СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОГО ФАСОННОГО ИЗДЕЛИЯ ПОСРЕДСТВОМ ПОСЛОЙНОГО НАНЕСЕНИЯ МАТЕРИАЛА
METHOD FOR MANUFACTURING A THREE-DIMENSIONAL SHAPED ARTICLE BY ADDITIVE MANUFACTURING

Изобретение относится к способу изготовления трехмерного фасонного изделия посредством послойного нанесения материала, причем обеспечивают данные по геометрии фасонного изделия, несущий элемент с опорной поверхностью для размещения трехмерного фасонного изделия, затвердевающий жидкий или текучий первый материал, и затвердевающий жидкий, текучий, пастообразный или порошкообразный второй материал.
В случае с подобным, известным из практики способом в качестве первого и второго материалов используют жидкие полимеры, которые являются затвердевающими в результате воздействия ультрафиолетового излучения. В случае с известным из уровня техники способом на опорную поверхность несущего элемента сначала наносят первый слой материала, причем каплеобразные порции материала первого и второго материалов набрызгивают в различные места опорной поверхности с помощью краскоструйного печатающего устройства. Места, в которых на опорную поверхность наносят состоящие из различных веществ капельки материалов, в зависимости от обеспеченных данных по геометрии изготавливаемого фасонного изделия выбирают таким образом, чтобы состоящие из второго материала участки слоя образовывали самый нижний слой изготавливаемого фасонного изделия. Первый материал служит в качестве опорного материала, который наносят на опорную поверхность в тех местах, в которых второй материал не наносится и над которыми фасонное изделие после нанесения следующего слоя первого материала имеет нависающие края, которые должны поддерживаться опорным материалом до затвердевания всех слоев материала. Полученный таким образом самый нижний слой материала на следующем шаге облучают ультрафиолетовым излучением, чтобы в результате пространственного сшивания (образования поперечных связей прим. переводчика) вызвать затвердевание полимеров, содержащихся в первом и втором материалах.
После того, как самый нижний слой материала будет готов, на него соответствующим образом наносят следующие слои материалов и вызывают их затвердевание, пока не будут сформированы и не затвердеют все слои фасонного изделия. После этого полученный таким образом слоистый штапель вводят в контакт с растворителем, пока первый материал не растворится в нем. Второй материал в растворителе не растворяется.
Известный из уровня техники способ, действительно, с сопоставимо малыми затратами позволяет изготавливать трехмерные фасонные изделия как прототипы или в небольшом количестве экземпляров. Благодаря использованию полимеров, пространственно сшиваемых с помощью ультрафиолета, и высокой разрешающей способности при печати обеспечивается хорошее качество поверхности. В расчете, однако, на трехмерную печать с высокой разрешающей способностью требуется очень низкая вязкость полимеров, чтобы они через мелкодисперсные сопла могли наноситься на опорную поверхность или находящийся на ней затвердевший слой материала.
В случае со способом краскоструйной печати (англ.: lnk-Jet Printing) сопла обычно могут обрабатывать полимеры с максимальной вязкостью в 25 мПа⋅с. Струйное распыление полимеров с более высокой вязкостью, как правило, невозможно. Полученные из таких материалов предметы могут выдерживать только минимальную нагрузку и могут использоваться всего лишь в качестве наглядных предметов.
Из практики также уже известно, что для машин для литья под давлением, применяя послойное нанесение материала, состоящего из затвердевающего жидкого полимера, с использованием краскоструйного трехмерного печатающего устройства можно изготавливать пресс-форму для литья под давлением. Пресс-форма для литья под давлением включает в себя две части пресс-формы, между которыми образована полость, которая имеет трехмерную негативную форму фасонного изделия, изготавливаемого в машине для литья под давлением. Пресс-форму для литья под давлением изготавливают в трехмерном печатающем устройстве посредством нанесения множества слоев из полимера, который в жидкой форме, с помощью сопел наносят на опорную поверхность или на ранее нанесенный, затвердевший слой материала. После нанесения каждого слоя материала все еще жидкий полимер соответственно облучают ультрафиолетовым светом, чтобы образовать в нем сетчатую структуру и тем самым обеспечить затвердевание соответствующего слоя материала. Затем соответствующим образом наносят следующие слои материала и обеспечивают его затвердевание, пока пресс-форма для литья под давлением не будет готова. После этого пресс-форму для литья под давлением извлекают из трехмерного печатающего устройства и встраивают в машину для литья под давлением, чтобы через литниковые отверстия, предусмотренные в пресс-форме для литья под давлением, впрыснуть в ее полость отличающийся от полимера горячий синтетический материал. После того, как полость будет заполнена синтетическим материалом и синтетический материал остынет, пресс-форму для литья под давлением открывают, и с помощью выталкивателей выталкивают фасонное изделие из полости. Способу присущ тот недостаток, что изготовленные способом трехмерной печати пресс-формы вследствие высокой температуры материала-наполнителя имеют только сильно ограниченный рабочий ресурс и примерно через 10-100 процессов литья под давлением подлежат замене. Кроме того, встраивание пресс-формы для литья под давлением в машину для литья под давлением является относительно затратным по времени. Это особенно невыгодно в случае с единичным изготовлением фасонного изделия.
В случае с другими известными технологиями, по которым в качестве конструкционного материала используют твердые вещества, в большинстве случаев расплавляют термопласты и наносят их послойно через сопло или в форме порошка, по способу спекания. При этом, однако, довольно хороший показатель предельно допустимой нагрузки обеспечивается за счет времени печати (очень медленный процесс) или низкой разрешающей способности, либо качества поверхности.
Слабо выраженное преимущество предлагает способ стереолитографии, с помощью которого можно обрабатывать, в том числе, и материалы с более высокими показателями вязкости. Это преимущество следует из того обстоятельства, что материалы не должны разбрызгиваться через сопло, а пространственно сшиваются в емкости для полимеров под действием внешнего ультрафиолетового луча согласно техническим условиям. Таким образом, обрабатываться могут также и так называемые двухкомпонентные, облучаемые ультрафиолетом полимеры со свойствами более высокого порядка. В результате достигается также лучший показатель предельно допустимой нагрузки на фасонные изделия. При этом налицо недостатки: большое количество материалов для формирования предмета, ограниченное время отвердевания двухкомпонентной смеси, повышенный расход материалов (повторное использование не израсходованных полимеров не представляется возможным). Все это явно увеличивает затраты на изготовление деталей.
За исключением способа краскоструйной печати, все известные технологии изготовления трехмерных структур отличаются еще и другим существенным недостатком: они не рассчитаны на обработку множества материалов. Это означает, что одновременно может использоваться только один тип материалов. Вследствие этого возможность использования способа в промышленности очень ограничена.
Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы представить способ вышеназванного типа, с помощью которого с высокой разрешающей способностью можно печатать механически устойчивые трехмерные фасонные изделия, способные выдерживать нагрузку.
Эта задача решена благодаря способу с признаками п. 1 формулы изобретения. Согласно изобретению предусмотрен способ изготовления трехмерного фасонного изделия посредством послойного нанесения материала, причем обеспечивают данные по геометрии фасонного изделия, несущий элемента с опорной поверхностью для размещения трехмерного фасонного изделия, затвердевающий жидкий или текучий первый материал, и затвердевающий жидкий, текучий, пастообразный или порошкообразный второй материал, причем второй материал включает в себя по меньшей мере один пространственно сшиваемый в результате обработки энергией основной компонент и термически активируемый, скрытый (латентный) отвердитель, посредством которого в результате теплового воздействия является вызываемым химическое пространственное сшивание основного компонента,
а) причем для образования слоя негативной формы порции материала текучего первого материала таким образом наносят в соответствии с данными по геометрии на опорную поверхность и/или на находящийся на ней затвердевший слой материала трехмерного фасонного изделия, что слой негативной формы на своей поверхности, удаленной от опорной поверхности, имеет по меньшей мере одну полость, которая имеет негативную форму подлежащего изготовлению слоя материала фасонного изделия,
б) причем слой негативной формы затвердевает,
в) причем для образования слоя фасонного изделия полость заполняют вторым материалом таким образом, что негативная форма переносится на слой фасонного изделия как позитивная форма,
г) причем основной компонент введенного в полость второго материала в результате обработки энергией частично пространственно сшивается и затвердевает,
д) причем выступающие над плоскостью, расположенной на предварительно заданном расстоянии относительно опорной поверхности участки затвердевшего слоя негативной формы и/или затвердевшего слоя фасонного изделия удаляют посредством съема материала,
е) причем шаги от а) до д) повторяют по меньшей мере один раз,
ж) причем основной компонент фасонного изделия, образованного из слоев фасонного изделия, посредством термической обработки подвергают дальнейшему пространственному сшиванию и такому затвердеванию, что второй материал приобретает более высокую прочность, чем затвердевший первый материал и/или частично пространственно сшитый второй материал, и
з) причем слои негативной формы удаляют с фасонного изделия до, во время и/или после проведения термической обработки.
Согласно изобретению также предусмотрен гибридный способ, согласно которому материалы с различными свойствами обрабатывают с помощью различных способов печати и/или с помощью различных печатающих устройств послойно наносят на опорную поверхность или на находящийся на ней затвердевший слой материала трехмерного фасонного изделия. Это можно осуществлять по ходу непрерывного процесса трехмерной печати, то есть способ полностью может осуществляться на одном технологическом участке трехмерной печати. За пределами технологического участка трехмерной печати никакой дополнительный процесс печати не требуется.
Первый материал может иметь очень низкую вязкость или быть жидкотекучим или сильно текучим, потому что он служит всего лишь для создания формы под второй материал. Благодаря низкой вязкости или высокой степени текучести, которую имеет первый материал во время нанесения на опорную поверхность или на находящийся на ней, уже затвердевший слой материала трехмерного фасонного изделия, форма может печататься с помощью цифрового процесса печати с высокой разрешающей способностью и высоким качеством поверхности путем того, что множество соответственно малых порций материала первого материала наносят на опорную поверхность или на находящийся на ней затвердевший слой материала трехмерного фасонного изделия.
К механической устойчивости и прочности слоя материала формы, состоящего из первого материала, выдвигаются только незначительные требования, поскольку форма должна всего лишь нести второй материал и, при необходимости, воспринимать усилия, воздействующие на первый материал во время процесса печати, предусмотренного для нанесения второго материала. В результате затвердевания первого материала таковой приобретает достаточную прочность, чтобы он мог использоваться как задатчик формы для второго материала. Механическая прочность первого материала, находящегося в затвердевшем состоянии, не оказывает никакого воздействия на механическую устойчивость фасонного изделия, сформированного из затвердевших слоев второго материала, поскольку после нанесения всех слоев материалов первый затвердевший материал удаляют с фасонного изделия.
Второй материал является собственно конструкционным материалом для фасонного изделия и может иметь другие свойства, прежде всего более высокую вязкость, чем первый материал. Например, он может быть наполнен армирующими присадками, такими как волокна и/или другие твердые механические частицы. Поскольку второй материал геометрически формуют по матричному копированию с изготовленной из первого материала формы, то для достижения высокой разрешающей способности печати нет необходимости наносить малые порции материала второго материала на опорную поверхность или на находящийся на ней затвердевший слой материала трехмерного фасонного изделия. Кроме того, работать можно также с высоковязким вторым материалом. Благодаря этому могут быть достигнуты высокая механическая устойчивость и прочность фасонного изделия. Более того, при необходимости представляется возможным, что второй материал содержит в себе смесь по меньшей мере из двух различных веществ и/или по меньшей мере одну присадку, например волокна или другие вещества, для повышения прочности материала. Второй материал может наноситься на опорную поверхность или на находящийся на ней затвердевший слой материала трехмерного фасонного изделия также с помощью цифрового способа печати грубо избирательно или частично избирательно, то есть путем нанесения множества порций материала в различные точки, которые выбирают в соответствии с обеспеченными данными по геометрии фасонного изделия. Для обеспечения заполнения полостей без пробелов по их контурам, второй материал вводят в зоны, определенные данными по геометрии, с нахлесткой на контуры. Это приводит к тому, что расходное количество второго материала всегда несколько больше, чем это было бы необходимо для заполнения полости. Также представляется возможным, что второй материал наносят на опорную поверхность или на находящийся на ней затвердевший слой материала трехмерного фасонного изделия с помощью аналогового способа печати. Включенное перед печатным модулем смесительное устройство обеспечивает градацию свойств материала при наличии одного единственного печатного модуля. Для этого, по мере необходимости, по меньшей мере два составных компонента материала в соответственно выверенном соотношении смешивают непосредственно перед введением в печатный модуль. Так, например, жесткую смесь можно постепенно модифицировать в мягкую смесь. Более того, при этом представляется возможным наносить на опорную поверхность и/или на находящийся на ней затвердевший слой материала два или больше компонентов второго материала, чтобы изготовить фасонное изделие, включающее в себя несколько различных компонентов. Этот вариант с возможностью обработки множества материалов может быть обеспечен за счет последовательного включения нескольких печатных модулей для второго материала. Таким путем могут быть получены различные механические и/или электрические свойства и/или различные цвета.
Поскольку согласно способу согласно изобретению, предпочтительно, после печати каждого отдельного слоя материала выступающие над расположенной на предварительно заданном расстоянии относительно опорной поверхности плоскостью, предпочтительно параллельно ей, участки затвердевшего слоя негативной формы и/или затвердевшего слоя фасонного изделия, соответственно удаляют посредством съема материала, то отдельные слои фасонного изделия проходят строго параллельно или являются расположенными относительно друг друга с определенной компоновкой и имеют заранее определенную толщину слоя. Кроме того, в результате съема материала удаляют «загрязнения», которые при заполнении полостей вторым материалом могут возникать на поверхности самого верхнего затвердевшего слоя первого материала, когда второй материал соприкасается с этой поверхностью. Съем материала участков, выступающих над плоскостью, обеспечивает, таким образом, что состоящий из затвердевших первого и второго материалов смешанный слой всегда имеет нужную толщину и что поверхность первого материала оказывается очищенной от удаляемого второго материала. Это обеспечивает очень точное изготовление фасонного изделия с малыми перекосами. Съем материала осуществляют, предпочтительно, способом снятия стружки, прежде всего с помощью т.н. фрезы для строгания по толщине, шлифовальной и/или полировальной машины.
Из практики, действительно, также известен способ трехмерной печати, согласно которому фасонные изделия изготавливают из материала низкой вязкости посредством послойного нанесения материала с помощью краскоструйного печатающего устройства. При этом отдельные слои материала соответственно после нанесения подвергают затвердеванию посредством облучения ультрафиолетовым излучением. В дополнение к этому, после нанесения всех слоев материала проводят термическую обработку фасонного изделия, при которой снимают механические напряжения в фасонном изделии и еще немного подвергают материал фасонного изделия дальнейшему затвердеванию. Однако этот способ не пригоден для печати материалов, которые содержат в себе активируемый тепловым воздействием отвердитель, поскольку таковой может активироваться вследствие тепловых потерь, возникающих в печатающей головке трехмерного печатающего устройства, с тем результатом, что материал может отвердевать уже в печатающей головке и закупоривать ее. Для фасонных изделий, изготовленных по известному из уровня техники способу, обеспечивается, таким образом, только сравнительно низкая механическая прочность.
Согласно способу согласно изобретению выступающие над плоскостью, расположенной на предварительно заданном расстоянии относительно опорной поверхности, предпочтительно параллельно ей, участки затвердевшего слоя негативной формы и затвердевшего слоя фасонного изделия после каждого нанесения слоя фасонного изделия удаляют посредством съема материала. Следовательно, с помощью способа согласно изобретению фасонные изделия могут полностью изготавливаться в одном печатающем устройстве, не прибегая к необходимости использования другого процесса.
Согласно изобретению, основной компонент отдельных слоев фасонного изделия по ходу шага г) соответственно подвергают частичному или слабому пространственному сшиванию в результате обработки энергией настолько, что слои фасонного изделия сохраняют свою форму. Основной компонент второго материала может включать в себя по меньшей мере один мономер, по меньшей мере один олигомер и/или по меньшей мере один полимер, которые являются пространственно сшиваемыми в результате обработки энергией.
Под обработкой энергией подразумевается соответствующее электромагнитное облучение, предпочтительно, ультрафиолетовое облучение, облучение электронами и/или облучение ионами. Когда применяют ультрафиолетовое облучение, второй материал, предпочтительно, содержит в себе фотоинициатор.
По ходу последующего, вызванного тепловым воздействием шага з) с химическим сшиванием выполняют медленную релаксацию и окончательное пространственное сшивание второго материала, во время которого основной компонент фасонного изделия, сформированного в результате нанесения отдельных слоев фасонного изделия, продолжают подвергать затвердеванию. Основной компонент и отвердитель, предпочтительно, по составу задают такими, что химическое пространственное сшивание начинается только после определенной температуры. Эта температура является задаваемой на основе выбора соответствующего отвердителя. При температуре ниже этой уставки химическое пространственное сшивание либо вообще не происходит, а если происходит, то только очень медленно. Это позволяет обеспечивать достаточно длительную пригодность смеси материалов, не допуская ее (преждевременное прим. переводчика) пространственное сшивание уже в печатном модуле.
Термическая обработка происходит, предпочтительно, при температурах от примерно 100°С до 200°С, прежде всего при температурах от примерно 120°С до 180°С. Термическая обработка длится в зависимости от типа основного компонента и отвердителя от 15 до 90 минут, прежде всего от 30 до 75 минут. После этого налицо получается фасонное изделие, сформованное из однородного материала.
Шаг г) выполняют только после того, как были нанесены все слои фасонного изделия, при этом должна осуществляться только одна единственная процедура термической обработки. Способ согласно изобретению обеспечивает придание фасонному изделию в быстром режиме как формы, так и способности выдерживать большую предельно допустимую механическую и/или химическую нагрузку. Это является основной предпосылкой для промышленной пригодности фасонного изделия.
Из информационного листка акционерного общества BERLAC AG (Allmendweg 39, 4450 Sissach, Schweiz/Швейцария), опубликованного в Интернете под заголовком «ОБЛУЧАЕМЫЙ УЛЬТРАФИОЛЕТОМ ПРОЗРАЧНЫЙ ЛАК ДВОЙНОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ, ф. BERLAC» известен двухстадийный способ отверждения прозрачного лака. Соответственно, используемый в качестве поверхностной защиты однокомпонентный лак способом однослойного нанесения наносят на готовый сформованный предмет. При этом лак сначала закрепляют на предмете посредством теплового воздействия и только затем подвергают окончательному пространственному сшиванию с помощью ультрафиолетового облучения.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения порции материала первого материала наносят на опорную поверхность и/или на находящийся на ней затвердевший слой негативной формы и/или затвердевший слой фасонного изделия, предпочтительно, способом краскоструйной печати или способом порошкового нанесения (перенос порошкообразных частиц), причем первый материал является затвердевающим в результате воздействия энергии материалом, который для затвердевания слоя негативной формы подвергают воздействию энергии. Поскольку второй материал содержит в себе термически активируемый отвердитель (сшивающий агент), который уже при превышении комнатной температуры может вызывать слабо протекающую реакцию пространственного сшивания, то он не пригоден для распыления соплами краскоструйных печатающих устройств с высокой разрешающей способностью. Повышенная температура, которая может достигаться уже из-за отходящего тепла от печатающей головки краскоструйного печатающего устройства, приводит к медленному, но неуклонному повышению вязкости второго материала, в результате чего через короткое время (несколько часов) краскоструйное печатающее устройство выходит из строя, а в некоторых случаях повреждаются печатающая головка и/или устройство подачи второго материала на печатающую головку (линии подачи, накопительный резервуар). Изобретение исключает этот существенный недостаток за счет того, что послойно или, например, с помощью краскоструйного печатающего устройства печатают только негативную форму из первого (опорного) материала с низкой вязкостью и пространственно сшивают ее посредством обработки энергией. Механическая прочность первого материала при этом не играет никакой роли для прочности фасонного изделия, поскольку первый материал впоследствии удаляют. Собственно же высоковязкий второй материал для фасонного изделия может послойно помещаться в полости негативной формы и пространственно сшиваться с помощью способов, которые рассчитаны на обработку смесей материалов с более высокой вязкостью.
В предпочтительном варианте осуществления способа предусмотрено, что вязкость второго материала в не затвердевшем состоянии больше, в некоторых случаях по меньшей мере в 10 раз больше, прежде всего по меньшей мере в 200 раз больше, а предпочтительно по меньшей мере в 2000 раз больше, чем вязкость первого материала в не затвердевшем состоянии и/или что текучий первый и текучий, пастообразный или порошкообразный второй материалы включают в себя фракцию твердых веществ, причем фракция твердых веществ во втором материале в не затвердевшем состоянии этого материала больше, в некоторых случаях по меньшей мере в 10 раз больше, прежде всего по меньшей мере в 200 раз больше, а предпочтительно по меньшей мере в 2000 раз больше, чем фракция твердых веществ в первом материале в его не затвердевшем состоянии. Это позволяет изготавливать фасонное изделие, имеющее высокое качество и высокую точность обработки поверхности и, одновременно, отменную механическую прочность. Кроме того, второй материал можно подготавливать с введением фракции твердых веществ (присадок) сферической формы или в виде волокон, которые явно улучшают механические и/или электрические свойства по сравнению с соответствующим материалом без фракций твердых веществ.
В целесообразном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что первый материал имеет пригодную для струйного распыления рабочую вязкость, которая составляет менее 1000 мПа⋅с, прежде всего менее 100 мПа⋅с, в некоторых случаях менее 30 мПа⋅с и, предпочтительно менее 10 мПа⋅с, и что его наносят на опорную поверхность и/или на находящийся на ней затвердевший слой материала трехмерного фасонного изделия в форме капелек жидкости с разрешающей способностью нанесения по меньшей мере в 360 точек на дюйм, прежде всего по меньшей мере 720 точек на дюйм, а предпочтительно по меньшей мере 1440 точек на дюйм. Это обеспечивает высокое качество поверхности фасонного изделия. Предпочтительно, второй материал подогревают от комнатной температуры до рабочей температуры, чтобы изменять его текучесть, предпочтительно, чтобы увеличивать ее или уменьшать вязкость. После этого подогретый до рабочей температуры второй материал наносят на опорную поверхность или на находящийся на ней затвердевший слой материала.
Предпочтительным является, если основной компонент второго материала включает в себя по меньшей мере один эпоксид, по меньшей мере один оксетан, по меньшей мере один функциональный (мет)акрилат, по меньшей мере один винил-эфир или смесь по меньшей мере из двух этих веществ. По меньшей мере один винил-эфир используется в качестве со-реагента для ускорения S. Второй материал, кроме того, может содержать в себе по меньшей мере один обычный фотоинициатор и/или по меньшей мере одну присадку для улучшения конечных свойств (прочность, низкая степень механических напряжений, химическая устойчивость).
В предпочтительном варианте осуществления изобретения скрытый отвердитель содержит в себе дициандиамид и/или кислотный ангидрид и/или по меньшей мере один блокированный изоцианат и/или по меньшей мере один диимид угольной кислоты. На основе выбора одного из этих веществ или посредством комбинирования нескольких этих веществ можно задавать температуру, которая необходима, по меньшей мере, чтобы инициировать химическое пространственное сшивание.
Концентрация отвердителя в предпочтительном варианте осуществления изобретения составляет от 0,2 до 5 процентов по объему, прежде всего от 1,2 до 4 процентов по объему, предпочтительно от 2,2 до 3 процентов по объему, второго материала. С позиции целесообразности, концентрацию отвердителя согласовывают в увязке с функциональностью или прочностью основного материала после радиационного отверждения.
В усовершенствованном варианте изобретения второй материал посредством частично избирательного цифрового способа дозирования/нанесения слоев таким образом наносят на слой негативной формы в зависимости от данных по геометрии, что по меньшей мере одна порция материала текучего, пастообразного или порошкообразного второго материала испускается по меньшей мере в одну полость с полным ее заполнением, и что, предпочтительно, находящиеся за пределами полости точки слоя негативной формы не вступают или только незначительно вступают в контакт со вторым материалом. Под частично избирательным способом нанесения слоев подразумевается способ нанесения слоев, при котором второй материал в пределах полости наносят на всю площадь слоя негативной формы, а за пределами полости - только на отдельный участок поверхности слоя негативной формы. Введение второго материала в полости может осуществляться с помощью сопел, которые посредством клапана или аналогичного исполнительного механизма являются переставляемыми в открытое и закрытое положение. Синхронизация клапанов в зависимости от относительного положения между полостями и выпускными отверстиями сопел может осуществляться с помощью системы управления. Это является преимуществом по сравнению с аналоговыми способами нанесения слоев, в случае с которыми второй материал наносят с охватом большой площади, то есть не избирательно как внутри, так и за пределами полостей. Второй материал при введении в полости может иметь одно свойство, отличное от такового для первого материала. Прежде всего, второй материал может иметь более высокую вязкость, чем вязкость, которую имеет первый материал, когда его наносят на опорную поверхность или на находящийся на ней затвердевший слой материала трехмерного фасонного изделия.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения второй материал является композитным материалом, который включает в себя текучую среду и по меньшей мере одну присадку, причем текучая среда имеет при комнатной температуре вязкость по меньшей мере в 50 мПа⋅с, предпочтительно по меньшей мере 1000 мПа⋅с, и причем присадка содержит в себе частички твердых веществ, которые расположены в текучей среде. Частички твердых веществ могут включать в себя волокна, прежде всего карбоновые волокна, нанотрубки, стеклянные шарики, графены, блок-сополимеры стирола, прежде всего стирол-этилен-бутилен-стирол (СЭБС), нано-/микрочастицы твердых веществ в качестве наполнителей и/или масла на основе высоко разветвленных полиэфиров и/или их подмеси. Композитный материал может вводиться в полость (-и) при комнатной температуре или в подогретом состоянии, при более высокой температуре, чем комнатная температура.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения второй материал имеет более высокую вязкость и/или более значительную фракцию твердых веществ, чем первый материал, причем как первый, так и второй материал наносят на опорную поверхность и/или на находящийся на ней затвердевший слой негативной формы и/или слой фасонного изделия посредством способа краскоструйной печати, причем согласно способу краскоструйной печати первый материал выталкивают из по меньшей мере одного первого сопла, а второй материал выталкивают из по меньшей мере одного второго сопла, причем выходное отверстие второго сопла, предпочтительно, имеет большее поперечное сечение и/или является нагружаемым более высоким рабочим давлением, чем выходное отверстие первого сопла и причем, прежде всего, диаметр выходного отверстия второго сопла больше, чем таковой у выходного отверстия первого сопла. Под способом краскоструйной печати подразумевается способ печати, согласно которому второй материал выталкивают из сопла в пульсирующем режиме и/или по порциям с помощью пьезоэлектрического активатора (струйное распыление). Благодаря большему поперечному сечению второго сопла и/или более высокому рабочему давлению на нем можно осуществлять краскоструйную печать высоковязкого второго материала. Меньшее по сравнению с поперечным сечением выходного отверстия второго сопла поперечное сечение выходного отверстия первого сопла и/или более высокое -по сравнению с рабочим давлением на первом сопле - рабочее давление на втором сопле позволяют с высокой разрешающей способностью наносить первый материал на опорную поверхность или на находящийся на ней затвердевший слой материала трехмерного фасонного изделия.
Сопла выставляют на малом расстоянии относительно поверхности, на которую должен наноситься второй материал. Если под соплом оказывается полость, движение второго материала из канала подачи материала через сопло деблокируют. Второй материал выдавливают из сопла и при перемещении поверхности относительно сопла откладывают на нее полосу второго материала. После деактивации подачи материала сопло перемещают над поверхностью без выдачи материала.
В усовершенствованном варианте изобретения второй материал нагружают давлением, прежде всего давлением газа, и подвергнутый таким образом воздействию давления второй материал через по меньшей мере один клапан направляют по меньшей мере к одному соплу, причем выходное отверстие сопла выставляют относительно несущего элемента, вдоль опорной поверхности, и клапаном управляют в зависимости от обеспеченных данных по геометрии изготавливаемого фасонного изделия и в зависимости от относительного положения между соплом и несущим элементом таким образом, что движение материала деблокируется, когда выходное отверстие оказывается выставленным у полости так, что второй материал может испускаться из сопла в полость, и что движение материала блокируется, когда выходное отверстие оказывается выставленным так, что второй материал не может испускаться из сопла в полость. При этом движение материала может деблокироваться на подходе к полости или непосредственно перед ней и блокироваться при отходе (сопла-прим, переводчика) от полости или сразу же после этого. Клапан может приводиться в действие электромагнитным способом или с помощью пьезоэлемента.
Предпочтительно, выходное отверстие сопла передвигают относительно несущего элемента, вдоль непрерывной, проходящей в пределах полости линии и вдоль этой линии непрерывно выдают жидкий, текучий или пастообразный второй материал из выходного отверстия в полость. Это обеспечивает непрерывное нанесение материала и, следовательно, быстрый ход выполнения работ при заполнении полости(-ей) вторым материалом. Второй материал может подаваться с помощью известного как такового микронасоса, пригодного для непрерывного процесса нагнетания или посредством нагружения второго материала давлением в сопле. Подачу второго материала с выходом из канала сопла осуществляют либо непосредственно с помощью исполнительного пьезомеханизма для материалов с высокой вязкостью, с помощью исполнительного пьезомеханизма для шибера в канале сопла (перекрывает/открывает канал сопла), либо посредством выдавливания в канал с помощью сжатого воздуха или нагнетающего поршня. Подвод сжатого воздуха активируют при этом электромагнитным способом, с помощью магнитного клапана.
В усовершенствованном варианте изобретения второй материал не избирательно или частично избирательно вводят в полость с использованием способов флексографической печати, глубокой печати, офсетной печати, трафаретной печати, печати с микродозированием, с помощью ракеля и/или камерного ракеля и/или способом нанесения порошковых материалов, то есть второй материал не избирательно или частично избирательно вводят в полость (-и) с помощью аналогового способа нанесения слоев. При не избирательном способе нанесения слоев система управления нанесением материалов, завязанная на данные по геометрии, полностью отпадает. При частично избирательном способе нанесения слоев система управления может быть реализована очень просто, поскольку никакой необходимости в режимах с высокой разрешающей способностью нет. Это очень эффективно упрощает систему электронного управления и способствует снижению затрат при организации способа в целом. Способы трехмерной печати, по которым с помощью сопла наносят высоковязкий печатаемый материал (также композитный материал, который предварительно смешивают из компонентов материала), как таковые уже известны. При этом, однако, фасонное изделие печатают непосредственно (цифровым или избирательным способом) в соответствии с электронным шаблоном, то есть без использования негативной формы. Вместе с тем, эти способы трехмерной печати обеспечивают только незначительную разрешающую способность печати, потому что диаметр сопла должен быть относительно большим ввиду высокой вязкости печатаемого материала.
В усовершенствованном варианте изобретения введенный в полость второй материал перед частичным пространственным сшиванием его основного компонента таким образом вводят в контакт с частичками твердых веществ, прежде всего волокнами, что частички твердых веществ целиком и/или частично проникают в находящийся в полости второй материал. Тем самым второй материал армируют. Поскольку частички твердых веществ вводят в контакт со вторым материалом только после заполнения полости, то второй материал может вводиться в полость простым способом, с помощью сопла, не опасаясь, что частички твердых веществ закупорят сопло.
Предпочтительным является решение, когда частички твердых веществ наносят как слой частичек твердых веществ на рабочую поверхность (поверхность обкладки) передаточного валика, и что затем покрытую слоем частичек рабочую поверхность таким образом выставляют вплотную к поверхности введенного в полость второго материала, что слой частичек твердых веществ вступает в контакт со вторым материалом, а рабочая поверхность передаточного валика находится на расстоянии от второго материала. Поскольку второй материал вступает в контакт только с частичками твердых веществ, а не с передаточным валиком, то исключается, что второй материал остается прилипшим к передаточному валику и загрязняет его. Частички твердых веществ, с одной стороны, и рабочая поверхность передаточного валика, с другой стороны, могут электрически заряжаться, причем полярность электрических зарядов на частичках твердых веществ является противоположной полярности находящихся на передаточном валике электрических зарядов, чтобы частички твердых веществ оставались прилипшими к рабочей поверхности передаточного валика или притягивались ею. Введенный в полость второй материал может быть заряжен зарядами, полярность которых является противоположной полярности зарядов на частичках твердых веществ. Благодаря этому частички твердых веществ могут легче отсоединяться от рабочей поверхности валика, когда они попадают в зону вблизи второго материала или вступают с ним в контакт. Волокна могут подводиться также с помощью транспортерной ленты.
С позиции целесообразности, самый верхний затвердевший слой негативной формы и/или самый верхний затвердевший слой фасонного изделия очищают от отбросов, возникающих при съеме материала. В результате получается ровная и чистая поверхность, на которую с высокой точностью может наноситься следующий слой материала.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения имеющий опорную поверхность несущий элемент во время нанесения материалов и, при необходимости, во время затвердевания материалов проворачивают вокруг оси вращения и, предпочтительно, подвигают вдоль оси вращения. В результате оказывается возможной беспрерывная печать множества расположенных друг над другом слоев материалов. Это обеспечивает быстрое нанесение материала и способствует высокому качеству изделия.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения обеспечивают растворитель, в котором является растворяемым затвердевший первый материал, а слои негативной формы до, во время и/или после проведения термической обработки таким образом вводят в контакт с растворителем, что затвердевший первый материал растворяется в растворителе. Затвердевший второй материал не является растворимым в растворителе. Тем самым первый материал может простым способом удаляться из фасонного изделия.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения слои негативной формы удаляют из фасонного изделия до, во время и/или после проведения термической обработки посредством фазового преобразования затвердевшего первого материала. При этом первый материал может представлять собой, например, парафин или аналогичный материал, который в результате нагревания расплавляется и при определенных обстоятельствах испаряется.
Еще следует упомянуть, что второй материал может наноситься на опорную поверхность и/или на находящийся на ней затвердевший слой материала трехмерного фасонного изделия также в порошкообразной форме. Второй материал может при этом находиться в накопительном резервуаре, который на отдельных участках ограничен рабочей поверхностью передаточного валика, который приводят во вращение вокруг оси его цилиндра. Передаточный валик, например, с помощью коротрона таким образом заряжают электростатически, что содержащиеся во втором материале частички порошка переносятся на рабочую поверхность передаточного валика и образуют там электростатически заряженный слой порошка определенной толщины. Зарядки частичек порошка достигают, например, с помощью так называемого трибоэлектрического эффекта, при котором частички порошка в результате трения друг о друга набирают регулируемый электростатический потенциал. Опорную поверхность или находящийся на ней затвердевший слой материала трехмерного фасонного изделия электростатически заряжают зарядным типом заряда (отрицательным или положительным), противоположным типу заряда (положительному или отрицательному) для слоя порошка и таким образом вплотную передвигают вдоль рабочей поверхности передаточного валика, что заряженные частички порошка из слоя порошка под действием электростатически индуцированных сил переносятся на опорную поверхность или на находящийся на ней затвердевший слой материала и откладываются в полости или в полостях негативной формы. Там частички порошка фиксируют с помощью соответствующего фиксатора. Во время фиксации частички порошка соединяют между собой и с опорной поверхностью или с находящимся на ней затвердевшим слоем материала. На следующем шаге обработки выступающие над расположенной на предварительно заданном расстоянии относительно опорной поверхности плоскостью участки затвердевшего слоя негативной формы и/или затвердевшего слоя фасонного изделия удаляют посредством съема материала, как уже было пояснено выше по тексту.
Далее приведено более подробное разъяснение примеров осуществления изобретения на основе чертежей. На фигурах показаны:
Фиг. 1: выполненное в полярных координатах предпочтительное устройство для изготовления трехмерного фасонного изделия посредством послойного нанесения материала, причем устройство имеет различные раздаточные приспособления для выдачи различных жидких и затвердевающих материалов,
Фиг. 2: вид сбоку на устройство для изготовления трехмерного фасонного изделия, причем устройство включает в себя первое раздаточное приспособление, сопла для послойного нанесения жидкого первого материала и выполненный как устройство флексографической или глубокой печати второй участок для нанесения жидкого второго материала,
Фиг. 3А-3Г: поперечное сечение фасонного изделия по ходу различных шагов способа для его изготовления,
Фиг. 4: вид сбоку на модуль для съема материала в процессе съема (излишков - прим. переводчика) слоя материала,
Фиг. 5: поперечное сечение фасонного изделия в первом примере конструктивного выполнения после нанесения всех слоев материала,
Фиг. 6: схематичное представление затвердевших, состоящих из первого и второго материалов слоев материалов фасонного изделия, причем слои показаны в прозрачном представлении,
Фиг. 7: вид слоистого штапеля, состоящего из слоев первого и второго материалов, в трехмерном представлении,
Фиг. 8: вид фасонного изделия в трехмерном представлении после удаления слоев первого материала с помощью растворителя,
Фиг. 9: поперечное сечение фасонного изделия во втором примере конструктивного выполнения после нанесения всех слоев материала,
Фиг. 10: поперечное сечение фасонного изделия во втором примере конструктивного выполнения после удаления слоев первого материала,
Фиг. 11: вид сбоку на устройство, аналогичное таковому на фиг. 2, причем, однако, вместо устройства флексографической печати предусмотрено устройство ротационной трафаретной печати,
Фиг. 12: вид сбоку на устройство, аналогичное таковому на фиг. 2, причем, однако, вместо устройства флексографической печати предусмотрено устройство для нанесения слоев с помощью камерного ракеля,
Фиг. 13: представление по аналогии с фиг. 2, причем, однако, второе раздаточное приспособление устройства включает в себя несколько конструктивных блоков печатающего устройства, с помощью которых можно получать слои фасонного изделия, которые соответственно состоят из нескольких различных материалов,
Фиг. 14: цилиндрический валик для нанесения слоев,
Фиг. 15: конический валик для нанесения слоев,
Фиг. 16: вид сбоку на устройство, аналогичное таковому на фиг. 2, причем, однако, вместо устройства флексографической печати предусмотрено устройство краскоструйной печати для материалов с более высокой вязкостью,
Фиг. 17: вид сбоку на устройство, аналогичное таковому на фиг. 2, причем, однако, вместо устройства флексографической печати предусмотрено устройство для нанесения слоев с использованием микродозирования,
Фиг. 18: увеличенный фрагмент с фиг. 17, показывающий сопло во время заполнения полости вторым материалом,
Фиг. 19: устройство для нанесения слоев с использованием микродозирования, которое в дополнение к отображенным на фиг. 17 компонентам имеет приспособление для нанесения частичек твердых веществ,
Фиг. 20: увеличенный фрагмент с фиг. 19, показывающий приспособление для нанесения частичек твердых веществ,
Фиг. 21: вид сбоку на устройство для изготовления трехмерного фасонного изделия, причем устройство имеет приспособление для нанесения частичек твердых веществ,
Фиг. 22: представление по аналогии с фиг. 2, причем, однако, второе раздаточное приспособление устройства включает в себя несколько емкостей для различных компонентов материала и смеситель для смешивания компонентов материала,
Фиг. 23: схематичное представление модуля печатающей головки для нанесения второго материала,
Фиг. 24: полость, заполненная вторым материалом,
Фиг. 25: блок микродозирования с соплом, имеющим кругообразное выходное отверстие, и
Фиг. 26: блок микродозирования с соплом, имеющим прямоугольное выходное отверстие для увеличения площади наносимых слоев.
Согласно способу изготовления трехмерной формы и трехмерного фасонного изделия 1 посредством послойного нанесения материала, обеспечивают данные по геометрии фасонного изделия 1 с использованием блока управления, который осуществляет связь с компьютером, в котором отрабатывается программное обеспечение. Кроме того, обеспечивают несущий элемент 2 пластинчатой формы с расположенной в горизонтальной плоскости опорной поверхностью 3 для размещения фасонного изделия 1. Как можно видеть на фиг. 1, опорная поверхность 3 имеет, по существу, форму круглого кольцевого диска. При этом также представляются возможными и другие конфигурации, в случае с которыми опорная поверхность 3 может быть выполнена, прежде всего, в форме цельного кругового диска или иметь прямоугольную форму.
Кроме того, согласно способу обеспечивают затвердевающий жидкий первый материал 4, отличающийся от него, затвердевающий жидкий второй материал 5 и воду в качестве растворителя для затвердевшего первого материала 4. Затвердевший второй материал 5 не является растворимым в растворителе. Первый материал 4 содержит в себе полимер и фотоинициатор, который при обработке ультрафиолетовым излучением вызывает пространственное сшивание полимера.
Второй материал 5 имеет более высокую вязкость, чем первый материал 4 и содержит в себе в качестве основного компонента эпоксид, который смешан с фотосшивателем. Фотосшиватель при обработке ультрафиолетовым излучением вызывает пространственное сшивание основного компонента. В дополнение к фотосшивателю, второй материал 5 содержит в себе термически активируемый, скрытый отвердитель, который при нагревании второго материала 5 до температуры по меньшей мере в 120° инициирует химическое пространственное сшивание основного компонента.
Жидкий первый материал 4 находится в первой емкости 6, а жидкий второй материал 5 находится во второй емкости 7. Предпочтительно, также могут быть использованы и другие емкости для материалов, в которых находятся другие материалы, которыми дополнительно пополняют состав возможной смеси материалов. Первая емкость 6 через трубопровод соединена с первым раздаточным приспособлением 8 для первого материала 4. Как можно распознать на фиг. 2, первая емкость 6 выполнена, по существу, закрытой емкостью, а вторая емкость 7 выполнена в виде ванны.
Первое раздаточное приспособление 8 включает в себя первую краскоструйную печатающую головку со множеством расположенных в ряд, на чертеже детально не представленных сопел, которые выставлены в расчете на выдачу порций материала первого материала 4 на опорную поверхность 3 или на находящийся на ней затвердевший слой первого и/или второго материала 4, 5. Ряд сопел расположен параллельно плоскости опорной поверхности 3 и простирается поперечно к окружному направлению опорной поверхности 3, предпочтительно, по существу радиально к ее центру.
Несущий элемент 2 и первое раздаточное приспособление 8 с помощью первого выставочного приспособления 9 являются проворачиваемыми относительно друг друга в направлении и противоположно направлению стрелки 10 и сдвигаемыми параллельно оси 11 вращения. При этом точки, лежащие на опорной поверхности 3 и отстоящие от оси 11 вращения, перемещаются вдоль криволинейной траектории в виде спирали или винтовой линии.
Первое раздаточное приспособление 8 и первое выставочное приспособление 9 соединены с не представленным детально на чертеже управляющим приспособлением, которое включает в себя накопитель данных для хранения данных по геометрии изготавливаемого фасонного изделия 1. При избирательном или частично избирательном заполнении вторым материалом 5 данные по геометрии анализируют и используют также для активации или деактивации сопел или аналогичных раздаточных элементов.
С помощью управляющего приспособления выдача порций материала первого материала 4 и первое выставочное приспособление 9 могут таким образом регулироваться в зависимости от данных по геометрии, что состоящие из текучего первого материала 4 слои 12 негативной формы могут наноситься на опорную поверхность 3 или на ранее нанесенный на нее, затвердевший слой первого и/или второго материала 4, 5 (фиг. 3А). При этом слои 12 негативной формы соответственно имеют в себе по меньшей мере одну полость 13, которая имеет негативную форму подлежащего изготовлению слоя материала фасонного изделия 1. Полости 13 простираются соответственно по всей толщине соответствующего слоя 12 негативной формы вплоть до опорной поверхности 3 или до находящегося ниже слоя 12 негативной формы затвердевшего слоя материала.
В направлении стрелки 10 за первым раздаточным приспособлением 8 расположено первое отверждающее приспособление 14, с помощью которого нанесенный на опорную поверхность 3 или на находящийся на ней затвердевший слой материала жидкий первый материал 4 может затвердевать. Первое отверждающее приспособление 14 имеет для этой цели на чертеже детально не представленный первый источник ультрафиолетового излучения, с помощью которого ультрафиолетовое излучение может таким образом подаваться на затвердевающий слой первого материала, что содержащийся в первом материале фотосшиватель деблокируется, а содержащиеся в первом материале 4 полимеры пространственно сшиваются.
В направлении стрелки 10 за первым отверждающим приспособлением 14 расположено второе раздаточное приспособление 15, с помощью которого полость (-и) 13 в соответствующем, ранее затвердевшем слое 12 негативной формы заполняется (-ются) вторым материалом 5, чтобы сформировать слой 16 фасонного изделия (фиг. 3Б). В отображенном на фиг. 2 примере конструктивного выполнения второе раздаточное приспособление 15 выполнено как устройство флексографической печати.
Оно включает в себя выполненный как валик флексографической печати передаточный элемент 17 и контактирующее со второй емкостью 7 приспособление 18 для нанесения слоев, с помощью которого по меньшей мере один участок поверхности передаточного элемента 17 может покрываться слоем 19 второго материала 5. С помощью второго выставочного приспособления выполненный в конической форме передаточный элемент 17 может проворачиваться вокруг воображаемой оси вращения таким образом, что находящийся на рабочей поверхности передаточного элемента 17 слой 19 второго материала 5 таким образом вступает в контакт с дном и внутренними стенками полости (-ей) 13, что текучий второй материал 5 вводится в полость (-и) и формирует в этом случае слой 16 фасонного изделия. Этот слой имеет обратную негативной форме слоя 12 позитивную форму слоя изготавливаемого фасонного изделия 1.
После этого полученный таким образом слой 16 фасонного изделия подвергают затвердеванию с помощью второго отверждающего приспособления 21. Как можно видеть на фиг. 1, второе отверждающее приспособление 21 расположено в направлении стрелки 10, за вторым раздаточным приспособлением 15. Второе отверждающее приспособление 21 включает в себя второй источник ультрафиолетового излучения, с помощью которого ультрафиолетовое излучение может подаваться на слой 16 фасонного изделия, чтобы вызвать затвердевание второго материала посредством пространственного сшивания содержащихся в нем полимеров настолько, что изготавливаемое из слоев 16 фасонное изделие 1 сохраняет свою форму.
После этого на следующем шаге способа участки затвердевшего слоя 12 негативной формы и/или затвердевшего слоя 16 фасонного изделия и/или затвердевший второй материал 5, который находится на слое негативной формы, удаляют с помощью фрезы 22 для строгания по толщине (фиг. 3В, 4). При этом участки затвердевшего первого и/или второго материала 4, 5, которые выступают над расположенной на предварительно заданном расстоянии относительно опорной поверхности 3 и параллельно ей плоскостью удаляют посредством съема материала, а затем отсасывают с помощью отсасывающего сопла 23. При необходимости, за отсасывающим соплом 23 может быть расположено приспособление 20 для очистки поверхностей.
Далее соответствующим образом на поверхность затвердевшего слоя 12 негативной формы и слоя 16 фасонного изделия наносят следующий слой 12 негативной формы (фиг. 3Г) и следующий слой 16 фасонного изделия (фиг. 3Д, 3Г). Эти шаги повторяют до тех пор, пока не будут получены все слои 16 изготавливаемого фасонного изделия (фиг. 5-8).
На следующем шаге способа слои 12 негативной формы таким образом вводят в контакт с растворителем 33, что затвердевший первый материал 4 полностью растворяется в растворителе 33. Этого можно достичь, например, за счет того, что слоистый штапель, состоящий из слоев 12 негативной формы и слоев 16 фасонного изделия на определенный промежуток времени погружают в находящийся в емкости 34 растворитель 33. После этого готовое фасонное изделие (фиг. 8) извлекают из растворителя 33 и просушивают.
После удаления негативной формы проводят термическую обработку, во время которой фасонное изделие 1, состоящее из наслоенных друг над другом слоев 16 фасонного изделия, поэтапно нагревают до согласованной в отношении второго материала 5 температуры, при которой содержащийся во втором материале 5 отвердитель инициирует химическое пространственное сшивание основного компонента второго материала 5. Для проведения термической обработки фасонное изделие 1 целесообразно помещают в печь 35 и выдерживают там при заданной температуре, например порядка 130°С, на протяжении определенного промежутка времени, который может составлять от 15 до 90 минут. Значения времени и температуры могут варьироваться в зависимости от используемой смеси материалов.
При этом основной компонент подвергают окончательному пространственному сшиванию и затвердеванию в режиме релаксации так, что второй материал 5 приобретает более высокую прочность, чем прочность, которую имел затвердевший первый материал 4 до того, как он был введен в контакт с растворителем 33. Окончательное пространственное сшивание осуществляют медленно, в результате чего исключают или снимают механические напряжения в основном компоненте.
Как можно видеть на фиг. 9 и 10, с помощью способа согласно изобретению можно также изготавливать фасонные изделия с выступами 25 и полыми пространствами 26.
Второй материал 5 может также вводиться в полость (-и) 13 способом трафаретной печати. Как можно видеть на фиг. 11, передаточный элемент 18 выполнен при этом как валик ротационной трафаретной печати. Этот валик имеет перфорированную ситовидную рабочую поверхность. Вторая емкость 7 расположена во внутренней полости валика ротационной трафаретной печати.
Предусмотренные на рабочей поверхности перфорированные отверстия по своим размерам так согласованы с вязкостью второго материала 5, что второй материал 5 с помощью ракеля 24, линейно прилегающего к внутренней рабочей поверхности цилиндрической стенки валика ротационной трафаретной печати, может продавливаться через перфорированные отверстия. За пределами зоны действия ракеля 24 второй материал 5 не проступает через перфорированные отверстия. Размещенное за раздаточным участком очистное приспособление удаляет не снявшийся материал с валика ротационной трафаретной печати и направляет его в циркуляционный контур на повторное использование. В остальном проиллюстрированное на фиг. 11 устройство соответствует таковому на фиг.2, так что описание к фиг. 2 соответственно применимо и к фиг. 11.
Второй материал 5 может также вводиться в полость (-и) 13 способом с использованием камерного ракеля. Как можно видеть на фиг. 12, передаточный элемент 18 выполнен при этом как растровый валик, на внешней рабочей поверхности которого расположен камерный ракель 32. Растровый валик имеет соответственно гравированную и обеспеченную для размещения материала рабочую поверхность. В остальном проиллюстрированное на фиг. 12 устройство соответствует таковому на фиг. 2, так что описание к фиг. 2 соответственно применимо и к фиг. 12.
В проиллюстрированном на фиг. 13 примере конструктивного выполнения компоновочная схема, состоящая из первой емкости 6, первого раздаточного приспособления 8 и первого отверждающего приспособления 14, соответствует таковой на фиг. 2, то есть первый материал 4 наносят с помощью краскоструйной печатающей головки. Первому раздаточному приспособлению 8 приданы несколько конструктивных блоков 37, 37' печатающего устройства, которые в направлении движения 36 несущего элемента 2 расположены перед первым раздаточным приспособлением 8, то есть отдельные, покрываемые слоями участки опорной поверхности 3 или находящегося на ней затвердевшего слоя материала соответственно сначала передвигают мимо первого раздаточного приспособления 8 и только затем мимо конструктивных блоков 37, 37' печатающего устройства. Каждый конструктивный блок 37, 37' печатающего устройства соответственно имеет одно второе раздаточное приспособление 15, 15', которое для этой цели включает в себя выполненный как валик флексографической печати передаточный элемент 17, 17' и приспособление 18, 18' для нанесения слоев. Конструкция вторых раздаточных приспособлений 15, 15' в данном случае соответствует таковой на фиг. 2.
Каждому второму раздаточному приспособлению 15 или 15' приданы соответственно несколько вторых емкостей 7А, 7В, 7С или 7А', 7В', 7С, в которых находится запас различных компонентов 5А, 5В, 5С или 5А', 5В', 5С материала, из которых в результате смешивания можно получать соответствующий второй материал 5, 5'. Вторые емкости 7А, 7В, 7С или 7А', 7В', 7С каждого второго раздаточного приспособления 15 или 15' соответственно через приданный им дозатор 38А, 38В, 38А', 38В' соединены с впускными отверстиями смесителя 39, 39'. Выпускное отверстие смесителя 39, 39' соединено с отнесенным к нему вторым раздаточным приспособлением 15, 15'. Входы управляющих сигналов в дозаторы 38А, 38В, 38А', 38В' через линии передачи управляющих сигналов соединены с блоком управления 40. С помощью блока управления 40 дозирование отдельных компонентов 5А, 5В, 5С или 5А', 5В', 5С материала по ходу процесса изготовления фасонного изделия может изменяться в режиме программного управления в зависимости от сохраненных в накопителе данных, локально релевантных данных по материалам, чтобы задавать соотношение смешивания компонентов 5А, 5В, 5С или 5А', 5В', 5С материала согласно соответственно нужным свойствам второго материала 5, 5'. Благодаря этому, прежде всего, прочность сформованных из второго материала 5 слоев материала можно ступенчато увеличивать (или уменьшать) от слоя материала к слою материала, в нескольких слоях материала - от первого показателя прочности до второго показателя прочности, чтобы исключить большие скачкообразные перепады прочности в материале фасонного изделия.
Как можно видеть на фиг. 13, каждый конструктивный блок 37, 37' печатающего устройства включает в себя, кроме того, отнесенное к нему второе отверждающее приспособление 21, 21', фрезу 22, 22' для строгания по толщине и приспособление 20, 20' для очистки поверхностей. В отношении этих компонентов их описание к фиг. 11 соответственно применимо и к фиг. 13.
Еще необходимо упомянуть, что конструктивные блоки 37, 37' печатающего устройства являются выставляемыми в направлении двунаправленной стрелки 41 поперек относительно опорной поверхности 3.
В то время как в случае со способом, осуществляемым в декартовых координатах, валик приспособления 18 для нанесения слоев имеет цилиндрическую форму (фиг. 14), в случае со способом, осуществляемым в полярных координатах, валик имеет коническую форму (фиг. 15).
Второй материал 5 может также вводиться в полость (-и) 13 способом краскоструйной печати (фиг. 16). Второе раздаточное приспособление 15 включает в себя для этой цели вторую краскоструйную печатающую головку со множеством расположенных в ряд сопел, которые выставлены в расчете на выдачу порций материала второго материала 5 на опорную поверхность 3 или на находящийся на ней затвердевший слой первого и/или второго материала 4, 5. Ряд сопел расположен параллельно плоскости опорной поверхности 3 и простирается поперечно к окружному направлению опорной поверхности 3, предпочтительно, по существу радиально к ее центру. Поскольку второй материал 5 имеет более высокую вязкость, чем первый материал 4, то сопла второй краскоструйной печатающей головки имеют большее поперечное сечение, чем сопла первой краскоструйной печатающей головки. Вместо работы с соплами большего поперечного сечения или в дополнение к этому в случае с соплами второй краскоструйной печатающей головки можно работать также с более высоким давлением на соплах, чем в случае с первыми соплами. Выставление несущего элемента 2 относительно краскоструйной печатающей головки осуществляют в соответствии с фиг. 1 с помощью выставочного приспособления. Выталкивание второго материала 5 в управляемом режиме осуществляют в зависимости от относительного положения между краскоструйной печатающей головкой и несущим элементом 2 и в зависимости от обеспеченных данных по геометрии изготавливаемого фасонного изделия 1.
В показанном на фиг. 17 примере конструктивного выполнения второй материал 5 вводят в полость (-и) 13 пневмодинамическим способом. В случае с пневмодинамическим способом высоковязкий второй материал 5 подают при комнатной температуре с помощью давления газа через выходное отверстие сопла. Выставление несущего элемента 2 относительно сопла 27 (фиг. 18) осуществляют в соответствии с фиг. 1 с помощью выставочного приспособления 9. Выталкивание второго материала 5 из сопла 27 в управляемом режиме осуществляют в зависимости от относительного положения между соплом 27 и несущим элементом 2 и в зависимости от обеспеченных данных по геометрии изготавливаемого фасонного изделия 1. После того как второй материал был введен в полость (-и) 13, его подвергают затвердеванию посредством остывания.
В показанном на фиг. 19 примере конструктивного выполнения введенный в полость 13 второй материал 5 перед частичным пространственным сшиванием его основного компонента таким образом вводят в контакт с волокнообразными частичками твердых веществ 42, что они проникают в находящийся в полости 13 второй материал 5. Устройство имеет для этой цели расположенное между вторым раздаточным приспособлением 15 и вторым отверждающим приспособлением 21 приспособление 45 для нанесения частичек твердых веществ 42. Частички твердых веществ 42 находятся в накопительном резервуаре 43, который с нижней стороны ограничен рабочей поверхностью передаточного валика 44. Передаточный валик 44 является приводимым во вращение в направлении стрелки 46 вокруг оси вращения, расположенной параллельно опорной поверхности 3 несущего элемента 2 и под прямым углом к направлению его движения 36. Между боковыми стенками 47 накопительного резервуара 43 и рабочей поверхностью передаточного валика 44 выставлен зазор, сквозь который проходят частички твердых веществ 42. При движении рабочей поверхности передаточного валика 44 мимо находящихся в накопительном резервуаре 43 частичек твердых веществ 42 они в виде слоя 48 частичек твердых веществ наносятся на рабочую поверхность передаточного валика 44.
Как можно видеть на фиг.20, передаточный валик 44 таким образом выставляют его рабочей поверхностью вплотную к поверхности введенного в полость 13 текучего второго материала 5, что в контакт со вторым материалом 5 вступает слой 48 частичек твердых веществ, но не передаточный валик 44. Передаточный валик 44, по меньшей мере, у его рабочей поверхности состоит из электропроводящего материала, на который подают положительный потенциал. Частички твердых веществ 42 заряжают отрицательными зарядами. В дополнение к этому, опорную поверхность или обращенную к поверхности передаточного валика 44 поверхность второго материала электростатически заряжают положительными зарядами так, что они притягивают частички твердых веществ 42, когда те попадают в электрическое поле электростатических зарядов.
Показанный на фиг.21 пример конструктивного выполнения отличается от показанного на фиг.19 примера конструктивного выполнения тем, что вместо включающего в себя сопло 27 второго раздаточного приспособления 15 предусмотрено раздаточное приспособление 15 с выполненным как валик флексографической печати передаточным элементом 17. Конструкция этого раздаточного приспособления 15 соответствует таковой конструкции вторых раздаточных приспособлений 15 на фиг. 13, то есть второй материал 5 по ходу процесса печати смешивают из нескольких компонентов 5А, 5В, 5С материала. В проиллюстрированном на фиг. 21 примере конструктивного выполнения имеется только один конструктивный блок 37 печатающего устройства. При этом также представляются возможными и другие конфигурации, в которых друг за другом могут быть расположены несколько конструктивных блоков 37 печатающего устройства, соответственно включающих в себя приспособление 45 для нанесения частичек твердых веществ 42. Соответствующее пояснение применимо и к проиллюстрированному на фиг. 19 устройству.
Как можно видеть на фиг.22, приспособление 15 для нанесения слоев (раздаточное приспособление 15 прим. переводчика) также может быть соединено через смеситель 39 с несколькими вторыми емкостями 7А, 7В, 7С или 7А', 7В', 7С, в которых хранится запас различных компонентов 5А, 5В, 5С материала. Вторые емкости 7А, 7В, 7С соответственно через приданный им дозатор 38А, 38В соединены с впускными отверстиями смесителя 39, 39'. Выпускное отверстие смесителя 39, 39' соединено со вторым раздаточным приспособлением 15. Входы управляющих сигналов в дозаторы 38А, 38В через линии передачи управляющих сигналов соединены с блоком управления 40. С помощью блока управления 40 дозирование отдельных компонентов 5А, 5В, 5С материала по ходу процесса изготовления фасонного изделия 1 может изменяться в режиме программного управления в зависимости от сохраненных в накопителе данных, локально релевантных данных по материалу.
Второй материал 5 может также вводиться в полость (-и) 13 способом с использованием микродозирования. Как можно видеть на фиг. 23, вторая емкость 7 соединена при этом с источником давления газа 28, который может быть, например, источником давления воздуха, чтобы подвергать второй материал 5 воздействию давления. Емкость 7 через линии 29, в которых соответственно расположен переставляемый в открытое и закрытое положения клапан 30, соединена с соплом 27 для выдачи материала. Сопло 27 располагают с установкой его выходного отверстия на незначительном расстоянии от опорной поверхности 3 и выставляют таким образом относительно несущего элемента 2, вдоль опорной поверхности 3. Отдельными клапанами 30 соответственно управляют по командам таким образом в зависимости от обеспеченных данных по геометрии изготавливаемого фасонного изделия 1 и в зависимости от относительного положения между соплом 27 и несущим элементом 2, что движение второго материала 5 деблокируется, когда выходное отверстие сопла 27 оказывается выставленным у полости 13. Когда выходное отверстие сопла 27 оказывается выставленным не у полости 13, движение материала блокируется.
Как можно видеть на фиг. 23, могут быть предусмотрены несколько блоков микродозирования 31, клапан 30 которых соответственно своим входным отверстием соединен через линию 29 со второй емкостью 7. Каждый блок микродозирования 31 соответственно имеет сопло 27, которое соединено с выходным отверстием соответствующего клапана 30. Сопла 27 расположены в форме матрицы в несколько рядов и/или несколько столбцов. Клапанами 30 управляют таким образом, что полость 13 ровно покрывается вторым материалом 5 (фиг. 24). Сопла 27 могут иметь круглое (фиг. 25) или многогранное, предпочтительно, прямоугольное (фиг. 26) выходное отверстие.