Устройство для нанесения слоёв пасты для машины для изготовления керамических заготовок деталей стереолитографией

Группа изобретений относится к области изготовления деталей стереолитографией. Предложены устройство для нанесения пасты слоями, портал для перемещения над рабочим лотком и машина для изготовления необработанных частей из керамического материала стереолитографией. Устройство включает держатель лезвия, лезвие и расположенный перед лезвием распределяющий пасту компонент. Портал включает указанное выше устройство. Машина содержит окружающую горизонтальный рабочий лоток раму, указанный выше портал и обращённое к рабочему лотку средство облучения. Изобретения обеспечивают улучшение отсутствия гомогенности каждого распределённого слоя пасты. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Настоящее изобретение относится к изготовлению керамических заготовок деталей стереолитографией. Эти керамические заготовки деталей представляют собой необработанные заготовки деталей, подлежащие операциям очистки, удаления связующего и спекания для получения готовых керамических или металлических заготовок деталей.

Стереолитография, в общем, содержит следующие этапы для получения таких необработанных заготовок деталей, на которых:

- строят, с использованием системы автоматизированного проектирования компьютерную модель заготовки детали, подлежащей изготовлению, причём размеры этой модели больше, чем размеры заготовки детали, подлежащей изготовлению, с тем, чтобы предусматривать усадку керамического материала во время изготовления заготовки детали;

- образуют, на жёстком основании или на заготовке детали, подлежащей изготовлению, первый слой фотоотверждаемой композиции, в общем содержащей, по меньшей мере, керамический материал, по меньшей мере, один диспергатор, по меньшей мере, один фотоотверждаемый мономер и/или олигомер, по меньшей мере, один фотоинициатор и, по меньшей мере, один пластификатор;

- отверждают первый слой фотоотверждаемой композиции облучением согласно шаблону, определяемому из модели для упомянутого слоя, образуя первый этап;

- образуют, на первом этапе, второй слой фотоотверждаемой композиции;

- отверждают второй слой фотоотверждаемой композиции облучением согласно шаблону, определяемому для упомянутого слоя, чтобы образовывать второй этап,

причём это облучение выполняют лазерным сканированием свободной поверхности распределённой фотоотверждаемой композиции или диодной проекционной системой;

- при необходимости повторяют вышеупомянутые этапы, пока не будет получена сырая заготовка детали.

В случае изготовления с использованием пасты, жесткое основание представляет собой рабочий лоток, поддерживающий различные слои заготовки детали, подлежащей изготовлению, а также пасту, а каждый из слоёв образуют опусканием рабочего лотка и распределением пасты с определённой толщиной. Запас пасты хранят в резервуарах, которые автоматически опорожняют от предварительно определённого количества пасты для каждого слоя с помощью поршня. Это создаёт шарик пасты, который подлежит распределению по верхнему слою изготавливаемой заготовки детали, которая будет предварительно опущена рабочим лотком.

Каждый слой распределяют соскрёбыванием скребковым лезвием, которое проходит по рабочей поверхности рабочего лотка, например, продвижением в прямолинейном горизонтальном направлении.

При этих условиях образуют слои, которые являются неупорядоченными и неоднородными слоями с точки зрения толщины, причём толщина варьируется от нескольких десятков микрон до нескольких миллиметров. В результате заготовка детали не будет демонстрировать правильный внешний вид и внутри неё могут возникать нежелательные внутренние напряжения, в результате которых изготовленные заготовки деталей должны быть забракованы.

Кроме того, во время фазы конструирования слоями могут создаваться значительные силы соскрёбывания, в результате которых заготовки деталей ломаются во время их формирования.

Патент США US 6,764,636 раскрывает скребковое устройство на основе ролика, позволяющее придавать перемещение пасте или уменьшать её вязкость для того, чтобы предотвращать перемещение пасты вверх вдоль лезвия, причём ролики делают возможным перемещать пасту вниз и делать её доступной для лезвия, подавая ее однородно на стороны. Однако это устройство не подходит для высокопастообразных композиций и не очень удобно для применения из-за сложности его очистки после использования.

Настоящее изобретение направлено на решение по преодолению этих недостатков, а именно на улучшение отсутствия гомогенности каждого распределённого слоя пасты, чтобы избежать чрезмерных сил соскрёбывания, которые могут разрушать создаваемые заготовки деталей, и чтобы облегчать очистку скребкового устройства.

Для этого обеспечивают согласно изобретению, что равномерное распределение пасты обеспечивают частью простой конструкции, называемой «толкающий экран», обеспечиваемый перед лезвием, предпочтительно имеющий половину полудуговой профиль или тому подобное, ограничивающий открытое пространство в прямом направлении держателя лезвия, причём такое пространство принимает пасту, при этом паста способна легко «рециркулировать» в полудуге или тому подобном для однородного распределения по всей длине экрана и вдоль всего перемещения вперёд.

Таким образом, настоящее изобретение, во-первых, относится к устройству для нанесения пасты слоями для машины для изготовления керамических заготовок деталей стереолитографией, причём упомянутое устройство включает в себя:

- держатель лезвия, выполненный с возможностью перемещаться при поступательном перемещении;

- лезвие или, по меньшей мере, два параллельных лезвия, расположенных на держателе лезвия и выполненных с возможностью соскрёбывать, во время поступательного перемещения упомянутого держателя лезвия, массу пасты, подаваемую перед лезвием, или, по меньшей мере, двумя параллельными лезвиями, чтобы распределить массу пасты в слой; и

- распределяющий пасту компонент, расположенный перед лезвием или, по меньшей мере, двумя параллельными лезвиями,

отличающееся тем, что распределяющий пасту компонент состоит из экрана для толкания пасты, причём экран образован из удлинённой части, включающей в себя вертикальный участок в собранном положении, при этом вертикальный участок прочно закреплён или прочно прикреплён к лезвию или, по меньшей мере, к двум параллельным лезвиям, при этом оставляя свободной его нижнюю граничную область, чтобы позволять соскрёбывать пасту, причём удлинённая часть дополнительно изогнута в своём верхнем участке в направлении перемещения вперёд держателя лезвия, чтобы образовывать навес, при этом нижняя грань навеса составляет со свободной гранью вертикального участка толкающего экрана зону удержания для пасты, поступающей в последний для её нанесения и распределения.

В случае, когда, по меньшей мере, используют два параллельных скребковых лезвия, они могут соединяться друг с другом или быть разнесены, причём их края расположены на ступенчатых высотах, при этом скребковый край переднего лезвия является наивысшим по отношению к рабочей поверхности.

Согласно различным конкретным вариантам осуществления:

- свободная грань вертикального участка толкающего экрана соединена с нижней гранью нависающего участка изогнутой областью, вогнутые грани которой обращены к зоне удержания;

- область свободного края нижней грани нависающей части толкающего экрана имеет возврат к зоне удержания, чтобы стремиться перенаправить пасту вниз во время перемещения вперёд держателя лезвия без закрытия отверстия толкающего экрана;

- свободная поверхность вертикального участка толкающего экрана является вертикальной или изогнута с вогнутостью, обращённой к зоне удержания, или наклонена к внутренней части зоны удержания толкающего экрана;

- нижняя грань нависающего участка толкающего экрана горизонтальна, будучи плоской или изогнутой с вогнутостью, обращённой к зоне удержания.

Толкающий экран может предпочтительно занимать всю ширину лезвия или лезвий.

Согласно вызывающему интерес признаку толкающий экран закрывают на каждом его конце пластиной, так, что упомянутая пластина может проходить мимо зоны удержания, чтобы обеспечивать направление пасты к зоне удержания толкающего экрана. Предпочтительно, внутренние грани закрывающих пластин могут быть наклонены к внешней стороне зоны удержания, чтобы облегчать направление пасты, поступающей в эту область.

Настоящее изобретение также относится к порталу, предназначенному для перемещения над рабочим лотком машины для изготовления керамических заготовок деталей стереолитографией, отличающемуся тем, что он включает в себя, по меньшей мере, одно устройство, как определено выше, расположенное так, что свободный край скребкового лезвия или переднего лезвие, когда имеется несколько параллельных лезвий, выполнено с возможностью распределять соскрёбыванием слои пасты по рабочей поверхности, причём упомянутое устройство выполнено с возможностью удерживаться и перемещаться в высоком положении, поднятом над рабочей плоскостью, когда присоединённое лезвие или лезвия активированы/не активированы.

Портал согласно изобретению может включать в себя два устройства, как определено выше, причём первое устройство активируют для соскрёбывания в прямом направлении, а второе устройство активируют для соскрёбывания в противоположном направлении. В этой конструкции два держателя лезвия расположены параллельно друг другу, а лезвие (лезвия), связанные с каждым держателем лезвия, преимущественно расположены напротив друг друга, будучи обращёнными наружу.

Настоящее изобретение также относится к машине для изготовления необработанных частей из керамического материала стереолитографией, согласно которому слои термореактивной пасты последовательно изготавливают для отверждения облучением в соответствии с шаблоном, определяемым для каждого слоя, причём упомянутая машина содержит:

- раму, окружающую горизонтальный рабочий лоток, включающий в себя рабочую поверхность;

- портал, как определено выше; и

- средство облучения обращённое к рабочему лотку для облучения каждого слоя после того, как слой распределяют, с тем, чтобы отверждать слой в соответствии с ранее определённым шаблоном, прежде чем распределять следующий слой, причём следующий слой, в свою очередь, отверждают в соответствии с определённым шаблоном.

Для лучшего понимания объекта настоящего изобретения ниже будет описано несколько иллюстративных и не ограничивающих его вариантов выполнения со ссылкой на прилагаемый чертеж.

На этих чертежах:

Фиг. 1 представляет схематичный вид спереди в перспективе, показывающий устройство согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет увеличенный вид области внизу слева фиг. 1, ограниченный спереди видом в сечении в вертикальной плоскости.

Фиг. 3 представляет вид спереди устройства на фиг. 1.

Фиг. 4 представляет вид сзади устройства на фиг. 1.

Фиг. 5 представляет вертикальный вид в сечении участка лезвия + распределитель пасты согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 6 представляет вид снизу распределителя пасты на фиг. 5;

Фиг. 7 представляет вертикальный вид в сечении участка лезвия + распределитель пасты согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения; и

Фиг. 8 представляет вид снизу распределителя пасты на фиг. 7.

Фигуры 1-4 схематично показывают устройство 1 согласно первому варианту осуществления изобретения для нанесения слоями пастообразного материала согласно способу изготовления керамических заготовок деталей стереолитографией.

Устройство 1 включает в себя держатель 2 лезвия, лезвие 3, переносимое спереди последним, и распределитель 4 пасты, установленный перед лезвием 3.

Держатель 2 лезвия показан здесь схематично в виде простой прямоугольной пластины, изготовленной из металла или жёсткого пластика.

Центральная прямоугольная выемка 2b образована вдоль нижнего края 2а передней грани держателя 2 лезвия, в его продвинутом положении, причём центральная прямоугольная выемка 2b принимает лезвие 3, которое удерживается в выемке 2b винтами 5, которые проходят через держатель 2 лезвия его задней гранью (фиг. 4). Лезвие 3 выступает в нижней части держателя 2 лезвия так, что его край 3а может выполнять сосрёбывание.

Распределитель 4 пасты расположен перед лезвием 3, причём упомянутый распределитель 4 пасты состоит из удлинённой части, выполненной из металла, пластика или керамики, в форме толкающего экрана для пасты.

Толкающий экран 4 имеет участок 4а, который вертикален в установленном положении, который прижимают к лезвию 3, и нависающий горизонтальный участок 4b, который образует так называемую зону удержания4с для пасты спереди.

Область 4с ограничена дугой круговидной стенки, причём толкающий экран таким образом имеет общую форму полудуги.

Паста, которую подают перед толкающим экраном, будет распределяться вдоль толкающего экрана по ходу толкания, осуществляемого держателем 2 лезвия, движущегося вперёд. Паста также будет стремиться перенаправляться вниз, чтобы "циркулировать" и обеспечивать лучшее распределение.

Толкающий экран 4 также закрывают на каждом из его концов закрывающей пластиной или крылом 4d, перпендикулярным его продольной средней линии, причём каждая пластина 4d проходит вперёд за пределы зоны удержания4с.

Внутренние грани закрывающих пластин 4d наклонены наружу, что позволяет облегчать направление пасты в зону удержания4с.

Фигуры 5 и 7 показывают варианты осуществления толкающего экрана 4, причём толкающие экраны обозначены ссылочными позициями 5 и 6, соответственно, со связанными с индексами для различных участков экрана.

Форма зоны удержания 5с экрана 5 может рассматриваться как коническая, закругленная вверх. Она работает полностью удовлетворительно.

Форма зоны удержания 6с может рассматриваться как закруглённая, открытая к передней части. Она также работает полностью удовлетворительно.

1. Устройство для нанесения пасты слоями для машины для изготовления керамических заготовок деталей стереолитографией, причём упомянутое устройство включает в себя

держатель (2) лезвия, выполненный с возможностью перемещаться при поступательном перемещении,

лезвие (3) или, по меньшей мере, два параллельных лезвия, расположенных на держателе лезвия и выполненных с возможностью соскрёбывания во время поступательного перемещения упомянутого держателя лезвия массы пасты, подаваемой перед лезвием, или, по меньшей мере, двумя параллельными лезвиями, чтобы распределять массу пасты в слой; и

распределяющий пасту компонент, расположенный перед лезвием (3) или, по меньшей мере, двумя параллельными лезвиями,

отличающееся тем, что распределяющий пасту компонент состоит из экрана для толкания пасты, причём экран образован из удлинённой части (4), включающей в себя вертикальный участок (4a) в собранном положении, при этом вертикальный участок прочно закреплён или прочно прикреплён к лезвию (3) или, по меньшей мере, к двум параллельным лезвиям, при этом оставляя свободной его нижнюю граничную область (3a), чтобы позволять соскрёбывать пасту, причём удлинённая часть дополнительно изогнута в своём верхнем участке в направлении перемещения вперёд держателя лезвия, чтобы образовывать навес (4b), причём нижняя грань навеса составляет со свободной гранью вертикального участка (4a) толкающего экрана (4) зону удержания для пасты (4c), поступающей в последний для ее распределения и намазывания.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что свободная грань вертикального участка (4а) толкающего экрана (4) соединена с нижней гранью нависающего участка (4b) изогнутой областью, вогнутость которой обращена к зоне удержания (4с).

3. Устройство по одному из пп. 1 и 2, отличающееся тем, что область свободного края нижней грани нависающей части (4b) толкающего экрана (4) имеет возврат к зоне удержания (4с), чтобы стремиться перенаправлять пасту вниз во время перемещения вперёд держателя (2) лезвия, не закрывая отверстие толкающего экрана.

4. Устройство по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что свободная грань вертикального участка (4а) толкающего экрана (4) является вертикальной или изогнутой с вогнутостью, обращённой к зоне удержания (4с), или наклонена внутрь зоны удержания (4c) толкающего экрана (4).

5. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что нижняя грань нависающего участка (4b) толкающего экрана (4) является горизонтальной, будучи плоской или изогнутой с вогнутостью, обращённой к зоне удержания (4с).

6. Устройство по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что толкающий экран (4) занимает всю ширину лезвия (3) или лезвий (3).

7. Устройство по одному из пп. 1-6, отличающееся тем, что толкающий экран (4) на каждом своём конце закрыт пластиной (4d), причём упомянутая пластина может проходить за зону удержания (4с), чтобы обеспечивать направление пасты к зоне удержания (4с) толкающего экрана (4).

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что внутренние грани закрывающих пластин (4d) наклонены к внешней части зоны удержания (4с), чтобы облегчать направление пасты, поступающей в эту область.

9. Портал, предназначенный для перемещения над рабочим лотком машины для изготовления керамических заготовок деталей стереолитографией, отличающийся тем, что он включает в себя, по меньшей мере, одно устройство по одному из пп. 1-8, расположенное так, что свободный край скребкового лезвия или переднего лезвия, когда имеется несколько параллельных лезвий, выполнен с возможностью распределять соскрёбыванием слои пасты по рабочей поверхности, причём упомянутое устройство выполнено с возможностью удерживаться и перемещаться в высоком положении, поднятом над рабочей плоскостью, когда связанное лезвие или лезвия активированы/не активированы.

10. Портал по п. 9, отличающийся тем, что он включает в себя два устройства по одному из пп. 1-8, причём первое активируют для соскрёбывания в направлении вперед, а второе активируют для соскрёбывания в противоположном направлении.

11. Машина для изготовления необработанных частей из керамического материала стереолитографией, согласно которому слои термореактивной пасты последовательно изготавливают для отверждения облучением в соответствии с шаблоном, определённым для каждого слоя, причём упомянутая машина содержит

раму, окружающую горизонтальный рабочий лоток, включающий в себя рабочую поверхность,

портал по одному из пп. 9-10, и

средство облучения, обращённое к рабочему лотку для облучения каждого слоя после того, как слой распределяют, с тем чтобы отверждать слой в соответствии с ранее определённым шаблоном, прежде чем распеределять следующий слой, причём следующий слой, в свою очередь, отверждают в соответствии с определённым шаблоном.