УЛУЧШЕННАЯ СТЕРЕОЛИТОГРАФИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2013 года по МПК B29C67/04 B29C43/18 B22F3/105 

Настоящее изобретение относится к стереолитографической машине, в частности, пригодной для быстрого прототипирования трехмерных объектов.

Стереолитографическая машина известного типа содержит прозрачную емкость, поддерживаемую пластиной, снабженной центральным отверстием, на нижней стороне которой имеется светоизлучатель.

Емкость содержит пластичную смолу, которая полимеризуется и, таким образом, затвердевает, если подвергается воздействию излучения, излучаемого упомянутым излучателем, которым предпочтительно является лазерный излучатель.

На вершине емкости размещен опорный элемент, к которому трехмерный объект остается прикрепленным во время его формирования.

Как известно, процесс изготовления трехмерного объекта имеет место за счет выборочного отверждения тонкого слоя смолы, прилегающего к дну емкости, под действием лазерного луча, который достигает упомянутого слоя смолы через имеющееся в пластине отверстие и прозрачное дно.

Опорный элемент последовательно поднимают для отсоединения отвержденного слоя от дна емкости для того, чтобы позволить другой жидкой смоле протекать ко дну емкости.

Вышеуказанные операции повторяют для множества последовательных слоев до завершения получения трехмерного объекта.

Заявитель по настоящему патенту обнаружил, что известные машины описанного выше типа имеют тот недостаток, что они не приспособлены к использованию так называемых "гибридных" смол, которые содержат разные компоненты различных типов наподобие, например, пластикового компонента, смешанного с керамикой, воском или другим непластиковым компонентом.

Следовательно, имеется неудобство, состоящее в том, что использование вышеуказанных гибридных смол в машинах известного типа отрицательно влияет на качество полученных объектов и увеличивает количество производственного брака.

Настоящее изобретение предназначено для преодоления вышеизложенного недостатка известного уровня техники.

В частности, задачей настоящего изобретения является обеспечение стереолитографической машины, которая содержит излучатель излучения, размещенный на нижней стороне емкости, и позволяет получать оптимальные результаты отверждения для любого типа смолы, включая так называемые гибридные смолы.

Эта задача решается посредством стереолитографической машины, сконструированной в соответствии с основным пунктом формулы изобретения.

После некоторых практических испытаний заявитель настоящего изобретения обнаружил, что в так называемых гибридных смолах, во время использования известной стереолитографической машины вышеописанного типа, различные компоненты разделяются и образуют агломераты в матрице смолы, делая ее неоднородной и препятствуя ее правильному отверждению.

Заявитель обнаружил, что, поддерживая смолу при соответствующей заданной температуре, возможно избежать разделения смолы, в то же время сохраняя ее однородной и получая ее оптимальное отверждение.

Для того чтобы поддерживать упомянутую заданную температуру, стереолитографическая машина, которая является предметом изобретения, содержит устройство, приспособленное для управления температурой пластины, которая поддерживает емкость со смолой.

Преимущественно поддержание пластины при заданной температуре означает поддержание также емкости и, следовательно, содержащейся в ней смолы при упомянутой заданной температуре за счет теплопроводности.

Дополнительные подробности стереолитографической машины, которая является предметом изобретения, описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Упомянутые задача и преимущество, вместе с другими, которые отмечены ниже, будут проиллюстрированы подробно в описании предпочтительного варианта осуществления изобретения, который приведен в качестве неограничивающего примера со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фигура 1 изображает аксонометрическую проекцию стереолитографической машины, которая является предметом изобретения;

фигура 2 изображает аксонометрическую проекцию машины по фигуре 1 под другим углом;

фигура 3 изображает вид спереди с частичным разрезом машины, изображенной на фигуре 1;

фигура 4 изображает частично разобранную деталь машины, изображенной на фигуре 3.

Стереолитографическая машина по изобретению, обозначенная в целом ссылочной позицией 1 на фигуре 1, содержит опорную пластину 2, связанную с емкостью 3, приспособленной для содержания текучего вещества, в частности, жидкой смолы 9, и снабженной прозрачным дном 3а.

Кроме того, как показано на фигуре 2, имеется источник 4 излучения, размещенный под опорной пластиной 2, излучение которого приспособлено для отверждения смолы 9 или другого эквивалентного текучего вещества.

Источник 4 излучения подает пучок излучения к емкости 3 через отверстие 2а, предусмотренное в опорной пластине 2, таким образом вызывая отверждение слоя 9 смолы, прилегающего ко дну емкости 3.

Источник 4 излучения предпочтительно, но не обязательно, излучает лазерный луч 4а и связан с функциональным блоком 11, приспособленным для смещения точки падения лазерного луча 4а на емкость 3 относительно двух взаимно ортогональных осей.

С другой стороны, очевидно, что в вариантах конструкции по изобретению источник 4 излучения может быть любого другого известного типа, например, зеркальной матрицей для проецирования двухмерного изображения на емкость 3.

Формируемый трехмерный объект 10 поддерживается поддерживающим элементом 12, связанным со средством 13 перемещения для того, чтобы перемещать поддерживающий элемент 12 в вертикальном направлении.

Описанные выше компоненты поддерживаются рамой, опирающейся на основание, не показанное на чертежах, но известное само по себе.

Согласно изобретению стереолитографическая машина 1 содержит блок 5 управления температурой, видимый на фигуре 2, приспособленный для поддержания опорной пластины 2 при заданной температуре.

Теплопроводность позволяет пластине 2 поддерживать также емкость 3 и, следовательно, содержащуюся в ней смолу 9 при той же самой заданной температуре.

Указанная выше температура может быть выбрана таким образом, чтобы предотвращать разделение различных компонентов смолы 9.

Блок 5 управления предпочтительно выполнен с возможностью поддержания пластины 2 при любой температуре, выбранной в пределах заданного интервала, так чтобы было возможно устанавливать условия, которые являются наиболее подходящими для различных типов смолы.

Таким образом, изобретение решает задачу создания стереолитографической машины 1, которая обеспечивает возможность использования любого типа смолы 9, без влияния на процесс отверждения.

Блок 5 управления температурой предпочтительно содержит одну пару нагревательных элементов 6, термически связанных с упомянутой опорной пластиной 2, в противоположных положениях относительно отверстия 2а.

Преимущественно, два нагревательных элемента 6 обеспечивают однородное распределение тепла по всей пластине 2 и, следовательно, по всей емкости 3.

Таким образом, очевидно, что в вариантах конструкции по изобретению число нагревательных элементов 6 может также быть равно только одному или более чем двум, в зависимости от потребностей изготовителя.

Блок 5 управления температурой предпочтительно также содержит датчик 7 температуры, термически связанный с пластиной 2.

Указанный выше датчик 7 температуры и нагревательные элементы 6 соединены при работе с блоком управления, не показанным здесь, но самим по себе известным, приспособленным для поддержания пластины 2 при постоянной температуре.

Датчик 7 температуры предпочтительно размещен в промежуточном положении между двумя нагревательными элементами 6 так, чтобы измерять среднюю температуру пластины 2, таким образом повышая точность регулирования.

Нагревательные элементы 6 предпочтительно, но не обязательно, являются электрическими сопротивлениями 6а и расположены в контакте с пластиной 2 так, чтобы достигать оптимального теплообмена, как показано на фигуре 3.

Упомянутый контакт может быть предпочтительно выполнен более эффективным за счет использования проводящей пасты, которая, преимущественно, позволяет компенсировать какие-либо дефекты контакта между нагревательным элементом 6 и пластиной 2.

Нагревательный элемент 6 предпочтительно размещен в углублении 14, относящемся к пластине 2, показанном в открытом состоянии в детали по фигуре 4.

Указанное выше углубление 14 предпочтительно снабжено крышкой 8, соединенной с возможностью отсоединения с пластиной 2 с тем, чтобы обеспечить возможность легкой сборки и/или замены нагревательного элемента 6.

Материал, использованный для опорной пластины 2, предпочтительно является алюминием или другим материалом с подобным механическим сопротивлением и теплопроводностью.

При работе емкость 3 наполняют жидкой смолой 9, после чего изготавливают трехмерный объект 10 с помощью известного способа, в соответствии с приведенным выше описанием.

Однако в отличие от того, что имеет место в машинах известного типа, согласно изобретению во время формирования объекта 10 блок 5 управления температурой поддерживает температуру пластины 2 на заданном значении.

Указанную выше заданную температуру выбирают в соответствии с типом используемой смолы 9 так, чтобы поддерживать однородность, необходимую для обеспечения ее отверждения.

Вышеизложенное ясно показывает, что описанная выше стереолитографическая машина решает поставленную задачу.

В частности, устройство управления температурой позволяет смоле поддерживаться при оптимальных условиях, избегая разделения ее компонентов и, таким образом, обеспечивая правильный процесс отверждения.

Во время сооружения машина, которая является предметом изобретения, может претерпевать изменения, которые, хотя и не проиллюстрированы на чертежах или не описаны здесь, будут тем не менее охватываться настоящим патентом, при условии, что они входят в объем формулы изобретения, которая приведена ниже.

В тех случаях, где технические признаки, указанные в каком-либо пункте формулы изобретения, сопровождаются ссылочными позициями, эти ссылочные позиции включены с исключительной целью повышения ясности изложения формулы изобретения, и, соответственно, такие ссылочные позиции не имеют никакого ограничивающего влияния на охрану каждого элемента, обозначенного в качестве примера такими ссылочными позициями.

Изобретение представляет собой стереолитографическую машину. Последняя содержит емкость (3), приспособленную для содержания текучего вещества и содержащую прозрачное дно (3a), опорную пластину (2), снабженную отверстием (2а) и предназначенную для размещения емкости (3) так, что прозрачное дно (3a) обращено к отверстию (2a), источник (4) излучения, размещенный под опорной пластиной (2) и приспособленный для подачи пучка излучения к прозрачному дну (3a) через отверстие (2a), а также блок (5) управления температурой, приспособленный для поддержания опорной пластины (2) при заданной температуре. Технический результат, достигаемый при использовании машины по изобретению, заключается в том, чтобы обеспечить повышение качества получаемых изделий. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Стереолитографическая машина (1), содержащая:
емкость (3), приспособленную для содержания текучего вещества и снабженную прозрачным дном (3a);
опорную пластину (2), снабженную отверстием (2a), предназначенную для размещения упомянутой емкости (3) так, что упомянутое прозрачное дно (3a) обращено к упомянутому отверстию (2a);
источник (4) излучения, размещенный под упомянутой опорной пластиной (2), приспособленный для подачи пучка излучения к упомянутому прозрачному дну (3а) через упомянутое отверстие (2а);
отличающаяся тем, что она содержит блок (5) управления температурой, приспособленный для поддержания упомянутой опорной пластины (2) при заданной температуре.

2. Стереолитографическая машина (1) по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый блок (5) управления температурой содержит по меньшей мере один нагревательный элемент (6), термически связанный с упомянутой опорной пластиной (2).

3. Стереолитографическая машина (1) по п.2, отличающаяся тем, что упомянутый блок (5) управления температурой содержит датчик (7) температуры, термически связанный с упомянутой опорной пластиной (2).

4. Стереолитографическая машина (1) по п.2, отличающаяся тем, что упомянутый нагревательный элемент (6) и упомянутый датчик (7) температуры соединены при работе с блоком управления, приспособленным для поддержания температуры упомянутой опорной пластины (2) на постоянном значении.

5. Стереолитографическая машина (1) по любому из пп.2-4, отличающаяся тем, что упомянутый нагревательный элемент (6) представляет собой электрическое сопротивление (6а).

6. Стереолитографическая машина (1) по любому из пп.2-4, отличающаяся тем, что она содержит два упомянутых нагревательных элемента (6), термически связанных с упомянутой опорной пластиной (2), на противоположных сторонах относительно упомянутого отверстия (2а).

7. Стереолитографическая машина (1) по любому из пп.2-4, отличающаяся тем, что упомянутый нагревательный элемент (6) размещен в контакте с упомянутой опорной пластиной (2).

8. Стереолитографическая машина (1) по п.7, отличающаяся тем, что упомянутая опорная пластина (2) содержит углубление (14) для размещения упомянутого нагревательного элемента (6).

9. Стереолитографическая машина (1) по п.8, отличающаяся тем, что упомянутое углубление (14) снабжено крышкой (8), установленной с возможностью отсоединения на упомянутой опорной пластине (2).

10. Стереолитографическая машина (1) по любому из пп.2-4, отличающаяся тем, что упомянутый пучок излучения является лазерным лучом (4a).

11. Способ стереолитографии, содержащий следующие операции: подготовку текучего вещества, приспособленного для отвержения под воздействием пучка заданного излучения;
подготовку емкости (3), снабженной прозрачным дном (3a);
наполнение емкости (3) текучим веществом;
связывание емкости (3) с опорной пластиной (2), снабженной отверстием (2a) для прохождения пучка излучения, так что прозрачное дно (3a) емкости (3) обращено к отверстию (2a);
подачу упомянутого пучка излучения к прозрачному дну (3a) через отверстие (2a);
отличающийся тем, что текучее вещество представляет собой смесь различных компонентов, которые имеют тенденцию к разделению при комнатной температуре, при этом способ содержит операцию нагревания емкости (3) так, чтобы поддерживать текучее вещество при заданной температуре, предназначенной для предотвращения разделения компонентов.