FI80620C - Foerfarande och anordning foer framstaellning av ett foeremaol eller form, schablon eller liknande foer ett foeremaol. - Google Patents

Description

80620

MENETELMÄ JA LAITE KAPPALEEN TAI KAPPALEEN MUOTIN, MALLINEEN TAI VASTAAVAN VALMISTAMISEKSI - FÖRFARANDE OOH ANORDNING FÖR FRAMSTÄLLNING AV ETT FÖREMAL ELLER FORM, SCHABLON ELLER LIKNANDE FÖR ETT FÖREMÄL

Keksintö koskee menetelmää ja laitetta kappaleen tai kappaleen muotin, mallineen tai vastaavan muodostamiseksi tai valmistamiseksi, jossa menetelmässä magnetoituvia partikkeleita sisältävää aineen annostelua ja/tai muotoilua ohjataan magneettikentässä halutun kappaleen geometrista muotoa vastaavan kappaleen aikaansaamiseksi siten, että sen koossapitävä voima on magneettikenttä, jonka vuoviivat kulkevat halutun muodon muodostavien magneettisten partikkeleiden kautta.

Valmistettaessa kolmiulotteisia kappaleita eri materiaaleista yksittäin tai pieninä sarjoina, muodostuvat muottikustannukset usein suurimmaksi kustannustekijäksi. Yksittäiskappa-levalmistus tulee kyseeseen esim. prototyyppien, muottien ja kertaluontoisten tuotteiden valmistuksessa, joiden valmistus perinteisin menetelmin, esim. työstämällä tai muotoilemalla mallineiden avulla hiekasta (kertavalumuotit) näin ollen on hyvin kallista.

Muottikustannusten vähentämiseksi on enenevässä määrin ryhdytty käyttämään tietotekniikkaa muottisuunnittelun apuväli-neenä. Niinpä tunnetaan järjestelmiä, joissa työstökoneita ohjataan numeerisesti tietokoneen muistissa olevan muotti-piirroksen avulla. Tällaisia ns. CAD-, CAM- ja CIM-järjestelmiä on markkinoilla useita. Tulossa on myös järjestelmiä, joissa muodostettavan kappaleen mitat saadaan elektronisilla mittalaitteilla.

Kuitenkaan näillä järjestelmillä ei muotti- ja mallinetek-niikan vaikeinta ongelmaa, eli itse kappaleen aikaansaantia ole poistettu, ja järjestelmien korkeasta hinnasta johtuen kokonaiskustannuksetkaan eivät välttämättä ole pienentyneet.

2 80620

Toisaalta tunnetaan kerrostekniikkaan perustuvia muotinval-mistusmenetelmiä, joista ns. laminointitekniikka, (Laminated Object Manufacturing, LOM) perustuu jauhemetallurgiaan eli ns. sintraukseen. Siinä muotti rakennetaan yllä mainitun volyymimallinnusohjelman avulla luodusta graafisesta tiedostosta tehtyjen tasomaisten poikkileikkausten mukaisesti lisäämällä kerralla ohut kerros sintrattavaa jauhetta, joka kovetetaan selektiivisesti lasersäteillä siten, että vähitellen muodostuu halutun muotoinen kolmiulotteinen kappale. Tämä tekniikka on uusi ja tällä tavalla rakennetun muotin ominaisuudet siten vaikeasti arvioitavissa, mutta tiedetään, että muotin rakentaminen kestää usein päiviä, joka kylläkin on suuri parannus nykyisiin valmistusaikoihin. Lisäksi on arvioitu, että muotin valmistuskustannukset alenevat jopa puolella, ja että järjestelmän hinta olisi luokkaa 1 MFIM.

Nyt kyseessä oleva keksintö vastaa tarkoitukseltaan LOM-tek-niikkaa, mutta poikkeaa siitä täysin. Lisäksi se tarjoaa LOM-tekniikkaan nähden hyvin merkittäviä etuja jäljempänä esitettävistä syistä. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että valmistettavan kappaleen muodot aikaansaadaan asettamalla muodostuselimiä etäisyydelle toisistaan muotissa siten, että muodostuselimien kärjet ovat *: osa muodostettavaa pintaa tai määrätyllä etäisyydellä siitä, ja että mainittujen muodostuselimien kautta johdetaan mag-. . neettivuo siten, että vierekkäisten muodostuselinten mag neettivuon napaisuus on erilainen, jolloin muottitilassa oleva ja/tai tässä vaiheessa lisätty magneettinen tai magnetoituvista partikkeleista koostuva aine muodostuselimesta toiselle kulkevien magneettikenttäviivojen avulla muodostaa muodostettavan kappaleen ulkomuodon.

Keksinnön merkittävimmät edut ovat valmistusnopeus ja sen edullisuus, koska muotin tai mallineen muodostuksessa ei käytetä kalliita komponentteja kuten lasereita. Lisäksi käytettyä magneettista ainetta, esim. rauta jauhetta, voidaan 3 80620 käyttää yhä uudelleen ja uudelleen eri muoteissa ja mallineissa, koska muodostetun kappaleen koossapitävä voima poistuu, kun sähkömagneeteista poistetaan ohjaus. Muotin nopea ja automaattinen muodostus ja purku, yhdistettynä alkuperäiskappaleen muototietojen mittaukseen elektronisin menetelmin, mahdollistaa käytännössä kappaleen monistuskoneen rakentamisen.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on tunnusomaista se, että muodostuselimien kautta kulkeva magneettikenttä muodostetaan niiden toiseen päähän muodostetuilla sähkömagneeteilla.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on edelleen tunnusomaista se, että keksinnön mukaisesti muodostettu muotti pidetään muodossaan valun aikana magneettikentän avulla ja puretaan haluttaessa poistamalla magneettikenttä. Tämä tekniikka helpottaa suuresti nykyisten valutekniikoiden ongelmia.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on tunnusomaista se, että magnetoituvista partikkeleista muodostettavan kappaleen muoto aikaansaadaan sintraamalla tai sideaineella kuumennuksen ja/tai kemiallisen reaktion avulla joko yhdellä kertaa tai kerroksittain. Eräs erikoissovellutus tästä on jättää muodostuselimet kappaleen sisään, jolloin ne muodostuvat osaksi valmistettavaa kappaletta.

Keksinnön mukaisen menetelmän muille edullisille sovellutus-muodoille on tunnusomaista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista se, että laite muodostuu pinnasta, jossa pinnassa olevien, etäisyydellä toisistaan sijaitsevien reikien läpi ulottuu pitkänomaisia muodostuselimiä, joiden toiseen päähän on muodostettu magneetti siten, että vierekkäisten muodostuselimien mag- 4 80620 neettien polariteetti on vastakkainen, ja että muodostuseli-met on liikuteltavissa pituussuunnassa siten, että niiden kärjet ovat osa muodostettavaa pintaa tai määrätyllä etäisyydellä siitä, ja että kunkin muodostuselimen kautta on johdettavissa ainakin osa magneetin magneettivuosta siten, että muottitilassa oleva ja/tai tässä vaiheessa lisätty, magnetoituvia partikkeleita sisältävä aine muotoon saatettuna pysyy muodostuselimestä toiselle kulkevien magneetti-kenttäviivojen avulla halutussa muodossaan prosessin ajan.

Kuten ylläolevasta ilmenee, on keksinnön mukainen laite halpa, yksinkertainen ja toimintavarma. Lisäksi sen ohjaus-mahdollisuudet ovat monipuoliset, itse asiassa ne vaihtele-vat muodostuselimien käsisäädöstä mitä hienostuneimpiin tietokonejärjestelmiin. Tällainen joustava käyttömahdollisuus on erityisen tärkeä esim. prototyyppien valmistuksessa, ja keksinnön mukaista laitetta voidaan käyttää myös muotoilu-työkaluna, jonka avulla tehdään nopeasti esim. kipsisiä malleja lopputuotteesta.

Keksinnön mukaisen laitteen eräälle edulliselle sovellutus-muodolle on tunnusomaista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen laitteen rakennetta,

Kuvio 2 esittää muottipinnan muodostusta keksinnön mukaisessa laitteessa,

Kuvio 3 esittää osasuurennoksen kuvion 2 muottipinnasta, 5 80620

Kuvio 4 esittää kaaviomaisesti muodostuselimien magneettiset napaisuudet keksinnön mukaisessa laitteessa,

Kuviossa 1 esitetään keksinnön mukaisen laitteen mekaanisen konstruktion pääosat kaaviomaisesti. Kappale, muotti, malline, tai sen pinta muodostetaan tapauksesta riippuen tasomaisen tai kolmiulotteisen, vaikkapa kokonaan suljetun tuki-pinnan avulla. Kuviossa 1 näytetään tukipinnan 1 osaa, joka on ei- magneettista materiaalia. Tukipintaa voidaan muotoilla valmistettavan kappaleen mukaan, se voi olla jopa pallo-pinta. Tukipinnan läpi ulottuu pitkänomaiset muodostuselimet 2, joiden alapäihin on kiinnitetty sähkömagneetit 3. Magneettien napaisuus on merkitty kirjaimilla S ja N. Kaikki muodostuselimet 2 ovat liikuteltavissa erikseen nuolen 4 osoittamissa suunnissa. Muodostuselinten etäisyys voi vaihdella laajoissa rajoissa riippuen valmistettavien kappaleiden koosta ja monimutkaisuudesta. Käytännössä yleisin mitta-luokka on 3...10 senttimetriä. Muodostuselinten 2 kärkien tasalle on piirretty volyymimallinnuksen tuottama geometrinen pinta.

Kuviossa 2 esitetään, kuinka muottipinta 5 muodostuu, kun muodostuselinten 2 välit on täytetty magneettisia partikkeleita sisältävällä aineella, tässä esimerkissä rautajau-heella 6. Muodostuselimien välille muodostuu magneettikenttä, jonka kenttäviivat kulkevat elimeltä toiselle. Jauhetta annostellaan oikeisiin kohtiin ja pakataan tukipinnal-le 1. Annostelu tapahtuu edullisimmin automaattisesti ja ohjatusti siten, että aina saadaan oikea määrä rautajauhetta kuhunkin kohtaan. Pakkaaminen suoritetaan puolestaan annostuksen yhteydessä tai erikseen. Muodostuselimien välillä magneettiset vuoviivat kulkevat magnetoituvassa aineessa pääosin muodostetun pinnan mukaisesti, jolloin muodostuu koko muottitangoi1 la varustetun alueen kattava kova vaippa-pinta 5, joka voidaan käyttötarkoituksesta riippuen käyttää 6 80620 suoraan valumuottina tai pintakäsitellä esim. lämmöllä ta-soittaakseen sitä edelleen ennen valua.

Jos taas kysymyksessä on aikaisemmin mainittu kappaleen valmistus, voidaan muodostuselimet jättää kappaleen sisään sintrauksen tms. käsittelyn jälkeen, ja niitä voidaan hyödyntää muotoilemalla niiden päitä palvelemaan jotain kappaleeseen muutoin vaikeasti aikaansaatavaa erityistarkoitusta, esim. kiinnityselimiä, josta esimerkkinä mainittakoon putkimaisiin muodostuselimi in aikaansaatu sisäpuolinen kierre. Tämä tarkoitta myös sarjavalmistusta silmälläpitäen sitä, että esivalmisteltuja "muodostuselinmatriiseja" eli aihioita on mahdollista sarjavalmistaa konepajatekniikan tavanomaisin menetelmin ja valmistaa kappaleiksi keksinnön mukaisella me-netelmällä.

Kuviossa 3 esitetään muottipintaa yksityiskohtaisemmin muot-titankojen välissä. Tässä selvyyden vuoksi liioitellun suurina piirretyt magnetoituneet partikkelit 7 (navat piirretty kuvioinniltaan erilaisina) orientoituvat magneettisesti kenttäviivojen suuntaan, mikä takaa muotin hyvän koossapysy-vyyden ja puristuskestävyyden. Tällä tavalla voidaan myös partikkelikokoa ja -muotoa valitsemalla vaikuttaa merkittävästi muotilla aikaansaatavaan lopputulokseen.

Kuviossa 4 esitetään kaaviomaisesti muodostuselimien magneettiset napaisuudet keksinnön mukaisessa laitteessa.

Keksinnön avulla muodostettu kappale tai muottipinta voidaan tarvittaessa käsitellä sopivasti lämmön, täyteaineiden, laserilla tms. tavalla sen tasaisuuden ja/tai lujuuden parantamiseksi .

Muottitankoja ja niiden sähkömagneetteja voidaan myös ohjata siten, että joitakin muottitankoja pidetään magneettisesti passiivisina tai niiden kenttävoimakkuutta ja napaisuutta 7 80620 muihin tankoihin nähden muutetaan. Tämäntyyppisen ohjauksen tarkoituksena on saada muottipintaa hienosäädetyksi. Keksintö on tietenkin toteutettavissa myös kestomagneetein, jolloin em. säätömahdol1isuuksia rajoittaa käytettävissä olevat magneetit.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellu-tusmuodot eivät rajoitu yllä esitettyihin esimerkkeihin, vaan että ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä magnetoitava jauhemainen aine voi muodostua mistä tahansa materiaalien yhdistelmästä, jossa esiintyy para- tai ferromagneettisia materiaaleja tai niiden sekoituksia.

Claims (10)

1. Menetelmä kappaleen tai kappaleen muotin, mallineen tai vastaavan muodostamiseksi tai valmistamiseksi, jossa menetelmässä magnetoituvia partikkeleita (7) sisältävää aineen (6) annostelua ja/tai muotoilua ohjataan magneettikentässä halutun kappaleen geometrista muotoa vastaavan kappaleen aikaansaamiseksi siten, että sen koossapitävä voima on magneettikenttä, jonka vuoviivat kulkevat halutun muodon (5) muodostavien magneettisten partikkeleiden kautta, tunnettu siitä, että valmistettavan kappaleen muodot aikaansaadaan asettamalla muodostuselimiä (2) etäisyydelle toisistaan muotissa siten, että muodostuselimien kärjet ovat osa muodostettavaa pintaa (5) tai määrätyllä etäisyydellä siitä, ja että mainittujen muodostuselimien (2) kautta johdetaan magneettivuo siten, että vierekkäisten muodostuselin-ten magneettivuon napaisuus on erilainen, jolloin muotti-tilassa oleva ja/tai tässä vaiheessa lisätty magneettinen tai magnetoituvista partikkeleista (7) koostuva aine (6) muodostuselimestä toiselle kulkevien magneettikenttäviivojen avulla muodostaa muodostettavan kappaleen ulkomuodon (S).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostuselimien (2) kautta kulkeva magneettikenttä muodostetaan niiden toiseen päähän muodostetuilla sähkömagneeteilla (3).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä kappaleen valamiseksi, tunnettu siitä, että muodostettu muotti pidetään muodossaan valun aikana magneettikentän avulla ja puretaan haluttaessa poistamalla magneettikenttä.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magneettisena tai magnetoituvana partikkeleista (7) koostuvana aineena (8) käytetään rautapohjaista jauhetta. 9 80620

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostettu pinta (5) pintakä-sitellään sopivasti lämmön, täyteaineiden, laserilla tms. tavalla sen tasaisuuden ja/tai lujuuden parantamiseksi.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valmistusmenetelmä, tunnettu siitä, että magnetoituvista partikkeleista (7) muodostettavan kappaleen muoto aikaansaadaan sintraa-malla tai sideaineella kuumennuksen ja/tai kemiallisen reaktion avulla joko yhdellä kertaa tai kerroksittain.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostuselimet (2) muodostuvat osaksi valmistettavaa kappaletta. δ. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostuselimien ohjaus suoritetaan tietokoneella siten, että tietokoneeseen syötetyt tai muodostetut muodostettavan kappaleen tai muotin muototiedot automaattisesti ohjaavat annostelu- ja/tai muodostuselimien (7) liikkeitä halutun magneettikentän vuoviivojen muodostamiseksi .

9. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, jolla laitteella aikaansaadaan valmistettavan kappaleen muoto tai kappaleen muotin, mallineen tai vastaavan ulkomuotoa vastaava pinta tai osa siitä, tunnettu siitä, että laite muodostuu pinnasta (1), jossa pinnassa olevien, etäisyydellä toisistaan sijaitsevien reikien läpi ulottuu pitkänomaisia muodostuselimiä (2), joiden toiseen päähän on muodostettu magneetti (3) siten, että vierekkästen muodostuselimien magneettien polariteetti on vastakkainen, ja että muodostuselimet (2) on liikuteltavissa 10 80620 pituussuunnassa siten, että niiden kärjet ovat osa muodostettavaa pintaa (5) tai määrätyllä etäisyydellä siitä, ja että kunkin muodostuselimen (2) kautta on johdettavissa ainakin osa magneetin (5) magneettivuosta siten, että muotti-tilassa oleva ja/tai tässä vaiheessa lisätty, magnetoituvia partikkeleita (7) sisältävä aine (6) muotoon saatettuna pysyy muodostuselimestä (2) toiselle kulkevien magneettikent-täviivojen avulla halutussa muodossaan prosessin ajan.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että muodostuselimien magneetit (3) ovat sähkömagneetteja . U 80620