PL219312B1 - Sposób i urządzenie do wygładzania elementów wykonanych w technologii przyrostowej SLS - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wygładzania elementów wykonanych w technologii przyrostowej SLS (Selective Laser Sintering) z materiałów na bazie proszków poliamidu - PA.

Wśród wielu technologii szybkiego prototypowania jednymi z najpowszechniej stosowanych są techniki przyrostowe SLS (Selective Laser Sintering), jest to technologia przyrostowa polegająca na spajaniu wiązką lasera proszku poliamidowego (PA) nakładanego warstwowo na płytę modelową maszyny wytwarzającej. Grubość każdej z nakładanych warstw proszku poliamidowego wynosi ok. 0,1 mm - 0,15 mm.

Inną powszechnie stosowaną technologią jest FDM (Fused Deposition Modeling) technologia przyrostowa polegająca na warstwowym osadzaniu płynnego tworzywa termoplastycznego za pomocą głowicy drukującej, na płycie modelowej urządzenia wytwórczego. Tworzywo nakładane jest warstwami o grubości od ok., 0,1 mm do ok. 0,33 mm.

Obie powyższe technologie stosuje się do wytworzenia modelu fizycznego bezpośrednio z bryłowego zapisu cyfrowego 3D.

Detale wytworzone w tych technologiach mają charakterystyczną fakturę na powierzchni. W zależności od zastosowanej technologii powierzchnia jest porowata (SLS), lub liniowo zbudowana z warstw materiału (FDM). W przypadku technologii FDM warstwowość powierzchni powoduje anizotropię budowanego modelu.

Poprawa stanu powierzchni detali wykonywanych w technikach przyrostowych niesie za sobą wiele korzyści. Przede wszystkim zwiększa funkcjonalność modelu (zwłaszcza w przypadku współpracujących ze sobą podzespołów), poprawia efekt wizualny, jak również wpływa na zmniejszenie anizotropowych właściwości detalu, przez co zwiększa jego wytrzymałość. Wygładzenie powierzchni powoduje zwiększenie wytrzymałości poprzez ujednorodnienie warstwy wierzchniej.

Obecnie znane i stosowane metody polepszania stanu powierzchni to:

• obróbka ścierna - mechaniczna;

• obróbka ścierna - wykonywana ręcznie;

• obróbka ścierna - powierzchni przez piaskowanie;

• infiltrowanie (przesączanie wierzchniej warstwy detalu inną substancją - najczęściej żywicą, w celu jej wygładzenia);

• lakierowanie.

Znana jest również metoda wygładzania powierzchni, stosowana jednak tylko, w przypadku detali wykonywanych w technologii FDM wygładzanie powierzchni modeli, wykonanych z tworzywa sztucznego ABS ((poli(akrylonitryl-co-butadien-co-styren))) polegające na działaniu par właściwego związku chemicznego. Technika ta ma zastosowanie jedynie do modeli wykonanych w technologii

FDM (Fused Deposition Modeling) z materiału modelowego ABS ((poli(akrylonitryl-co-butadien-co-styren))).

Według wynalazku sposób wygładzania powierzchni polega na tym, że sposób wygładzania elementów prototypowych, wykonanych w technologii przyrostowej SLS (Selective Laser Sintering) z materiałów na bazie proszków poliamidu - PA, znamienny tym, że element zostaje poddany oddziaływaniu oparów związku chemicznego z grupy: kwas mrówkowy, kwas octowy, m-krezol, bezwodnik octowy, w temperaturze powyżej temperatury wrzenia danej substancji przez czas od 1-350 s od chwili, w której dojdzie do skroplenia par związku chemicznego na powierzchni elementu prototypowego poddawanego obróbce.

Według wynalazku urządzenie do wygładzania elementów prototypowych, wykonanych w technologii przyrostowej SLS (Selective Laser Sintering) z materiałów na bazie proszków poliamidu - PA, znamienny tym, że urządzenie 4 składa się z komory 3 z przestrzenią roboczą, poniżej, której jest: pojemnik zasobnika substancji aktywnej i element grzewczy 6 oddzielony od przestrzeni roboczej ruchomą przesłoną 7 oraz wyciąg oparów 8 z kanałem wentylacyjnym.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urządzenia wygładzającego, a fig. 2 przedstawia wykres uzyskanego parametru chropowatości w zależności od czasu ekspozycji dla płytek kontrolnych pionowych i płytek kontrolnych poziomych.

P r z y k ł a d y w y k o n a n i a

W technologii SLS (Selective Laser Sintering) z materiału PA2200 na bazie proszków poliamidu (PA), wykonane zostały płytki kontrolne o wymiarach 50 mm x 50 mm x 5 mm.

PL 219 312 B1

Płytki wykonane zostały w dwóch możliwych ułożeniach na płycie modelowej urządzenia SLS tj. pionowo (płytki oznaczone V) i poziomo (płytki oznaczone H). Ułożenie płytki, podczas jej formowania, ma zasadniczy wpływ na uzyskany stan powierzchni surowego modelu, zwłaszcza na jej chropowatość.

Płytki kontrolne poddane zostały procesowi wygładzenia i polepszenia stanu powierzchni zgodnie z opisanym powyżej procesem.

Proces wygładzania przebiegał w następujących warunkach:

Zastosowany aktywny związek chemiczny: kwas mrówkowy, wzór chemiczny: HCOOH;

Stężenie: 85%;

Temperatura wrzenia: 100,7°C;

Temperatura elementu grzewczego wytwornicy oparów: 300°C;

Czas ekspozycji: od 30 sekund do 120 sekund.

Próbki oznaczone zostały następującymi symbolami:

V0 - płytka pionowa bez procesu wygładzenia i polepszenia stanu powierzchni;

V1 - płytka pionowa, czas ekspozycji 30 sekund;

V2 - płytka pionowa, czas ekspozycji 60 sekund;

V3 - płytka pionowa, czas ekspozycji 90 sekund;

V4 - płytka pionowa, czas ekspozycji 120 sekund;

H0 - płytka pozioma bez procesu wygładzenia i polepszenia stanu powierzchni;

H1 - płytka pozioma, czas ekspozycji 30 sekund;

H2 - płytka pozioma, czas ekspozycji 60 sekund;

H3 - płytka pozioma, czas ekspozycji 90 sekund;

H4 - płytka pozioma, czas ekspozycji 120 sekund.

Po przeprowadzonym procesie płytki poddane zostały badaniom chropowatości. Wyniki pomiarów przedstawiają poniższa tabela i wykresy.

Próbka	Ra [pm]	Poprawa [%]
H0	8,08	0,0
H1	8,08	0,0
H2	7,92	2,0
H3	3,98	50,7
H4	3,76	53,5
V0	7,93	0,0
V1	7,52	5,2
V2	7,07	10,8
V3	3,09	61,0
V4	2,61	67,1

Chropowatość powierzchni Ra [ρπι] w zależności od czasu ekspozycji

Claims (2)

1. Sposób wygładzania elementów prototypowych wykonanych w technologii przyrostowej SLS (Selective Laser Sintering) z materiałów na bazie proszków poliamidu - PA, znamienny tym, że element zostaje poddany oddziaływaniu oparów związku chemicznego z grupy: kwas mrówkowy, kwas octowy, m-krezol, bezwodnik octowy, w temperaturze powyżej temperatury wrzenia danej substancji przez czas od 1-350 s licząc od chwili, w której dojdzie do skroplenia par związku chemicznego na powierzchni elementu prototypowego poddawanego obróbce.

2. Urządzenie do wygładzania elementów prototypowych wykonanych w technologii przyrostowej SLS (Selective Laser Sintering) z materiałów na bazie proszków poliamidu - PA, znamienne tym, że urządzenie (4) składa się z komory (3) z przestrzenią roboczą, poniżej której jest: pojemnik zasobnika substancji aktywnej i element grzewczy (6) oddzielony od przestrzeni roboczej ruchomą przesłoną (7) oraz wyciąg oparów (8) z kanałem wentylacyjnym.