CZ2015696A3 - Způsob výroby krycí masky k překrytí neupravovaných částí výrobků - Google Patents

Abstract

Způsob výroby krycí masky k překrytí neupravovaných částí výrobků při technologiích povrchových úprav, jako je lakování, povlakování a pokovování, která má vytvořeny otvory v místech požadované povrchové úpravy, vyznačující se tím, že se nejprve v předběžné operaci 3D skenování povrchu výrobku nebo výběru z digitální výrobní dokumentace výrobku pořídí soubor digitálních dat výrobku při jehož povrchové úpravy má být krycí maska použita, tento soubor digitálních dat výrobku se pak modifikuje k vytvoření otvorů krycí masky v oblastech s požadovanou povrchovou úpravou výrobku. Technologií rapid prototypingu zhotoví těleso krycí masky nebo jeho části z konstrukčního plastu. K tomu se použije alespoň jeden z polymerních materiálů ze skupiny zahrnující kopolymer akrylonitril-butadien-styren (ABS), polykarbonát (PC), kopolymer polykarbonát/akrylonitril-butadien-styren (PC-ABS), polyamid (PA) a polyéterimid (PEI). Vyrobené těleso krycí masky nebo jeho části se následně ošetří k uzavření povrchových i podpovrchových dutin a mikrodutin v technologické fázi následného zpracování, které spočívá v odsátí plynu/vzduchu z mikropórů vyrobeného tělesa krycí masky nebo jeho části a následném zaplnění těchto pórů v celém objemu výrobku tekutým tuhnoucím materiálem, zejména epoxidovou pryskyřicí.

Description

Způsob výroby krycí masky k překrytí neupravovaných částí výrobků Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby krycí masky k překrytí neupravovaných částí výrobků při technologiích povrchových úprav jako je lakování, povlakování a pokovování.

Dosavadní stav techniky Řadu výrobků je nutné nebo žádoucí po jejich zhotovení povrchově upravit. Jedná se o výrobky z nejrůznějších materiálů, od kovových až po výrobky z polymerů. Mezi používané povrchové úpravy se řadí např. lakování, povlakování a pokovování. Provedená povrchová úprava má zajistit požadované funkční vlastnosti. Jindy je účelem pouhé dosažení vzhledových vlastností jak interiérových, tak exteriérových dílů. Mezi nejznámější aplikace patří např. pokovování funkčních/optických ploch světlometů automobilů, zejména metodou vakuového naparování hliníku. V mnoha případech se pak jedná o účelovou úpravu pouze určitých např. funkčních ploch. Ostatní plochy nesmí být uvedenou povrchovou úpravou zasaženy, musí zůstat v původním stavu nebo je na nich aplikován jiný způsob povrchové úpravy. V uvedených případech je nutno připravit taková opatření, aby mohla být požadovaná úprava aplikovaná pouze v definovaných plochách. Ostatní plochy musí být zakryty. K tomuto účelu mohou být použity maskovací směsi - např. na bázi roztoku SBR podle japonské patentové přihláškyp007197799 nebo maskovací pásky podle jiné japonské patentové přihlášky/^004035965. Tyto maskovací prostředky, resp. jejich zbytky je ale nutné po provedení příslušné povrchové úpravy s povrchu výrobku odstraňovat, což komplikuje výrobní proces. Z tohoto pohledu je výhodnější používat tzv. krycí masky, které uzavírají povrch výrobku a mají vytvořeny otvory v místech požadované povrchové úpravy Konkrétním příkladem takové masky je např. maska podle zveřejněné patentové přihlášky'Žp PV 2013-322, vytvořená ze dvou samostatných částí - spodní části připojené k držáku masek a z vrchní části opatřené bajonetovým uzávěrem procházejícím středem masky. Ve výhodném provedení je maska vytvořena z odolného plastu, například typu PA6 G natural. Jiné řešení krycí masky je předmětem patentu USj^ 5589043.

Krycí masky se vyrábějí tvarováním plechů, plastů či kompozitu s polymemí matricí nebo obráběním do podoby, která bude kopírovat tvar a rozměry upravovaného dílu. Předností plechových lisovaných masek je jejich nízká cena a relativně rychlá výroba. K jejich výrobě je však nutný poměrně drahý a složitý lisovací nástroj. Nevýhodou je taky obtížnost výroby tvarově složitých masek a poměrně vysoká hmotnost, která limituje jejich použitelnost.

Jinou metodou je výroba krytu/krycích masek s využitím technologie galvanoplastiky nebo laminování. V obou případech je nutné nejdříve připravit z vhodného materiálů tvárník (kopyto), na kterém se krycí maska zhotoví. Galvanoplasticky vyrobené masky jsou přesné, reprodukovatelně vyrobitelné, chemicky a mechanicky značně odolné a v případě poruchy/havárie opravitelné. Jejich nevýhodou je vysoká náročnost přípravy modelů CNC obráběním, velmi dlouhý proces vlastní galvanoplastiky, obtížná obrobitelnost, vysoká hmotnost a cena. Jedná se o složitý, časově náročný postup s vysokými pořizovacími náklady. Náročnost tohoto způsobu se násobí při přípravě krycích masek na výrobky velmi složitých tvarů, jako např. uvedená tělesa světlometů, skupinových svítidel automobilů a řady jiných výrobků.

Masky je možné vyrábět také technologií vstřikování z vhodných typů polymerů. Vstřikované plastové masky jsou ale velmi nákladné, zejména z důvodů nutnosti pořízení drahé vstřikovací formy. Jejich předností je nízká hmotnost a vysoká přesnost, která je však závislá na konstrukci vstřikovací formy, její výrobě a procesních parametrech při vlastní výrobě masek. Technologie vstřikování se s výhodou uplatní při vyšších sériích vyráběných masek. Masky vyráběné z kompozitu s polymemí matricí s výztuží z uhlíkových vláken vynikají zejména nízkou hmotností, dostatečnou pevností a rychlostí výroby. Nevýhodou je nutnost dodatečných operací, které zabezpečují požadovanou přesnost styčných hran masky a chráněného výrobku a nízká odolnost vůči některým chemikálií, což limituje jejich využívání pro některé aplikace, jako např. lakování.

Podstata vynálezu K odstranění výše uvedených nedostatků známých technologií výroby krycích masek přispívá do značné míry způsob výroby krycí masky k překrytí neupravovaných částí výrobků podle vynálezu. Tato maska překrývá obdobně jako výše uvedené známé krycí masky neupravovaný povrch výrobku a má vytvořeny otvory v místech požadované povrchové úpravy.

Podstata způsobu výroby podle vynálezu spočívá v tom, že se nejprve v předběžné operaci 3D skenování povrchu výrobku nebo výběru z digitální výrobní dokumentace výrobku pořídí soubor digitálních dat výrobku, při jehož povrchové úpravě má být krycí maska použita. Tento soubor digitálních dat výrobku se modifikuje k vytvoření otvorů krycí masky v oblastech s požadovanou povrchovou úpravou výrobku. Následně se pak technologií rapid prototypingu zhotoví těleso krycí masky nebo jeho části z konstrukčního plastu, při čemž se použije alespoň jeden z polymemích materiálů ze skupiny zahrnující kopolymer akrylonitril-butadien-styren (ABS), polykarbonát (PC), kopolymer polykarbonát/akrylonitril-- butadien-styren (PC-ABS), polyamid (PA) a polyéterimid (PEI). Vyrobené těleso krycí masky nebo jeho části se následně ošetří v technologické fázi následného zpracování (postprocessingu) k uzavření povrchových i podpovrchových dutin a mikrodutin. Následné zpracování spočívá především v odsátí plynu/vzduchu z mikropórů vyrobeného tělesa krycí masky nebo jeho části a následném zaplnění těchto pórů v celém objemu výrobku tekutým tuhnoucím materiálem, zejména epoxidovou pryskyřicí. Následovat mohou i další typy úpravy povrchu krycích masek. Tyto následné úpravy pomáhají ve značné míře odstranit různě procesní problémy, které mohou v průběhu používání masky vzniknout.

Pevnost vyrobených masek lze dále zvýšit galvanoplastickým pokovením. Vzniklá sendvičová struktura výrazně zvyšuje pevnost a prodlužuje životnost masky.

Objasnění výkresů K bližšímu objasnění podstaty vynález slouží přiložené výkresy, kde představuje obr. 1 - Krycí masku pro metalizaci funkční části výrobku obr. 2 - Krycí masku pro metalizaci pohledové části výrobku obr. 3 - Krycí maska pro lakování definovaných oblastí výrobku obr. 4 - Krycí maska pro lakování definovaných oblastí výrobku v jiném provedení. Příklady uskutečnění vynálezu" Příklad 1

Na obr. 1 je znázorněna v různých fázích uzavření výrobku krycí maska pro metalizaci funkční části výrobku i - konkrétně světlometu skupinových svítidel automobilů. Výrobek i (znázorněný na obr. la) je uzavřen v dvoudílné krycí masce. Obě části 2T a 22 dvojdílného tělesa 2 krycí masky jsou zhotoveny z konstrukčního plastu, konkrétně z kopolymeru ABS jako produkt technologie rapid prototyping a jsou spojeny v jeden komplex pomocí závěsů 4, které umožňují otevírání a uzavírání konstrukce krycí masky. Krycí maska je opatřena fixačními elementy 6 umožňujícími snadné ustavení dílu i do správné polohy (viz obr.lb). Díl určený k pokovení je vložen do spodní části 2Λ krycí masky (obr. lc), zafixován v definované poloze fixačními elementy 6 nebo jinými mechanismy a v této poloze uzavřen horní částí 22 krycí masky a upevněn zámkem 5. Po uzavření krycí masky je vlastnímu procesu povrchové úpravy vystavena pouze definovaná část Li výrobku i (viz obr. Id). Části povrchu výrobku i ukryté pod krycí maskou zůstanou po skončení operace v původním stavu, tj. nepokoveny. Vzhledem k tomu, že díly určené k úpravě mohou být tvarově velmi složité, je kladen velký důraz na přesnost provedení krycí masky, zejména hrany 23 vytvářející rozhraní mezi ošetřenou a neošetřenou částí povrchu. Výrobek i s oběma částmi masky 2J_ a 2.2 je následně umístěn do technologického zařízení, ve kterém probíhá vlastní úprava povrchu.

Způsob výroby krycí masky spočívá v tom, že části 2J,, 22 jejího tělesa 2 k uzavření výrobku i se zhotoví zpolymemího materiálu technologií rapid prototypingu, při níž se využijí digitální data obsažená v digitální výrobní dokumentaci uvedeného výrobku 1 modifikovaná k vytvoření otvorů v oblastech s požadovanou povrchovou úpravou.

Vyrobené části 2d, 22 tělesa 2 masky se následně ošetří v technologické fázi následného zpracování (postprocessingu) k uzavření povrchových i podpovrchových dutin a mikrodutin. Postprocessing spočívá v zaplnění/utěsnění miniaturních pórů vhodným typem epoxidové pryskyřice. Příklad 2

Na obr. 2 je znázorněna v různých fázích uzavření výrobku krycí maska pro metalizaci pohledové části výrobku. Těleso 2 krycí masky plastového výrobku i (podle obr. 2a) je řešeno jako dvoudílné, tvořená spodní částí 2Λ a horní částí 22 - víčkem otočným kolem osy závěsu 4 (viz obr. 2b). Obě části 2.1 a 2.2 dvojdílného tělesa 2 krycí masky jsou zhotoveny z konstrukčního plastu, konkrétně zkopolymeru PC/ABS jako produkt technologie rapid prototyping. Ve spodní částí 2Λ tělesa 2 krycí masky jsou vytvořeny fixační/poziční elementy 6, které zabezpečují umístění výrobku i do správné polohy. V uzavřené poloze je horní částí 22 - víčko drženo pomocí zámku 5, tvořeného magnety (viz obr. 2c). Po uzavření krycí masky jsou zakryty všechny plochy, které musí zůstat neošetřené a naopak přístupná všechna místa, na nichž má dojít k nanesení požadované vrstvy (viz obr. 2d). Obr. 2e znázorňuje výrobek i fixovaný v krycí masce po ošetření, obr. 2f pak konečnou podobu plastového dílu i po ošetření definované části povrchu.

Obě části 2Λ a 2j2 dvojdílného tělesa 2 krycí masky byly zhotoveny aditivní technologií rapid prototypingu. V konkrétním případě byla použita technologie FDM a konstrukčním materiálem byl kopolymer PC/ABS. Pro konstrukci a výrobu masky byla využita digitální dokumentace plastového dílu.

Vyrobené části 2.1. 2.2 tělesa 2 masky byly následně ošetřeny v technologické fázi následného zpracování (postprocessingu) k uzavření povrchových i podpovrchových dutin a mikrodutin. Postprocessing spočívá v zaplnění/utěsnění miniaturních pórů vhodným typem epoxidové pryskyřice. Příklad 3

Na obr. 3 je znázorněna krycí maska pro lakování definovaných částí 3 výrobku í (viz obr,3a). Těleso 2 krycí masky (obr. 3b) je v tomto případě konstruováno jako jednodílné tak, aby zakrylo celou plochu výrobku I s výjimkou výstupků části 3, (obr. 3c) které mají být povrchově upraveny lakováním ve stříkacím boxu. Těleso 2 krycí masky je opatřeno fixačními elementy 6, které zapadají do otvorů L2 na výrobku i. Uvedené řešení umožňuje přesné ustavení krycí masky na výrobku 1. K usnadnění manipulace s vlastní maskou i soustavou maska-výrobek slouží úchopný prvek 2.4 na masce. Po realizaci povrchové úpravy (obr. 3d) je celý výrobek l vyjma výstupků části 3 v původním stavu, bez povrchové úpravy (obr. 3e). V prvotním řešení byly výstupky opatřeny barevnými nálepkami, což s ohledem na tvarovou rozličnost výstupků a jejich rozmístění na ploše výrobku představovalo velmi vysoké nároky na pracnost. Navržené řešení s krycí maskou vyrobenou aditivní technologií prototypingu přineslo snadné a ekonomicky velmi zajímavé řešení. V konkrétním případě byla použita technologie FDM a konstrukčním materiálem byl kopolymer PA. Pro konstrukci a výrobu masky byla využita digitální dokumentace plastového dílu. Příklad 4

Na obr. 4 je znázorněna krycí maska pro lakování definovaných částí 3 výrobku i (viz obr, 4a). Těleso 2 krycí masky (obr. 4b) je konstruováno jako jednodílné tak, aby zakrylo celou plochu výrobku l s výjimkou výstupků 3, které mají být povrchově upraveny lakováním. Těleso krycí masky 2 je opatřeno otvory 2J5 odpovídajícím výstupkům 3 na výrobku l a fixačními elementy 6, které zapadají do otvorů L2 na výrobku L Uvedené řešení umožňuje přesné ustavení krycí masky 2 na výrobku l. K usnadnění manipulace s vlastní maskou i soustavou maska-výrobek slouží úchopný prvek 2 A na masce 2. Vlastní maska je zhotovena z kopolymeru ABS 2 J, upravena postprocessingem a galvanoplasticky pokovena s tloušťkou kovové vrstvy 2^6 do 0.2 mm (obr. 4c). Vzniklá sendvičová struktura nezvýší významně hmotnost krycí masky, ale výrazně zvyšuje její pevnost, chemickou odolnost vůči použitým chemikáliím a životnost. Po aplikaci povrchové úpravy jsou definovaná místa na výrobku povrchově upravena, zatímco ostatní plochy výrobku zůstanou v původním stavu (viz obr. 4d a 4e). K výrobě plastového jádra 2/7 krycí masky 2 byla využita aditivní technologie prototypingu, k vlastnímu návrhu tvarového řešení byly využita digitální dokumentace získaná skenováním výrobku i.

Průmyslová využitelnost

Použitá technologie rapid prototyping, nejčastěji technologie FDM, je technologií aditivní. To znamená, že požadovaný díl se vyrábí postupně, po jednotlivých vrstvách. To umožňuje výrobu dílů libovolně složitých tvarů, běžnými technologiemi nevyrobitelnými. Výhoda navrženého řešení spočívá v jeho flexibilitě, výrobě libovolně složitých dílů a významnému zkrácení etap od návrhu k realizaci.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ N ÁROKY

   1. Způsob výroby krycí masky k překrytí neupravovaných částí výrobků při technologiích povrchových úprav jako je lakování, povlakování a pokovování, která má vytvořeny otvory v místech požadované povrchové úpravy, vyznačující se tím, že se nejprve v předběžné operaci 3D skenování povrchu výrobku (1) nebo výběru z digitální výrobní dokumentace výrobku (1) pořídí soubor digitálních dat výrobku (1), při jehož povrchové úpravě má být krycí maska použita, tento soubor digitálních dat výrobku (1) se pak modifikuje k vytvoření otvorů krycí masky (2) v oblastech s požadovanou povrchovou úpravou výrobku (1), načež se technologií rapid prototypingu zhotoví těleso (2) krycí masky nebo jeho části (2.1, 2.2) z konstrukčního plastu, při čemž se použije alespoň jeden zpolymemích materiálů ze skupiny zahrnující kopolymer akrylonitril-butadien-styren (ABS), polykarbonát (PC), kopolymer polykarbonát/akrylonitril-butadien-styren (PC-ABS), polyamid (PA) a polyéterimid (PEI) s tím, že vyrobené těleso (2) krycí masky nebo jeho části (2.1, 2.2) se následně ošetří k uzavření povrchových i podpovrchových dutin a mikrodutin v technologické fázi následného zpracování, které spočívá v odsátí plynu/vzduchu z mikropórů vyrobeného tělesa (2) krycí masky nebo jeho části (2.1, 2.2) a následném zaplnění těchto pórů v celém objemu výrobku tekutým tuhnoucím materiálem, zejména epoxidovou pryskyřicí.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že vyrobené těleso (2) krycí masky nebo. jeho části (2.1, 2.2) se po ošetření v technologické fázi následného zpracování galvanoplasticky pokovuje.