Светоотверждающая печь
Настоящее изобретение относится к светоотверждающей печи (1; 100), содержащей: светоотверждающую камеру (2), выполненную с возможностью помещения в нее одного или нескольких изделий (А), подлежащих светоотверждению; источник (3) светоотверждающих лучей, расположенный внутри светоотверждающей камеры (2); вакуумный насос (4), имеющий по меньшей мере один всасывающий канал (5), сообщающийся с указанной светоотверждающей камерой (2); средство (6; 106) перемещения, обеспечивающее перемещение указанных изделий (А) во время процесса светоотверждения. При этом указанное средство (6; 106) перемещения содержит электродвигатель (7; 107), имеющий приводной вал (8), механически связанный со средством (9), обеспечивающим опору для указанных изделий (А), подлежащих светоотверждению, причем указанный электродвигатель (7; 107) и указанный приводной вал (8) выполнены так, что они определяют для указанных изделий (А) горизонтальную ось (X) вращения. Указанное средство (6; 106) перемещения также содержит средство (10; 110) для приведения изделий (А) в колебательное движение во время их вращения. Техническим результатом изобретения является получение равномерной толщины покрытия на светоотверждаемом изделии. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к печи для светоотверждения смол.
В частности, печь согласно настоящему изобретению пригодна для светоотверждения смол, наносимых на поверхности изделий, изготавливаемых в ходе стереолитографического процесса.
Общеизвестно, что для улучшения эстетического вида изделия, изготавливаемые в ходе стереолитографического процесса, покрывают слоем светоотверждаемой смолы, которая после светоотверждения делает поверхность изделий более гладкой и равномерной.
Согласно известным из уровня техники решениям, данная обработка предусматривает покрытие поверхности изделий слоем светоотверждаемой смолы и последующую обработку покрытых указанным образом изделий внутри светоотверждающей камеры в присутствии поля светоотверждающих лучей, например, одной или нескольких ламп, испускающих ультрафиолетовое излучение.
Альтернативно, слой светоотверждаемой смолы, покрывающий поверхность изделий, может также включать в себя смачивающую жидкость, самопроизвольно возникающую в ходе стереолитографического процесса, используемого для изготовления изделий.
Светоотверждающая печь также содержит вакуумный насос с всасывающим отверстием, сообщающимся со светоотверждающей камерой, а также электродвигатель, обеспечивающий вращательное движение изделий, подлежащих обработке, относительно, по существу, вертикальной оси вращения.
Во время обработки вращательное движение, сообщаемое изделиям посредством электродвигателя, способствует равномерному воздействию ультрафиолетовых лучей на все участки поверхностей изделий для получения оптимального светоотверждения смолы, покрывающей их.
Кроме того, одновременные условия вакуума, создаваемые внутри светоотверждающей камеры, способствуют выделению газов из смолы, что обеспечивает более плотное и равномерное покрытие и улучшает процесс светоотверждения.
Однако раскрытые выше печи, известные из уровня техники, имеют ряд общепризнанных ограничений и недостатков.
Первый из указанных недостатков состоит в том, что из-за вращения изделий относительно вертикальной оси вращения при их вращении смола, покрывающая изделия, начинает стекать под действием силы тяжести на дно камеры обработки и утолщается в направлении самых низких частей изделий.
Это происходит, например, в устройствах, тип которых раскрыт в патенте DE 202007004266 U1. В данных известных устройствах изделия установлены с возможностью вращения вокруг вертикальной оси.
Другой из упомянутых выше недостатков заключается в том, что удаление газа приводит к образованию пор в смоле, в результате чего после завершения обработки она имеет матовый вид.
Ограничение, возникающее в результате этого последнего недостатка, состоит в том, что применение известных печей делает невозможным получение глянцевых поверхностей, которые могут быть обеспечены только посредством механической полировки с использованием абразивных материалов.
Однако механическая полировка с использованием абразивных материалов накладывает еще одно ограничение, поскольку она неприменима в отношении внутренних частей изделий, доступ к которым затруднен или даже невозможен.
В патенте US 2014/0013719 А1 раскрыта печь для отверждения изделий, которые опираются на держатели, установленные с возможностью вращательного движения по типу «чертова колеса», то есть наподобие вращательного движения относительно горизонтальной оси. Однако согласно данному техническому решению обработка не происходит в условиях вакуума.
Кроме того, из патента US 5135686 известен способ непрерывного отверждения.
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы устранить все перечисленные выше недостатки и ограничения.
В частности, первая задача настоящего изобретения состоит в обеспечении светоотверждающей печи, в которой в ходе светоотверждения смола, подлежащая светоотверждению и покрывающая изделия, менее подвержена стеканию на дно светоотверждающей камеры.
Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить, во время светоотверждения, равномерное распределение смолы по всей поверхности изделий.
Кроме того, еще одна задача настоящего изобретения, необязательно последняя, состоит в том, чтобы предлагаемая печь позволяла получать изделия с гладкой и глянцевой поверхностью.
Перечисленные выше задачи решены посредством светоотверждающей печи с признаками, раскрытыми в независимом пункте формулы, ссылка на который дана ниже.
Другие признаки предлагаемой печи и способа светоотверждения, осуществляемого посредством указанной печи, изложены в зависимых пунктах формулы.
Предлагаемая печь преимущественно позволяет получать изделия с поверхностными покрытиями, имеющими более равномерную толщину по сравнению с покрытиями, обеспечиваемыми известными из уровня техники светоотверждающими печами.
Более того, обеспечена возможность получения изделий, имеющих глянцевую поверхность, без необходимости выполнения какой-либо механической полировки с использованием абразивных материалов.
Также возможно получение изделий, которые предпочтительно имеют глянцевые поверхности даже на внутренних частях изделий, которые являются недоступными и, соответственно, не могут быть отполированы с использованием абразивных материалов.
Перечисленные выше задачи и преимущества станут более понятными из приведенного ниже описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, представленных в качестве неограничивающих примеров, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 в аксонометрии показана печь согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2 и 3 на виде спереди изнутри показана печь с фиг. 1.
На фиг. 4 на виде спереди изнутри показана печь согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Предлагаемая в настоящем изобретении светоотверждающая печь показана в аксонометрии на фиг. 1, а также на видах изнутри на фиг. 2 и 3, при этом на чертежах она обозначена, в целом, позиционным номером 1.
На фиг. 2 видно, что указанная печь имеет конструкцию 1а, внутри которой образована светоотверждающая камера 2, оснащенная закрываемым люком 2а и выполненная с возможностью размещения в ней одного или нескольких изделий А, покрытых смолой, подлежащей светоотверждению.
Внутри светоотверждающей камеры 2 предусмотрен источник 3 светоотверждающих лучей, предпочтительно, но необязательно, закрепленный на потолке 2b светоотверждающей камеры 2 и содержащий одну или несколько ламп, испускающих ультрафиолетовые лучи, например таких, которые представлены на рынке.
Таким образом, внутри светоотверждающей камеры 2 создается светоотверждающее поле, в которое погружают изделия А.
Конструкция 1а, образующая печь 1 согласно настоящему изобретению, имеет, по существу, форму параллелепипеда, хотя в других вариантах осуществления настоящего изобретения она может иметь любую другую форму.
Кроме того, источник 3 светоотверждающих лучей может также отличаться по типу от ультрафиолетовых ламп, представленных на рынке.
Конструкция 1а включает в себя вакуумный насос 4 с всасывающим каналом 5, сообщающимся со светоотверждающей камерой 2, а также средство 6 для перемещения изделий А во время процесса светоотверждения.
Согласно настоящему изобретению средство 6 перемещения содержит электродвигатель 7 с приводным валом, механически связанным со средством 9, служащим опорой для изделий А, подвергаемых светоотверждению, причем электродвигатель 7 и приводной вал 8 выполнены так, чтобы обеспечить возможность поворота изделий А относительно, по существу, горизонтальной оси X вращения.
Опорное средство 9 может быть другим и зависит от типа изделий А, подвергаемых светоотверждению.
В рассматриваемом случае, приведенном лишь в качестве примера и проиллюстрированном на фиг. 1-3, изделия А представляют собой кольца из смолы и поддерживаются опорным средством 9, содержащим пластину 9а, соединенную с приводным валом 8 электродвигателя 7, и множество захватных элементов 9b, прикрепленных к пластине 9а, каждый из которых служит опорой для одного изделия А.
Очевидно, что форму и размер опорного средства можно менять для соответствия различным типам изделий, в частности для соответствия изделиям различных размеров и форм.
Функционально, печь согласно настоящему изобретению используют для отверждения смолы, покрывающей поверхность изделий А, для обеспечения гладкости и однородности поверхности.
Для этого поверхность изделий А покрывают светоотверждаемой смолой, которую наносят распылением или погружением, или с помощью других способов.
Альтернативно, как упомянуто выше, слой светоотверждаемой смолы, покрывающий поверхность изделий, может включать в себя смачивающую жидкость, самопроизвольно возникающую в ходе стереолитографического процесса, используемого для изготовления указанных изделий.
Каждое изделие А располагают внутри светоотверждающей камеры, в которой оно связано с опорным средством 9 и, в данном конкретном случае, с каждым соответствующим захватным элементом 9b.
Далее, закрывают люк 2а светоотверждающей камеры 2, включают источник 3 светоотверждающих лучей и запускают вакуумный насос 4 и электродвигатель 7.
Во время вращения вокруг горизонтальной оси X все части каждого изделия А подвергаются, в течение одинакового количества времени, воздействию светоотверждающих лучей источника 3, что обеспечивает полное и равномерное светоотверждение смолы на всех частях поверхности изделия А.
Кроме того, скорость вращения электродвигателя 7 можно регулировать до значения, при котором время, необходимое каждому изделию А для совершения половины оборота, меньше времени, которое необходимо покрытию из смолы для отсоединения под действием силы тяжести, в результате чего можно избежать стекания смолы на дно 2b светоотверждающей камеры 2 и, тем самым, обеспечить решение одной из задач настоящего изобретения.
И наконец вращение изделий А относительно горизонтальной оси X предотвращает возникновения зон, в которых скапливается смола, благодаря чему удается решить еще одну задачу настоящего изобретения, заключающуюся в получении светоотвержденных покрытий равномерной толщины.
Поскольку светоотверждение происходит в условиях вакуума, удается решить также задачу, заключающуюся в получении плотного и равномерного поверхностного покрытия на изделиях, поскольку содержащиеся в них газы отводятся.
Таким образом, получаемая поверхность является гладкой и имеет равномерную толщину, однако она имеет шелковистый вид из-за наличия микропузырьков, возникающих за счет газов, которые самопроизвольно выходят из смолы во время процесса светоотверждения в результате отрицательного давления внутри светоотверждающей камеры 2.
Для того чтобы устранить указанный недостаток и создать блестящее поверхностное покрытие на изделиях, важно исключить микропузырьки, образующиеся при непрерывном уплотнении покрытия из смолы на изделиях А во время процесса светоотверждения.
Для этого, как показано на фиг. 2, средство 6 перемещения также содержит средство 10, обеспечивающее колебания изделий А, причем указанное средство 10 содержит один или несколько пьезоэлектрических преобразователей 11 известного типа, представленных на рынке, причем они связаны с основанием 7а электродвигателя 7 или с основанием 1b конструкции 1а печи 1, как показано на фиг. 3.
Указанное колебательное средство может также содержать ультразвуковые генераторы, связанные с основанием 7а электродвигателя 7 или с основанием 1b конструкции 1а печи 1.
Другой предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения представлен на фиг. 4 и обозначен, в целом, позиционным номером 100, причем можно видеть, что он имеет очевидные отличия от раскрытого ранее варианта осуществления, которые заключаются в том, что средство 106 перемещения содержит шаговый электродвигатель 107 и колебательное средство 110, содержащее электронные средства 112 управления, оснащенные программируемым логическим устройством и обеспечивающие работу шагового электродвигателя 107 с заданием вращательного движения.
Вращательное движение может включать в себя множество вращений, выполняемых в одном и том же направлении вращения, или же указанное вращательное движение может включать в себя множество вращений, выполняемых в противоположных направлениях вращения.
Во всех раскрытых вариантах осуществления настоящего изобретения колебательное движение уплотняет покрытие из смолы на изделиях, поскольку оно вызывает разрыв микропузырьков, образуемых за счет газов при их самопроизвольном выделении из смолы в условиях вакуума внутри светоотверждающей камеры 2.
В результате, в конце процесса светоотверждения, поверхность изделий будет глянцевой, что позволит решить еще одну задачу настоящего изобретения.
Таким образом, комбинирование колебательного движения изделий А с их вращением относительно оси X позволяет получать поверхностные покрытия, которые помимо того, что имеют равномерную толщину по всей поверхности изделия, являются гладкими и плотными и подвергаются равномерному светоотверждению, они также имеют глянцевый внешний вид, в отличие от изделий, обработанных в известных из уровня техники светоотверждающих печах.
Таким образом, возможно получение изделий с глянцевой поверхностью без необходимости выполнения какой-либо ручной полировки с использованием механических абразивных средств.
При этом глянцевая поверхность обеспечивается на всех частях изделий А, даже на внутренних частях изделий, недоступных для механических полировочных средств.
Предлагаемая в настоящем изобретении светоотверждающая печь по существу позволяет осуществить способ светоотверждения, включающий в себя следующие этапы:
- покрывают поверхность изделий, подлежащих обработке, слоем светоотверждаемой смолы;
- располагают изделия внутри светоотверждающей камеры;
- создают внутри светоотверждающей камеры поле светоотверждающих лучей;
- создают внутри светоотверждающей камеры вакуум;
- сообщают изделиям внутри светоотверждающей камеры вращательное движение относительно по существу горизонтальной оси вращения.
Кроме того, указанный способ может предусматривать одновременное колебание изделий.
Таким образом, из приведенного выше описания становится очевидным, что предлагаемая в настоящем изобретении светоотверждающая печь позволяет решить поставленные выше задачи и обеспечивает указанные преимущества.
Любые модификации или изменения светоотверждающей печи, а также способа светоотверждения, не выходящие за пределы объема пунктов прилагаемой формулы изобретения, следует рассматривать как подпадающие под защиту настоящего изобретения.
1. Светоотверждающая печь (1; 100), содержащая:
светоотверждающую камеру (2), выполненную с возможностью помещения в нее одного или нескольких изделий (А), подлежащих светоотверждению;
источник (3) светоотверждающих лучей, расположенный внутри указанной светоотверждающей камеры (2);
вакуумный насос (4), имеющий по меньшей мере один всасывающий канал (5), сообщающийся с указанной светоотверждающей камерой (2);
средство (6; 106) перемещения, обеспечивающее перемещение указанных изделий (А) во время процесса светоотверждения,
отличающаяся тем, что указанное средство (6; 106) перемещения содержит по меньшей мере один электродвигатель (7; 107), имеющий приводной вал (8), механически связанный с опорным средством (9), обеспечивающим опору для указанных изделий (А), подлежащих светоотверждению, причем указанный электродвигатель (7; 107) и указанный приводной вал (8) выполнены так, что они определяют для указанных изделий (А) горизонтальную ось (X) вращения.
2. Светоотверждающая печь (1; 100) по п. 1, отличающаяся тем, что указанное средство (6; 106) перемещения содержит также колебательное средство (10; 110), обеспечивающее колебания указанных изделий (А).
3. Светоотверждающая печь (1) по п. 2, отличающаяся тем, что указанное колебательное средство (10) связано с основанием (7а) указанного электродвигателя (7).
4. Светоотверждающая печь (1) по п. 2, отличающаяся тем, что указанное колебательное средство (10) связано с основанием (1b) конструкции (1а) указанной печи (1).
5. Светоотверждающая печь (1) по любому из пп. 2-4, отличающаяся тем, что указанное колебательное средство (10) представляет собой один или несколько пьезоэлектрических преобразователей (11).
6. Светоотверждающая печь (1) по любому из пп. 2-4, отличающаяся тем, что указанное колебательное средство содержит ультразвуковые генераторы.
7. Светоотверждающая печь (100) по п. 2, отличающаяся тем, что указанный электродвигатель (107) представляет собой шаговый электродвигатель, а указанное колебательное средство (110) содержит электронные средства (112) управления, оснащенные программируемым логическим устройством и обеспечивающие работу указанного шагового электродвигателя (7).
8. Светоотверждающая печь (100) по п. 7, отличающаяся тем, что указанный шаговый электродвигатель выполнен с возможностью осуществления множества вращений, выполняемых в одном и том же направлении вращения.
9. Светоотверждающая печь (100) по п. 7, отличающаяся тем, что указанный электродвигатель выполнен с возможностью осуществления множества вращений, выполняемых в противоположных направлениях вращения.
10. Светоотверждающая печь (1; 100) по любому из пп. 1-4, 7-9, отличающаяся тем, что указанный источник (3) светоотверждающих лучей содержит один или более источников ультрафиолетового излучения.
11. Способ светоотверждения светоотверждаемых смол, покрывающих поверхность изделий, расположенных внутри светоотверждающей камеры светоотверждающей печи, причем указанный способ включает в себя следующие операции:
покрывают поверхность указанных изделий слоем указанной светоотверждаемой смолы;
располагают указанные изделия внутри указанной светоотверждающей камеры;
создают внутри указанной светоотверждающей камеры поле светоотверждающих лучей;
создают внутри указанной светоотверждающей камеры вакуум;
сообщают указанным изделиям вращательное движение внутри светоотверждающей камеры;
отличающийся тем, что вращение указанных изделий происходит относительно горизонтальной оси вращения.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что во время вращения указанные изделия приводят в колебательное движение.
