектива, или с использованием световода или с использованием световода снабженного объективом.
Применение объектива позволяет достичь равномерного распределения лазерного излучения внутри трубки, особенно при начальном входе лазерного излучения в трубку.
С другой стороны, возможно использование поворотного объектива, интегрированного в выходной конец световода, помещенного внутрь трубки для локального нагрева участка оправки, расположенного в непосредственной близости от питателя. Причем световод с объективом перемещается вместе с питателем вдоль продольной оси вращения оправки. Это полезно при работе со многими биодеградируемыми полимерами, т.к. их механические и химические свойства меняются при длительном нагреве до температуры, близкой к температуре плавления. В этом случае можно сократить время пребывания полимера в разогретом состоянии. Для обеспечения локального нагрева внутренняя поверхность оправки должна быть не отражающей, а поглощающей, чтобы нагрев происходил там, куда светит луч лазера. Возможен также локальный нагрев оправки лазером (непосредственно, через световод с объективом или без объектива) снаружи. Т.е. луч прогревает оправку, двигаясь перед питателем. Неприменимо при многослойном наращивании. Контроль температуры можно осуществить либо оптическим, либо контактным способом.
Нанесение антиадгезионного покрытия на внешнюю поверхность оправки исключает прилипание формируемого изделия к ней и облегчает процесс снятия изделия с оправки.
Сущность заявляемого устройство для изготовления тонкостенных тел вращения поясняется примером его реализации и графическими изображениями. На фиг. 1 представлено схематическое изображение устройства для изготовления тонкостенных тел вращения в общем виде. На фиг. 2 представлено схематическое изображение устройства для изготовления тонкостенных тел вращения с использованием объектива для ввода излучения лазера в оправку. На фиг. 3 представлено схематическое изображение устройства для изготовления тонкостенных тел вращения с использованием световода, конец которого снабжен объективом для ввода излучения лазера в оправку и приводом его перемещения синхронно с питателем.
Устройство для изготовления тонкостенных тел вращения, содержит подогреваемую оправку 1, установленную с возможностью вращения вокруг продольной оси и питатель 2 для подачи формуемого материала, установленный над оправкой с возможностью перемещения вдоль нее. Питатель снабжен нагревателем 3 в его нижней части. В питателе размещается исходный биодеградируемый полимер в виде бруска 4. Оправка выполнена полой с отражающей внутренней поверхностью 5, либо с поглощающей внутренней/внешней поверхностью в случае локального нагрева, а нагреватель оправки выполнен в виде лазера с любой длиной волны, предпочтительно с длиной волны 1,06 мкм или 10,6 мкм (на чертежах не показан) излучение которого (условно показано на рисунке стрелками), транспортируется внутрь оправки (непосредственно или через объектив 6 (зеркальный, линзовый или их комбинацию) или с помощью световода 7 или комбинацией световода 7 с объективом 8), либо подается с внешней стороны оправки непосредственно перед нижней нагреваемой частью питателя (на чертежах не показано).
Устройство для изготовления тонкостенных тел вращения функционирует следующим образом.
Оправка 1 приводится во вращение, и внутрь оправки подается лазерное излучение. При достижении оправкой заданной температуры включается нагреватель 3 нижней части питателя. При достижении заданной температуры нагревателя брусок полимера 4 подается в направлении, указанном вертикальной стрелкой, с заданной скоростью. Размягченный в нижней части питателя полимер через отверстие поступает на вращающуюся подогретую оправку. Одновременно включается перемещение питателя вдоль оси оправки в направлении, показанном стрелкой. Нижняя часть питателя, расположенная на заданном расстоянии от оправки, разглаживает размягченный полимер по поверхности оправки, формируя трубчатую заготовку нужной толщины. Расплав наносится на оправку по спирали так, чтобы линии нанесенного расплава перекрывались. Степень перекрытия регулируется соотношением скорости вращения оправки, перемещения питателя и скоростью подачи бруска полимера в питатель. При достижении конца оправки питатель отводят от заготовки. Возможно нанесение нескольких слоев полимера (в том числе, полимерами других составов и свойств, для обеспечения заданных механических и биологических характеристик). Возможно также перемещение питателя вдоль оси оправки в обратном указанному на фиг. 1 направлении. После окончания формирования заготовки полимер перестают подавать в питатель, нагрев питателя выключают, питатель отводится от оправки, выключается лазер нагрева оправки. После остывания заготовка снимается с оправки и отправляется для дальнейшей обработки.