CZ2010278A3 - Zpusob replikace povrchových struktur - Google Patents

Abstract

Povrch príslušného dílce se nejprve pokryje nepruhlednou maskou, která má vytvoren otvor tvaru pravoúhlého ctyrúhelníka o hranách odpovídajících velikosti replikované cásti povrchu. Potom následuje optické snímání souradnic této cásti povrchu, uložení souradnic v podobe trídimenzionální matice x, y, z a vytvorení zvetšené repliky povrchu prevedením dat trídimenzionální matice na uzavrenou plochu bez mezer s následným vytištením 3D tiskem a/nebo importem dat do systému CAD s automatickým vygenerováním príslušných nástrojových trajektorií pro vyrobení zvetšeného modelu povrchu technologií CNC obrábení.

Description

Způsob replikace povrchových struktur

Oblast techniky

Vynález se týká způsob replikace povrchových struktur, zejména pak vytvoření zvětešeného obrazu nebo modelu povrchu technických dílců z kovových i nekovových materiálů.

Dosavadní stav techniky

V současné době není problematika replikace povrchových struktur příliš známa jako proces, umožňující velmi přesné posouzení struktury povrchu z pohledu vizualizace.

K těmto účelům se používá spíše princip optického snímání a následného vyhodnocení jakosti povrchů. Výrobou jednoúčelových přístrojů provádějících snímání, resp. následné vyhodnocení jakosti povrchů dle příslušných ISO norem jak v oblasti 2D, tak i 3D se zabývá cela řada výrobců. Výstupem snímání jsou buď numerické parametry jakosti povrchu,nebo grafická prezentace. Ty ale mohou být pro technika, který se nezabývá speciálně vyhodnocováním jakosti povrchů, značně složité k vlastní praktické interpretaci. Nedostatkem je také fakt, že dosažení opakovatelnosti, resp. reprodukovatelnosti v oblasti takového vyhodnocování jakostí povrchů je značně komplikované. Zobrazení nasnímaného povrchu je v současné době možno pouze formou jednoúčelových programů, dodávaných k jednotlivým přístrojům, které většinou nejsou vzájemně kompatibilní.

Pokud jde o známé způsoby replikace povrchu, spočívají v současné době především v nanesení dostatečně plastického materiálu na testovaný povrch, ztužení tohoto materiálu do podoby kompaktní vrstvy a sejmutí repliky v podobě negativu povrchu. U řešení podle patentové přihlášky USA jčj 2θθφ 73078 se tento princip používá k vyhodnocení nepřijatelných povrchových vad vzorku. Na povrch vzorku se nanese tavenina termoplastu a po jejím ochlazení se sejme vzniklá fólie představující negativní repliku povrchu vzorku. Porovnáním této repliky se standardem se pak provede vlastní vyhodnocení kvality povrchu vzorku.

Jiná metoda replikace povrchu v měřítku nanostruktur podle patentové přihlášky USA čí 2003228418 spočívá v tom, že se na replikovaný povrch substrátu nanese tenký film, zejména na bázi acetátu celulózy, který po aplikaci změkčovacího činidla, zejména acetonu, zaujme konformaci přesně kopírující tento povrch. Po ztužení a sejmutí fólie v této konformaci se pak na vzniklý negativ na jejím povrchu nanese tenká vrstva vhodného materiálu, jako je zlato, platina, železo nebo uhlík a tak se vytvoří replika se shodnými nanostrukturami jako původní povrch substrátu.

Je zřejmé, že výše popsané známé metody replikace jsou poměrně náročné, nákladné a z aplikačního hlediska mají celou řadu omezení.

Podstata vynálezu

K. odstranění výše uvedených nedostatků dosavadního stavu techniky přispívá do značné míry způsob replikace povrchových struktur podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že se povrch příslušného dílce nejprve pokryje neprůhlednou maskou, která má vytvořen otvor tvaru pravoúhlého čtyřúhelníka o hranách odpovídajících velikosti replikované části povrchu. Potom následuje optické snímání souřadnic této části povrchu, uložení souřadnic v podobě třídimenzionální matice x,y,z a vytvoření zvětšené repliky povrchu převedením dat třídimenzionální matice na uzavřenou plochu bez mezer s následným vytištěním 3D tiskem a/nebo importem dat do systému CAD s automatickým vygenerováním příslušných nástrojových trajektorií pro vyrobení zvětšeného modelu povrchu technologií CNC obrábění.

Neprůhlednou maskou je s výhodou maska zhotovená z neprůhledného tenkého pružného materiálu, zejména na bázi papíru nebo plastu opatřeného adhezní vrstvou.

Uzavřená plocha bez mezer pro vytištění 3D tiskem je s výhodou generována ve standardním formátu STL (stereolitography) s možností nastavení samostatného měřítka pro jednotlivé osy x, y, z.

Způsob replikace podle vynálezu je obzvláště výhodný, je-li třeba vyrobit repliku vyhodnocovaného povrchu, který je zajímavý nejčastěji z tribo logického hlediska. Je možno tak v libovolném měřítku zobrazit prostor, na kterém bylo prováděno snímání textury povrchů jak ve 2D, tak i 3D, dle příslušných ISO norem. Dále je možno ve volitelném měřítku replikovat různé vady, které se vyskytují na povrchu vzorků a tím snižují jeho jakost, jako jsou různé škrábance, trhliny, praskliny apod.

Přehled obrázků na výkresech

K bližšímu objasnění podstaty vynálezu slouží přiložené výkresy, kde představuje: obr. 1 - schematické vyjádření principu způsobu replikace povrchu podle vynálezu, obr. 2 - příklad vzorku z hodnocení mikrotvrdosti připraveného k příkladnému provedení replikace povrchu s aplikovanou maskou, obr. 3-3D zobrazení zvětšené repliky povrchu vzorku z hodnocení mikrotvrdosti (zobrazení provedeno pomocí komerčního programu Talymap), obr. 4 - prostorová zvětšená replika povrchu vzorku z hodnocení mikrotvrdosti (replika zhotovena technikou rapid prototyping), obr. 5 - 3D zobrazení zvětšené repliky povrchu vzorku z oceli, obrobeného technikou čelního frézování (zobrazení provedeno pomocí komerčního programu Talymap), obr. 6 — prostorová zvětšená replika povrchu vzorku z oceli, obrobeného technikou čelního frézování (replika zhotovena technikou rapid prototyping).

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Praktická aplikovatelnost způsobu replikace podle vynálezu byla ověřena na příkladu hodnocení mikrotvrdosti vzorku z polymetylmetakrylátu. Po provedeném měření mikrotvrdosti, zůstává v testovaném materiálu charakteristický otisk měřicího jehlanu. Jehlan má úhlopříčky 0.020 mm a výšku 0,015 mm. V důsledku relaxace materiálu vzorku dochází k deformacím provedeného vtisku, které je třeba zobrazit a následně vyhodnotit. (Poznámka: z dosavadních způsobů vizualizace připadalo v úvahu pouze využití elektronového mikroskopu, např. SEM.)

Při aplikaci způsobu podle vynálezu (viz obr. 1 a 2) byl povrch 1 vzorku pokryt maskou 2 z papíru s ohraničujícím otvorem ve tvaru čtverce o hraně 0,6 mm. Otvorem masky 2 vymezená oblast H povrchu 1 byla pak nasnímána 3D scannerem (např. Tailor Hobson s CLA snímačem), s krokem v ose x a y 0.025 mm - na obr. 1 je snímání scannerem, které probíhalo ve směru x-y, nebo y-x od počátečního bodu snímání A do koncového bodu snímání Z znázorněno šipkami 3. Rozlišitelnost v ose z byla ponechána maximální, tedy Inm.

Po vlastním nasnímání byla třídimenzionální matice souřadnic x,y,z převedena na uzavřenou plochu bez mezer a následně vytištěna jako zvětšená replika povrchu vzorku technikou rapid prototyping (viz obr. 4).

Na obr. 4 je dobře vidět replika povrchu vzorku s charakteristickým otiskem měřicího jehlanu, již po relaxaci.

Možný je také import dat do systému CAD s automatickým vygenerováním příslušných nástrojových trajektorií pro vyrobení zvětšeného modelu povrchu technologií CNC obrábění.

Příklad 2

Dalším praktickým příkladem aplikace způsobu podle vynálezu je replikace povrchu vzorku zocelí 12020, který byl obroben technikou čelního frézování. Velikost snímaného povrchu byla 4 x 2 mm, další postup i parametry snímání 3D scannerem byly shodné s příkladem 1.

Na obr. 5 je možno vidět 3D snímek povrchu vzorku získaný pomocí komerčního programu Talymap, na obr. 6 pak prostorová replika povrchu vytvořená technikou rapid prototyping.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob replikace povrchových struktur, zejména technických dílců z kovových i nekovových materiálů, vyznačující se tím, že se povrch příslušného dílce pokryje neprůhlednou maskou, která má vytvořen otvor tvaru pravoúhlého čtyřúhelníka o hranách odpovídajících velikosti replikované části povrchu, načež následuje optické snímání souřadnic této části povrchu, uložení souřadnic v podobě třídimenzionální matice x,y,z a vytvoření zvětšené repliky povrchu převedením dat třídimenzionální matice na uzavřenou plochu bez mezer s následným vytištěním 3D tiskem a/nebo importem dat do systému CAD s automatickým vygenerováním příslušných nástrojových trajektorií pro vyrobení zvětšeného modelu povrchu technologií CNC obrábění.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se použije maska zhotovená z neprůhledného tenkého pružného materiálu, zejména na bázi papíru nebo plastu opatřeného adhezní vrstvou.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uzavřená plocha bez mezer pro vytištění 3D tiskem je generována ve standardním formátu STL (stereolitography) s možností nastavení samostatného měřítka pro jednotlivé osy x, y, z..