FI81743B - Anordning foer formning eller tillverkning av ett foeremaol, formen foer ett foeremaol, en schablon eller liknande. - Google Patents

Description

81743 LAITTEISTO KAPPALEEN TAI KAPPALEEN MUOTIN, MALLINEEN TAI VASTAAVAN MUODOSTAMISEKSI TAI VALMISTAMISEKSI - ANORDNING FÖR FORMNING ELLER TILLVERKNING AV ETT FÖREMÄL, FORMEN FÖR ETT FÖREMÄL, EN SCHABLON ELLER LIKNANDE 5

Keksintö koskee laitteistoa kappaleen, kappaleen muotin, mallineen tai vastaavan muodostamiseksi tai valmistamiseksi, jossa laitteistossa valmistettavan kappaleen tai muotin muodot aikaansaadaan siten, että sopivassa muodostustilassa 10 olevaan, olennaisesti magnetoituvista partikkeleista, kuten rautajauheesta, koostuvaan aineeseen muodostetaan magneettikenttä yhden tai useamman magneetin, kuten sähkömagneetin avulla siten, että muodostettava kappale tai muotti on muodostettavissa ja/tai pidettävissä koossa muodostustilassa 15 magneettikentän kenttäviivojen avulla.

Valmistettaessa kolmiulotteisia kappaleita eri materiaaleista yksittäin tai pieninä sarjoina, muodostuvat muottikustannukset usein suurimmaksi kustannustekijäksi. Yksittäiskappa-20 levalmistus tulee kyseeseen esim. prototyyppien, muottien ja kertaluontoisten tuotteiden valmistuksessa, joiden valmistus perinteisin menetelmin, esim. työstämällä ja muotoilemalla mallineiden avulla hiekasta (kertavalumuotit) näin ollen on hyvin kallista.

25

Muottikustannusten vähentämiseksi on enenevässä määrin ryhdytty käyttämään tietotekniikkaa muottisuunnittelun apuvälineenä. Niinpä tunnetaan järjestelmiä, joissa työstökoneita ohjataan numeerisesti tietokoneen muistissa olevan muotti-30 piirroksen avulla. Tällaisia ns. CAD-, CAM- ja CIM-järjestelmiä on markkinoilla useita. Tulossa on myös järjestelmiä, joissa muodostettavan kappaleen mitat saadaan elektronisilla mittalaitteilla.

35 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 81743

Toisaalta tunnetaan kerrostekniikkaan perustuvia muotinval-mistusmenetelmiä, joista ns. laminointitekniikka, (Laminated Object Manufacturing, LOM) perustuu jauhemetallurgiaan eli ns. sintraukseen. Siinä muotti rakennetaan yllä mainitun 5 volyymimal1innusohjelman 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. 10 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 15 puolella, ja että järjestelmän hinta olisi luokkaa 1 MFIM.

Hakijan suomalaisesta patenttihakemuksesta 880369 tunnetaan käytännössä toimiva ratkaisu kappaleen tai kappaleen muotin, mallineen tai vastaavan valmistamiseksi, jossa magnetoituvia 20 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 partikkelei-25 den kautta. Hakemuksessa esitetty ratkaisu perustuu valmistettavan kappaleen muotoja aikaansaamaan asetettuihin, muotissa tai kappaleessa etäisyydellä toisistaan sijaitseviin muodostuselimiin siten, että muodostuselimien kärjet ovat osa muodostettavaa pintaa tai määrätyllä etäisyydellä siitä. 30

Nyt kyseessä oleva keksintö käsittää em. hakemuksessa esitettyyn perustekniikkaan perustuvan sovellutuksen, joka tarjoaa joitakin tärkeitä etuja jäljempänä esitettävistä syistä. Keksinnön mukaiselle laitteistolle on siten tunnusomais-35 ta se, että laitteistoon kuuluu muodostettavan kappaleen, muotin, mallineen tai vastaavan muodostustilaan erikseen sijoitettavia muodostuselimiä, jotka olennaisesti jäävät magnetoituvista partikkeleista koostuvan aineen sisään 3 81743 ja/tai rajoittuvat muodostettavaan pintaan, ja joiden kautta tai joista poispäin kulkeva magneettivuo on ohjattavissa haluttuun suuntaan magnetoituvista partikkeleista koostuvassa aineessa.

5

Keksinnön olennaisin ero hakijan aikaisemmassa hakemuksessa esitettyyn tekniikkaan nähden on se, että magneettikentän aiheuttavat magneetit tai niiden rautasydämet eivät ulotu itse muodostustilaan, vaan rajoittuvat sen seinämiin, jol-10 loin muodostettavan objektin ulkomuodot määrätään esim. rauta jauheeseen erikseen sijoitettavilla muodostuselimillä, jotka siten voivat sijoitukseltaan, lukumäärältään, muotoilultaan ja ominaisuuksiltaan joustavasti vastata kussakin tilanteessa vaadittavia ominaisuuksia muodostettavalta pin-15 naita. Lisäksi aikaisemmassa ratkaisussa oli hankaluutena se, että magneettivuon voimaviivat kulkevat magneettisydämen jatkeena olevasta rautasauvasta suoraan rautajauheesta ulos rikkoen sen pintaa niin, että valu on vaikeaa. Keksinnössä on siis myös erittäin olennaista se, että magneettivuota 20 pyritään ohjaamaan muodostettavan kappaleen tai muotin pintaa pitkin.

Keksinnön mukaisen laitteiston eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on tunnusomaista se, että muodostuselimet muo-25 dostuvat muodostettavan kappaleen, muotin, mallineen tai vastaavan pintaan ulottuvista sauvoista, joiden muottipin-taan ulottuva pää on muodostettu muottipinnan osaksi.

Keksinnön mukaisen laitteiston eräälle edulliselle sovellu-30 tusmuodolle on tunnusomaista se, että muodostuselimeen kuuluu kaksi sauvamaista osaa, eli muottipintaan päin haarautuva tai levittäytyvä sauvan yläpää ja siihen liitetty varsi.

Yleisesti voidaan todeta, että keksinnön mukainen laitteisto 35 on halpa, yksinkertainen ja toimintavarma. Ohjausmahdollisuudet ovat monipuoliset myös manuaalisesti suoritettuna. Tällainen joustava käyttömahdollisuus on erityisen tärkeä esim. prototyyppien valmistuksessa, ja keksinnön mukaista 4 81743 laitteistoa voidaan käyttää myös muotoilutyökaluna, jonka avulla tehdään nopeasti esim. kipsisiä malleja lopputuotteesta. Etuna on lisäksi se, että keksinnön mukaisia muodos-tuselimiä käyttäen magneettivuo saadaan tasaisemmin jaettua 5 esim. rautajauheen alempiin kerroksiin, jolloin siis muodostettu muotti tai kappale on entistä lujempi. Keksinnön avulla muodostettu kappale tai muottipinta voidaan tarvittaessa käsitellä sopivasti lämmöllä, täyteaineiden, laserilla tms. tavalla sen tasaisuuden ja/tai lujuuden parantamiseksi.

10

Keksinnön mukaisen laitteiston muille edullisille sovellu-tusmuodoille on tunnusomaista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

15 Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti hakemuksen FI880369 mukaisen laitteen rakennetta, 20

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaisia muottipinnan muodostus-elimiä kuviota 1 vastaavassa tapauksessa,

Kuviot 3a-3c esittävät tarkemmin keksinnön mukaisia muodos-25 tuselimiä,

Kuvio 4 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisesti toteutettavaa muodostustilaa tasomuotin tapauksessa.

30 Kuviossa 1 esitetään aiemmin kehitetyn laitteen mekaanisen konstruktion pääosat kaaviomaisesti. Kappale, muotti, malline, tai sen pinta muodostetaan tapauksesta riippuen tasomaisen tai kolmiulotteisen, vaikkapa kokonaan suljetun muodos-tustilan avulla. Kuviossa 1 näytetään muodostustilan tuki-35 pinnan 1 osaa, joka on ei-magneettista materiaalia. Muodostustilaa voidaan muotoilla valmistettavan kappaleen mukaan, ja se voi olla jopa pallopinta. Tukipinnan läpi ulottuvat pitkänomaiset muodostuselimet 2, joiden alapäihin on kiinni- 5 81743 tetty sähkömagneetit 3. Magneettien napaisuus on merkitty kirjaimilla S ja N. Muodostuselinten etäisyys voi vaihdella riippuen valmistettavien kappaleiden koosta ja monimutkaisuudesta. Käytännössä yleisin etäisyys on luokkaa 3...10 5 senttimetriä. Muodostuselinten 2 kärkien tasalle on piirretty volyymimallinnuksen tuottama geometrinen pinta.

Kuviossa 2 esitetään miten muottipinta 4 muodostuu, kun keksinnön mukaisten muodostuselinten 5 välit on täytetty 10 magneettisia partikkeleita sisältävällä aineella, tässä esimerkissä rautajauheella 6. Muodostuselimien välillä magneettiset vuoviivat kulkevat magnetoituvassa aineessa pääosin muodostetun pinnan mukaisesti, jolloin muodostuu koko muot-titangoilla varustetun alueen kattava kova vaippapinta 4, 15 jota voidaan käyttötarkoituksesta riippuen käyttää suoraan valumuottina, pintakäsitellä esim. lämmöllä tasoittamaan sitä edelleen ennen valua, tai päällystää esim. joustavalla kumimatolla betoni- tai kipsivalua varten. Magneettikentän aiheuttavat sähkömagneetit (ei piirretty) sijaitsevat kupa-20 rista tai muusta diamagneettisesta aineesta tehdyn muodos-tustilan tukipinnan 18 alapuolella. Magneettikenttien kent-täviivat kulkevat myös elimien materiaalista ja muotoilusta riippuen pitkin muodostuselimiä 5, joiden ominaisuuksia sopivasti valitsemalla saadaan aikaan haluttu muottipinta.

25

Edelleen viitaten kuvioon 2 voidaan esimerkinomaisesti todeta, että kuviossa esiintyvien erilaisten (elimen 15 merkitys selitetään kuvion 3c yhteydessä) muodostuselimien 5 pituus on yksinkertaisesti säädettävissä siten, että sauvamainen 30 elin 5 on ainakin osittain kierteistetty, jolloin sen pituus säädetään kiertämällä sitä sopivalle korkeudelle tukipinnas-ta 18. Koska keksinnön mukaisten muodostuselimien 5 sijainti tai tiheys ei enää ole sidottu tukipinnan 18 alapuolella oleviin sähkömagneettisydämien sijaintiin tai tiheyteen, ja 35 johtuen kulloinkin vallitsevien vuon ohjaustarpeiden vaihtelevuudesta, keksinnön mukaiseen laitteistoon kuuluvia muodostuselimiä on oltava erilaisia, kuten seuraavassa nähdään.

6 81743

Kuvion 3a mukaisesti keksinnön mukainen tasomainen muodos-tuselin 8 muodostuu muodostettavan kappaleen, muotin, mallineen tai vastaavan pintaan ulottuvasta sauvasta, jonka muot-tipintaan ulottuva pää on muodostettu muottipinnan osaksi 5 siten, että sen kautta kulkeva magneettivuo on ohjattavissa haluttuun kohtaan rautajauheessa, joka on tässä esimerkkinä. Muodostuselimeen kuuluu kaksi sauvamaista osaa 9 ja 10, eli muottipintaan päin haarautuva tai levittäytyvä sauvan yläpää 10 ja siihen liitetty varsi 9. Muodostuselimen 8 muottipin-10 taan ulottuva pää 7 on muodostettu sauvaosan yläpään päälle asetetusta, diamagneettista ainetta kuten kuparia, muotti-pinnan osana olevaksi tässä tapauksessa lähinnä tasomaiseksi pinnaksi. Magneettivuo φ ohjautuu nuolien mukaisesti muotti-pinnan suuntaan pään 7 muotoilun ja diamagneettisuuden 15 ansiosta.

Kuviossa 3b nähdään vastaava muodostuselin 11, jossa muodos-tuselimen 11 muottipintaan olevan pään 12 yläpinta on kaareva, sen lisäksi sen uloimpana oleva kerros 13 on helposti, 20 esim. lämmittämällä ja/tai takomalla muokattavaa diamagneettista ainetta, kuten lyijyä tai jotain lyijypitoista metalliseosta. Magneettivuo φ ohjautuu tässäkin nuolien mukaises-: ti. Jos kysymyksessä on kappaleen valmistus, voidaan muodos- tuselimet jättää kappaleen sisään sintrauksen tms. käsitte-25 lyn jälkeen, ja niitä voidaan hyödyntää muotoilemalla niiden päitä palvelemaan jotain kappaleeseen muutoin vaikeasti . aikaansaatavaa erityistarkoitusta, esim. kiinnityselimiä.

Esimerkkinä tästä mainittakoon putkimaisiin muodostuselimiin aikaansaatu sisäpuolinen kierre.

. 30

Kuvioiden 3a ja 3b muodostuselimien rakenne voi vaihdella laajoissa rajoissa. Eri osien materiaalikysymykset ovat erityisen tärkeitä, esim. varsi 5 tai 9 voi olla ferromagneettista ainetta, kuten rautaa, jolloin se paremmin johtaa 35 magneettivuon muodostustilan tasolta ylös muodostettavaan : pintaan. Tämä on tarkoituksenmukaista varsinkin jos ko.

etäisyys on pitkä, eli muodostustilassa on siinä kohtaa paksu kerros rauta jauhetta. Muodostuselimen varsi voi olla 7 81743 myös muovia, jolloin vuoviivat kulkevat muodostustilan tasolta suoraan rautajauheeseen, jolloin muodostuselimen "hatulla" tapahtuva vuonohjaus on passiivista, tai vuo kerätään "hatun" alle esim. ferromagneettista ainetta olevalla 5 sauvan yläosalla 10 diamagneettista ainetta olevan ohjain-elimien 7 avulla tapahtuvaa muottipinnan suuntaista ohjausta varten. Koska diamagneettiset metallit ovat pehmeitä ja siten helposti muokattavia, voidaan muodostuselinten yläosat 10,12 tarvittaessa vaikkapa käsin taivuttaa ja käsitellä 10 siten, että elimen ylin osa, "hatun" yläpinta, mahdollisimman hyvin myötäilee aiottuja muotoja.

Muodostuselimen 8,11 kaikki osat voivat myös olla diamagneettista ainetta, kuten kuparia, jolloin esim. myös rauta-15 jauheessa olevien ilmahuokosten läpi kulkeva magneettivuo pyrkii poispäin ohjainelimestä. Lopuksi voidaan mainita sovellutus, jossa muodostuselimellä ei ole vartta 5,9 ollenkaan. Tällainen elin voi tulla kysymykseen, kun vuo on muutenkin erittäin voimakas, mitä se yleensä on, jos etäisyys 20 muodostustilan tasolta muodostettavaan pintaan on lyhyt, eli muodostustilacca on siinä kohtaa vain ohut kerros rautajau-hetta.

Muodostuselimien 8,11 varsi ulottuu tavallisimmin muodostus-: 25 tilan seinämään 7 asti, johon se on kiinnitettävissä seinä- mäpintaan ruuvi- tms. liitoksen avulla siten, että se on pitkittäissuunnassa siirrettävissä. Etenkin automatisoidussa muotin- tai kappaleenvalmistuksessa muodostuselimiä on voitava siirtää portaattomasti akselinsa suunnassa esim. sähkö-30 moottorien avulla. Mikään ei kuitenkaan estä käyttämästä esim. täydentävinä muodostuseliminä lyhytvartisia tai var-rettomia muodostuselimiä sellaisissa paikoissa, missä olosuhteet sen sallivat ja/tai muodostuselimien sijoitustihey-. den nostamiseksi. Muodostuselimien varret voivat myös olla : 35 varustetut varresta ulkonevilla ankkurointi/vuonohjauseli- millä. Kuvioon 3b on piirretty varren 9 yhteyteen kaksi ympyränmuotoista levyä 14, jotka toisaalta pitävät muodos-: tuselimen 11 paremmin liikkumattomana rautajauheessa, toi- 8 81743 saalta jakavat magneettivuon tasaisemmin jauheeseen varren kohdalla.

Keksinnön mukaiseen laitteistoon voi lisäksi kuulua kuvion 5 3c mukaisia ferromagneettista ainetta kuten rautaa olevia pitkänomaisia elimiä 15, jotka sijoitetaan magnetoituvista partikkeleista koostuvan aineen sisään edistämään magneettivuon kulkua halutuissa kohdissa (kts. kuvio 2). Muottipinnan muodostukseen nämä eivät siis ota osaa, vaan toimivat tehok-10 kaina magneettivuon kanavina muottipinnan suuntaan esim. paksuissa rautajauhekerroksissa.

Keksinnön piiriin kuuluvista muodostuselimistä todettakoon vielä, että niiden yläosat, varret ja mahdolliset muut osa-15 set voivat olla keskenään vaihtokelpoisia riippumatta niiden valmistusmateriaalista, muodoista ja mitoista, jolloin saadaan tarvittaessa aikaan hyvin erilaisia muodostuselimiä liittämällä erilaisia peruskomponentteja yhteen.

20 Kuviossa 4 esitetään kaaviomaisesti muodostustilaa tasomuo-tin tapauksessa sähkömagneetteineen, joiden magneettiset : napaisuudet on merkitty S,N-merkinnöin kuten kuviossa 1.

Muotin pohjalevy 16 on rautaa, joka toimii magneettisen vuon : kulkutienä. Sähkömagneeteilla (ei piirretty) on rautasydämet 25 17, joissa on sisäpuolinen kierteistys muodostuselimien kiinnitystä varten. Varsinaisen muodostustilan tukipinnan muodostaa esim. kuparista tehty levy 18 (vrt. tukipinta 7 kuviossa 2), jonka läpi rautasydämet 17 ulottuvat. Muodostustilan sivut ovat raudasta tehtyjä levyjä, jotka ovat 30 yhdeydessä pohjalevyyn 16.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellu-tusmuodot eivät rajoitu yllä esitettyihin esimerkkeihin, vaan että ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien 35 patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (11)

1. Laitteisto kappaleen tai kappaleen muotin, mallineen tai vastaavan muodostamiseksi tai valmistamiseksi, jossa lait- 5 teistossa valmistettavan kappaleen tai muotin muodot aikaansaadaan siten, että sopivassa muodostustilassa olevaan, olennaisesti magnetoituvista partikkeleista, kuten rautajauheesta, koostuvaan aineeseen (6) muodostetaan magneettikenttä yhden tai useamman magneetin, kuten sähkömagneetin avulla 10 siten, että muodostettava kappale tai muotti on muodostettavissa ja/tai pidettävissä koossa muodostustilassa magneettikentän kenttäviivojen avulla, tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu muodostettavan kappaleen, muotin, mallineen tai vastaavan muodostustilaan erikseen sijoitettavia 15 muodostuselimiä (8,11,15), jotka olennaisesti jäävät magnetoituvista partikkeleista koostuvan aineen sisään ja/tai rajoittuvat muodostettavaan pintaan (4), ja joiden kautta tai joista poispäin kulkeva magneettivuo (φ) on ohjattavissa haluttuun suuntaan magnetoituvista partikkeleista koostuvas-20 sa aineessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että muodostuselin (8,11) muodostuu muodostettavan kappaleen, muotin, mallineen tai vastaavan pintaan ulot- 25 tuvasta sauvasta, jonka muottipintaan ulottuva pää (7,13) on muodostettu muottipinnan osaksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että muodostuselimeen (8,11) kuuluu kaksi sauva- 30 maista osaa, eli muottipintaan päin haarautuva tai levittäytyvä sauvan yläpää (10,12) ja siihen liitetty varsi (9).

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että muodostuselimen (8,11) varsi (9) ulot- 35 tuu muodostustilan seinämiin (7,18) asti ja on kiinnitettävissä seinämäpintaan ruuvi- tms. aksiaalisen liikkeen sallivan liitoksen avulla. 10 81 743

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että muodostuselimen varsi (9) on ferromagneettista ainetta, kuten rautaa.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että muodostuselimen varsi (9) on muovia.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen laitteisto, 10 tunnettu siitä, että muodostuselimen kaikki osat ovat diamagneettista ainetta, kuten kuparia.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että muodostuselimen (8,11) muotti- 15 pintaan ulottuva pää on muodostettu sauvaosan yläpään (10,12) päälle asetetusta, diamagneettista ainetta, kuten kuparia, olevasta muottipinnan osana olevasta tasomaisesta (7) tai kaarevasta (12) pinnasta.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnet- t u siitä, että muodostuselimen (11) muottipinnan osana oleva tasomaisen tai kaarevan pinnan (12) uloin kerros (13) on helposti muokattavaa diamagneettista ainetta, kuten lyijyä tai lyijypitoista metalliseosta. : 25

9 81743

10. Jonkin patenttivaatimuksen 2-9 mukainen laitteisto, : tunnettu siitä, että muodostuselimen (11) varsi on varustettu varresta ulkonevilla ankkurointi- ja vuonohjaus-elimillä (14). 30

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteistoon lisäksi kuuluu ferromagneettista ainetta, kuten rautaa olevia pitkänomaisia muodostuselimiä (15), jotka sijoitetaan magnetoituvista par- 35 tikkeleista koostuvan aineen (6) sisään edistämään magneettivuon kulkua halutuissa kohdissa. Il 11 81743