RU2677143C1 - Method for producing three-dimensional products of a complex shape of high viscosity polymers - Google Patents
Method for producing three-dimensional products of a complex shape of high viscosity polymers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677143C1 RU2677143C1 RU2018113315A RU2018113315A RU2677143C1 RU 2677143 C1 RU2677143 C1 RU 2677143C1 RU 2018113315 A RU2018113315 A RU 2018113315A RU 2018113315 A RU2018113315 A RU 2018113315A RU 2677143 C1 RU2677143 C1 RU 2677143C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dimensional
- highly viscous
- polymers
- complex shape
- high viscosity
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C41/00—Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor
- B29C41/34—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C41/36—Feeding the material on to the mould, core or other substrate
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
- B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
- B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
Abstract
Description
Изобретение относится к области аддитивных технологий для получения трехмерных изделий сложной формы, и предназначено для быстрого прототипирования или получения малых серий изделий в общем и транспортном машиностроении, авиационной технике или индивидуализированных медицинских изделий.The invention relates to the field of additive technologies for producing three-dimensional products of complex shape, and is intended for rapid prototyping or obtaining small batches of products in general and transport engineering, aircraft or individualized medical products.
Аддитивные технологии, применяющие создание трехмерных изделий путем послойного нанесения материала, используют различные физические принципы для формирования объемов наносимого материала на поверхности основы трехмерного изделия или на поверхности нижележащего слоя. Конструкцию трехмерного изделия сложной формы создают с помощью систем автоматизированного проектирования. Трехмерную пространственную модель изделия преобразуют в набор двумерных слоев различной формы, каждый из которых может быть последовательно нанесен на основу или предыдущий слой. Нанесение двухмерного слоя осуществляется путем формирования и соединения малых объемов материала друг с другом в плоскости, а формирование трехмерного изделия - путем соединения двумерных слоев между собой, причем формирование двумерного слоя и соединение слоев может осуществляться в одной или раздельных операциях.Additive technologies that use the creation of three-dimensional products by layer-by-layer deposition of material use various physical principles to form volumes of the applied material on the surface of the base of the three-dimensional product or on the surface of the underlying layer. The design of a three-dimensional product of complex shape is created using computer-aided design systems. A three-dimensional spatial model of the product is converted into a set of two-dimensional layers of various shapes, each of which can be sequentially applied to the base or the previous layer. The application of a two-dimensional layer is carried out by forming and connecting small volumes of material with each other in the plane, and the formation of a three-dimensional product is done by connecting two-dimensional layers to each other, and the formation of a two-dimensional layer and connecting the layers can be carried out in one or separate operations.
Известны УСТАНОВКА И МЕТОД ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТРЕХМЕРНОГО ОБЪЕКТА ARRANGEMENT AND METHOD FOR PRODUCTION OF A THREE DIMENSIONAL OBJECT (WO 2004/056512), в которых формирование и соединение малых объемов материала осуществляется путем локализованного лазерного спекания порошка путем локализованного теплового расплавления материала с маскировкой нерасплавляемых зон. Недостатком этого изобретения является высокая пористость и низкая прочность готовых изделий и невозможность использовать его для высоковязких полимеров (с ПТР при 190°С и нагрузке 21,19 Н менее 1 г/10 мин).The INSTALLATION AND METHOD FOR PRODUCING A THREE-DIMENSIONAL ARRANGEMENT AND METHOD FOR PRODUCTION OF A THREE DIMENSIONAL OBJECT object (WO 2004/056512) are known, in which the formation and joining of small volumes of material is carried out by localized laser sintering of the powder by localized thermal melting of the material with masking of non-fusion. The disadvantage of this invention is the high porosity and low strength of the finished product and the inability to use it for highly viscous polymers (with PTR at 190 ° C and a load of 21.19 N less than 1 g / 10 min).
Известны СИСТЕМЫ И МЕТОД ДЛЯ МОДУЛЬНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ MODULAR FABRICATION SYSTEMS AND METHODS (US 7939003 B2), в которых формирование слоев материала осуществляется путем локализованной экструзии жидкого материала и последующего отверждения в результате свободного охлаждения. Недостатком этого изобретения является невозможность использовать его для высоковязких полимеров (с ПТР при 190°С и нагрузке 21,19 Н менее 1 г/10 мин).Known SYSTEMS AND METHODS FOR MODULAR MANUFACTURE MODULAR FABRICATION SYSTEMS AND METHODS (US 7939003 B2), in which the formation of layers of material is carried out by localized extrusion of a liquid material and subsequent curing as a result of free cooling. The disadvantage of this invention is the inability to use it for highly viscous polymers (with PTR at 190 ° C and a load of 21.19 N less than 1 g / 10 min).
Известны МЕТОД ПОСЛОЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА И АППАРАТ ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ПОЛНОПЛОЩАДНУЮ ПОЛИМЕРИЗАЦИЮ LAYER MANUFACTURING METHOD AND APPARATUS USING FULL-AREA CURING (US 2002/0149137), в которых формирование слоев материала осуществляется путем локализованной экструзии жидкого материала и последующего отверждения с помощью видимого света или ультрафиолетового излучения. Недостатком этого изобретения является применимость его для ограниченного числа фотоотверждаемых полимеров и невозможность применения для высоковязких полимеров (с ПТР при 190°С и нагрузке 21,19 Н менее 1 г/10 мин).A LAYERED PRODUCTION METHOD AND AN APPARATUS USING THE FULL-LAYER MANUFACTURING METHOD AND APPARATUS USING FULL-AREA CURING (US 2002/0149137) are known in which layer formation of the material is carried out by means of localized light and UV radiation. The disadvantage of this invention is its applicability to a limited number of photocurable polymers and the inability to use for highly viscous polymers (with a MFI at 190 ° C and a load of 21.19 N less than 1 g / 10 min).
Прототипом является изобретение МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ US 5900207 А (опубликовано 08.02.1996), реализующий способ последовательного наплавления слоев, получаемых при расплавлении нити - расходуемого полимерного филамента. Недостатком прототипа является невозможность получать трехмерные изделия сложной формы из высоковязких высокомолекулярных полимеров. Недостатком данного способа для получения трехмерных изделий сложной формы также является необходимость перевода используемых веществ в жидкое состояние с низкой вязкостью для облегчения нанесения слоев либо облегчения соединения слоев между собой. В прототипе расплавление и растекание приводит к снижению точности изготовления, кроме того, растекание достижимо для ограниченного числа веществ с низкой вязкостью расплавов, в отличие от предлагаемого изобретения, где формирование трехмерного изделия сложной формы осуществляется путем спекания под давлением порошкового полимерного сырья в обратной форме с последующим удалением обратной формы.The prototype is the invention METHODS FOR PRODUCING SOLID BODIES OF AN ARBITRARY FORM US 5900207 A (published on 02/08/1996), which implements a method of sequential deposition of layers obtained by melting a thread - a consumable polymer filament. The disadvantage of the prototype is the inability to obtain three-dimensional products of complex shape from high viscosity high molecular weight polymers. The disadvantage of this method for obtaining three-dimensional products of complex shape is also the need to transfer the substances used in a liquid state with a low viscosity to facilitate the deposition of layers or to facilitate the connection of the layers with each other. In the prototype, melting and spreading leads to a decrease in manufacturing accuracy, in addition, spreading is achievable for a limited number of substances with low viscosity of melts, in contrast to the invention, where the formation of a three-dimensional product of complex shape is carried out by sintering under pressure of powdered polymer raw materials in reverse form, followed by removing the reverse form.
Технический результат изобретения заключается в получении трехмерных изделий сложной формы из высоковязких полимеров (с ПТР при 190°С и нагрузке 21,19 Н менее 1 г/10 мин), путем спекания под давлением порошкового полимерного сырья в обратной форме с последующим удалением обратной формы. Ранее трехмерные изделия сложной формы из высоковязких полимеров не могли быть получены в принципе, либо не мог быть получен ряд сложных форм, либо сложные формы не могли быть получены с достаточной точностью, либо сложные формы требовали дополнительной механической обработки с образованием отходов массой в 1,5-50 раз (в зависимости от формы) больше массы готового изделия. Расход дорогостоящих полимеров на получение 1 кг готового изделия сложной формы данным способом в зависимости от формы не превышают 1,5 кг, тогда как путем механической обработки расход дорогостоящих полимеров на 1 кг готового изделия не менее 5,0 кг.The technical result of the invention is to obtain three-dimensional products of complex shape from high viscosity polymers (with an MFR at 190 ° C and a load of 21.19 N less than 1 g / 10 min), by sintering under pressure of the powdered polymer raw materials in reverse form, followed by removal of the reverse form. Previously, three-dimensional products of complex shape from highly viscous polymers could not be obtained in principle, either a number of complex shapes could not be obtained, or complex shapes could not be obtained with sufficient accuracy, or complex shapes required additional mechanical processing with the formation of waste weighing 1.5 -50 times (depending on the form) more than the mass of the finished product. The consumption of expensive polymers to obtain 1 kg of the finished product of complex shape in this way, depending on the form, does not exceed 1.5 kg, while by machining the consumption of expensive polymers per 1 kg of the finished product is not less than 5.0 kg.
Технический результат изобретения достигается следующим образом.The technical result of the invention is achieved as follows.
Способ получения трехмерных изделий сложной формы из высоковязких полимеров с показателем текучести расплава при 190°С и нагрузке 21,19 Н менее 1 г/10 мин, включающий изготовление по компьютерной модели обратной формы трехмерного изделия методами аддитивных технологий из или полимерного или металлического или керамического материала с температурой размягчения или плавления, превышающей температуру размягчения или плавления высоковязкого полимера, заполнение внутренних полостей обратной формы трехмерного изделия материалом, и спекание под давлением высоковязкого полимера во внутренних полостях обратной формы трехмерного изделия с верхним и нижним слоями-прибылями в пресс-форме для горячего прессования, последующие удаление слоев-прибылей механическим или электромагнитным режущим инструментов, и физическое или химическое удаление обратной формы трехмерного изделия.A method for producing three-dimensional products of complex shape from highly viscous polymers with a melt flow rate at 190 ° C and a load of 21.19 N less than 1 g / 10 min, including the production of an inverse form of a three-dimensional product using a computer model using additive technologies from either polymeric, metal or ceramic material with a softening or melting temperature exceeding the softening or melting temperature of a highly viscous polymer, filling the internal cavities of the reverse form of a three-dimensional product with material, and sintering od pressure high viscosity polymer in the inner cavities inverse form three-dimensional article with the upper and lower layers, profits in the mold for hot-pressing, the subsequent removal of layers gains-mechanical or electromagnetic cutting tools, and physical or chemical removal of the back mold three-dimensional products.
В качестве материала для заполнения внутренних полостей обратной формы трехмерного изделия используют порошок высоковязкого полимера или смесь высоковязких полимеров, или гранулы высоковязкого полимера.As a material for filling the internal cavities of the reverse form of a three-dimensional product, a high-viscosity polymer powder or a mixture of high-viscosity polymers or granules of a high-viscosity polymer are used.
Изобретение поясняется фигурами: Фиг. 1; Фиг. 2; Фиг. 3 и Фиг. 4. На фиг. 1 продемонстрирована компьютерная модель обратной формы (1) и напечатанная на 3D-принтере методом послойного наплавления обратная форма (2). На фиг. 2 показан вид сверху и сбоку обратной формы и заготовка изделия из высоковязкого полимера после совместного термопрессования и удаления слоев-прибылей. На фиг. 3 показана схема формирования изделия из высоковязкого полимера по описанному способу. На фиг. 4 показан пример изделия сложной формы из высоковязкого полимера (1), совпадающего по архитектуре со структурными особенностями нативной трабекулярной кости млекопитающего (2).The invention is illustrated by the figures: FIG. one; FIG. 2; FIG. 3 and FIG. 4. In FIG. Figure 1 shows a computer model of the reverse form (1) and a reverse form printed on a 3D printer by the method of layer-by-layer deposition (2). In FIG. 2 shows a top view and a side view of the reverse form and the preparation of a product of high viscosity polymer after joint thermal pressing and removal of profit layers. In FIG. 3 shows a diagram of the formation of a product from a highly viscous polymer according to the described method. In FIG. Figure 4 shows an example of a product of complex shape from a highly viscous polymer (1), which coincides in architecture with the structural features of the native trabecular bone of a mammal (2).
Обратная форма предварительно изготавливается по трехмерной компьютерной модели из полимерного, металлического или керамического материала с температурой размягчения или плавления, превышающим температуру размягчения или плавления высоковязкого полимера, с помощью одной из аддитивной технологий и содержит связанные внутренние полости сложной формы, геометрические размеры которых соответствуют размерам будущего изделия сложной формы из высоковязких полимеров. Внешние габариты обратной формы соответствуют внутренним размерам разъемной формы для горячего прессования высоковязких полимеров.The reverse form is preliminarily made according to a three-dimensional computer model from a polymer, metal or ceramic material with a softening or melting temperature exceeding the softening or melting temperature of a highly viscous polymer, using one of the additive technologies and contains connected internal cavities of complex shape, the geometric dimensions of which correspond to the dimensions of the future product complex form of high viscosity polymers. The external dimensions of the reverse form correspond to the internal dimensions of the split mold for hot pressing of high viscosity polymers.
Внутренние полости обратной формы трехмерного изделия заполняются порошком высоковязкого полимера или смесью высоковязких полимеров или гранулами высоковязкого полимера. Заполнение полостей обратной формы осуществляется путем вибрационного встряхивания в камере под слоем порошка высоковязкого полимера. Заполнения полостей обратной формы осуществляется путем вибрационного встряхивания в камере под слоем суспензии порошка высоковязкого полимера. Заполнение полостей обратной формы осуществляется путем вибрационного встряхивания при переворачивании обратной формы.The internal cavities of the reverse form of a three-dimensional product are filled with a powder of a high viscosity polymer or a mixture of high viscosity polymers or granules of a high viscosity polymer. Filling of the cavities of the reverse form is carried out by vibrational shaking in the chamber under a layer of powder of high viscosity polymer. Filling the cavities of the reverse form is carried out by vibrational shaking in the chamber under a layer of a suspension of high-viscosity polymer powder. The filling of the cavities of the reverse form is carried out by vibrational shaking when the reverse form is turned over.
После заполнения обратной формы она устанавливается в разъемную форму для горячего прессования высоковязких полимеров на нижний слой-прибыль из порошка высоковязкого полимера, толщина которого составляет не менее 10% от высоты обратной формы. Над установленной в разъемной форме для горячего прессования высоковязких полимеров обратной формой формируют ровный верхний слой-прибыль из порошка высоковязкого полимера, толщина которого составляет не менее 10% от высоты обратной формы.After filling in the reverse form, it is installed in a demountable form for hot pressing of high viscosity polymers onto the lower profit layer of high viscosity polymer powder, the thickness of which is at least 10% of the height of the reverse form. An even upper profit layer is formed from a powder of high viscosity polymer, which is at least 10% of the height of the reverse form, installed over the reverse-form, mounted in a detachable form for hot pressing of high-viscosity polymers.
После установки верхнего пуансона осуществляют горячее прессование по режиму, рекомендованного для данного высоковязкого полимера.After installing the upper punch, hot pressing is carried out according to the regime recommended for this highly viscous polymer.
По окончании горячего прессования форму охлаждают и разнимают для извлечения заготовки: обратной формы с верхним и нижним слоями-прибылями. Слои-прибыли удаляются механически с помощью ножей, фрез или иного режущего инструмента, с помощью устройств гидроабразивной или ультразвуковой резки. Слои-прибыли удаляются механически с помощью ножей, фрез или иного режущего инструмента. Слои-прибыли удаляются электромагнитным способом с помощью устройств плазменной, лазерной или ионной резки.At the end of hot pressing, the mold is cooled and opened to remove the workpiece: the reverse form with the upper and lower profit layers. Profit layers are removed mechanically using knives, milling cutters or other cutting tools, using devices of waterjet or ultrasonic cutting. Profit layers are removed mechanically with knives, milling cutters or other cutting tools. Profit layers are removed electromagnetically using plasma, laser or ion cutting devices.
Обратная форма удаляется с помощью физического или химического процесса, не повреждающего высоковязкий полимер. Обратная форма удаляется путем химического или электрохимического растворения. Обратная форма удаляется путем механического разрушения с помощью ультразвукового дробления. Обратная форма удаляется путем механического разрушения в криогенной ванне. Обратная форма удаляется путем механического разрушения при обработке в сверхкритических средах.The reverse form is removed using a physical or chemical process that does not damage the high viscosity polymer. The reverse form is removed by chemical or electrochemical dissolution. The reverse form is removed by mechanical destruction using ultrasonic crushing. The reverse form is removed by mechanical destruction in a cryogenic bath. The reverse form is removed by mechanical failure during processing in supercritical media.
Способ для получения трехмерных изделий сложной формы из высоковязких полимеров может быть использован для быстрого прототипирования или получения малых серий изделий в общем и транспортном машиностроении, авиационной технике или для производства индивидуализированных медицинских изделий.A method for producing three-dimensional products of complex shape from high viscosity polymers can be used for rapid prototyping or for obtaining small batches of products in general and transport engineering, aircraft, or for the production of individualized medical products.
Пример 1.Example 1
В качестве высоковязкого полимера используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен СВМПЭ марки КазаньОргСинтез с молекулярной массой 2×106 г/моль в порошковой форме со средним размером частиц 250 мкм.As a highly viscous polymer, ultra-high molecular weight UHMWPE polyethylene KazanOrgSynthesis is used with a molecular weight of 2 × 10 6 g / mol in powder form with an average particle size of 250 μm.
Трехмерное изделие, представляющее собой симуляцию трабекулярной кости млекопитающего в габаритах цилиндра диаметром 26 мм и высотой 30 мм с системой связанных внутренних полостей, каждая из которых представляла собой квазиэллиптическое тело с размером главных осей 2×3×6 мм×мм×мм, было спроектировано с помощью системы автоматического проектирования Rhinoceros3D©. Компьютерная модель обратной формы формируется как негатив компьютерной модели трехмерного изделия. Обратная форма изготавливается методом послойного наплавления с помощью 3-х мерного принтера с использованием нити-филамента из полимера - полилактида (ПЛА).A three-dimensional product, which is a simulation of a mammalian trabecular bone in the dimensions of a cylinder with a diameter of 26 mm and a height of 30 mm, with a system of connected internal cavities, each of which was a quasielliptical body with a size of the main axes of 2 × 3 × 6 mm × mm × mm, was designed with using the Rhinoceros3D © automated design system. The computer model of the reverse form is formed as a negative of the computer model of a three-dimensional product. The reverse form is made by the method of layer-by-layer deposition using a 3-dimensional printer using a filament made of a polymer - polylactide (PLA).
Заполнение обратной формы осуществляется в заполненном порошком СВМПЭ вертикальном контейнере с помощью устройства вибрационного уплотнения в два этапа с длительностью каждого 1 час под слоем порошка СВМПЭ высотой 10 мм с частотой вертикальной вибрации 4 Гц при амплитуде 15 мм. После первого этапа обратная форма извлекается из контейнера, переворачивается на 180°С вокруг горизонтальной оси и вновь устанавливается в контейнер на слой порошка СВМПЭ высотой 10 мм и покрывается слоем порошка СВМПЭ высотой 10 мм.The reverse form is filled in a vertical container filled with UHMWPE powder using a vibration compaction device in two stages with a duration of each 1 hour under a layer of UHMWPE powder with a height of 10 mm and a vertical vibration frequency of 4 Hz with an amplitude of 15 mm. After the first stage, the reverse form is removed from the container, turned 180 ° C around the horizontal axis and re-installed in the container on a 10 mm high UHMWPE powder layer and covered with a 10 mm high UHMWPE powder layer.
Режим горячего прессования: нагрев от комнатной температуры заполненной обратной формы с верхним и нижним слоями-прибылями с формой до 175°С в течение 45 минут под нагрузкой 40 МПа, прессование в течение 120 минут под нагрузкой 40 МПа, охлаждение с формой. Слои-прибыли удаляются отрезным резцом с помощью токарного станка. Удаление обратной формы осуществляется в 10%-ном растворе щелочи NaOH при температуре 60°С в ультразвуковой мойке до полного растворения материала обратной формы.Hot pressing mode: heating from room temperature of the filled reverse form with the upper and lower profit layers with the mold to 175 ° C for 45 minutes under a load of 40 MPa, pressing for 120 minutes under a load of 40 MPa, cooling with a mold. Profit layers are removed with a cutting tool using a lathe. Removal of the reverse form is carried out in a 10% NaOH alkali solution at a temperature of 60 ° C in an ultrasonic washing until the reverse form material is completely dissolved.
Пример 2.Example 2
В качестве высоковязкого полимера используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен СВМПЭ марки КазаньОргСинтез с молекулярной массой 2×106 г/моль в порошковой форме со средним размером частиц 250 мкм.As a highly viscous polymer, ultra-high molecular weight UHMWPE polyethylene KazanOrgSynthesis is used with a molecular weight of 2 × 10 6 g / mol in powder form with an average particle size of 250 μm.
Трехмерное изделие, представляющее собой трехмерную упорядоченную решетку с тетраэдрической элементарной ячейкой в габаритах цилиндра диаметром 26 мм и высотой 20 мм с длиной ребра тетраэдрической ячейки 4 мм и диаметром 0,5 мм, было спроектировано с помощью системы автоматического проектирования Rhinoceros3D©. Компьютерная модель обратной формы формируется как негатив компьютерной модели трехмерного изделия. Обратная форма изготавливается методом послойного наплавления с помощью 3-х мерного принтера с использованием нити-филамента из полимера - полиакрилонитрил-бутадиен-стирола (ABS).A three-dimensional product, which is a three-dimensional ordered lattice with a tetrahedral unit cell in the dimensions of a cylinder with a diameter of 26 mm and a height of 20 mm with a rib length of a tetrahedral cell of 4 mm and a diameter of 0.5 mm, was designed using the Rhinoceros3D © automatic design system. The computer model of the reverse form is formed as a negative of the computer model of a three-dimensional product. The reverse form is made by the method of layer-by-layer deposition using a 3-dimensional printer using a filament made of a polymer - polyacrylonitrile-butadiene-styrene (ABS).
Заполнение обратной формы осуществляется в заполненном порошком СВМПЭ вертикальном контейнере с помощью устройства вибрационного уплотнения в два этапа с длительностью каждого 2 часа под слоем суспензии из порошка СВМПЭ и изопропанолового спирта (соотношение по массе 5:1) высотой 5 мм с частотой вертикальной вибрации 4 Гц при амплитуде 15 мм. После первого этапа обратная форма извлекается из контейнера, переворачивается на 180°С вокруг горизонтальной оси и вновь устанавливается в контейнер на слой порошка СВМПЭ высотой 10 мм и покрывается слоем суспензии из порошка СВМПЭ и изопропанолового спирта (соотношение по массе 5:1) высотой 5 мм.The reverse form is filled in a vertical container filled with UHMWPE powder using a vibratory compaction device in two stages with a duration of each 2 hours under a suspension layer of UHMWPE powder and isopropanol alcohol (weight ratio 5: 1) 5 mm high with a vertical vibration frequency of 4 Hz at amplitude of 15 mm. After the first stage, the reverse form is removed from the container, flipped 180 ° C around the horizontal axis and re-installed in the container on a 10 mm high UHMWPE powder layer and coated with a suspension layer of UHMWPE powder and isopropanol alcohol (weight ratio 5: 1) 5 mm high .
Режим горячего прессования: нагрев от комнатной температуры заполненной обратной формы с верхним и нижним слоями-прибылями с формой до 175°С в течение 45 минут под нагрузкой 40 МПа, прессование в течение 120 минут под нагрузкой 40 МПа, охлаждение с формой. Слои-прибыли удаляются пальцевой фрезой с помощью фрезерного станка. Удаление обратной формы осуществляется в растворителе Р-4 при температуре 80°С в ультразвуковой мойке до полного растворения материала обратной формы.Hot pressing mode: heating from room temperature of the filled reverse form with the upper and lower profit layers with the mold to 175 ° C for 45 minutes under a load of 40 MPa, pressing for 120 minutes under a load of 40 MPa, cooling with a mold. Profit layers are removed with a finger mill using a milling machine. Removal of the reverse form is carried out in solvent R-4 at a temperature of 80 ° C in an ultrasonic washing until the dissolution of the material of the reverse form is completely dissolved.
Пример 3.Example 3
В качестве высоковязкого полимера используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен СВМПЭ марки GUR® 4120 TICONA с молекулярной массой 5×106 г/моль в порошковой форме со средним размером частиц 180 мкм.UHMWPE polyethylene GUR® 4120 TICONA with a molecular weight of 5 × 10 6 g / mol in powder form with an average particle size of 180 μm is used as a highly viscous polymer.
Трехмерное изделие, представляющее собой двумерную упорядоченную решетку с квадратной элементарной ячейкой в габаритах трубчатого элемента с внешним диаметром 26 мм, внутренним диаметром 24 и высотой 27 мм с с длиной ребра квадратной ячейки 3 мм и диаметром 0,8 мм, было спроектировано с помощью системы автоматического проектирования Rhinoceros3D©. Компьютерная модель обратной формы формируется как негатив компьютерной модели трехмерного изделия. Обратная форма изготавливается методом послойного наплавления с помощью 3-х мерного принтера с использованием нити-филамента из полимера - полистирен-бутадиен-стирола (SBS).A three-dimensional product, which is a two-dimensional ordered lattice with a square unit cell in the dimensions of a tubular element with an outer diameter of 26 mm, an inner diameter of 24 and a height of 27 mm, with a rib length of a square cell of 3 mm and a diameter of 0.8 mm, was designed using an automatic system Design Rhinoceros3D ©. The computer model of the reverse form is formed as a negative of the computer model of a three-dimensional product. The reverse form is made by the method of layer-by-layer deposition using a 3-dimensional printer using filament from a polymer - polystyrene-butadiene-styrene (SBS).
Заполнение обратной формы осуществляется в заполненном порошком СВМПЭ вертикальном контейнере с помощью устройства вибрационного уплотнения в два этапа с длительностью каждого 2 часа под слоем суспензии из порошка СВМПЭ и изопропанолового спирта (соотношение по массе 5:1) высотой 5 мм с частотой вертикальной вибрации 4 Гц при амплитуде 15 мм. После первого этапа обратная форма извлекается из контейнера, переворачивается на 180°С вокруг горизонтальной оси и вновь устанавливается в контейнер на слой порошка СВМПЭ высотой 10 мм и покрывается слоем суспензии из порошка СВМПЭ и изопропанолового спирта (соотношение по массе 5:1) высотой 5 мм.The reverse form is filled in a vertical container filled with UHMWPE powder using a vibratory compaction device in two stages with a duration of each 2 hours under a suspension layer of UHMWPE powder and isopropanol alcohol (weight ratio 5: 1) 5 mm high with a vertical vibration frequency of 4 Hz at amplitude of 15 mm. After the first stage, the reverse form is removed from the container, flipped 180 ° C around the horizontal axis and re-installed in the container on a 10 mm high UHMWPE powder layer and coated with a suspension layer of UHMWPE powder and isopropanol alcohol (weight ratio 5: 1) 5 mm high .
Режим горячего прессования: нагрев от комнатной температуры заполненной обратной формы с верхним и нижним слоями-прибылями с формой до 180°С в течение 60 минут под нагрузкой 45 МПа, прессование в течение 180 минут под нагрузкой 50 МПа, охлаждение с формой. Слои-прибыли удаляются с помощью ленточной пилы. Удаление обратной формы осуществляется в жидком азоте в ультразвуковой мойке до полного разрушения материала обратной формы.Hot pressing mode: heating from room temperature of the filled reverse form with the upper and lower profit layers with the form up to 180 ° C for 60 minutes under a load of 45 MPa, pressing for 180 minutes under a load of 50 MPa, cooling with a form. Profit layers are removed using a band saw. The removal of the reverse form is carried out in liquid nitrogen in an ultrasonic washing until the complete destruction of the material of the reverse form.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113315A RU2677143C1 (en) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | Method for producing three-dimensional products of a complex shape of high viscosity polymers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113315A RU2677143C1 (en) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | Method for producing three-dimensional products of a complex shape of high viscosity polymers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2677143C1 true RU2677143C1 (en) | 2019-01-15 |
Family
ID=65025105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018113315A RU2677143C1 (en) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | Method for producing three-dimensional products of a complex shape of high viscosity polymers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2677143C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2708589C1 (en) * | 2019-10-07 | 2019-12-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for producing three-dimensional products of complex shape with native trabecular bone structure based on high-viscosity polymer |
| US11634599B2 (en) | 2014-11-24 | 2023-04-25 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Coreactive materials and methods for three-dimensional printing |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU933474A1 (en) * | 1980-05-06 | 1982-06-07 | Институт механики металлополимерных систем АН БССР | Method of manufacturing hollow articles from thermoplastic powder polymers |
| US5900207A (en) * | 1996-02-08 | 1999-05-04 | Rutgers, The State University Old Queens | Solid freeform fabrication methods |
| RU2255862C1 (en) * | 2004-03-22 | 2005-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Method of molding of items out of high-viscosity compounds |
| RU2269416C2 (en) * | 2004-02-17 | 2006-02-10 | Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method for manufacturing products by means of laser stereo-lithography and device for realization of said method |
| WO2017046132A1 (en) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | Tiger Coatings Gmbh & Co. Kg | Use of a thermosetting polymeric powder composition |
-
2018
- 2018-04-12 RU RU2018113315A patent/RU2677143C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU933474A1 (en) * | 1980-05-06 | 1982-06-07 | Институт механики металлополимерных систем АН БССР | Method of manufacturing hollow articles from thermoplastic powder polymers |
| US5900207A (en) * | 1996-02-08 | 1999-05-04 | Rutgers, The State University Old Queens | Solid freeform fabrication methods |
| RU2269416C2 (en) * | 2004-02-17 | 2006-02-10 | Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method for manufacturing products by means of laser stereo-lithography and device for realization of said method |
| RU2255862C1 (en) * | 2004-03-22 | 2005-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Method of molding of items out of high-viscosity compounds |
| WO2017046132A1 (en) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | Tiger Coatings Gmbh & Co. Kg | Use of a thermosetting polymeric powder composition |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11634599B2 (en) | 2014-11-24 | 2023-04-25 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Coreactive materials and methods for three-dimensional printing |
| US11920046B2 (en) | 2014-11-24 | 2024-03-05 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Coreactive materials and methods for three-dimensional printing |
| RU2708589C1 (en) * | 2019-10-07 | 2019-12-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for producing three-dimensional products of complex shape with native trabecular bone structure based on high-viscosity polymer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6500047B2 (en) | Method for additive manufacturing and connection support | |
| Zhang et al. | Additive manufacturing processes and equipment | |
| Jhabvala et al. | An innovative method to build support structures with a pulsed laser in the selective laser melting process | |
| JP6496758B2 (en) | Method and conformal support for additive manufacturing | |
| Ho et al. | Effects of energy density on morphology and properties of selective laser sintered polycarbonate | |
| KR100815299B1 (en) | Mold with integral screen and method for making mold and apparatus and method for using the mold | |
| EP3568247B1 (en) | Method and apparatus for continuously refreshing a recoater blade for additive manufacturing | |
| US6519500B1 (en) | Ultrasonic object consolidation | |
| EP2319641B1 (en) | Method to apply multiple materials with selective laser melting on a 3D article | |
| RU2677143C1 (en) | Method for producing three-dimensional products of a complex shape of high viscosity polymers | |
| Kumar et al. | Basic principles of additive manufacturing: different additive manufacturing technologies | |
| Ghazanfari et al. | A novel extrusion-based additive manufacturing process for ceramic parts | |
| Kumar et al. | A comparison of additive manufacturing technologies | |
| EP3427870B1 (en) | Three-dimensional molded object production method | |
| Zhang et al. | Fabrication of functionally graded porous polymer structures using thermal bonding lamination techniques | |
| US20180243987A1 (en) | System and method for additively manufacturing an article incorporating materials with a low tear strength | |
| Mahamood et al. | Additive manufacturing of funtionally graded materials | |
| KR101853860B1 (en) | Mixed three-dimensional molding method for multi-component material | |
| EP3444051A1 (en) | Movable wall for additive powder bed | |
| UA120483C2 (en) | METHOD AND MACHINE FOR MAKING PREPARATIONS OF CERAMIC OR METALLIC MATERIAL BY ADDITIVE METHOD | |
| Medelli´ n-Castillo et al. | Rapid prototyping and manufacturing: A review of current technologies | |
| EP3820674B1 (en) | Production method with molten filaments on a powder bed | |
| CN204052912U (en) | A kind of rapid molding device shaping for tin | |
| Jhabvala | Study of the consolidation process under macro-and microscopic thermal effects in selective laser sintering and selective laser melting | |
| Hashmi et al. | A critical review of mechanical-based post-processing techniques for additively manufactured parts |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200415 Effective date: 20200415 |