RU2797378C2 - Method for manufacturing three-dimensional molded product by layering material - Google Patents
Method for manufacturing three-dimensional molded product by layering material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797378C2 RU2797378C2 RU2021106161A RU2021106161A RU2797378C2 RU 2797378 C2 RU2797378 C2 RU 2797378C2 RU 2021106161 A RU2021106161 A RU 2021106161A RU 2021106161 A RU2021106161 A RU 2021106161A RU 2797378 C2 RU2797378 C2 RU 2797378C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- cavity
- cured
- nozzle
- base surface
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способу изготовления трехмерного формованного изделия посредством послойного нанесения материала, причем обеспечиваются геометрические данные для формованного изделия, несущая часть с базовой поверхностью для размещения трехмерного формованного изделия, отверждаемый жидкий или текучий первый материал, отверждаемый жидкий, текучий, пастообразный или порошкообразный второй материал, а также растворитель, в котором может быть растворен отвержденный первый материал.The invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional molded product by layering a material, wherein geometric data is provided for a molded product, a bearing part with a base surface for placing a three-dimensional molded product, a curable liquid or fluid first material, a curable liquid, fluid, pasty or powdery second material, and a solvent in which the cured first material can be dissolved.
В рамках такого известного из практики способа в качестве первого и второго материалов применяют жидкие полимеры, которые отверждают посредством воздействия ультрафиолетового излучения. В рамках известного ранее способа, на базовой поверхности несущей части первоначально размещают первый слой материала посредством того, что каплеобразные порции первого и второго материалов набрызгивают с помощью струйного принтера на различные места базовой поверхности. Места нанесения состоящих из различных материалов капель материала на базовой поверхности выбирают в зависимости от обеспеченных геометрических данных для подлежащего изготовлению формованного изделия таким образом, что состоящие из второго материала области слоя материала образуют нижний слой подлежащего изготовлению формованного изделия. Первый материал служит в качестве опорного материала, который размещают на местах на базовой поверхности, на которые не наносят какого-либо второго материала, и на которых формованное изделие после нанесения последующего слоя материала первого материала имеет выступы, которые должны быть поддержаны посредством опорного материала до отверждения всех слоев материала. Полученный таким образом нижний слой материала на следующем шаге облучают ультрафиолетовым излучением для отверждения содержащихся в первом и втором материалах полимеров посредством перекрестного сшивания.In such a method known from the practice, liquid polymers are used as first and second materials, which are cured by exposure to ultraviolet radiation. In the previously known method, a first layer of material is initially placed on the base surface of the support part by spraying drop-like portions of the first and second materials with an inkjet printer at various locations on the base surface. Places of application of material droplets consisting of different materials on the base surface are selected depending on the provided geometric data for the molded product to be manufactured in such a way that the areas of the material layer consisting of the second material form the lower layer of the molded product to be manufactured. The first material serves as a support material, which is placed in places on the base surface on which no second material is applied, and on which the molded article, after applying a subsequent layer of the material of the first material, has protrusions that must be supported by the support material until cured. all layers of the material. The lower layer of material thus obtained is irradiated with ultraviolet radiation in the next step to cure the polymers contained in the first and second materials by cross-linking.
По окончании получения нижнего слоя материала, на нем соответствующим способом размещают и отверждают слои материала до тех пор, когда все слои формованного изделия окажутся произведенными и отвержденными. Затем полученный таким образом слоевой пакет приводят в контакт с растворителем до тех пор, когда первый материал окажется в нем растворенным. Второй материал не является растворимым в растворителе.Once the bottom layer of material has been produced, layers of material are placed thereon and cured in an appropriate manner until all layers of the molded article are produced and cured. The layer package thus obtained is then brought into contact with the solvent until the first material is dissolved therein. The second material is not soluble in the solvent.
Ранее известный способ обеспечивает возможность сравнительно малозатратного производства трехмерных формованных изделий, таких как прототипы или мелкосерийные изделия. Посредством применения перекрестно-сшиваемых ультрафиолетом полимеров, а также высокого разрешения печати сделано возможным достижение высокого качества поверхности. Для трехмерной печати высокого разрешения, тем не менее, требуется весьма низкий коэффициент вязкости полимеров, который обеспечивает возможность их нанесения через узкие сопла на базовую поверхность или же на находящийся на ней отвержденный слой материала.The previously known method enables relatively low-cost production of three-dimensional molded articles, such as prototypes or small batches. Through the use of UV-cross-linkable polymers as well as high print resolution, a high surface quality is made possible. High-resolution 3D printing, however, requires a very low viscosity of the polymers, which allows them to be applied through narrow nozzles to the base surface or to the cured layer of material located on it.
При способе струйной печати (способа InkJet) сопла, как правило, могут работать с максимальным коэффициентом вязкости 25 мПа·с. Материалы с более высокими значениями вязкости, как правило, не могут быть инжектированы. Произведенные из таких материалов объекты способны выдерживать нагрузку только в минимальной степени, и могут служить лишь в качестве визуальных объектов.In the ink jet printing method (InkJet method), the nozzles can generally be operated with a maximum viscosity of 25 mPa.s. Materials with higher viscosities generally cannot be injected. Objects made from such materials are capable of withstanding only a minimal degree of stress, and can only serve as visual objects.
Из практики уже известно производство формы для литья под давлением для машины для литья под давлением посредством послойного нанесения материала из отверждаемого жидкого полимера с помощью струйного трехмерного принтера. Форма для литья под давлением имеет две фасонные детали, между которыми образована полость, которая имеет трехмерную форму, обратную производимому в машине для литья под давлением формованному изделию. Форму для литья под давлением изготавливают в трехмерном принтере посредством нанесения большого числа слоев из полимера, который с помощью сопел наносят в жидкой форме на базовую поверхность или же на ранее размещенный на ней отвержденный слой материала. После нанесения каждого слоя материала, все еще жидкий полимер соответственно облучают ультрафиолетовым светом для его перекрестного сшивания и, тем самым, отверждения соответствующего слоя материала. Затем соответствующим способом наносят и отверждают последующие слои материала до тех пор, когда изготовление формы для литья под давлением окажется законченным. Затем форму для литья под давлением изымают из трехмерного принтера и монтируют в машину для литья под давлением для инжектирования в полость через предусмотренные в форме для литья под давлением литниковые отверстия отличной от полимера горячей пластмассы. После заполнения полости пластмассой и охлаждения пластмассы, форму для литья под давлением открывают, и формовое изделие удаляют из полости с помощью выбрасывателей. Данный способ имеет тот недостаток, что произведенные в трехмерном принтере формы вследствие высокой температуры материала заполнения могут иметь только весьма ограниченный срок службы и подлежат замене после примерно 10-100 процессов литья под давлением. Кроме того, встраивание формы для литья под давлением в машину для литья под давлением занимает достаточно много времени. Это является, прежде всего, невыгодным при единичном изготовлении формованного изделия.From practice, it is already known to produce an injection mold for an injection molding machine by layering a material from a curable liquid polymer using a 3D inkjet printer. The injection mold has two molded parts, between which a cavity is formed, which has a three-dimensional shape inverse to the molded product produced in the injection molding machine. The injection mold is made in a 3D printer by applying a large number of layers of polymer, which is applied in liquid form by means of nozzles to the base surface or to the previously placed solidified layer of material on it. After each layer of material has been deposited, the still liquid polymer is suitably irradiated with ultraviolet light to cross-link and thereby cure the respective layer of material. Subsequent layers of material are then applied and cured in an appropriate manner until the injection mold is complete. The injection mold is then removed from the 3D printer and mounted in the injection molding machine to be injected into the cavity through the hot plastic injection holes provided in the injection mold. After filling the cavity with plastic and cooling the plastic, the injection mold is opened and the molded product is removed from the cavity by means of ejectors. This method has the disadvantage that molds produced in a 3D printer can only have a very limited service life due to the high temperature of the filling material and must be replaced after about 10-100 injection molding processes. In addition, embedding the injection mold into the injection molding machine takes quite a long time. This is, above all, disadvantageous in the case of single-piece production of a molded article.
В других известных технологиях, в рамках которых в качестве конструкционного материала применяют твердые вещества, большинство термопластов расплавляют или, в способе спекания, в форме порошка, послойным образом наносят через сопло. Однако действительно хорошая нагрузочная способность может быть достигнута за счет выдержки при формовании (весьма длительной), или за счет низкого разрешения или же качества поверхности.In other known technologies that use solids as a construction material, most thermoplastics are melted or, in a sintering process, in powder form, layered through a nozzle. However, really good loadability can be achieved at the expense of molding (very long), or at the expense of low resolution or surface quality.
Небольшое преимущество предлагает способ стереолитографии, который также обеспечивает возможность работы с материалами большей вязкости. Это преимущество обеспечено тем обстоятельством, что материалы не должны быть распылены через сопло, но с помощью внешнего ультрафиолетового пучка могут быть перекрестно сшиты в соответствии с техническими условиями в контейнере с полимером. За счет этого также могут быть обработаны так называемые двухкомпонентные отверждаемые ультрафиолетом полимеры с еще более высокими характеристиками. За счет этого достигают также повышения нагрузочной способности формованных изделий. Однако имеются также и недостатки: большие объемы материала для изготовления объекта, ограниченное время отверждения двухкомпонентной смеси, большой расход материала (повторное использование неизрасходованных полимеров не является возможным). Все это существенно увеличивает издержки на изготовление деталей.A small advantage is offered by the stereolithography method, which also provides the ability to work with materials of higher viscosity. This advantage is provided by the fact that the materials do not have to be sprayed through a nozzle, but can be cross-linked to specification in the polymer container using an external ultraviolet beam. In this way, so-called two-component UV-curable polymers with even higher performance can also be processed. This also results in an increase in the load capacity of the molded articles. However, there are also disadvantages: large volumes of material for the manufacture of the object, limited curing time of the two-component mixture, high material consumption (reuse of unused polymers is not possible). All this significantly increases the cost of manufacturing parts.
За исключением способа струйной печати, все известные трехмерные технологии имеют еще один серьезный недостаток: они не пригодны для работы с несколькими материалами. Это означает, что одновременно может быть применен лишь один тип материала. За счет этого, применимость способа в промышленности является весьма ограниченной.With the exception of the inkjet printing method, all known three-dimensional technologies have another serious drawback: they are not suitable for working with multiple materials. This means that only one type of material can be applied at a time. Due to this, the applicability of the method in industry is very limited.
Поэтому целью настоящего изобретения является предоставление способа ранее указанной разновидности, с помощью которого могут быть отпечатаны механически стабильные и способные выдерживать нагрузку трехмерные формованные изделия с высоким разрешением.Therefore, it is an object of the present invention to provide a method of the previously mentioned variety by which mechanically stable and load-bearing high-resolution three-dimensional molded articles can be printed.
Эта цель достигнута с помощью признаков п. 1 формулы изобретения. Согласно изобретению предусмотрен способ изготовления трехмерного формованного изделия посредством послойного нанесения материала, причем обеспечивают геометрические данные для формованного изделия, несущую часть с базовой поверхностью для размещения трехмерного формованного изделия, отверждаемый жидкий или текучий первый материал, отверждаемый жидкий, текучий, пастообразный или порошкообразный второй материал, а также растворитель, причем второй материал в отвержденном состоянии имеет более высокую прочность, чем отвержденный первый материал, и причем отвержденный первый материал является растворяемым в растворителе, иThis goal is achieved with the help of the features of
А) причем для образования слоя обратной формы порции текучего первого материала размещают в соответствии с геометрическими данными на базовой поверхности и/или на находящемся на ней отвержденном слое материала трехмерного формованного изделия таким образом, что слой обратной формы на его поверхности, обращенной от базовой поверхности, имеет по меньшей мере одну полость, которая имеет обратную форму подлежащего изготовлению слоя материала формованного изделия, иA) moreover, in order to form a reverse-shaped layer, portions of the fluid first material are placed in accordance with geometric data on the base surface and / or on the cured layer of material of the three-dimensional molded article located on it in such a way that the reverse-shaped layer on its surface facing away from the base surface, has at least one cavity that has the opposite shape of the material layer of the molded article to be made, and
Б) причем слой обратной формы отверждают, иB) wherein the inverse shaped layer is cured, and
В) причем для образования слоя формованного изделия полость заполняют вторым материалом таким образом, что обратная форма переносится на слой формованного изделия как позитивная форма, иC) wherein, to form the molded product layer, the cavity is filled with the second material in such a way that the reverse shape is transferred to the molded product layer as a positive shape, and
Г) причем заполненный в полость второй материал отверждают, иD) moreover, the second material filled into the cavity is cured, and
Д) причем выступающие над размещенной на предварительно заданном расстоянии от базовой поверхности плоскостью области отвержденного слоя обратной формы и/или отвержденного слоя формованного изделия удаляют посредством удаления материала со снятием стружки, иE) moreover, protruding above the area of the hardened layer of the inverse shape and/or the hardened layer of the molded product, which protrude above the area of the cured layer of the molded product located at a predetermined distance from the base surface, are removed by removing the material with chip removal, and
Е) причем шаги от А) до Д) повторяют по меньшей мере один раз, иE) wherein steps A) to E) are repeated at least once, and
Ж) причем слои обратной формы приводят в контакт с растворителем таким образом, что отвержденный первый материал растворяется в растворителе.G) wherein the reverse shaped layers are brought into contact with a solvent such that the cured first material dissolves in the solvent.
Согласно изобретению предусмотрен гибридный способ, в рамках которого материалы с различными свойствами могут быть обработаны с помощью различных способов печати и/или с помощью различных печатных установок могут быть послойным образом нанесены на базовую поверхность или же на находящийся на ней отвержденный слой материала трехмерного формованного изделия. Это может быть произведено в рамках непрерывного процесса трехмерной печати, то есть способ может быть полностью выполнен в одной станции трехмерной печати. Отсутствует необходимость в каком-либо последующем процессе изготовления за пределами станции трехмерной печати.According to the invention, a hybrid method is envisaged, in which materials with different properties can be processed using different printing methods and/or can be applied in a layer-by-layer manner to the base surface or to the cured material layer of the three-dimensional molded article located thereon. This can be done in a continuous 3D printing process, i.e. the method can be done entirely in a single 3D printing station. There is no need for any subsequent manufacturing process outside of the 3D printing station.
Первый материал может быть весьма маловязким или же жидкотекучим или высокотекучим, поскольку он служит лишь для изготовления формы для второго материала. За счет низкого коэффициента вязкости или же высокой текучести, которыми первый материал обладает во время нанесения его на базовую поверхность или же на находящийся на ней уже отвержденный слой материала трехмерного формованного изделия, форма может быть напечатана посредством цифрового способа печати с высоким разрешением и качеством поверхности посредством того, что большое число малых порций первого материала может быть соответствующим образом нанесено на базовую поверхность или же на находящийся на ней отвержденный слой материала трехмерного формованного изделия.The first material may be very low viscosity, or it may be fluid or highly fluid, since it only serves to form a mold for the second material. Due to the low viscosity or high fluidity that the first material has during its application to the base surface or to the already cured layer of material of the three-dimensional molded article located thereon, the shape can be printed by digital printing method with high resolution and surface quality by means of in that a large number of small portions of the first material can be suitably applied to the base surface or to the solidified material layer thereon of the three-dimensional molded article.
К механической стабильности и прочности состоящего из первого материала слоя материала формы предъявляют только незначительные требования, поскольку форма несет в себе лишь второй материал, и должна выдерживать только возможные усилия, возникающие в рамках предусмотренного способа печати при нанесении второго материала на первый материал. Посредством отверждения первого материала достигают его прочности, достаточной для обеспечения им возможности выполнения функции придания формы для второго материала. Механическая прочность находящегося в отвержденном состоянии первого материала не воздействует на механическую стабильность образованного из отвержденных слоев второго материала формованного изделия, поскольку первый отвержденный материал, после нанесения всех слоев материала, удаляют из формованного изделия посредством его растворения в растворителе. Отвержденный второй материал является нерастворимым в растворителе.The mechanical stability and strength of the mold material layer consisting of the first material are only slightly demanding, since the mold carries only the second material and must withstand only the possible forces that arise within the intended printing method when applying the second material to the first material. By curing the first material, sufficient strength is achieved to enable them to perform the shaping function of the second material. The mechanical strength of the first material in the cured state does not affect the mechanical stability of the molded article formed from the cured layers of the second material, since the first cured material, after all layers of material have been applied, is removed from the molded article by dissolving it in a solvent. The cured second material is insoluble in the solvent.
Второй материал является действительным конструкционным материалом для формованного изделия, и может иметь отличные от первого материала свойства, прежде всего более высокий коэффициент вязкости. Поскольку второй материал геометрически формуют посредством изготовления слепка по произведенной из первого материала форме, для достижения высокого разрешения при печати отсутствует необходимость в размещении малых порций второго материала на базовой поверхности или же на находящемся на ней отвержденном слое материала трехмерного формованного изделия. Напротив, имеется возможность работы также со вторым материалом высокой вязкости. За счет этого обеспечена возможность достижения высокой механической стабильности и прочности формованного изделия. При необходимости, также является возможным включение в состав второго материала смеси по меньшей мере из двух различных материалов высокой вязкости и/или по меньшей мере одной присадки для повышения прочности материала. Второй материал также может быть избирательно нанесен на базовую поверхность или же на находящийся на ней отвержденный слой материала трехмерного формованного изделия с помощью цифрового способа печати, то есть посредством нанесения большого числа порций материала на различные места, которые выбирают соответственно обеспечиваемым для формованного изделия геометрическим данным. Однако также является возможным нанесение второго материала на базовую поверхность или же на находящийся на ней отвержденный слой материала трехмерного формованного изделия с помощью аналогового способа печати. При этом также является возможным нанесение двух или более компонентов второго материала на базовую поверхность и/или на находящийся на ней отвержденный слой материала для производства формованного изделия, которое содержит несколько различных компонентов. Такой подход к обеспечению возможности работы с несколькими материалами может быть реализован посредством последовательного соединения нескольких модулей печати для второго материала. За счет этого обеспечена возможность достижения различных механических и/или электрических свойств и/или различных окрасок.The second material is the actual construction material for the molded article, and may have different properties than the first material, most notably a higher viscosity index. Since the second material is geometrically molded by making an impression of a mold produced from the first material, it is not necessary to place small portions of the second material on the base surface or on the solidified material layer of the three-dimensional molded article located thereon to achieve high resolution printing. On the contrary, it is also possible to work with a second high-viscosity material. This makes it possible to achieve high mechanical stability and strength of the molded article. If necessary, it is also possible to include in the composition of the second material a mixture of at least two different high viscosity materials and/or at least one material strength additive. The second material can also be selectively applied to the base surface or to the solidified material layer thereon of the three-dimensional molded article using a digital printing method, i.e. by applying a large number of portions of the material at different locations, which are selected according to the geometric data provided for the molded article. However, it is also possible to apply the second material to the base surface, or else to the cured material layer of the three-dimensional molded article thereon, by means of an analog printing method. In this case, it is also possible to apply two or more components of the second material to the base surface and/or to the hardened layer of material located on it to produce a molded article that contains several different components. This multi-material approach can be implemented by daisy-chaining multiple print modules for the second material. This makes it possible to achieve different mechanical and/or electrical properties and/or different colors.
Поскольку в рамках способа согласно изобретению, предпочтительно, после печати каждого отдельного слоя материала, соответственно выступающие над размещенной на предварительно заданном расстоянии от базовой поверхности плоскостью, предпочтительно, параллельно ей, области отвержденного слоя обратной формы и/или отвержденного слоя формованного изделия могут быть удалены посредством удаления материала со снятием стружки, отдельные слои формованного изделия простираются в точности параллельно или же размещены в предварительно заданном построении друг относительно друга, а также имеют предварительно заданную толщину слоя. Кроме того, посредством удаления материала со снятием стружки могут быть удалены «загрязнения», которые могут возникать при заполнении полостей вторым материалом на поверхности самого верхнего отвержденного слоя первого материала, когда второй материал вступает в соприкосновение с этой поверхностью. За счет этого, удаление выступающих над плоскостью областей обеспечивает то преимущество, что состоящий из отвержденного первого и второго материалов смесевой слой всегда имеет требуемую толщину и, на поверхности первого материала, является свободным от нерастворимого в растворителе второго материала. Такое решение обеспечивает возможность очень точного и малоискаженного изготовления формованного изделия. Удаление материала со снятием стружки, предпочтительно, производят посредством так называемой машины для фрезерования по толщине/полирования. Предпочтительно, шаг Д) п. 1 формулы изобретения соответственно выполняют после нанесения каждого отдельного слоя материала первого материала. Выступающие над размещенной на предварительно заданном расстоянии от базовой поверхности плоскостью области отвержденного слоя обратной формы и/или отвержденного слоя формованного изделия могут быть, предпочтительно, удалены полностью. За счет этого, после удаления выступающих областей, как самый верхний слой обратной формы, так и самый верхний слой формованного изделия соответственно примыкают заподлицо к размещенной на предварительно заданном расстоянии от базовой поверхности плоскости.Since, within the framework of the method according to the invention, preferably after each individual layer of material has been printed, the regions of the cured reverse-shaped layer and/or the cured layer of the molded article, respectively protruding above a plane located at a predetermined distance from the base surface, preferably parallel to it, can be removed by means of material removal with chip removal, the individual layers of the molded product extend exactly parallel or are placed in a predetermined arrangement relative to each other, and also have a predetermined layer thickness. In addition, by removing the material with chipping, "contaminants" that can occur when filling cavities with a second material on the surface of the uppermost cured layer of the first material can be removed when the second material comes into contact with this surface. In this way, the removal of raised areas provides the advantage that the mixed layer consisting of the cured first and second materials always has the required thickness and, on the surface of the first material, is free of solvent-insoluble second material. This solution enables very precise and low-distortion manufacturing of the molded article. The material removal with chip removal is preferably carried out by means of a so-called thickness milling/polishing machine. Preferably, step D) of
В рамках способа согласно изобретению выступающие над размещенной на предварительно заданном расстоянии от базовой поверхности плоскостью, предпочтительно, параллельно ей, области отвержденного слоя обратной формы и/или отвержденного слоя формованного изделия удаляют после каждого нанесения слоя формованного изделия посредством удаления материала со снятием стружки. Поэтому с помощью способа согласно изобретению формованные изделия могут быть изготовлены полностью в одном печатном устройстве, без необходимости в другом процессе.Within the method according to the invention, the regions of the cured inverse mold layer and/or the cured layer of the molded article projecting above a plane located at a predetermined distance from the base surface, preferably parallel to it, are removed after each application of the layer of the molded article by removing the material with chip removal. Therefore, with the method according to the invention, molded articles can be produced entirely in one printing device, without the need for another process.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения порции первого материала размещают, предпочтительно, посредством способа струйной печати или посредством электрофотографии на базовой поверхности и/или на находящимся на ней отвержденном слое обратной формы и/или на отвержденном слое формованного изделия, причем первый материал является отверждаемым под воздействием энергии материалом, который подвергают воздействию энергии для отверждения слоя обратной формы. Предпочтительно, также и второй материал является отверждаемым под воздействием энергии материалом, который подвергают воздействию энергии после заполнения им полости. Под энергией, прежде всего, подразумевают излучение, а предпочтительно оптическое излучение, такое как ультрафиолетовое излучение.In a preferred embodiment of the invention, portions of the first material are placed, preferably by means of an inkjet printing method or by means of electrophotography, on the base surface and/or on the cured inverse shaped layer located thereon and/or on the cured layer of the molded article, the first material being energy curable a material that is subjected to energy to cure the reverse shaped layer. Preferably, the second material is also an energy-curable material that is subjected to energy after it has filled the cavity. By energy is primarily meant radiation, and preferably optical radiation, such as ultraviolet radiation.
В предпочтительном варианте осуществления способа коэффициент вязкости второго материала в неотвержденном состоянии, при необходимости по меньшей мере в 10 раз, прежде всего по меньшей мере в 200 раз, предпочтительно по меньшей мере в 2000 раз, превышает коэффициент вязкости первого материала в неотвержденном состоянии, и/или текучий первый и текучий, пастообразный или порошкообразный второй материалы имеют содержание твердого вещества, причем содержание твердого вещества второго материала в неотвержденном состоянии этого материала, при необходимости по меньшей мере в 10 раз, прежде всего по меньшей мере в 200 раз, предпочтительно по меньшей мере в 2000 раз, превышает содержание твердого вещества первого материала в его неотвержденном состоянии. Такое решение обеспечивает возможность изготовления формованного изделия, которое имеет высокое качество поверхности и поверхностную точность, и одновременно, отличную механическую прочность. Кроме того, второй материал с содержанием твердого вещества (присадки) может быть обеспечен в сферической, или волоконнообразной форме, что существенно улучшает механические и/или электрические свойства по сравнению с соответствующим материалом без содержания твердого вещества.In a preferred embodiment of the method, the viscosity index of the second material in the uncured state is, if necessary, at least 10 times, in particular at least 200 times, preferably at least 2000 times, the viscosity index of the first material in the uncured state, and/ or the flowable first and flowable, pasty or powdery second materials have a solids content, wherein the solids content of the second material in the uncured state of this material is optionally at least 10 times, in particular at least 200 times, preferably at least 2000 times the solids content of the first material in its uncured state. This solution makes it possible to produce a molded article that has a high surface quality and surface accuracy, and at the same time, excellent mechanical strength. In addition, the second material containing solids (additives) can be provided in a spherical, or fibrous form, which significantly improves the mechanical and/or electrical properties compared to the corresponding material without solids content.
В целесообразном варианте осуществления изобретения первый материал имеет подходящий для инжектирования рабочий коэффициент вязкости, который составляет менее 1000 мПа·с, прежде всего менее 100 мПа·с, при необходимости менее 30 мПа·с, предпочтительно менее 10 мПа·с, и наносится на базовую поверхность и/или на находящийся на ней отвержденный слой материала трехмерного формованного изделия в форме капель жидкости с разрешением по меньшей мере 360 точек на дюйм, прежде всего по меньшей мере 720 точек на дюйм, а предпочтительно по меньшей мере 1440 точек на дюйм. Такое решение обеспечивает возможность достижения высокого качества поверхности формованного изделия. Второй материал, предпочтительно, нагревают по отношению к комнатной температуре до рабочей температуры для изменения его текучести, предпочтительно для ее увеличения или же для уменьшения коэффициента вязкости. Затем нагретый до рабочей температуры второй материал наносят на базовую поверхность или же на находящийся на ней отвержденный слой материала.In an expedient embodiment of the invention, the first material has a working viscosity suitable for injection, which is less than 1000 mPa s, in particular less than 100 mPa s, optionally less than 30 mPa s, preferably less than 10 mPa s, and is applied to the base the surface and/or the cured layer of material thereon of the three-dimensional molded article in the form of liquid droplets with a resolution of at least 360 dpi, especially at least 720 dpi, and preferably at least 1440 dpi. This solution makes it possible to achieve a high surface quality of the molded product. The second material is preferably heated from room temperature to operating temperature to change its fluidity, preferably to increase it or to reduce the viscosity. Then, the second material, heated to the operating temperature, is applied to the base surface or to the cured layer of material located thereon.
В одном варианте осуществления изобретения второй материал наносят на слой обратной формы посредством селективного цифрового способа покрытия и дозировки в зависимости от геометрических данных таким образом, что по меньшей мере одна порция текучего, пастообразного или порошкообразного второго материала подается по меньшей мере в одну полость, и, предпочтительно, находящиеся вне полости места слоя обратной формы не вступают в контакт со вторым материалом или делают это только в незначительной мере. Второй материал, предпочтительно, подают только на места, на которых имеются полости. Заполнение вторым материалом полостей может быть произведено с помощью сопел, которые могут быть переведены в открытое и закрытое положение посредством клапана или подобного установочного устройства. Синхронизация клапанов в зависимости от относительного положения полостей и выпускных отверстий сопел может быть произведена посредством управляющего устройства. Это является преимуществом по сравнению с аналоговыми способами покрытия, в рамках которых второй материал наносят по большой площади, как в пределах, так и вне полостей. Второй материал при заполнении его в полости может иметь отличные от первого материала характеристики, прежде всего второй материал может иметь более высокий коэффициент вязкости, чем коэффициент вязкости, который имеет первый материал, когда его наносят на базовую поверхность или же на находящийся на ней отвержденный слой материала трехмерного формованного изделия.In one embodiment of the invention, the second material is applied to the inverse shape layer by means of a geometrically selective digital coating and dosage method such that at least one portion of the fluid, pasty or powdery second material is fed into at least one cavity, and, Preferably, the locations of the reverse-shaped layer outside the cavity do not come into contact with the second material, or do so only to a small extent. The second material is preferably fed only to the places where there are cavities. The filling of the cavities with the second material can be done by means of nozzles which can be moved to an open and closed position by means of a valve or similar setting device. The timing of the valves, depending on the relative position of the cavities and outlets of the nozzles, can be done by means of a control device. This is an advantage over analog coating methods in which the second material is applied over a large area, both within and outside the cavities. The second material, when filled in the cavity, may have different characteristics from the first material, in particular the second material may have a higher viscosity index than the viscosity index that the first material has when it is applied to the base surface or to the cured layer of material located thereon. three-dimensional molded product.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения второй материал является композитом, который включает в себя текучую среду и по меньшей мере одну присадку, причем текучая среда при комнатной температуре имеет коэффициент вязкости по меньшей мере 50 мПа·с, и предпочтительно по меньшей мере 1000 мПа·с, и причем присадка имеет частицы твердых веществ, которые размещены в текучей среде. Частицы твердых веществ могут включать в себя волокна, прежде всего углеродные волокна, нанотрубки, стеклянные шарики, графены, стиролблоксополимеры, прежде всего стирол-этилен-бутилен-стирол (SEBS), нано/микрочастицы твердых веществ в качестве наполнителей и/или сильноразветвленные полистиролы и/или их смеси. Композит может заполнять полость (полости) при комнатной температуре или при нагреве его до более высокой температуры по сравнению с комнатной температурой.In one preferred embodiment of the invention, the second material is a composite that includes a fluid and at least one additive, the fluid at room temperature having a viscosity index of at least 50 mPa s, and preferably at least 1000 mPa s , and moreover, the additive has particles of solids that are placed in a fluid medium. Solid particles may include fibers, especially carbon fibers, nanotubes, glass beads, graphenes, styrene block copolymers, especially styrene-ethylene-butylene-styrene (SEBS), nano/micro solids as fillers and/or highly branched polystyrenes and /or mixtures thereof. The composite may fill the cavity(s) at room temperature or by heating it to a higher temperature than room temperature.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения второй материал имеет более высокий коэффициент вязкости и/или более высокое содержание твердого вещества, чем первый материал, причем как первый, так и второй материалы наносят на базовую поверхность и/или на находящийся на ней отвержденный слой обратной формы и/или слой формованного изделия посредством способа струйной печати, причем при способе струйной печати первый материал подается по меньшей мере из одного первого сопла, а второй материал – по меньшей мере из одного второго сопла, и причем выходное отверстие второго сопла имеет большее поперечное сечение и/или нагружается более высоким рабочим давлением, чем выходное отверстие первого сопла, причем, прежде всего, поперечник выходного отверстия второго сопла превышает таковой выходного отверстия первого сопла. Под способом струйной печати подразумевается способ печати, в рамках которого второй материал выталкивают (инжектируют) из сопла посредством пьезоэлектрического активатора в импульсном режиме и/или порционным образом. Посредством большого поперечного сечения и/или более высокого рабочего давления второго сопла обеспечена возможность струйной печати для второго материала с высокой вязкостью. Меньшее поперечное сечение выходного отверстия первого сопла по сравнению с поперечным сечением выходного отверстия второго сопла и/или более высокое рабочее давление второго сопла по сравнению с рабочим давлением первого сопла обеспечивают возможность нанесения первого материала на базовую поверхность или же на находящийся на ней отвержденный слой материала трехмерного формованного изделия с высоким разрешением.In a preferred embodiment of the invention, the second material has a higher viscosity index and/or a higher solids content than the first material, wherein both the first and second materials are applied to the base surface and/or to the cured reverse shaped layer thereon and/ or a layer of a molded article by means of an inkjet printing method, wherein in the inkjet method the first material is supplied from at least one first nozzle and the second material from at least one second nozzle, and wherein the outlet of the second nozzle has a larger cross section and/or loaded with a higher operating pressure than the outlet of the first nozzle, and, above all, the diameter of the outlet of the second nozzle exceeds that of the outlet of the first nozzle. By inkjet printing method is meant a printing method in which a second material is ejected (injected) from a nozzle by means of a piezoelectric activator in a pulsed and/or batch manner. By means of the large cross section and/or the higher operating pressure of the second nozzle, it is possible to inkjet print the second material with high viscosity. The smaller cross-section of the outlet of the first nozzle compared to the cross-section of the outlet of the second nozzle and/or the higher operating pressure of the second nozzle compared to the operating pressure of the first nozzle allows the first material to be deposited on the base surface or on the cured layer of three-dimensional material located thereon. molded product with high resolution.
Сопла размещены на малом расстоянии от поверхности, на которой должен быть нанесен второй материал. Когда под соплом находится полость, активируют поток второго материала из канала подачи материала данного сопла. Второй материал оказывается выдавленным из сопла, и при относительном перемещении поверхности и сопла может быть отложена полоса из второго материала. После деактивации снабжения материалом, сопло перемещают над поверхностью без подачи материала.The nozzles are placed at a small distance from the surface on which the second material is to be applied. When there is a cavity under the nozzle, the flow of the second material is activated from the material supply channel of this nozzle. The second material is extruded from the nozzle and a strip of the second material may be deposited upon relative movement of the surface and the nozzle. After deactivating the supply of material, the nozzle is moved over the surface without supplying material.
В одном варианте осуществления изобретения второй материал подвергают воздействию давления газа, и оказавшийся таким образом под давлением второй материал направляют посредством по меньшей мере одного клапана по меньшей мере к одному соплу, причем выходное отверстие сопла позиционируют продольно базовой поверхности относительно несущей части, и управляют клапаном в зависимости от обеспеченных для подлежащего изготовлению формованного изделия геометрических данных и в зависимости от относительного расположения сопла и несущей части таким образом, что поток материала высвобождается в том случае, когда выходное отверстие позиционировано на полости, и поток материала блокируется, когда выходное отверстие не позиционировано на полости. При этом клапан может быть приведен в действие посредством электромагнита или пьезоэлемента.In one embodiment of the invention, the second material is subjected to gas pressure, and the second material thus under pressure is directed by means of at least one valve to at least one nozzle, the outlet of the nozzle being positioned longitudinally to the base surface with respect to the bearing part, and the valve is operated in depending on the geometric data provided for the molded article to be manufactured and depending on the relative position of the nozzle and the bearing part in such a way that the flow of material is released when the outlet is positioned on the cavity and the flow of material is blocked when the outlet is not positioned on the cavity . In this case, the valve can be actuated by means of an electromagnet or a piezoelectric element.
Предпочтительно, выходное отверстие сопла непрерывно перемещают вдоль простирающейся в пределах полости линии относительно несущей части, и жидкий, текучий или пастообразный второй материал подают непрерывным образом вдоль этой линии из выходного отверстия в полость. Такое решение обеспечивает возможность непрерывного нанесения материала, и таким образом, быстрого хода работы по заполнению полости (полостей) вторым материалом. Второй материал может быть подведен с помощью уже известного, подходящего для непрерывного процесса подачи микронасоса или посредством подведения второго материала с помощью давления газа из сопла. Выдача второго материала из соплового канала происходит либо непосредственно посредством пьезоактиватора для материалов высокой вязкости, посредством пьезоактиватора для задвижки соплового канала (закрывает/открывает сопловый канал), либо посредством выдавливания в канал сжатым воздухом. При этом подача сжатого воздуха может быть активирована электромагнитным образом посредством магнитного клапана.Preferably, the nozzle outlet is continuously moved along a line extending within the cavity relative to the carrier, and liquid, flowable or pasty second material is continuously fed along this line from the outlet into the cavity. Such a solution allows continuous application of the material, and thus a rapid progress of the work of filling the cavity(s) with the second material. The second material can be supplied by means of a micropump already known to be suitable for a continuous supply process, or by supplying the second material by gas pressure from a nozzle. The output of the second material from the nozzle channel occurs either directly by means of a piezoactivator for high-viscosity materials, by means of a piezoactivator for the valve of the nozzle channel (closes/opens the nozzle channel), or by extrusion into the channel with compressed air. In this case, the compressed air supply can be activated electromagnetically by means of a solenoid valve.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения обеспечивают пленку-подложку, на которой размещен второй материал, причем второй материал имеет более высокий коэффициент вязкости, чем первый материал, и/или более высокое содержание твердого вещества, чем первый материал, и причем пленку-подложку позиционируют на полости для заполнения полости вторым материалом таким образом, что находящийся на пленке-подложке второй материал обращен к полости, и причем энергетический поток, для которого пленка-подложка является проницаемой, направляют на пленку-подложку таким образом, что второй материал на обращенной к полости стороне пленки-подложки за счет нагрева разжижается и подается в полость. За счет этого, с помощью способа переводной печати вторым материалом заполняют полости, предпочтительно, избирательным образом. В качестве энергетического потока, предпочтительно, применяют лазерный луч. Предполагается, однако, возможным, что энергетический поток также может быть представлен электронным лучом. Во время нанесения материала энергетический поток может быть отклонен из нейтрального положения для позиционирования его на различных местах пленки-подложки. Отклонение может быть произведено в зависимости от обеспеченных геометрических данных для формованного изделия, а также в зависимости от относительного положения находящегося в нейтральном положении энергетического потока и несущей части. При использовании лазерного луча отклонение может быть произведено посредством переставной оптики, прежде всего зеркала с гальваническим покрытием и/или полигонального зеркала. При применении в качестве энергетического потока электронного луча, целесообразным является его отклонение посредством магнитного поля.In a preferred embodiment of the invention, a substrate film is provided on which a second material is placed, wherein the second material has a higher viscosity index than the first material and/or a higher solids content than the first material, and wherein the substrate film is positioned on the cavity to fill the cavity with a second material in such a way that the second material located on the substrate film faces the cavity, and wherein the energy flow, for which the substrate film is permeable, is directed to the substrate film in such a way that the second material on the side of the film facing the cavity - the substrate is liquefied due to heating and fed into the cavity. As a result, the cavities are preferably filled in a selective manner by means of the transfer printing process with the second material. A laser beam is preferably used as the energy flow. It is assumed, however, that the energy flow can also be represented by an electron beam. During material deposition, the energy flow can be deflected from the neutral position to position it at different locations on the substrate film. The deflection can be made depending on the provided geometric data for the molded article, and also depending on the relative position of the neutral energy flow and the bearing part. When using a laser beam, the deflection can be carried out by means of adjustable optics, in particular a galvanized mirror and/or a polygonal mirror. When used as an energy flow of an electron beam, it is expedient to deflect it by means of a magnetic field.
В одном варианте осуществления изобретения второй материал заполняется в полость посредством способов флексографической печати, глубокой печати, офсетной печати, трафаретной печати, лазерного переноса, микродозирования, посредством ракеля или камерного ракеля. За счет этого, вторым материалом заполняют полость (полости) аналоговым способом печати. Такое решение обеспечивает возможность достижения высокой скорости печати посредством плоской печати.In one embodiment of the invention, the second material is filled into the cavity by means of flexographic printing, gravure printing, offset printing, screen printing, laser transfer, microdosing, squeegee or chamber squeegee. As a result, the cavity(s) are filled with the second material in an analog printing manner. This solution makes it possible to achieve a high printing speed by flat printing.
В одном другом выгодном варианте осуществления изобретения второй материал является термопластом, который разжижают посредством нагревания, затем заполняют им полость, и после этого отверждают посредством охлаждения. При этом отсутствует необходимость в каком-либо источнике ультрафиолетового излучения для отверждения второго материала; он нуждается только в охлаждении.In another advantageous embodiment of the invention, the second material is a thermoplastic that is liquefied by heating, then filled into a cavity, and then cured by cooling. There is no need for any source of ultraviolet radiation to cure the second material; it only needs cooling.
С позиции целесообразности, самый верхний отвержденный слой обратной формы и/или самый верхний отвержденный слой формованного изделия подвергают очистке от стружек, возникающих при удалении материала со снятием стружки. За счет этого может быть получена ровная и чистая поверхность, на которую может быть с большой точностью нанесен последующий слой материала.Expediently, the topmost reverse-shaped cured layer and/or the uppermost cured layer of the molded article is chip-cleaned. As a result, an even and clean surface can be obtained, on which a subsequent layer of material can be applied with great precision.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения имеющую базовую поверхность несущую часть во время нанесения материалов и, при необходимости, во время отверждения материалов поворачивают вокруг оси вращения и, предпочтительно, сдвигают вдоль оси вращения. За счет этого сделана возможной свободная от разрывов печать большого числа размещаемых друг над другом слоев материала. Такое решение обеспечивает возможность быстрого нанесения материала. Когда вторым материалом заполняют полость посредством способа переводной печати, энергетический поток может быть поочередно позиционирован на нескольких местах подачи материала пленки-подложки, которые соответственно размещены на соотнесенном им месте нанесения для материала с целью нагревания находящегося на пленке-подложке второго материала посредством энергетического потока таким образом, что второй материал может быть передан в находящуюся на месте нанесения полость, причем мощность энергетического потока устанавливают таким образом, что при позиционировании энергетического потока на первом месте подачи материала, которое находится на большем удалении от оси вращения, чем второе место подачи материала, энергетический поток имеет большую мощность, чем при позиционировании энергетического потока на втором месте подачи материала. Такая регулировка мощности имеет то преимущество, что на каждом месте подачи материала может быть подан тот же объем материала. Такое решение является необходимым преимущественно при применении на поворотной платформе, когда внутренний диаметр меньше внешнего диаметра, следствием чего является необходимость в более тонкой струе на внутренней стороне, чем на внешней стороне.In one preferred embodiment of the invention, the bearing part having a base surface during the application of the materials and, if necessary, during the curing of the materials, is rotated about the axis of rotation and, preferably, shifted along the axis of rotation. As a result, tear-free printing of a large number of stacked material layers is made possible. This solution provides the possibility of rapid application of the material. When the second material is filled into the cavity by the transfer printing method, the energy flow can be alternately positioned at a plurality of material supply points of the substrate film, which are respectively placed at their respective application site for the material to heat the second material on the substrate film by the energy flow, thus that the second material can be transferred into the cavity located at the application site, and the power of the energy flow is set in such a way that when positioning the energy flow at the first material delivery point, which is located at a greater distance from the axis of rotation than the second material delivery point, the energy flow has more power than when positioning the energy flow at the second place of material supply. This power adjustment has the advantage that the same volume of material can be delivered at each material feed point. Such a solution is advantageously necessary in turntable applications where the inner diameter is smaller than the outer diameter, resulting in a need for a thinner jet on the inside than on the outside.
В последующем изложении варианты осуществления изобретения разъяснены более подробно посредством чертежей. Показано на:In the following presentation, embodiments of the invention are explained in more detail by means of drawings. Shown on:
Фиг. 1 – предпочтительная установка в полярном варианте осуществления для изготовления трехмерного формованного изделия с помощью послойного нанесения материала, причем установка имеет различные подающие устройства для подачи различных жидких и отверждаемых материалов,Fig. 1 is a preferred installation in a polar embodiment for the production of a three-dimensional molded product using layering of material, and the installation has various feeders for supplying various liquid and curable materials,
Фиг. 2 – вид сбоку установки для изготовления трехмерного формованного изделия, причем установка имеет первое подающее устройство, которое имеет сопла для послойного нанесения жидкого первого материала, а также выполненную в виде установки флексографической или глубокой печати вторую станцию нанесения материала для нанесения жидкого второго материала,Fig. 2 is a side view of a plant for the production of a three-dimensional molded product, and the plant has a first feeder, which has nozzles for layer-by-layer application of a liquid first material, and also made in the form of a flexographic or gravure printing plant, a second material application station for applying a liquid second material,
Фиг. 3А-3Е – поперечное сечение через формованное изделие во время различных шагов выполнения способа его изготовления,Fig. 3A-3E are cross-sections through the molded article during various steps in the manufacturing process,
Фиг. 4 и 4A – вид сбоку машины для фрезерования по толщине во время срезания фрезой слоя материала,Fig. 4 and 4A are side views of the thickness milling machine while the cutter is cutting through a layer of material,
Фиг. 5 – поперечное сечение через первый вариант осуществления формованного изделия после нанесения всех слоев материала,Fig. 5 is a cross section through the first embodiment of the molded article after all layers of material have been applied,
Фиг. 6 – схематическое представление состоящих из первого и второго материалов отвержденных слоев материала формованного изделия, причем слои представлены прозрачными,Fig. 6 is a schematic representation of the cured layers of the material of the molded article consisting of the first and second materials, the layers being transparent,
Фиг. 7 – трехмерный вид слоевого пакета, состоящего из слоев материала первого и второго материалов,Fig. 7 is a three-dimensional view of a layered package consisting of material layers of the first and second materials,
Фиг. 8 – трехмерный вид формованного изделия после удаления слоев материала первого материала с помощью растворителя,Fig. 8 is a three-dimensional view of the molded article after removing the material layers of the first material with a solvent,
Фиг. 9 – поперечное сечение через второй вариант осуществления формованного изделия после нанесения всех слоев материала,Fig. 9 is a cross section through the second embodiment of the molded article after all layers of material have been applied,
Фиг. 10 – поперечное сечение через второй вариант осуществления формованного изделия после удаления слоев материала первого материала,Fig. 10 is a cross section through the second embodiment of the molded article after removing the material layers of the first material,
Фиг. 11 – вид сбоку установки подобной показанной на фиг. 2, где, однако, вместо установки флексографической печати предусмотрена ротационная установка трафаретной печати,Fig. 11 is a side view of an installation similar to that shown in FIG. 2, where, however, instead of a flexographic printing unit, a rotary screen printing unit is provided,
Фиг. 12 – вид сбоку установки подобной показанной на фиг. 2, где, однако, вместо установки флексографической печати предусмотрена установка для нанесения покрытия с камерным ракелем,Fig. 12 is a side view of an installation similar to that shown in FIG. 2, where, however, instead of a flexographic printing station, a chambered doctor coater is provided,
Фиг. 13 – цилиндрический валик для нанесения покрытия,Fig. 13 - cylindrical roller for coating,
Фиг. 14 – валик для нанесения покрытия в форме усеченного конуса,Fig. 14 - roller for coating in the form of a truncated cone,
Фиг. 15 – вид сбоку установки подобной показанной на фиг. 2, где, однако, вместо установки флексографической печати предусмотрена установка струйной печати для материалов с более высокими показателями вязкости,Fig. 15 is a side view of an installation similar to that shown in FIG. 2, where, however, instead of a flexographic printing unit, an inkjet printing unit is provided for materials with higher viscosity values,
Фиг. 16 – вид сбоку установки подобной показанной на фиг. 2, где, однако, вместо установки флексографической печати предусмотрена расплавная или микродозирующая установка для нанесения покрытия,Fig. 16 is a side view of an installation similar to that shown in FIG. 2, where, however, instead of a flexographic printing plant, a melt or microdosing coating plant is provided,
Фиг. 17 – увеличенный фрагмент из фиг. 16, который показывает сопло при заполнении полости вторым материалом,Fig. 17 is an enlarged fragment from Fig. 16, which shows the nozzle as the cavity is filled with the second material,
Фиг. 18 – схематическое представление модуля печатающей головки для нанесения второго материала,Fig. 18 is a schematic representation of the printhead module for applying the second material,
Фиг. 19 – заполняемая вторым материалом полость,Fig. 19 - cavity filled with the second material,
Фиг. 20 – узел микродозирования с соплом, которое имеет круглое выходное отверстие, иFig. 20 - a microdosing unit with a nozzle that has a round outlet, and
Фиг. 21 – узел микродозирования с соплом, которое имеет прямоугольное выходное отверстие.Fig. 21 - microdosing unit with a nozzle that has a rectangular outlet.
В рамках способа изготовления трехмерной формы и трехмерного формованного изделия 1 посредством послойного нанесения материала геометрические данные для формованного изделия 1 предоставляет блок управления, который сообщен с компьютером, на котором работает программное обеспечение. Кроме того, пластинчатая несущая часть 2 оснащена размещенной в горизонтальной плоскости базовой поверхностью 3 для размещения формованного изделия 1. Как можно увидеть на фиг. 1, базовая поверхность 3 имеет по существу форму кольцевой шайбы. Предполагаются возможным, однако, и другие варианты осуществления, в которых базовая поверхность 4 может иметь, прежде всего, форму сплошной круглой шайбы или может быть выполнена прямоугольной.Within the method of manufacturing a three-dimensional mold and a three-dimensional molded
Кроме того, в рамках способа предоставляют отверждаемый жидкий первый материал 4, отличный от него отверждаемый жидкий второй материал 5, а также воду в качестве растворителя для отвержденного первого материала 4. Отвержденный второй материал 5 не является растворимым в растворителе. Второй материал 5 выбирают таким образом, что он имеет более высокую прочность, чем отвержденный первый материал 4 в отвержденном состоянии. Поэтому второй материал 5 имеет более высокий коэффициент вязкости, чем первый материал 4. В этом варианте осуществления первый материал 4 является полимером, который содержит фотоинициатор, и может быть перекрестно сшит с помощью облучения ультрафиолетовым излучением.In addition, the method provides a curable liquid
Жидкий первый материал 4 размещен в первом резервуаре 6, а жидкий второй материал 5 – во втором резервуаре 7. Первый резервуар 6 соединен посредством линии с первым подающим устройством 8 для первого материала 4. Как может быть обнаружено на фиг. 2, первый резервуар 5 образован в виде по существу закрытого контейнера, а второй резервуар 7 в виде поддона.The liquid
Первое подающее устройство 8 имеет первую струйную печатающую головку с большим числом размещенных в одном ряду, на чертеже подробно не представленных сопел, которые предназначены для подачи порций первого материала 4 на базовую поверхность 3 или же на находящийся на ней отвержденный слой материала первого и/или второго материалов 4, 5. Ряд сопел размещен параллельно плоскости базовой поверхности 4 и простирается поперечно окружному направлению базовой поверхности 3, предпочтительно, по существу в радиальном направлении от ее центра.The
Несущая часть 2 и первое подающее устройство 8 могут быть повернуты по направлению стрелки 10 и навстречу ей друг относительно друга с помощью первого позиционирующего устройства 9, а также имеют возможность перемещения параллельно оси вращения 11. При этом точки, которые располагаются на базовой поверхности 3 и отстоят от оси вращения 11, перемещаются по спиральной или винтовой траектории.The
Первое подающее устройство 8 и первое позиционирующее устройство 9 соединены с подробно непредставленным на чертеже управляющим устройством, которое имеет накопитель данных для выдачи геометрических данных подлежащего изготовлению формованного изделия 1. Посредством управляющего устройства подача порций первого материала 4, а также первое позиционирующее устройство 9 могут быть отрегулированы в зависимости от геометрических данных таким образом, что состоящий из текучего первого материала 4 слой 12 обратной формы может быть размещен на базовой поверхности или же на размещенном на ней ранее отвержденном слое материала первого и/или второго материалов 4, 5 (фиг. 3A). При этом слои 12 обратной формы соответственно имеют по меньшей мере одну полость 13, которая имеет обратную производимому слою материала формованного изделия 1 форму. Полость 13 соответственно простирается по всей толщине слоя соответствующего слоя 12 обратной формы до базовой поверхности 3 или же до находящегося под слоем 12 обратной формы отвержденного слоя материала.The
В направлении стрелки 10 за первым подающим устройством 8 размещено первое отверждающее устройство 14, посредством которого отверждают нанесенный на базовую поверхность 3 или на находящийся на ней отвержденный слой материала жидкий первый материал 4. Первое отверждающее устройство 14 имеет для этой цели подробно не представленный чертеже первый источник ультрафиолетового излучения, посредством которого ультрафиолетовое излучение подают на отверждаемый слой материала первого материала таким образом, что может быть активирован содержащийся в первом материале перекрестносшивающий фотоагент, и содержащиеся в первом материале 4 полимеры оказываются перекрестно сшитыми.In the direction of the
В направлении стрелки 10 за первым отверждающим устройством 14 размещено второе подающее устройство 15, посредством которого вторым материалом 5 заполняют полость (полости) 13 соответствующего ранее отвержденного слоя 12 обратной формы для образования слоя 16 формованного изделия (фиг. 3Б). В показанном на фиг. 2 варианте осуществления второе подающее устройство 15 выполнено в виде установки флексографической печати.In the direction of the
Она имеет выполненный в виде валика флексографической печати переводной элемент 17 и сообщенное со вторым резервуаром 7 устройство 18 нанесения покрытия, посредством которого слоем 19 второго материала 5 может быть покрыта по меньшей мере одна поверхностная область переводного элемента 17. С помощью второго позиционирующего устройства конусообразный переводной элемент 17 может быть повернут вокруг оси вращения таким образом, что находящийся на боковой поверхности переводного элемента 17 слой 19 второго материала 5 вступает в контакт с опорной поверхностью и внутренней стенкой полости (полостей) 13 таким образом, что текучий второй материал 5 заполняется в полость (полости) и образует затем слой 16 формованного изделия. Он имеет обращенную относительно обратной формы слоя 12 позитивную форму слоя подлежащего изготовлению формованного изделия 1.It has a
Затем полученный таким образом слой 16 формованного изделия отверждают с помощью второго отверждающего устройства 21. Как можно увидеть на фиг. 1, второе отверждающее устройство 21 размещено в направлении стрелки 10 за вторым подающим устройством 14. Второе отверждающее устройство 21 содержит второй источник ультрафиолетового излучения, подаваемое посредством которого на слой формованного изделия ультрафиолетовое излучение обеспечивает отверждение второго материала за счет перекрестного сшивания содержащихся в нем полимеров.Then, the molded
Затем на последующем шаге выполнения способа с помощью машины 22 для фрезерования по толщине (фиг. 3В, 4, 4A) удаляют области отвержденного слоя 12 обратной формы и/или отвержденного слоя 16 формованного изделия и/или отвержденного второго материала 5, который размещен на слое обратной формы. При этом области отвержденного первого и/или второго материалов 4, 5, которые выступают над размещенной на предварительно заданном расстоянии от базовой поверхности и параллельно ей плоскости, посредством удаления материала со снятием стружки полностью удаляют, а затем отсасывают посредством всасывающего сопла 23. При необходимости, за всасывающим соплом 23 может быть размещено устройство очистки поверхности.Then, in a subsequent step of the method, the thickness milling machine 22 (FIGS. 3B, 4, 4A) removes the areas of the cured inverted layer 12 and/or the cured
Затем, согласно способу, на поверхности отвержденного слоя 12 обратной формы и слоя 16 формованного изделия размещают другой слой 12 обратной формы (фиг. 3Г) и другой слой 16 формованного изделия (фиг. 3Д, 3Е). Эти шаги повторяют до окончания изготовления всех слоев 16 формованного изделия подлежащего изготовлению формованного изделия (фиг. 5-8).Then, according to the method, another reverse shape layer 12 (FIG. 3D) and another molded product layer 16 (FIGS. 3E, 3E) are placed on the surface of the cured reverse shaped layer 12 and the molded
На последующем шаге выполнения способа слои 12 обратной формы приводят в контакт с растворителем таким образом, что отвержденный первый материал 4 может быть полностью растворен в растворителе. Это может быть достигнуто, например, посредством того, что состоящий из слоев 12 обратной формы и слоев 16 формованного изделия слоевой пакет погружают в растворитель на предварительно заданный промежуток времени. После этого, готовое формованное изделие 20 (фиг. 8) может быть изъято из растворителя и высушено.In a subsequent process step, the reverse shaped layers 12 are brought into contact with a solvent such that the cured
Как можно увидеть на фиг. 9 и 10, с помощью способа согласно изобретению также можно производить формованные изделия с выступами 25 и полостями 26.As can be seen in FIG. 9 and 10, it is also possible to produce molded articles with
Второй материал 5 может быть заполнен в полость (полости) 13 также способом трафаретной печати. Как можно увидеть на фиг. 11, переводной элемент 18 выполнен в виде ротационного валика трафаретной печати. Он имеет перфорированную, подобную ситу боковую поверхность. Второй резервуар 7 размещен во внутреннем объеме ротационного валика трафаретной печати.The
Предусмотренные в боковой поверхности отверстия перфорации, в отношении их размеров, приведены в соответствие с коэффициентом вязкости второго материала 5 таким образом, что второй материал 5 может быть выдавлен через отверстия перфорации посредством линейно прилегающего к внутренней боковой поверхности цилиндровой стенки ротационного валика трафаретной печати ракеля 24. Вне области действия ракеля 24 второй материал 5 не проходит через отверстия перфорации. Размещенное за местом подачи устройство для очистки удаляет не принятый на ротационном валике трафаретной печати материал, и направляет его для утилизации в контур кругового обращения. Помимо этого, представленная на фиг. 11 установка соответствует таковой на фиг. 2 таким образом, что описание для фиг. 2 соответственно является действительным для фиг. 11.The perforation holes provided in the side surface, in relation to their dimensions, are aligned with the viscosity coefficient of the
Второй материал 5 также может быть заполнен в полость (полости) 13 по способу камерного ракеля. Как можно увидеть на фиг. 12, при этом переводной элемент 18 выполнен в виде растрового валика, на наружной боковой поверхности которого размещен камерный ракель 32. Растровый валик имеет соответствующим образом выгравированную и подготовленную к приему материала боковую поверхность. Помимо этого, представленная на фиг. 12 установка соответствует таковой на фиг. 2 таким образом, что описание для фиг. 2 соответственно является действительным для фиг. 12.The
В то время как при декартовом способе валик устройства 18 для нанесения покрытия имеет цилиндрическую форму (фиг. 13), валик при полярном способе имеет коническую форму (фиг. 14).Whereas in the Cartesian method the roller of the
Второй материал 5 также может быть заполнен в полость (полости) 13 по способу струйной печати. Второе подающее устройство 15 имеет с этой целью вторую струйную печатающую головку с большим числом размещенных в одном ряду сопел, которые предназначены для подачи порций второго материала 5 на базовую поверхность 3 или же на находящийся на ней отвержденный слой материала первого и/или второго материалов 4, 5. Ряд сопел размещен параллельно плоскости базовой поверхности 4 и простирается поперечно окружному направлению базовой поверхности 3, предпочтительно, по существу в радиальном направлении от ее центра. Поскольку второй материал 5 имеет более высокий коэффициент вязкости, чем первый материал 4, сопла второй струйной печатающей головки имеют большее поперечное сечение, чем таковые первой струйной печатающей головки.The
Совместно с большим поперечным сечением сопел или дополнительно к нему, работа также может быть произведена с помощью сопел второй струйной печатающей головки с более высоким давлением в сопле, чем в первых соплах. Позиционирование несущей части 2 относительно струйной печатающей головки производят, соответственно фиг. 1, с помощью позиционирующего устройства. Выталкиванием второго материала 5 управляют в зависимости от относительного положения струйной печатающей головки и несущей части 2 и в зависимости от обеспеченных для подлежащего изготовлению формованного изделия 1 геометрических данных.Together with or in addition to the larger cross-section of the nozzles, work can also be done with the nozzles of the second inkjet print head with a higher nozzle pressure than the first nozzles. The positioning of the
В показанном на фиг. 16 варианте осуществления второй материал 5 заполняется в полость (полости) 13 сопловым или расплавным способом. В рамках соплового способа второй материал 5 высокой вязкости при комнатной температуре или в нагретом относительно комнатной температуры состоянии подают через выходную часть сопла за счет давления газа. В рамках расплавного способа второй материал 5 является термопластическим полимером, который при комнатной температуре является твердым, и может быть разжижен в результате нагревания. Во время процесса печати второй материал нагревают таким образом, что он становится жидким, и тогда его подают посредством дозирующего насоса, подающего шнека или давления газа через направленное кзаполняемой полости 13 сопло 27 (фиг. 17) на базовую поверхность 3 или же на находящийся на ней отвержденный слой материала первого и/или второго материалов 4, 5. Позиционирование несущей части 2 относительно сопла 27 производят, соответственно фиг. 1, с помощью позиционирующего устройства 9. Выталкиванием второго материала 5 из сопла 27 управляют в зависимости от относительного положения сопла 27 и несущей части 2 и в зависимости от обеспеченных для подлежащего изготовлению формованного изделия 1 геометрических данных. После заполнения полости (полостей) 13 вторым материалом, его отверждают посредством охлаждения.In the shown in FIG. 16 embodiment, the
Кроме того, имеется возможность заполнения вторым материалом 5 полости (полостей) 13 посредством способа микродозирования. Как можно увидеть на фиг. 18, при этом второй резервуар 7 соединен для приложения давления ко второму материалу 5 с источником 28 давления газа, который может быть представлен, например, источником давления воздуха. Резервуар 7 соединен с соплом 27 для подачи материала посредством линий 29, на которых соответственно размещено по одному переставляемому в открытое и в закрытое положения клапану 30. Выходное отверстие сопла 27 размещено на незначительном расстоянии от базовой поверхности 3, и может быть затем позиционировано вдоль базовой поверхности 3 относительно несущей части 2. Отдельными клапанами 30 соответственно управляют в зависимости от обеспеченных для подлежащего изготовлению формованного изделия 1 геометрических данных и в зависимости от относительного положения сопла 27 и несущей части 2 таким образом, что поток материала второго материала 5 может быть выпущен, когда выходное отверстие сопла 27 позиционировано на полости 13. Поток материала блокируется, когда выходное отверстие сопла 27 не позиционировано на полости 13.In addition, it is possible to fill the cavity(s) 13 with the
Как можно увидеть на фиг. 18, могут быть предусмотрены несколько узлов 31 микродозирования, клапаны 30 которых соответственно соединены своими впускными портами со вторым резервуаром 7 посредством линий 29. Каждый узел 31 микродозирования соответственно имеет по одному соплу 27, которое соединено с выпускным портом соответствующего клапана 30. Сопла 27 размещены в форме матрицы в нескольких рядах и/или нескольких прорезях. Клапанами 30 управляют таким образом, что полость 13 может быть ровно покрыта вторым материалом 5 (фиг. 19). Сопло 27 может иметь круглое (фиг. 20) или многогранное, предпочтительно, прямоугольное (фиг. 21) выходное отверстие.As can be seen in FIG. 18,
Claims (21)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102018006397.7 | 2018-08-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021106161A RU2021106161A (en) | 2022-09-15 |
| RU2797378C2 true RU2797378C2 (en) | 2023-06-05 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0463981A2 (en) * | 1990-06-29 | 1992-01-02 | Roth Freres S.A. | Method of manufacturing cushions from polyurethane foam moulded in-situ with a textile lining, and the cushion thus produced |
| RU2160288C2 (en) * | 1994-10-21 | 2000-12-10 | Э. Хашогги Индастриз | Compositions, products, and methods involving foamed structural matrix with starch binder |
| WO2015105047A1 (en) * | 2014-01-09 | 2015-07-16 | Seiko Epson Corporation | Method for manufacturing three-dimensional structure and three-dimensional structure |
| WO2016011252A1 (en) * | 2014-07-17 | 2016-01-21 | Markforged, Inc. | Apparatus for fiber reinforced additive manufacturing |
| WO2017064073A1 (en) * | 2015-10-14 | 2017-04-20 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | System for spraying particles onto a substrate, comprising a reactor for producing the particles to be sprayed |
| US9849631B1 (en) * | 2014-02-14 | 2017-12-26 | Marvell International Ltd. | Three dimensional (3D) printing by selective rotation of a build platform |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0463981A2 (en) * | 1990-06-29 | 1992-01-02 | Roth Freres S.A. | Method of manufacturing cushions from polyurethane foam moulded in-situ with a textile lining, and the cushion thus produced |
| RU2160288C2 (en) * | 1994-10-21 | 2000-12-10 | Э. Хашогги Индастриз | Compositions, products, and methods involving foamed structural matrix with starch binder |
| WO2015105047A1 (en) * | 2014-01-09 | 2015-07-16 | Seiko Epson Corporation | Method for manufacturing three-dimensional structure and three-dimensional structure |
| US9849631B1 (en) * | 2014-02-14 | 2017-12-26 | Marvell International Ltd. | Three dimensional (3D) printing by selective rotation of a build platform |
| WO2016011252A1 (en) * | 2014-07-17 | 2016-01-21 | Markforged, Inc. | Apparatus for fiber reinforced additive manufacturing |
| WO2017064073A1 (en) * | 2015-10-14 | 2017-04-20 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | System for spraying particles onto a substrate, comprising a reactor for producing the particles to be sprayed |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7254905B2 (en) | Method for manufacturing three-dimensional moldings by layered material deposition | |
| CN113286693B (en) | Method for producing three-dimensional molded objects by applying material layer by layer | |
| US6902246B2 (en) | Quantized feed system for solid freeform fabrication | |
| DK2961589T3 (en) | A process for producing a three-dimensional object by generative structure. | |
| US7648664B2 (en) | Clamped quantized feed system for solid freeform fabrication | |
| US20050015171A1 (en) | Method and a system for producing an object using solid freeform fabrication | |
| US20080233302A1 (en) | Method and Device for Production of a Three-Dimensional Article | |
| US9079356B2 (en) | Method and apparatus for producing a three-dimensional object | |
| KR20180074772A (en) | METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING OBJECT USING A 3D PRINTING DEVICE | |
| KR102067538B1 (en) | 3d printing apparatus comprising cleansing module and 3d printing method | |
| KR20200042930A (en) | 3D printed molded parts made from more than one type of silicone material | |
| KR101938233B1 (en) | The apparatus of the outputting head in a color 3-d printer | |
| CN1332808C (en) | Method and device for manufacturing impression block | |
| RU2797378C2 (en) | Method for manufacturing three-dimensional molded product by layering material | |
| RU2783433C1 (en) | Method for manufacturing a three-dimensional shaped article by additive manufacturing | |
| US20230321723A1 (en) | Method for producing a 3d shaped article, and device using a sieve plate | |
| KR20220083892A (en) | Method for generative building of shaped bodies by stereolithography | |
| TW202000431A (en) | Three-dimensional modeling apparatus, three-dimensional modeling method and three-dimensional modeled product using different materials | |
| KR19980072721A (en) | Rapid Manufacturing Apparatus and Method Using Photocurable Resin Droplets |