Способ изготовления рельефных изделий с использованием фотополимера

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении мастер-моделей и мастер-штампов, элементов технологической оснастки, многоместных матриц для изготовления изделий из пластических материалов, производства ювелирных изделий, значков, этикеток в стекольной промышленности, эмблем, объемных товарных знаков и т.п. Способ включает в себя следующие операции: изготовление рисунка рельефа изделия, его компьютерную обработку, изготовление фотошаблона, изготовление фотополимерной модели, затем изготовление формопластовой формы с помощью кожуха, нанесение на последнюю электропроводного слоя и получение методом гальванопластики сложнорельефных изделий. Технический результат: увеличение производительности, снижение стоимости изготовления изделий, улучшение качества изображения, расширение ассортимента и упрощение технологии изготовления сложнорельефных изделий. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении мастер-моделей и мастер-штампов, элементов технологической оснастки, многоместных матриц для изготовления изделий из пластических материалов, производстве ювелирных изделий, значков, этикеток в стекольной промышленности, эмблем, объемных товарных знаков и т.п.

Известно техническое решение по авт. свид. СССР 275073, МПК В 41 C 3/08, заявленное 02.04.1968г. , опубликованное 03.07.1970 г. "Способ изготовления гальваностереотипов", авт. Дымшиц Л.Д. и Зильберман А.В. Этот способ заключается в том, что с первичной печатной формы получают пластмассовую матрицу, осаждают на ее поверхности слой металла путем гальванического наращивания, отделяют матрицу от гальваноотложения, производят подливку отложения и последующую обработку полученного стереотипа, при этом матрицу отделяют от гальваноотложения после его подливки.

Наиболее близким техническим решением заявленному способу по совокупности существенных признаков и достигаемому результату, является "Способ изготовления рельефных форм", авт. Лангин О.Н. и др., по авт. свид. СССР 1696602, МПК С 25 D 1/10, заявл. 09.06.89 г., опубл. 07.12.91, Бюл. 45. Этот способ заключается в том, что на металлическую подложку наносят фотополимеризующуюся композицию, экспонируют через фотошаблон соответствующий рельеф, проявляют фотополимерный слой, производят последующее гальваническое осаждение металлического слоя, при этом проявление фотополимерного слоя осуществляют на разную глубину "С" в зависимости от минимальной ширины непрозрачных элементов фотошаблона "а" при их соотношении С = 2,3а.

Недостатками описанных выше технических решений являются: - сравнительно низкая производительность изготовления изделий, поскольку оба способа позволяют одновременно получать только одно изделие; - высокая стоимость изготовления изделия, поскольку в технологических процессах используется дорогостоящее энергоемкое оборудование; - невозможность достичь высокого качества изделия, имеющего сложный и мелкий рисунок рельефа, т.к. по наиболее близкому аналогу для изготовления изделий необходимы две полуформы, заливка сборной формы производится через щель в этих полуформах. При этом способе заливки заполнение мелких полостей, удаленных от литниковой системы, весьма затруднительно.

Задачами, решаемыми изобретением, являются: - увеличение производительности изготовления изделий; - снижение стоимости изготовления изделий; - улучшение качества изображения; - расширение ассортимента изготавливаемой продукции; - упрощение технологии изготовления сложнорельефных изделий.

Указанные задачи решаются тем, что в способе изготовления рельефных изделий с использованием фотополимера, включающем экспонирование фотополимера через изготовленный фотошаблон исходного рисунка рельефа изделия, изготовление фотополимерной модели, гальваническое осаждение металлического слоя необходимой толщины и отделение полученного изделия, перед изготовлением фотошаблона исходного рисунка изделия производят компьютерную обработку рисунка, а после изготовления фотополимерной модели производят изготовление формопластовой формы, при этом фотополимерную модель устанавливают в кожух, нагревают кожух вместе с моделью до температуры 150-160^oС, заливают слой формопласта, разогретого до температуры плавления, на 1/3 высоты кожуха, затем выдерживают отливку в течение 7-10 мин при комнатной температуре и доливают формопласт до полной высоты кожуха, а после охлаждения отливки и отделения модели от формопластовой формы наносят на рабочую поверхность последней электропроводный слой и производят гальваническое осаждение металлического слоя на ее рабочую поверхность.

Кроме того, поставленные задачи решаются тем, что: - высоту кожуха выбирают в 12-15 раз превышающей толщину фотополимерной модели;
- доливку кожуха до полной высоты производят вторичным формопластом;
- охлаждение залитого формопластом кожуха производят ускоренно направленным потоком воздуха, например, от вентилятора.

Существенными признаками, отличающими заявленное техническое решение от ближайшего аналога, являются следующие:
- перед изготовлением фотошаблона рисунка рельефа изделия производят компьютерную обработку рисунка;
- после изготовления фотополимерной модели изготавливают формопластовую форму, при этом:
- устанавливают модель в кожух;
- нагревают кожух вместе с моделью до температуры 110-120^oС;
- заливают слой формопласта, разогретого до температуры плавления, на 1/3 высоты кожуха;
- выдерживают отливку в течение 7-10 мин при комнатной температуре;
- доливают формопласт до полной высоты кожуха;
- после охлаждения отливки и отделения модели от формопластовой формы наносят на рабочую поверхность последней электропроводный слой;
- осаждают гальванически на рабочую поверхность формопластовой формы металлический слой необходимой толщины.

Признаками, характеризующими изобретение в частных случаях, являются:
- высоту кожуха выбирают в 12-15 раз превышающей толщину фотополимерной модели;
- доливку кожуха до полной высоты производят вторичным формопластом;
- охлаждение залитого формопластом кожуха производят ускоренно направленным потоком воздуха, например, от вентилятора.

Использование заявленного способа изготовления рельефных изделий позволяет получить следующие технические результаты и экономические преимущества.

Компьютерная обработка рисунка рельефа изделия перед изготовлением с него фотошаблона позволяет получить высококачественный фотошаблон, на котором каждая линия рельефа выполнена четкой, без каких-либо искажений. Это, в свою очередь, позволяет получить фотополимерную модель высокого качества и, как следствие, обеспечивает высокое качество изделий.

Изготовление формопластовой формы с фотополимерной модели снижает стоимость изготовления изделий, поскольку для этой цели используется простое оборудование, имеющее малую энергоемкость.

Разогрев кожуха вместе с моделью до температуры 150-160^oС позволяет исключить брак при отливке формы. При заливке формопласта, разогретого до температуры плавления, на кожух, нагретый ниже 150^oС, происходит передача тепла от формопласта модели и кожуху. Формопласт не проникает в узкие полости фотополимерной модели вследствие снижения его температуры. При перегреве кожуха с моделью выше 160^oС возможно коробление модели и нарушение целостности рельефа изделия.

Заливка формопласта на 1/3 высоты кожуха и выдержка в течение 7-10 мин позволяет производить доливку в кожух вторичного формопласта, не допуская его перемешивания с ранее залитым слоем.

Нанесение на рабочую поверхность формопластовой формы электропроводного слоя обеспечивает традиционный процесс получения гальваническим осаждением различных изделий.

Изготовление фотошаблона многоместным, включающим от 2 до 200 рисунков рельефа изделия, в конечном итоге позволяет получить многоместную форму и изготавливать одновременно до 200 изделий, что значительно увеличивает производительность за счет сокращения времени изготовления изделия.

Доливка кожуха вторичным формопластом снижает стоимость изготовления изделий.

Ускоренное охлаждение кожуха, залитого формопластом, сокращает время изготовления формы и, как следствие, увеличивает производительность.

Выполнение кожуха высотой, в 12-15 раз превышающей толщину фотополимерной модели, позволяет получить формопластовую форму, обладающую повышенной стойкостью, выдерживающую многократное изготовление изделий. Кроме того, позволяет использовать для заливки вторичный формопласт. Выполнение кожуха высотой, менее чем в 12 раз превышающей толщину фотополимерной модели, снижает стойкость формы, а более чем в 15 раз - экономически нецелесообразно.

Совокупность существенных признаков способа изготовления рельефных изделий с использованием фотополимера позволяет использовать данный способ вместо трудоемких технологических процессов гравировки изделий (ручной, механической и лазерной). В этом случае значительно уменьшаются трудозатраты на изготовление рельефных изделий, увеличивается производительность, упрощается технология изготовления (по сравнению с лазерной гравировкой), значительно снижается стоимость изделий.

Способ осуществляют следующим образом.

Изготавливают черно-белый рисунок рельефа изделия, подвергают его компьютерной обработке, для чего рисунок увеличивают максимально в 3 раза и прорисовывают на компьютере линии рельефа. Фотографируют увеличенный рисунок рельефа и делают фотошаблон известными способами, уменьшая при этом изображение рисунка до натуральных размеров изделия. При необходимости на фотошаблоне размещают необходимое количество изделий от одного до 200 в зависимости от их габаритных размеров. Накладывают полученный фотошаблон на фотополимер для печати марки NAPPLATE V S-30 и производят его экспонирование (засветку) в течение 120 с, используя известное оборудование. Отмывают засвеченный фотошаблон, удаляя при этом незатвердевшие участки фотополимера водой с мылом при температуре 50^oС. Затем высушивают полученную фотополимерную модель промышленным феном при температуре 80^oС в течение 30 мин. Изготавливают жестяной кожух размерами 100х100х20 (мм), устанавливают в него фотополимерную модель. Разогревают формопласт марки А до температуры плавления 160^oС в муфельной печи, выдерживают расплав при комнатной температуре в течение 10-15 мин для устранения из него пузырьков воздуха. Нагревают кожух с установленной в нем моделью до температуры 150^oС и заливают расплавленный формопласт в кожух на высоту 7 мм. Выдерживают отливку в течение 7-10 мин при комнатной температуре для образования на ее поверхности пленки остывшего формопласта с целью ликвидации возможности перемешивания слоев формопласта. Затем доливают кожух термопластом до полной высоты. При доливке используют разогретый до температуры плавления вторичный формопласт. Для ускорения процесса охлаждения отливку охлаждают промышленным феном. Время полного охлаждения - 3 ч. Затем вынимают отливку из кожуха и отделяют фотополимерную модель от полученной формопластовой формы. Наносят на рабочую поверхность формы электропроводный слой: бронзовый, медный, серебряный порошок или порошкообразный графит. Нанесение электропроводного слоя необходимо при каждом последующем использовании формы. Закрепляют форму на подложке из оргстекла размерами 400х200х4 (мм), снабжают форму проводниками, имеющими контакт с электропроводным слоем и катодной штангой, и погружают в гальваническую ванну емкостью 20 л. Электролит для осаждения металла на подготовленную вышеописанным способом форму выбирают в зависимости от технических требований к изделию. Например, для осаждения меди электролит имеет следующий состав: медный купорос 200-250 г/л; серная кислота 30-35 г/л.

Катодная плотность тока 1,5-2 А/дм².

Температура электролита 18-20^oC.

Напряжение 3-12 В.

В качестве анода используют чистую красную медь марок МО и M1.

Возможно использование отходов меди от гальванического производства.

После получения требуемой толщины слоя металла форму с гальванопластическим осадком извлекают из ванны, отделяют от нее металлический слой. Производят его окончательную обработку - обрезку, полировку и, при необходимости, декоративную отделку.

Этим способом были изготовлены мастер-модели для получения готовых изделий: значков, этикеток, графических работ художников, а также мастер-штампов для производства знаков отличия, значков; многоместные матрицы для художественного литья и производства шевронов. Все указанные выше изделия были изготовлены в ЧП Алиев Э.Г. в г. Владимире.

Испытания показали высокую стойкость формопластовых форм, возможность их многократного использования, а также высокое качество изделий со сложным рельефным рисунком.

Формула изобретения

1. Способ изготовления рельефных изделий с использованием фотополимера, включающий экспонирование фотополимера через изготовленный фотошаблон исходного рисунка рельефа изделия, изготовление фотополимерной модели, гальваническое осаждение металлического слоя необходимой толщины и отделение полученного изделия, отличающийся тем, что перед изготовлением фотошаблона исходного рисунка рельефа изделия производят компьютерную обработку рисунка, а после изготовления фотополимерной модели производят изготовление формопластовой формы, при этом, устанавливают модель в кожух, нагревают вместе с моделью до температуры 110 ÷ 120^oС, заливают слой формопласта, разогретого до температуры плавления, на 1/3 высоты кожуха, затем выдерживают отливку в течение 7 ÷ 10 мин при комнатной температуре и доливают формопласт до полной высоты кожуха, отливку охлаждают, а после отделения модели от формопластовой формы наносят на рабочую поверхность последней электропроводный слой и производят гальваническое осаждение металлического слоя на ее рабочую поверхность.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фотошаблон изготавливают многоместным, включающим от 2 до 200 исходных рисунков рельефа изделия.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высоту кожуха выбирают в 12 ÷ 15 раз превышающей толщину фотополимерной модели.

4. Способ по п. 1 или 3, отличающийся тем: что доливку кожуха до полной высоты производят вторичным формопластом.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение отливки производят направленным потоком воздуха, например, от вентилятора.