GR1009027B

GR1009027B - Διαδικασια απομακρυνσης υποστηριξεων κατα τη δημιουργια τρισδιαστατων μοντελων με τη μεθοδο του φωτοπολυμερισμου με τη χρηση δυο ή περισσοτερων ρητινων

Info

Publication number: GR1009027B
Application number: GR20150100269A
Authority: GR
Inventors: Κωνσταντινος Σωζοντος Αντωνιου
Original assignee: Κωνσταντινος Σωζοντος Αντωνιου
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2017-05-09
Also published as: GR20150100269A

Abstract

Η εφεύρεση χρησιμοποιείται κατά τη δημιουργία τρισδιάστατων μοντέλων με τη μέθοδο του φωτοπολυμερισμού με τη χρήση δύο ή περισσοτέρων ρητινών. Η ρητίνη ή οι ρητίνες, που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή του κυρίως σώματος του τρισδιάστατου μοντέλου δεν είναι υδροδιαλυτή/-ές, ενώ η ρητίνη ή οι ρητίνες, που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των υποστηρίξεων είναι υδροδιαλυτή/-ές. Έτσι είτε κατά την διάρκεια κατασκευής του τρισδιάστατου μοντέλου είτε μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής του, το μοντέλο εμβαπτίζεται σε δοχείο, το οποίο περιέχει νερό ή μίγμα νερού με αντίστοιχο διαλυτικό και αυτό έχει ως συνέπεια οι υποστηρίξεις της κατασκευής να διαλύονται από το νερό ή το μίγμα νερού με αντίστοιχο διαλυτικό λόγω του ότι η/οι ρητίνη/-ες κατασκευής τους είναι υδροδιαλυτές, ενώ το κυρίως σώμα του τρισδιάστατου μοντέλου να παραμένει αναλλοίωτο λόγω του ότι η/οι ρητίνη/-ες κατασκευής τους δεν είναι υδροδιαλυτές.

Description

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Διαδικασία απομάκρυνσης υποστηρίξεων κατά τη δημιουργία τρισδιάστατων μοντέλων με τη μέθοδο του φωτοπολυμερισμού με τη χρήση δύο ή περισσοτέρων

ρητινών

Η εφεύρεση αναφέρεται στη διαδικασία απομάκρυνσης των υποστηρίξεων κατά τη δημιουργία τρισδιάστατων μοντέλων με τη μέθοδο του φωτοπολυμερισμού με τη χρήση δύο ή περισσοτέρων ρητινών. Η εφεύρεση χρησιμοποιείται κατά τη δημιουργία τρισδιάστατων μοντέλων με τη μέθοδο του φωτοπολυμερισμού με τη χρήση δύο ή περισσοτέρων ρητινών είτε με την τεχνολογία της στερεολιθογραφίας (stereolithography - SLA) είτε με την τεχνολογία της ψηφιακής επεξεργασίας φωτός (digital light processing - DLP) είτε με οποιαδήποτε άλλη τεχνολογία που βασίζεται στην μέθοδο του φωτοπολυμερισμού με τη χρήση δύο ή περισσοτέρων ρητινών.

Η δημιουργία τρισδιάστατων μοντέλων με την διαδικασία της τρισδιάστατης εκτύπωσης χρησιμοποιεί τη λογική προσθήκης διαδοχικών στρώσεων υλικού κάτω από την καθοδήγηση και των έλεγχο κάποιου ηλεκτρονικού υπολογιστικού συστήματος. Αυτά τα μοντέλα μπορούν να έχουν σχεδόν οποιοδήποτε σχήμα και γεωμετρία και παράγονται από κάποιο τρισδιάστατο μοντέλο το οποίο έχει σχεδιαστεί με κάποιο συμβατό σχεδιαστικό λογισμικό, μέσω κάποιου τρισδιάστατου εκτυπωτή ή μέσω κάποιας ψηφιακής φωτογραφικής μηχανής και τη βοήθεια κάποιου φωτογεωμετρικού λογισμικού. Ανεξάρτητα ποιος από τους παραπάνω τρόπους έχει χρησιμοποιηθεί, το αρχείο του τρισδιάστατου μοντέλου θα πρέπει να μετατραπεί σε μορφή η οποία είναι κατανοητή από το λογισμικό ελέγχου του τρισδιάστατου εκτυπωτή ο οποίος θα χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή του τρισδιάστατου μοντέλου. Πριν την εκτύπωση του τρισδιάστατου μοντέλου από το αρχείο το οποίο μπορεί να επεξεργαστεί ο τρισδιάστατος εκτυπωτής, θα πρέπει αυτό να ελεγθεί για λάθη και παραλήψεις και να γίνουν οι απαραίτητες διορθώσεις όπου απαιτούνται με χρήση λογισμικού. Εν συνεχεία μέσω κατάλληλου λογισμικού γίνεται ο «τεμαχισμός» του μοντέλου ώστε το μοντέλο να χωριστεί σε λεπτές στρώσεις που αντιστοιχούν στο πάχος που θα έχει η κάθε μια φυσική στρώση κατά τη διαδικασία τρισδιάστατης εκτύπωσης του μοντέλου. Αυτές οι λεπτές στρώσεις ενώνονται ώστε να παράγουν τη γεωμετρία του φυσικού τρισδιάστατου μοντέλου. Η ανάλυση ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή είναι το ελάχιστο πάχος που μπορεί να έχει κάθε στρώση (άξονας Ζ) και η ανάλυση στους άξονες X - Υ. Μετριέται συνήθως σε micrometers (pm). Η κατασκευή ενός μοντέλου μπορεί να διαρκέσει από μερικές ώρες μέχρι μερικές μέρες ανάλογα με την μέθοδο κατασκευής, το μέγεθος του αντικειμένου, την πολυπλοκότητα του καθώς και την επιθυμητή ακρίβεια. Κάποιες τεχνικές επιτρέπουν την χρήση περισσοτέρων του ενός υλικού κατασκευής, τη χρήση διαφόρων χρωμάτων και χρωματικών συνδυασμών ταυτόχρονα και έτσι δεν απαιτείται επιπλέον βάψιμο του τελικού τρισδιάστατου μοντέλου. Κάποιες τεχνικές απαιτούν την κατασκευή υποστηρίξεων οι οποίες υποστηρίζουν τα διάφορα χαρακτηριστικά του αντικειμένου κατά τη διάρκεια κατασκευής του έτσι ώστε να μην υποστούν καταρρεύσεις, αλλοιώσεις, παραμορφώσεις κτλ. Αυτές οι υποστηρίξεις θα πρέπει μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής του τρισδιάστατου μοντέλου να απομακρυνθούν μηχανικά ή με τη χρήση διαλυμάτων αφού έχει ολοκληρωθεί η διαδικασία κατασκευής. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι κατασκευής οι οποίες κατά κύριο λόγο διαφοροποιούνται στο πως εναποτίθενται τα διάφορα στρώματα υλικού για να δημιουργήσουν το τελικό τρισδιάστατο μοντέλο και στα υλικά τα οποία χρησιμοποιούνται. Κάθε μέθοδος έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της και η επιλογή της καταλληλότερης μεθόδου θα πρέπει να γίνεται με βάση τις ανάγκες που υπάρχουν σε κάθε περίπτωση. Η μέθοδος του φωτοπολυμερισμού είναι μια από τις πιο σύγχρονες μεθόδους η οποία δίνει εξαιρετικά αποτελέσματα. Στον φωτοπολυμερισμό ένα δοχείο με υγρό πολυμερές (ρητίνη) εκτίθεται σε ελεγχόμενο φωτισμό κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες και το εκτιθέμενο υγρό πολυμερές σκληραίνει. Η τράπεζα κατασκευής εν συνεχεία κινείται προς τα κάτω (άξονας Ζ) με μικρά βήματα τα οποία εξαρτώνται από την ακρίβεια που απαιτείται και το υγρό πολυμερές εκτίθεται ξανά στον ελεγχόμενο φωτισμό. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται μέχρι να «κτισθεί» ολόκληρο το μοντέλο. Το υγρό πολυμερές εν συνεχεία αποστραγγίζεται από το δοχείο και αφήνει το στερεό μοντέλο. Η συγκεκριμένη μέθοδος δίνει πολύ καλά αποτελέσματα σε αντικείμενα με περίπλοκη γεωμετρία και αντικείμενα που έχουν πολύ μεγάλη λεπτομέρεια. Για να επιτευχθεί αυτό κατά τη δημιουργία του μοντέλου κατασκευάζονται ταυτόχρονα υποστηρίξεις για να υποστηρίξουν τις πολύπλοκες γεωμετρίες αντικειμένου κατά τη διάρκεια κατασκευής του έτσι ώστε να μην υποστούν καταρρεύσεις, αλλοιώσεις, παραμορφώσεις κτλ. Η απομάκρυνση τους γίνεται μέχρι και σήμερα είτε με το χέρι, είτε με ψεκασμό νερού υπό πίεση ώστε να αποκολληθούν, είτε με άλλα μηχανικά εργαλεία. Ο χρόνος ο οποίος απαιτείται για αυτή την απομάκρυνση πολλές φορές ξεπερνά το χρόνο κατασκευής, ενώ σε πολλές περιπτώσεις είναι αδύνατη η πλήρης απομάκρυνση των υποστηρίξεων λόγω της περίπλοκής γεωμετρίας του αντικειμένου, του μικρού μεγέθους του αντικειμένου ενώ συχνά υπάρχουν καταστροφές στο τρισδιάστατο μοντέλο λόγω κακών χειρισμών κατά την διαδικασία απομάκρυνσης των υποστηρίξεων. Στην εφεύρεση η οποία περιγράφεται έχουμε τη χρήση δύο ή περισσοτέρων ρητινών με διαφορετική σύνθεση η κάθε μια, με διαφορετικές φυσικές και χημικές ιδιότητες. Η ρητίνη ή οι ρητίνες που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή του κυρίως σώματος του τρισδιάστατου μοντέλου δεν είναι υδροδιαλυτή / τές ενώ η ρητίνη ή οι ρητίνες που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των υποστηρίξεων είναι υδροδιαλυτή / τές. Έτσι είτε κατά την διάρκεια κατασκευής του τρισδιάστατου μοντέλου είτε μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής του, το μοντέλο εμβαπτίζεται σε δοχείο το οποίο περιέχει νερό ή μίγμα νερού με αντίστοιχο διαλυτικό και αυτό έχει ως συνέπεια οι υποστηρίξεις της κατασκευής να διαλύονται από το νερό ή το μίγμα νερού με αντίστοιχο διαλυτικό λόγω του ότι η / οι ρητίνη / νες κατασκευής τους είναι υδροδιαλυτές, ενώ το κυρίως σώμα του τρισδιάστατου μοντέλου να παραμένει αναλλοίωτο λόγω του ότι η / οι ρητίνη / νες κατασκευής τους δεν είναι υδροδιαλυτές. Αυτό έχει ως συνέπεια να μην απαιτείται απομάκρυνση των υποστηρίξεων με το χέρι, με ψεκασμό νερού υπό πίεση ή με άλλες μηχανικές μεθόδους μειώνοντας κατά πολύ το συνολικό χρόνο κατασκευής, αυξάνοντας έτσι την παραγωγικότητα, μειώνοντας το κόστος κατασκευής και αυξάνοντας επιπλέον την ποιότητα του τελικού μοντέλου λόγω καλύτερου φινιρίσματος και έλλειψης μηχανικών καταπονήσεων που αυτό υφίσταται κατά τη διαδικασία της μηχανικής απομάκρυνσης των υποστηρίξεων του.

Για να γίνει καλύτερα κατανοητή ολόκληρη η διαδικασία, παρουσιάζεται στα Σχέδια 1 μέχρι και 4 ένας ενδεικτικός αλλά μη δεσμευτικός εξοπλισμός ο οποίος κατασκευάζει τρισδιάστατα μοντέλα με τη μέθοδο του φωτοπολυμερισμού με τη χρήση δύο ή περισσοτέρων ρητινών. Στη συγκεκριμένη περίπτωση έχουμε χρήση δύο ρητινών, μιας υδροδιαλυτής η οποία χρησιμοποιείται για την κατασκευή των υποστηρίξεων του τρισδιάστατου μοντέλου και μιας μη υδροδιαλυτής που χρησιμοποιείται για την κατασκευή του σώματος του τρισδιάστατου μοντέλου, αλλά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν και περισσότερες των δύο ρητινών οι οποίες όσες ήταν υδροδιαλυτές θα χρησιμοποιούνταν για την κατασκευή των υποστηρίξεων ενώ όσες δεν ήταν υδροδιαλυτές θα χρησιμοποιούνταν για την κατασκευή του σώματος του τρισδιάστατου μοντέλου. Στο δοχείο Α τοποθετείται η υδροδιαλυτή ρητίνη και στο δοχείο Β η μη υδροδιαλυτή ρητίνη. Στα δοχεία C και D έχουμε διάλυμα το οποίο καθαρίζει το τρισδιάστατο μοντέλο έτσι ώστε να «δένουν» καλύτερα οι στρώσεις του αντικειμένου όταν η μία στρώση είναι υδροδιαλυτή και η άλλη μη υδροδιαλυτή. Όλα τα δοχεία είναι τοποθετημένα πάνω στην περιστρεφόμενη τράπεζα I. Πάνω σε σταθερό άξονα βρίσκονται οι πλάκες G και Η οι οποίες με τη βοήθεια ειδικού μηχανισμού κινούνται πάνω κάτω. Στην κάτω επιφάνεια αυτών των πλακών χτίζονται τα τρισδιάστατα μοντέλα. Οι δύο πλάκες G και Η κατεβαίνουν στο εσωτερικό των δοχείων Α και Β όπου βρίσκονται οι ρητίνες. Οι ρητίνες φωτοπολυμερίζονται με τη χρήση των φωτεινών δεσμών που εκπέμπονται από τους εκπομπείς φωτεινών δεσμών Ε και F. Η εκπομπή είναι στοχευμένη μόνο στα σημεία τα οποία θέλουμε να πολυμεριστούν ώστε να σκληρύνουν και να «χτίσουν» την πρώτη στρώση του τρισδιάστατου μοντέλου μας. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω κατάλληλου λογισμικού που συνοδεύει το μηχάνημα. Εν συνεχεία οι πλάκες ανεβαίνουν βηματικά προς τα επάνω και το βήμα είναι τόσο όσο έχουμε καθορίσει εμείς μέσω του λογισμικού του μηχανήματος ανάλογα με την ακρίβεια που επιθυμούμε να επιτύχουμε. Η διαδικασία συνεχίζεται με τον ίδιο τρόπο μέχρι να έχουμε στρώση όπου θα πρέπει να γίνει εναλλαγή φωτοπολυμεριζόμενης και μη φωτοπολυμεριζόμενης στρώσης. Εκεί η περιστρεφόμενη βάση I περιστρέφεται κατά 90 μοίρες και τα τρισδιάστατα αντικείμενα εμβαπτίζονται στο διάλυμα που περιέχουν τα δοχεία C και D ώστε να καθαριστούν ώστε να δέσουν καλύτερα η στρώση από μη υδροδιαλυτή ρητίνη με τη στρώση από υδροδιαλυτή ρητίνη. Εν συνεχεία και αφού στεγνώσει το αντικείμενο η βάση I περιστρέφεται ακόμα 90 μοίρες για να χτιστεί η επόμενη στρώση που αποτελείται από υδροδιαλυτή ρητίνη αν η προηγούμενη στρώση ήταν μη υδροδιαλυτή και το αντίθετο. Αν η εν λόγω μηχανή έχει περισσότερα ζεύγη δοχείων αντίστοιχα η περιστροφή γίνεται κατά 45° ή 60° ή όποιες μοίρες απαιτούνται ώστε να επιτυγχάνεται η ίδια διαδικασία και το αντίστοιχο αποτέλεσμα. Η διαδικασία συνεχίζεται με τον ίδιο τρόπο μέχρι να ολοκληρωθεί η κατασκευή του τρισδιάστατου μοντέλου.

Με την ολοκλήρωση της διαδικασίας κατασκευής το τρισδιάστατο μοντέλο εμβαπτίζεται σε δοχείο με νερό ή μίγμα νερού με αντίστοιχο διαλυτικό όπου τα υποστηρίγματα τα οποία είχαν δημιουργηθεί κατά την κατασκευή διαλύονται μιας και ήταν κατασκευασμένα από υδροδιαλυτή ρητίνη. Ενδεικτικά, στα Σχέδια 5 μέχρι και 8 παρουσιάζονται κάποια τρισδιάστατα μοντέλα τα οποία έχουν κατασκευαστεί με την μέθοδο του πολυμερισμού ρητινών. Το κομμάτι του αντικειμένου (σημείο 1, στα Σχέδια από 5 έως και 8) αντιστοιχεί στο μέρος το οποίο είναι κατασκευασμένο από μη υδροδιαλυτή ρητίνη και το οποίο θα παραμείνει καθώς αποτελεί το κυρίως τρισδιάστατο μοντέλο και το κομμάτι του αντικειμένου (σημείο 2, στα Σχέδια από 2 έως και 8) αντιστοιχεί στο μέρος το οποίο είναι κατασκευασμένο από υδροδιαλυτή ρητίνη και το οποίο θα διαλυθεί καθώς αποτελεί τις υποστηρίξεις του τρισδιάστατου μοντέλου που θέλουμε να απομακρύνουμε ύστερα από την διαδικασία κατασκευής του τρισδιάστατου μοντέλου.

Claims

ΑΞΙΩΣΕΙΣ

1. Η μέθοδος απομάκρυνσης των υποστηρίξεων οι οποίες χρησιμοποιούνται κατά τη δημιουργία τρισδιάστατων μοντέλων με τη μέθοδο του φωτοπολυμερισμού με τη χρήση δύο ή περισσοτέρων ρητινών, υδροδιαλυτών ρητινών που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία των υποστηρίξεων του τρισδιάστατου μοντέλου και μη υδροδιαλυτών ρητινών που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία του ίδιου του τρισδιάστατου μοντέλου, ώστε είτε κατά τη διάρκεια δημιουργίας του τρισδιάστατου μοντέλου είτε μετά την ολοκλήρωση της δημιουργίας του να μπορούν να απομακρύνονται οι υποστηρίξεις που δημιουργήθηκαν κατά τη δημιουργία του μέσω της χρήσης νερού ή μίγματος νερού με αντίστοιχο διαλυτικό εξαιτίας του ότι οι υποστηρίξεις είναι κατασκευασμένες από υδροδιαλυτή ρητίνη η οποία διαλύεται όταν έρθει σε επαφή με το νερό ενώ το κυρίως μοντέλο παραμένει αναλλοίωτο καθώς είναι κατασκευασμένο από μη υδροδιαλυτή ρητίνη.

2. Σύμφωνα με την αξίωση 1, κατά τη δημιουργία των στρώσεων του τρισδιάστατου μοντέλου και των υποστηρίξεων του όταν έχουμε εναλλαγή στρώσης που είναι κατασκευασμένη από υδροδιαλυτή ρητίνη με στρώση που είναι κατασκευασμένη από μη υδροδιαλυτή ρητίνη το μέχρι εκείνη τη στιγμή δημιουργημένο τρισδιάστατο μοντέλο με τις υποστηρίξεις του εμβαπτίζεται σε διάλυμα έτσι ώστε να καθαριστεί και να επιτυγχάνεται καλύτερη συγκόλληση των διαδοχικών στρώσεων που είναι κατασκευασμένες από υδροδιαλυτή και μη υδροδιαλυτή ρητίνη.