RU2048293C1

RU2048293C1 - Device for manufacturing three-dimensional articles made of photoconsolidating materials

Info

Publication number: RU2048293C1
Authority: RU
Inventors: Николай Константинович Толочко; Николай Васильевич Соболенко; Игорь Юрьевич Сычев; Виктор Иванович Горюшкин; Владимир Сергеевич Дубовец; Дмитрий Николаевич Свирский
Original assignee: Николай Константинович Толочко; Николай Васильевич Соболенко; Игорь Юрьевич Сычев; Виктор Иванович Горюшкин; Владимир Сергеевич Дубовец; Дмитрий Николаевич Свирский
Priority date: 1992-08-11
Filing date: 1992-08-11
Publication date: 1995-11-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering, instrumentation engineering. SUBSTANCE: device has a reactor, a substrate made with possible vertical displacement, a mask mounted under the reactor bottom transparent for electromagnetic radiation and the source of electromagnetic radiation of the optical range of the wave lengths disposed under the mask. The mask is made of two plane-parallel plates transparent for electromagnetic radiation and mounted for the vertical displacement one relative another. Between them the complex shaped members made of resilient material and non-transparent for electromagnetic radiation are disposed. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и приборостроению и может быть использовано для изготовления трехмерных изделий сложной конфигурации из фотоотверждающихся материалов. The invention relates to mechanical engineering and instrumentation and can be used for the manufacture of three-dimensional products of complex configuration from photocurable materials.

Известно устройство для изготовления изделий сложной конфигурации из фотоотверждающихся материалов, включающее подложку, маску и источник электромагнитного излучения [1] Такое устройство обеспечивает получение плоских изделий и не позволяет получать трехмерные изделия сложных пространственных форм. A device for the manufacture of products of complex configuration from photocurable materials, including a substrate, a mask and a source of electromagnetic radiation [1] This device provides a flat product and does not allow to obtain three-dimensional products of complex spatial shapes.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство для изготовления трехмерных изделий из фотоотверждающихся материалов, содержащее реактор, подложку, выполненную с возможностью вертикального перемещения, маску, установленную под дном реактора, прозрачным для электромагнитного излучения, и источник электромагнитного излучения оптического диапазона длин волн, расположенный под маской [2] Такое устройство обеспечивает получение трехмерных изделий путем послойного фотоотверждения жидкого материала, который, будучи залитым в реактор, по мере поднятия подложки затекает в зазор между дном реактора и подложкой. При этом сложная объемная форма изделия создается в результате воздействия электромагнитного излучения на слои материала через набор сменных масок различной конфигурации. Необходимость в последовательной смене масок делает процесс получения изделий дискретным, низкопроизводительным. The closest in technical essence to the claimed technical solution is a device for the manufacture of three-dimensional products from photocurable materials, containing a reactor, a substrate made with the possibility of vertical movement, a mask installed under the bottom of the reactor, transparent to electromagnetic radiation, and a source of electromagnetic radiation of the optical wavelength range located under the mask [2] This device provides three-dimensional products by layer-by-layer photocuring of liquid material which is being flooded into the reactor, at least raising the substrate flows into the gap between the bottom of the reactor and the substrate. In this case, the complex volumetric shape of the product is created as a result of exposure to electromagnetic radiation on the material layers through a set of replaceable masks of various configurations. The need for a consistent change of masks makes the process of obtaining products discrete, low productivity.

Технический результат состоит в повышении производительности. Это достигается тем, что в устройстве для изготовления трехмерных изделий из фотоотверждающихся материалов, содержащем реактор с прозрачным для электромагнитного излучения дном, выполненную с возможностью вертикального перемещения, подложку, установленную под дном реактора маску и расположенный под маской источник электромагнитного излучения оптического диапазона длин волн, маска выполнена из двух прозрачных для электромагнитного излучения плоскопараллельных пластин, установленных с возможностью вертикального перемещения относительно друг друга, между которыми расположены непрозрачные для электромагнитного излучения конфигурационно оформленные элементы из эластичного материала. The technical result is to increase productivity. This is achieved by the fact that in the device for the manufacture of three-dimensional products from photocurable materials containing a reactor with a transparent bottom for electromagnetic radiation, made with the possibility of vertical movement, a substrate, a mask installed under the bottom of the reactor and a source of electromagnetic radiation of the optical wavelength range located under the mask, a mask made of two plane-parallel plates transparent to electromagnetic radiation, mounted with the possibility of vertical movement tion to each other, between which are opaque to electromagnetic radiation configurationally decorated elements of elastic material.

На чертеже показано предлагаемое устройство. The drawing shows the proposed device.

Устройство содержит реактор 1 с исходным материалом 2 и подложку 3, выполненную с возможностью вертикального перемещения. Под дном 4 реактора 1, прозрачным для электромагнитного излучения, установлена маска, содержащая две плоскопараллельные пластины 5, прозрачные для электромагнитного излучения, установленные с возможностью вертикального перемещения относительно друг друга, между которыми расположены конфигурационно оформленные элементы 6 из эластичного материала, непрозрачные для электромагнитного излучения. Под маской расположен источник 7 электромагнитного излучения оптического диапазона длин волн. Вертикальное перемещение пластин 5 маски относительно друг друга может осуществляться с помощью приводов известных конструкций, например, включающих пару винт-гайка. При этом одна из пластин, например верхняя, может быть неподвижной, а другая, нижняя, перемещающейся относительно первой. Элементы 6, расположенные между пластинами 5, могут быть выполнены из резины или других эластичных материалов, непрозрачных для электромагнитного излучения. The device comprises a reactor 1 with a source material 2 and a substrate 3 made with the possibility of vertical movement. Under the bottom 4 of the reactor 1, which is transparent to electromagnetic radiation, a mask is installed containing two plane-parallel plates 5, transparent to electromagnetic radiation, mounted with the possibility of vertical movement relative to each other, between which are located configuration elements 6 made of elastic material, opaque to electromagnetic radiation. Under the mask is a source 7 of electromagnetic radiation in the optical wavelength range. The vertical movement of the plates 5 of the mask relative to each other can be carried out using drives of known designs, for example, including a pair of screw-nut. In this case, one of the plates, for example, the upper one, can be motionless, and the other, the lower one, moving relative to the first one. Elements 6 located between the plates 5 may be made of rubber or other elastic materials that are opaque to electromagnetic radiation.

Принцип работы маски. Зазор между пластинами 5 регулируют путем их вертикального перемещения относительно друг друга. При этом эластичные элементы 6 испытывают деформации различной степени, то сжимаясь, то разжимаясь. В результате изменяются размеры и конфигурация окон маски, через которые проходит электромагнитное излучение, направленное на фотоотверждающийся материал. Соответствующим образом изменяется и форма изготавливаемого изделия. The principle of the mask. The gap between the plates 5 is regulated by their vertical movement relative to each other. In this case, the elastic elements 6 experience deformations of varying degrees, then contracting, then unclenching. As a result, the size and configuration of the mask windows through which electromagnetic radiation passes towards the photocurable material changes. The shape of the manufactured product changes accordingly.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Заполняют реактор 1 исходным жидким материалом 2. Путем перемещения подложки 3 устанавливают требуемый зазор между ней и дном 4 реактора 1. Перемещают пластины 5 относительно одна другой, создавая в элементах 6 деформацию требуемой величины за счет их сжатия. Включают источник 7 электромагнитного излучения. При этом излучение, проходя через прозрачные участки маски и дно 4 реактора 1, вызывает отверждение слоя материала 2, создавая тем самым конфигурационно оформленный слой изделия. Затем источник 7 отключают и подложку 3 перемещают вверх на шаг, равный толщине образованного слоя изделия. При этом в возникающий между подложкой 3 и дном 4 зазор затекает жидкий материал 2. Путем перемещения пластин 5 изменяют степень деформации элементов 6 по заданной программе. Затем формируют в описанном выше порядке следующий слой изделия. Перемещение подложки 3 и пластин 5, а также работа источника 7 могут осуществляться непрерывно. В результате весь процесс получения изделия также приобретает непрерывный характер. Таким образом можно получать трехмерные изделия сложной формы, например, с переменным сечением, с гофрированной внешней или внутренней поверхностью и т.д. При этом форма изделий определяется конфигурацией окон маски, образованных эластичными элементами (круг, прямоугольник и т.п.); законом изменения деформацией эластичных элементов во время (монотонным или периодическим, в частности, синусоидальным, ступенчатым, пилообразным и т.п.); наличием, кроме эластичных элементов, маскирующих покрытий, нанесенных на пластины маски. The reactor 1 is filled with the starting liquid material 2. By moving the substrate 3, the required gap is established between it and the bottom 4 of the reactor 1. The plates 5 are moved relative to each other, creating deformation of the required value in the elements 6 due to their compression. Turn on the source 7 of electromagnetic radiation. When this radiation, passing through the transparent sections of the mask and the bottom 4 of the reactor 1, causes the curing of the layer of material 2, thereby creating a configuration-shaped layer of the product. Then the source 7 is turned off and the substrate 3 is moved upward by a step equal to the thickness of the formed layer of the product. In this case, liquid material 2 flows into the gap arising between the substrate 3 and the bottom 4. By moving the plates 5, the degree of deformation of the elements 6 is changed according to a given program. Then, the following product layer is formed in the manner described above. The movement of the substrate 3 and the plates 5, as well as the operation of the source 7 can be carried out continuously. As a result, the whole process of obtaining the product also becomes continuous. Thus, it is possible to obtain three-dimensional products of complex shape, for example, with a variable cross-section, with a corrugated outer or inner surface, etc. In this case, the shape of the products is determined by the configuration of the mask windows formed by elastic elements (circle, rectangle, etc.); the law of change by the deformation of elastic elements during (monotonic or periodic, in particular, sinusoidal, stepwise, sawtooth, etc.); the presence, in addition to elastic elements, masking coatings deposited on the mask plate.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Изготавливают изделие в форме цилиндра с гофрированной поверхностью. В качестве фотоотверждающегося материала используют жидкий полимер Ф-1 следующего состава, мас. α,ω -Метакрил- -ди (диэтиленгликоль) 56
Триэтиленгликоль- диметакрилат 14
Метиловый эфир бензоина 1,5
Диановая эпоксидная смола ЭД-20 18
изо-Метилтетрагидрофталевый ангидрид 10,3
2,4,6-Трис-(диметиламинометил) фенил 0,2
Изготовление производят в реакторе в виде вертикального цилиндра с внутренним диаметром 100 мм. Толщина фотоотверждающегося слоя 0,02 мм. Облучение материала осуществляют ультрафиолетовым излучением через маску, состоящую из двух плоскопараллельных стеклянных пластин размером 100 х 100 мм², между которыми расположено кольцо из резины (внутренний диаметр 40 мм, внешний 50 мм). В процессе формирования изделий пластины периодически (по синусоидальному закону) прижимают друг к другу, в результате чего при максимальном сжатии резинового кольца его внутренний диаметр равен 37 мм. Соответствующим образом изменяются диаметры по высоте формируемого изделия.A product is made in the form of a cylinder with a corrugated surface. As the photocurable material, a liquid polymer F-1 of the following composition is used, wt. α, ω -Metacryl-β-di (diethylene glycol) 56
Triethylene glycol dimethacrylate 14
Benzoin methyl ester 1.5
Diane epoxy resin ED-20 18
iso-methyltetrahydrophthalic anhydride 10.3
2,4,6-Tris- (dimethylaminomethyl) phenyl 0.2
Production is carried out in the reactor in the form of a vertical cylinder with an inner diameter of 100 mm. The thickness of the photocurable layer is 0.02 mm. The material is irradiated with ultraviolet radiation through a mask consisting of two plane-parallel glass plates measuring 100 x 100 mm ² , between which there is a rubber ring (inner diameter 40 mm, outer 50 mm). In the process of forming products, the plates are periodically (according to a sinusoidal law) pressed against each other, as a result of which, with maximum compression of the rubber ring, its inner diameter is 37 mm. Accordingly, the diameters vary in height of the formed product.

Claims

DEVICE FOR PRODUCING THREE-DIMENSIONAL PRODUCTS FROM PHOTO-CURING MATERIALS, containing a reactor with a bottom transparent for electromagnetic radiation, made with the possibility of vertical movement of the substrate, a mask installed under the bottom of the reactor and an optical source of optical wavelength range located under the mask, characterized in that the mask consists of two transparent for electromagnetic radiation plane-parallel plates mounted with the possibility of vertical movement one relative Tel'nykh other between which is not transparent for electromagnetic radiation configurationally decorated elements of elastic material.