SE520732C2 - Arrangemang, anordning, metod, produkt och användning vid företrädesvis i titanpulver uppbyggt ämne - Google Patents

Description

25 30 520752 . . . . 1 = befintliga tillverkningsnoggrannheter. Föreliggande uppfinning har som huvudändamål att lösa bl.a. denna problematik. Dessutom kan det föreligga önskemål om att förbättra ifrågavarande produkt från hållfasthetssynpunkt. I enlighet med uppfinningens idé skall ovanstående uppnås genom tätare sammanpressning av pulverrnaterialet, vilket i sin tur kan väsentligt reducera och förenkla sintringen. Krympningen kan minskas och bättre geometristabilitet kan erhållas. I föreliggande fall åstadkommes en tätare initial sam- manpressning av pulverkornen med hjälp av slagkompaktering. Emellertid kan befintliga arrangemang, metoder och anordningar inte utnyttjas utan att väsentliga åtgärder i enlig- het med uppfinningen måste vidtas. Så t.ex. är den kända maskinen för höghastighets- kompaktering inte direkt användbar eftersom den hitintills har kunnat anses arbeta med endast tvådimensionell energiöverföring till den produkt som skall framställas. I fallet med tredimensionella kroppar i enlighet med föreliggande uppfinning krävs att en isostatpressningsfunktion eller isostatpressverkan för kroppama måste föreligga. Förelig- gande uppfinning har till ändamål att möjliggöra utnyttjandet av en tvådimensionell över- föring till en tredimensionell påverkan av pulvermaterialet i formen så att sammanpress- ningen blir homogen i produktens samtliga delar. Energin måste således kunna komma åt och fördelas runt hela den tredimensionella produkten och inte endast appliceras rakt ovanifrån, allt i syfte att sprida förtätningen runt hela stansen och göra att kompakte- ringen blir likforrnig.

Det föreligger även önskemål om att kumia arbeta med en kontinuerlig sintringsfunktion.

Tidigare använd vakuum-metod med sintringstider om 6-7 timmar medför att ett stort antal sammanpressade och ännu ej sintrade produkter måste ansamlas i ett gemensamt sintringssteg. Felexemplar har varit svåra att effektivt separera under hand. Uppfin- ningen löser även detta problem med hjälp av väsentligt reducerade sintringstider i ugn eller sintring i enbart skyddsgaser.

Det som huvudsakligen kan anses vara kännetecknande för ett arrangemang enligt upp- flnningen är att den inledningsvis omnämnda första utrustningen innefattar en vid slag- kompaktering arbetande maskin och att nämnda form eller formar är anordnad respektive anordnade att med páfyllt utgångspulver i utrymmet motta ett eller flera av slagorgan i 10 15 20 25 30 =. .tu 520752 maskinen effektuerade slag och i beroende av slaget eller slagen åstadkomma en isostat- verkan under den utövade sammanpressningen eller kompakteringen.

I vidareutvecklingar av uppfinningstanken innefattar formen över- och underformar anordnade applicerbart i en urtagning i en dyna/matris. Över- och underforrnama kan därvid vara anordnade med ett första utrymme för stansens inplacering eller lägespla- cering. Åtminstone den ena formen av över- och underformarna uppvisar ett andra utrymme för pulvret och över- och underformarna kan vidare vara anordnade samverk- bart i nämnda urtagning i dynan eller matrisen med övre och undre stämplar eller med en stämpel respektive ett stöd via sina ändytor. Vid aktiveringen av stämplarna mot var- andra, alternativt vid aktiveringen av stämpeln mot stödet, sker en väsentligen likforrnig pressning av pulvret mot stansens hela ytteryta. Ytterligare vidareutvecklingar av uppfin- ningstanken framgår bl.a. av underkravet till ifrågavarande arrangemang.

Det som huvudsakligen kan anses vara kännetecknande för en anordning för att väsentligt minska eller eliminera sintringsbehovet är att ärrmet medelst slagkompaktering med hög energi per tidsenhet erhåller och uppvisar en väsentlig densitet, varvid härvid menas densiteter om 90 % eller högre.

En metod av uppfinningen kännetecknas bl.a. av framtagning eller utväljning av stans eller kuts med ytterforrn hänförbar till ämnets innerform. I efterföljande steg appliceras stansen och utgångspulvret i innerutrymme i en form bestående av elastiskt material samt applicering av formen med stansen och utgångspulvret i en slagkompakteringsmaskin. I denna överföres hög energi per tidsenhet till formen i maskinen och den överförda energin fördelas medelst isostatfunktion eller isostatverkan som åstadkommes medelst formens och stansens uppbyggnader och arrangemang. Slutligen kännetecknas den nya metoden av sintring av det sammanpressade pulvret under en förhållandevis kort tid, företrädesvis en tid av 1/2-2 timmar, i en sintringsanläggning som arbetar med eller utan vakuum-funktion. 10 15 20 25 30 i ~ A . r n 520752 En produkt enligt uppfinningen kännetecknas huvudsakligen därigenom att ifrågavarande ämne uppvisar en hög densitet, t.ex. en densitet om 90% eller högre. Företrädesvis är densiteten vald inom området 95-99,5%.

En användning enligt uppfinningen kännetecknas av att en hög energi per tidsenhet effektuerande slagkompakteringsmaskin användes för sammanpressningen eller kompak- teringen av pulvret i anslutning till framställningen av ifrågavarande ämne till hätta eller annan människokroppsrelaterad produkt.

Genom det i ovanstående föreslagna kan ändamålsenliga hättor eller motsvarande fram- ställas med hjälp av slagenergier som kan vara 1200 Nm eller högre. Olika antal slag kan därvid användas vid framställningen av symmetriska titanhättor. Så t.ex. kan l, 2, osv. slag utnyttjas, varvid man har möjlighet att variera slagenergin. Genom uppfinningen blir det möjligt att ta fram väl kompakterade produkter på ett snabbt och potentiellt billigare sätt än vad som varit möjligt tidigare. Tidigare genetiskt använda kroppar, t.ex. hättor, kan tillverkas med tidigare i sammanhanget använt titamnaterial, se den i inledningen omnämnda PCT-ansökan. I anslutning till slagkompakteringsmaskinen kan i det utrymme som gummiformen och ifrågavarande stämplar arbetar i utnyttjas rörelse- eller glidbefrämjande medel, t.ex. vaselin, Castrol APS2, osv. användas. Prov har visat att hättor av angivet slag kan framställas som homogena kroppar med 1500 Nm x 1 slag. Efiersträvad fórtätriing i titankroppen erhölls runt hela stansens yta.

I nedanstående skall uppfinningen beskrivas förverkligad i ett arrangemang, en anord- ning, en metod, en produkt och en användning med samtidig hänvisning till bifogade ritningar där figur 1 i vertikalsnitt visar delar av en delvis känd slagkompakteringsmaskin för- sedd med form innefattande stans och pulver för ämne till en hätta (tand- hätta), 10 15 20 25 30 520732 2 s « f s . figur 2 i vertikalsnitt visar en konkret uttöringsforrn av ämne till hätta kompakte- rat titanpulver i anslutning till delar av en distans, varvid en energinivå om 1500 Nm och tre slag utnyttjats, figur 3 i vertikalsnitt visar en andra utforingsform av ett motsvarande ämne och stans där en rörelseenergi om 1800 Nm utnyttjats i anslutning till två slag, figur 4 i vertikalvy visar en tredje utforingsfonn av en motsvarande hätta och stans där en energi om 1500 Nm utnyttjats tillsammans med ett slag, och figur 5 i vertikalvy och principiellt visar framställning av ett bearbetningsbart ämne till en hätta.

I figuren 1 är en stans eller kuts som anger tandhättans innergeometri visad med 1. Stan- sen kan vara tillverkad i aluminium AA 6262. Data for ett dylikt material är i och för sig kända och skall därför inte beskrivas närmare här. I figuren 1 visas även en underform eller en forsta form med 2. Formen är utförd i silikon med beteckningen DG-A-Sil (DUBLISIL 15), vilket som känt är ett tandteknikermaterial. Data om ett dylikt material är även väl förut känt och skall inte beskrivas här. En med underformen eller den forsta formen samverkbar överform eller andra form är angiven med 3. Den andra formen har samma material som den forsta formen. En i maskinen ingående övre stämpel är angiven med 4 och är tillverkad av Vanadis 30, Uddeholm. En nedre stämpel 5 är utford i motsvarande material som den övre stämpeln. Den forsta formen 2 samverkar med sin ändyta 2a med en ovanyta 5a på den undre stämpeln. Pâ motsvarande sätt samverkar den övre formen 3 med en ovanyta 3a med en undre ändyta 4a på den övre stämpeln.

Maskinen innefattar även en dyna eller matris 6 som utgöres av en hårdmetallinsats av Wolfram-carbid/kobolt-legering med påkrympt ring. Med 7 anges en distansring som kan ses som en del av maskinens stödplatta och som användes i detta exempel. Dynan eller matrisen är försedd med en urtagning 6a, i vilken forrnama 2 och 3 och stämplarna 4 och 5 är anordnade. För att tillforsäkra erforderlig glidfunktion i urtagningen 6a kan i denna i anslutning till formarna och stämplarna glidbefrämjande medel av i och for sig känt slag, jämför ovan, användas. Stämplarna kan vara rörliga i riktning mot och från 10 15 20 25 30 520752 , . » § . v varandra och vid applicering av formen med inutivarande stans och pulver kan t.ex. stämpeln 4 avlägsnas helt från urtagningen 6a och formen 2, 3 appliceras. I figuren 1 har angivits krafter F, F', medelst vilka energin från stämplama överföres till formen 2, 3 och den inutiliggande stansen 1. Vid kompakteringen tryckes det elastiska materialet i över- och underfonnarna mot stansen med pulvret mellanliggande. Underformen 2 är försedd med en urtagning 2b, i vilken stansens nedre delar la är placerade. Pâ motsvarande sätt är överfonnen försedd med en urtagning 3b. Ett formutrymme 8 erhålles mellan unagningens 3b vägg och stansens ifrågavarande ytterytor lb och en ovanyta lc. Stansen är försedd med en intagning eller midjeform ld och stansens överdel, vars ytterytor lb och lc bildar hättans innerutrymme övergår till stansens nedre delar la via en fläns lf. Även flänsen är försedd med en intagning lg vid sina mittre delar. Stansens ytteryta lb är svagt konad för att möjliggöra en efterföljande släppnings- funktion mellan stansen och det av pulver bildade ämnet. Prov har visat att den visade utfornmingen möjliggör att formen och stansen kan arbeta med isostatverkan där pulvret pressas med den från stämplama 4, 5 eller maskinen överförda energin på ett likformigt sätt runt hela stansen. I ett utföringsexempel har gummiformarna en diameter av ca 25 mm och en total höjd av ca 50 mm. Stansen har en höjd av ca 25 mm eller en höjd som är ca hälften av gummiforrnamas höjd. Stansens lagringsdel, dvs. den del av stansen som gränsar mot pulvret, i aktuell formuttagning har en höjd av ca 10 mm och en diameter av ca 10 mm. Flänsens höjd är 4 mm och flänsens diameter är ca 16 mm. Flänsen kan även anses vara något förskjuten i tvärsnittsplanet relativt lagringsdelen. Stansens överdel som också gränsar mot pulvret och som uppbär den innerforrngivande ytan på ämnet har tilldelats lämplig höjd och diameter för ämnets innerform. Formutrymmet för pulvret väljes även i beroende av stansens utfomining. Gummiformarnas väggar runt stansen och formutrymmet väljes även i beroende av maskinens slagenergi, antal slag m.m.

Väggtjocklekama över och under stansen överstiger Väggtjocklekarna vid sidan av SÉHIISCII .

Slagenergin från stämplama skall överstiga 900 Nm och väljes företrädesvis inom områ- det l200-1800 Nm. Forrnarna skall uppvisa en stor mjukhetsgrad och t.ex. vara utförda med ett shoretal inom området 10-40, varvid företräden föreligger för området 15-20.

Resultatet av energiöverföringen medför att det kompakterade ämnet kan tilldelas en hög 10 15 20 25 30 520732 densitet. Företrädesvis skall denna densitet överstiga ca 95%. Titanpulvret som i föreliggande fall har en vikt av ca 3 g består av Wah Chang HP (eller CP) - 325 Mech. I figuren 1 har de olika delarnas längder angivits med L som kan vara ca 160 mm, L1 som kan vara 80 mm, L2 som kan vara 90 mm, L3 som kan vara 20 mm och L4 som kan vara 30 mm. Delarnas 6 och 7 ytterdiametrar D är ca 200 och stämplarnas diametrar Dl är ca 25. Fonnen 2, 3 och stämplama 4 och 5 kan uppvisa cirkulära tvärsnitt.

Beträffande konstorlekar på pulvret, densiteter, m.m. hänvisas även till ovanstående och nämnda PCT-ansökan.

I figuren 2 har ifrågavarande ämne av sammanpressat pulver angivits med 9. I figuren 2 har även stansens övre delar le visats. Figuren härstammar från ett utfört prov, vid vilket en energi om 1500 Nm utnyttjades. Antalet slag var i detta fall tre.

Figuren 3 visar ett fall där kroppen eller ämnet 9' pressats mot stansdelen le” med en energi av 1800 Nm, varvid pressnings- eller slagförloppet utfördes med två slag.

Figur 4 visar ett tredje utföringsexempel med ämnet 9” och stansdelen le” där en energi av 1500 Nm med ett slag användes. Det skall härvid bemärkas att samtligt pulvermaterial i ämnet inte behöver kompakteras maximalt i fall där man förutser partier som ej skall ingå i den slutliga formen för hättan eller motsvarande.

I fallen enligt figurerna 2, 3 och 4 kan man erhålla ett ämne med väsentlig densitet i använt pulver, företrädesvis en densitet vald inom området 95-99,5%.

Figuren 5 avser att visa en metod där ett ämne till en hätta frarntages. I ett första steg framtages eller utväljes en stans eller kuts 10 eller ll med en ytterform l0a respektive lla som är hänlörbar till ämnets innerform. Den utvalda stansen appliceras i formen som utgöras av det i ovanstående angivna elastiska materialet. I föreliggande fall förutsättes distansen 10 ha blivit utvald och applicerad i formen 12. Ett pulvermaterial, företrädesvis i titan 13 har placerats i aktuellt fonnutrymme som angivits med 14.

Formen 12 med stansen och pulvret appliceras i slagkompakteringsmaskinen 15 och efter kompakteringen är ämnet i detta skede vidhäftat stansen 10. I ett bearbetnings-steg kan 10 l5 4 | . . Ä, 520732 ämnet 16 därefier tilldelats sin slutliga ytterforrn genom bearbetning som principiellt visas med 17. Nämnda bearbetning kan ske på olika och vedertagna sätt, t.ex. medelst svarvning, fräsning, etc., jämför nämnda PCT-ansökan. Innerutrymmet 16a motsvarar ytterytan lOa pâ stansen, Avformningen 18 kan ske på i och fór sig känt sätt, t.ex. genom val av olika utvidgningskoefficienter i ämnet och stansen, se for övrigt också här nämnda PCT-ansökan. Efter avfornmingen överförs det färdiga ämnet (hättan) 16 till en sintringsanläggning.

Användningen vid ett ämne av hithörande slag kan således anses vara kännetecknande av att en slagkompakteringsmaskin som utvecklar stor energi användes för sammanpress- ningen eller kompakteringen av pulvret 13.

Uppfinningen är inte begränsad till den i ovanstående såsom uttöringsexempel visade utformningen utan kan underkastas modifikationer inom ramen för efterföljande patent- krav och uppfinningstanken.

Claims (13)

10 15 20 25 30 = . . . . . 520732 f . , , , , PATENTKRAV

1. Arrangemang för framtagning av i pulver, företrädesvis titanpulver, upp- byggt ämne till hätta eller annan människokroppsrelaterad produkt (distans, tandbro, implantat, etc.) och innefattande åtminstone en första utrustning för pulversammanpress- ning och åtminstone en andra utrustning med en eller flera elastiska formar med åtmin- stone ett utrymme fór stans (kuts) och i utgångsskedet använt pulver, här benämnt utgångspulver, k ä n n e t e c k n a t därav, att den första utrustningen innefattar en med slagkompaktering arbetande maskin, och att nämnda form eller formar är anordnad respektive anordnade att med påfyllt utgångspulver i utrymmet motta ett eller flera av slagorgan i maskinen effektuerade slag och i beroende av slaget eller slagen åstadkomma isostatfunktion under sammanpressningen/kompakteringen.

2. Arrangemang enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att maski- nen/dess slagorgan arbetar med hög slagenergi, varmed här avses energi(-er) över- stigande 900 Nm (Newtonmeter), t.ex. energi(-er) vald(-a) inom området 1200-1800 Nm.

3. Arrangemang enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att formen respektive forrnarna uppvisar stor mjukhetsgrad, och t.ex. uppvisar ett shoretal inom området 10-40, företrädesvis 15-20.

4. Arrangemang enligt patentkravet 1, 2 eller 3 k ä n n e t e c k n a t därav, att det kompakterade ämnet, hättan eller produkten uppvisar hög densitet, företrädesvis en densitet om 90% eller högre.

5. Arrangemang enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att formen respektive formerna innefattar eller består av silikon, eller liknande material. 10 15 20 25 30 520732 10

6. Arrangemang enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att stansen (kutsen) uppvisar ett intaget eller rnidjeformat parti.

7. Arrangemang enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att formen innefattar över- och underformar anordnade applicerbart i en urtagning i en dyna/matris, att över- och underformarna är anordnade med ett första utrymme för stansens lägesplacering, att åtminstone den ena formen av över- och underforrnarna upp- visar ett andra utrymme för pulvret, att över- och underformerna är anordnade sam- verkbart i nämnda urtagning med Övre och undre stämplar eller med en stämpel respek- tive ett stöd, via sina ändytor, och att vid aktivering av stämplarna mot varandra, altemativt vid aktivering av stämpeln mot stödet, väsentligen likforrnig pressning av pulvret mot stansens ytteryta är anordnad att ske.

8. Arrangemang enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att glidbe- främjande medel är applicerat i urtagningen för över- och underformama.

9. Anordning för att väsentligt minska eller eliminera sintringsbehovet för ämne innefattande eller bestående av pulvennaterial och avsett för hätta eller annan män- niskokroppsrelaterad produkt, t.ex. distans, tandbro, implantat, etc., k ä n n e t e c k- n a d därav, att ämnet medelst slagkompaktering med hög energi per tidsenhet uppvisar en väsentlig densitet, företrädesvis en densitet om 90% eller högre.

10. Metod för framtagning av i pulver utformat ämne till hätta eller annan människokroppsrelaterad produkt, k ä n n e t e c k n a d av följande tillverkningssteg a) framtagning eller utväljning av stans (kuts) med ytterform hänförbar till ämnets innerforrn, b) applicering av stansen och utgångspulver i innerutrymme till form i elastiskt mate- rial, 10 15 20 25 520732 - - ~ V <1 11 c) applicering av formen med stansen och utgångspulvret i en slagkompakterings- maskin, d) överföring av hög energi per tidsenhet till formen i maskinen, e) fördelning av den överförda energin medelst isostatfunktion som åstadkommes medelst formen, f) sintring av det sammanpressade pulvret under en förhållandevis kort tid, företrä- desvis en tid av 1/2-2 timmar, i en sintringsanläggning som arbetar med eller utan vakuum-funktion.

11. Produkt i form av ämne till hätta eller annan människokroppsrelaterad enhet, t.ex. distans, implantat, tandbro, etc., och innefattande sammanpressat pulver, töreträdevis titanpulver, k ä n n e t e c k n a d därav, att ämnet uppvisar en hög densi- tet, t.ex. en densitet om 90% eller högre.

12. Produkt enligt patentkravet ll, k ä n n e t e c k n a d därav, att densiteten är vald inom omrâdet 95-99,5%.

13. Användning vid ämne till hätta eller annan människokroppsrelaterad pro- dukt som innefattar eller består av sammanpressat eller kompakterat materialpulver, företrädesvis titanpulver, k ä n n e t e c k n a d därav, att en hög energi per tidsenhet effektuerande slagkompakteringsmaskin användes för sammanpressningen eller kompak- teringen av pulvret.