УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ СШИТЫХ ТРЕХМЕРНЫХ ПРОТОТИПОВ

Изобретение относится к области трехмерного прототипирования, в частности к устройствам для создания трехмерных прототипов.

Известно устройство для изготовления трехмерных прототипов, включающее устройство подачи полимера с винтовой подачей полимерного филамента, которая перемещается в трехмерных координатах по заранее заданному алгоритму [Патент США №7897074, кл. В29С 41/02; В29С 41/46; В29С 41/52; опубл/01.03.2011].

К недостаткам данного устройства для изготовления трехмерных прототипов следует отнести невозможность осуществления построения трехмерных прототипов с использованием двух компонентных полимеров.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для изготовления трехмерных прототипов, включающее устройство подачи полимеров, состоящего из экструзионной головки, способную осуществлять построение трехмерных прототипов с использованием двух- и трехкомпонентных полимеров [Патент США №2009/0295032, кл. В28В 1/14; В28В 1/14; опубл. 03.12.2009]. Применение устройства подачи полимера для нанесения материала позволяет осуществлять построение трехмерных прототипов с использованием различных полимерных материалов, которые сшиваются под действием УФ-облучения.

Недостатком этого устройства для изготовления трехмерных прототипов является невозможность осуществления построения трехмерных прототипов путем комбинирования реактопластов или растворов термопластов, а также необходимость применения при построении трехмерных прототипов УФ-облучения.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: создание устройства для изготовления трехмерных прототипов, способного осуществлять создание трехмерных прототипов с использованием в качестве расходного материала реактопластов или растворов полимеров с возможностью осуществления построения трехмерных прототипов без использования УФ-облучения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для изготовления трехмерных прототипов содержит микроконтроллерный блок управления, устройство позиционирования в трехмерных координатах, нагревательную платформу, вентилируемую термокамеру, содержащую специальную устройство смешения и подачи полимера. Специальное устройство подачи раствора полимера включает в себя линейные плунжерные экструдеры, картриджи для растворов полимеров, термостатируемые трубки, нагревательный блок, печатную головку, систему клапанов. Устройство подачи раствора полимера позволяет использовать в качестве полимерного материала для создания трехмерных прототипов реактопласты (эпихлоргидрин / диэтилентриамин, эпихлоргидрин / 2-метилимидазол, алифатические нефтеполимерные смолы фракции С5 / BF₃, сольванафта / AlCl₃, полиэтиленгликольфумарат / метилметакрилат / тиомочевина / третбутилпероксид и др.) или растворы полимеров (полиэтилентерефталат, полиуретан, полиамид-6, полиакрилонитрил, поликарбонат, полибутилентерефталат, фторопласт-32Л-Н, пиолоформ F, поливиниленкарбонат, полиацеталь, поли-2-винилпиридин, поли-4-винилпиридин и др.).

На фиг. 1 показано устройство для изготовления трехмерных прототипов (изометрия), на фиг. 2 - устройство подачи полимерного материала, на фиг. 3 - устройство смешения и предобработки полимера.

Устройство для изготовления трехмерных прототипов включает в себя микроконтроллерный блок управления 1, устройство подачи полимерного материала 2, устройство позиционирования в трехмерных координатах 3, нагревательную платформу 4, на которой осуществляется построение трехмерных прототипов, вентилируемую термокамеру 5.

Устройство для изготовления трехмерных прототипов (фиг. 1) работает следующим образом. В микроконтроллерный блок управления 1 загружается программный комплекс устройства для изготовления трехмерных прототипов, в соответствии с которым устройство трехмерного позиционирования 3 перемещает нагревательную платформу 4, на которой осуществляется построение полимерных трехмерных прототипов. Построение трехмерных прототипов осуществляется путем подачи реактопластов или раствора полимера через устройство подачи полимерного материала 2.

Устройство подачи полимерного материала (фиг. 2) включает в себя: линейный плунжерный насос 6 с поршнем 6а и материальным цилиндром 6б, картридж для реактопластов или растворов полимеров 7, термостатируемые трубки 8, систему клапанов 9, устройство смешения и предобработки полимера 10.

Устройство подачи полимерного материала работает следующим образом: при движении поршня 6а плунжерного насоса 6 от положения А в положение Б происходит заполнение реактопластом или раствором полимера материального цилиндра 6б плунжерного насоcа 6 из картриджа для реактопласта или раствора полимера 7 по термостатируемым трубкам 8. В процессе построения трехмерных прототипов происходит программируемое движение поршня 6а положения А в положение Б и подача раствора полимера по термостатируемым трубкам 8 в устройство для смешения и предобработки полимера 10. Устройство подачи полимерного материала оснащено системой клапанов 9 предотвращающих обратное стекание полимера в картридж для реактопластов и растворов полимеров.

Устройство смешения и предобработки полимера (фиг. 3) включает в себя: двигатель смесительного устройства смешения 11, микролопастной смеситель 12, блок смешения 13, сопло 14.

Устройство смешения и предобработки полимера работает следующим образом: при поступлении в блок смешения 13 реактопласта или раствора полимера происходит их программируемое смешивание с помощью двигателя 11 и микролопастного смесителя 12. Смешанный и/или нагретый реактопласт или раствор полимера поступает в сопло 14.

Алгоритм генерирования G-кода в программной среде протекает следующим образом. В специально разработанную программную оболочку загружается 3D модель, для которой задаются условия создания трехмерного прототипа, геометрические характеристики трехмерного прототипа и на основе базы данных свойств растворов полимеров выбирается тип раствора полимера. В случае необходимости построения трехмерного прототипа из различных реактопластов или растворов полимера задаются дополнительные параметры переключения картриджей для подачи растворов полимеров. Далее в соответствии с заданными условиями генерируется G-код, учитывающий уменьшение наложенного полимерного слоя в результате усадки или испарения растворителя, который передается в микроконтроллерный блок управления.

Таким образом, устройство трехмерного прототипирования содержит, микроконтроллерный блок управления 1, устройство позиционирования в трехмерных координатах 3, нагревательную платформу 4, на которой осуществляется построение трехмерных прототипов, вентилируемую термокамеру 5, которая содержит устройство подачи полимерного материала 2. Устройство подачи полимерного материала 2 включает в себя линейный плунжерный насос 6 с поршнем 6а и материальным цилиндром 6б, картридж для реактопластов или растворов полимеров 7, термостатируемые трубки 8, систему клапанов 9, устройство смешения и предобработки полимера 10. Устройство смешения и предобработки полимера включает в себя двигатель смесительного устройства смешения 11, микролопастной смеситель 12, блок смешения 13, сопло 14. Устройство подачи раствора полимера 2 позволяет использовать в качестве полимерного материала для создания трехмерных прототипов реактопласты или растворы полимеров и позволяет осуществлять построения трехмерных прототипов без использования УФ-облучения.

По сравнению с наиболее близким аналогом, использование предлагаемого устройства для изготовления трехмерных прототипов позволяет осуществлять построение трехмерных прототипов с использованием реактопластов или растворов полимеров и исключить из процесса построения трехмерных прототипов УФ-облучение.