CZ20085A3 - Nástroj k vytvárení prostorových modelu, zejména pro technologie presného lití na vytavitelný model - Google Patents

Abstract

Nástroj k vytvárení prostorových modelu, zejména pro technologie presného lití na vytavitelný model, je tvorený dutým pláštem (1), uzpusobeným pro uchycení do vretene císlicove rízeného obrábecího stroje, kde ve vnitrní dutine (102) plášte (1) je umísten pracovní válec (3), který je vybavený pracovní tryskou (7) vyvedenou vne plášte (1) a který je spražen s pohonem (4), rízeným výstupním signálem z rídící jednotky (13) podávání stavebního materiálu (15). Do vnitrní dutiny (102) plášte (1) je jednak napojen horkovzdušný ohrívac (9) a jednak je pohon (4) upevnený vne plášte (1) na loži (5), které je suvne uloženo na lineárním vedení (6) situovaném soubežne s pístnicí (32) pracovního válce (3), pricemž pracovní tryska (7), jejíž povrch je predehrívatelný topidlem (8), je vyvedena dnem (104) plášte (1) ve smeru kolmém k podélné ose pracovního válce (3) a v oblasti vývodu pracovní trysky (7) z plášte (1) je dále vyústena pomocná horkovzdušná tryska (10), která je zaústena odborným potrubím (16) do proudu vzduchu vystupujícího z horkovzdušného ohrívace (9), a minimálne jeden pruduch (11).

Description

Nástroj k vytváření prostorových modelů, zejména pro technologie přesného lití na vytavitelný model

Oblast techniky

Vynález se týká konstrukce nástroje k vytváření prostorových modelů, zejména pro technologie přesného lití na vytavitelný model, s využitím číslicově řízeného (CNC Computer Numerical Control) obráběcího stroje.

Dosavadní stav techniky

V současné době se pro vytváření matečních modelů pro technologie přesného lití využívá řady technologií rychlé výroby prostorových (3D) modelů, tzv. technologií Rapid Prototyping (RP), kdy je model vytvořen v konstrukčním grafickém programu, který je obslužným software stroje RP rozdělen na horizontální řezy konstantní tloušťky, které jsou pomocí specializovaného zařízení převedeny do fyzické podoby. Tyto metody vytvářejí tzv. mateční modely zejména pomocí měkkých forem a následně slouží k výrobě funkčních vzorků nebo přímo keramických forem.

Mezi často používané RP technologie patři stereolitografie (SL), u níž je nástroj pro tvorbu modelu tvořen laserovým paprskem působícím na hladinu fotopolymeru, kde dochází k částečnému vytvrzení modelu. Zařízení pro tuto technologii sestává z hermeticky uzavřené skříně a řídícího systému. Další metodou je tzv. Solid Ground Cutting (SGC), kde je nástrojem pro tvorbu modelu vysokovýkonná UV výbojka, z níž je UV záření promítáno na vrstvu fotopolymeru a vytvrzená vrstva je frézována na požadovanou tloušťku. Vlastní zařízení se skládá z hermeticky uzavřené skříně obsahující i obráběcí nástroj a z externě umístěného řídícího systému. Technologie označovaná Selective Laser Sintering (SLS) jako nástroj pro tvorbu modelu používá laserový paprsek, který působí na

- 2 vrstvu práškového materiálu. Pro spojení materiálu se využívá tepelného působení dopadajícího paprsku laseru. Technologie označovaná Laminated Object Manufacturing (LOM) opět používá laserový paprsek, který působí na folii a tepelným účinkem vyřezává profil vrstvy. Vyříznutá vrstva je pomocí zažehlovacího zařízení spojena s vrstvou předchozí. Laserový paprsek může být nahrazen nožem upnutým v CNC stroji, tak jak je například popisováno v řešení dle spisu TW 568811 B.

Další modifikací RP technologií je tzv. Three Dimensional Printing (3DP), která vychází principielně z technologie SLS, ale laser je nahrazen tryskou vystřikující pojivo spojující práškový materiál. Příkladem využití této metody je řešení dle spisů DE 19853814 nebo WO 9534468. U metody Ballistic Particle Manufacturing (BPM) je v tiskové hlavě, tedy nástroji, využíván piezoelektrický systém, kdy roztavený materiál vystřelovaný z trysek je spojován s již vytvrzeným materiálem. U další známé metody Multiphase Jet Solidification (MJS) nástroj vytlačuje z vyhřívaného zásobníku směs kovového prášku a vosku při teplotě cca 200°C, jak je publikováno například ve stati „Fast, functional prototypes via multiphase jet solidation“ (Greulich M. et al., Rapid Prototyping Journal, 1995, vol. 1, page 20-25). Metoda Multi-Jet Modeling (MJM) používá tryskovou hlavu s mnoha tryskami, které vstřikují pojivo, například glukózu, pro spojení vrstvy vytvořené z práškového materiálu. Teplota materiálu i pojivá je přitom blízká teplotě okolí.

Konečně je známa metoda Fused Deposition Modeling (FDM), která využívá nástroj ve formě tiskové hlavy, která je umístěna uvnitř vyhřívané komory, jejíž vnitřní pracovní teplota je cca 70°C. Přídavný materiál je do hlavy odvíjen z cívek umístěných mimo vyhřívaný prostor a je podáván pomoci krokových motorů, které jsou součástí tiskové hlavy. Krokové motory zajišťují rovněž podávání materiálu do trysky vyhřívané cca na 270°C. Celé zařízení je umístěno ve skříni, která není hermeticky uzavřena a jejím úkolem je zejména udržování konstantní pracovní teploty. Příklady užití této metody jsou uvedeny například ve spisech US 4749347, US 5121329, US 5340433, US 5503785 nebo US 5764521.

Cílem předkládaného vynálezu je představit novou konstrukci nástroje k vytváření prostorových matečních modelů, která by vycházela z principu technologie pro metodu

-3FMD, byla konstrukčně poměrně jednoduchá, umožňovala upnutí do sklíčidla CNC stroje, přičemž by částečně využívala jeho pohonný a řídící systém a vykazovala absenci jakýchkoliv negativních vlivů působících na obsluhu stroje i životní prostředí a nevyžadovala umístění do tepelně izolované ani jiným způsobem ošetřené skříně.

Podstata vynálezu

Stanoveného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je nástroj k vytváření prostorových modelů, zejména pro technologie přesného lití na vytavitelný model, tvořený dutým pláštěm, uzpůsobeným pro uchycení do vřetene číslicově řízeného obráběcího stroje, kde ve vnitřní dutině pláště je umístěn pracovní válec, který je vybavený pracovní tryskou vyvedenou vně pláště a který je spřažen s pohonem a řízeným výstupním signálem z řídící jednotky podávání stavebního materiálu, jehož podstata spočívá v tom, že jednak je do vnitřní dutiny pláště napojen horkovzdušný ohřívač a jednak je pohon upevněný vně pláště na loži, které je suvně uloženo na lineárním vedeni situovaném souběžně s pístnicí pracovního válce, přičemž pracovní tryska, jejíž povrch je předehřívatelný topidlem, je vyvedena dnem pláště ve směru kolmém k podélné ose pracovního válce a v oblasti vývodu pracovní trysky z pláště je dále vyústěna pomocná horkovzdušná tryska, která je zaústěna odběrným potrubím do proudu vzduchu vystupujícího z horkovzdušného ohřívače, a minimálně jeden průduch.

Další podstatou vynálezu je, že pomocná horkovzdušná tryska je vyústěna ze dna pláště z pohledu směru pohybu nástroje před pracovní tryskou a průduchy jsou vytvořeny za pracovní tryskou.

Konečně je podstatou vynálezu, že alespoň ve vnitřní dutině pláště, v čele pracovního válce a u vyústění pracovní trysky z pláště jsou umístěny termočlánky, které jsou napojeny, stejně jako ovládací modul pohonu, do řídící jednotky nástroje, která je propojena s ovládacím a řídícím blokem číslicově řízeného obráběcího stroje.

-4Novým vynálezem se dosahuje vyššího účinku v tom, že nepoužívá laserový paprsek, který vyžaduje zvýšenou bezpečnost při obsluze, ani práškové materiály, u nichž hrozí nebezpečí rozptýlení v pracovním prostoru s potenciální možností výbuchu, a proto je nutno s nimi pracovat v ochranné atmosféře inertních plynů. Vzhledem k poměrné nízkým pracovním teplotám není nutno využívat speciální opláštění stroje a tepelným a mechanickým působením na používaný materiál, tedy vosk, nevznikají emise, přičemž model tímto nástrojem vytvořený je plně recyklovatelný s možností opakovaného použití v nástroji.

Popis obrázku na pnoojeném výkrese

Konkrétní příklad provedení vynálezu je blokově znázorněno na připojeném výkrese zobrazujícím konstrukční schéma nástroje s naznačením napojení jednotlivých jeho funkčních dílů na měřící a řídící jednotky.

Příklady provedení vynálezu

Nástroj je tvořen samonosným dutým pláštěm 1, vytvořeným s výhodou ve tvaru horizontálně situovaného hranolu, opatřeným odnímatelným víkem 101, k němuž je z vnější strany upevněn upínací kužel 2 sloužící k upnutí do neznázorněného vřetene CNC stroje, například frézky. Ve vnitřní dutině 102 pláště 1 je upevněn pracovní válec 3, jehož píst 31 je spřažen pomocí pístnice 32 s pohonem 4, tvořeným například krokovým elektromotorem. Pohon 4 je upevněn na loži 5, které je suvně vedeno lineárním vedením 6, tvořeným s výhodou dvěma tyčemi, situovaným souběžně s pístnicí 32 pracovního válce 3 a upevněným v přilehlé boční stěně 103 pláště 1. Čelo 33 pracovního válce 3 je napojeno pomocí podávaciho potrubí 34 na pracovní trysku 7, která je vyvedena dnem 104 pláště 1 ve směru kolmém k podélné ose pracovního válce 3, přičemž kolem povrchu pracovní trysky Z je v prostoru vnitřní dutiny 102 situováno topidlo 8, například odporové. Na druhou boční stěnu 103 pláště 1 protilehlou umístění pohonu 4 je uchycen horkovzdušný ohřívač 9 propojený s vnitřní dutinou 102 pláště 1. Do směru proudění

-5vzduchu z horkovzdušného ohřívače 9 je zaústěno odběrné potrubí 16 horkého vzduchu pro pomocnou horkovzdušnou trysku 10, která je vyústěna vně pláště 1 v oblasti dna 104, a to z pohledu pracovního pohybu nástroje v prostoru před pracovní tryskou 7. V prostoru za pracovní tryskou 7 je dno 104 opatřeno průduchy H- Konečně jsou pak ve vnitřní dutině 102 pláště 1, v čele 33 pracovního válce 3 a u vyústění pracovní trysky 7 z pláště 1 umístěny termočlánky 12, které jsou napojeny, stejně jako ovládací modul pohonu 4, do řídící jednotky 13, která je propojena s ovládacím a řídícím blokem 14 CNC stroje.

Při činnosti se nejdříve nástroj upne pomocí upínacího kužele 2 do vřetene CNC stroje, které se zaaretuje tak, aby nemohlo konat rotační pohyb. Do pracovního válce 3 se vloží stavební materiál 15, například vosk, a celá vnitřní dutina 102 pláště 1 se temperuje pomocí horkovzdušného ohřívače na teplotu odpovídající přechodu stavebního materiálu 15 z pevného skupenství na kapalné. Současně se temperuje pomocí topidla 8 pracovní tryska 7 na teplotu nepatrně vyšší, než je teplota vnitřní dutiny 102. Vyhřátý stavební materiál 15 je z pracovního válce 3 vytlačován pístem 31, který je poháněn pohybem lože 5 posouvaném po lineárním vedení 6. Stavební materiál 15 je po výstupu z pracovní trysky 7 kladen na již položené předchozí vrstvy, jejichž povrch je předehříván v prostoru před pracovní tryskou 7 horkým vzduchem vystupujícím z pomocné horkovzdušné trysky 10. Pomocí ohřátého vzduchu vystupujícího z průduchů 11 je v okolí místa kladení stavebního materiálu 15 vytvářena tzv. tepelná závora, která zabraňuje rychlému ochlazování prostorového modelu. Teploty v jednotlivých místech popsaných výše jsou během pracovního procesu měřeny termočlánky 12 napojenými na řídící jednotku 13 nástroje, z níž je řízen jak pohon £ tak i množství podávaného stavebního materiálu 15.

Průmyslová využitelnost

Nástroj podle vynálezu je možno využít k vytváření prostorových modelů, zejména pro technologie přesného lítí na vytavitelný model, a to zejména ve spojení s využitím připojeni k CNC strojům.

Claims (3)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Nástroj k vytváření prostorových modelů, zejména pro technologie přesného lití na vytavitelný model, tvořený dutým pláštěm (1), uzpůsobeným pro uchycení do vřetene číslicově řízeného obráběcího stroje, kde ve vnitřní dutině (102) pláště (1) je umístěn pracovní válec (3), který je vybavený pracovní tryskou (7) vyvedenou vně pláště (1) a který je spřažen s pohonem (4) řízeným výstupním signálem zřídící jednotky (13) podávání stavebního materiálu (15), vyznačující se tím, že jednak je do vnitřní dutiny (102) pláště (1) napojen horkovzdušný ohřívač (9) a jednak je pohon (4) upevněný vně pláště (1) na loži (5), které je suvně uloženo na lineárním vedení (6) situovaném souběžně s pístnicí (32) pracovního válce (3), přičemž pracovní tryska (7), jejíž povrch je předehřívatelný topidlem (8), je vyvedena dnem (104) pláště (1) ve směru kolmém k podélné ose pracovního válce (3) a v oblasti vývodu pracovní trysky (7) z pláště (1) je dále vyústěna pomocná horkovzdušná tryska (10), která je zaústěna odběrným potrubím (16) do proudu vzduchu vystupujícího z horkovzdušného ohřívače (9), a minimálně jeden průduch (11).

2. Nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že pomocná horkovzdušná tryska (10) je vyústěna ze dna (104) pláště (1) z pohledu směru pohybu nástroje před pracovní tryskou (7) a průduchy (11) jsou vytvořeny za pracovní tryskou (7).

3. Nástroj podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že alespoň ve vnitřní dutině (102) pláště (1), v čele (33) pracovního válce (3) a u vyústění pracovní trysky (7) z pláště (1) jsou umístěny termočlánky (12), které jsou napojeny, stejně jako ovládací modul pohonu (4), do řídící jednotky (13) nástroje, která je propojena s ovládacím a řídícím modulem (14) číslicově řízeného obráběcího stroje.