Технология серийного изготовления изделий путем напыления композитных материалов на литьевую форму по матрице, полученной, непосредственно используя компьютерную модель изделия, спроектированную в СAD системе

(51) 29 45/14 (2010.01) 29 45/16 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ проектировании модели в среде трехмерного моделирования применяются / системы,автоматизированного, сквозного проектирования. На основании 3-х мерной модели и заданных технологических параметров изделия изготавливается прототип. Изготавливают прототипы по-разному на одних предприятиях детали фрезеруют из пластмасс, мягких металлов или дерева на станках с ЧПУ, на других полагаются на золотые руки умельцевмодельщиков. Все это требует использования дорогостоящего оборудования,высококвалифицированного ручного труда и, как правило, больших временных затрат. Сегодня есть другая возможность быстро, качественно и недорого изготавливать модели новых изделий, их узлов и деталей. Речь идет о технологиях быстрого прототипирования. Быстрое прототипирование ( ,) - это процесс послойного построения физической модели (прототипа) в соответствии с геометрией -модели. Основное отличие этой технологии от традиционных методов изготовления моделей заключается в том, что модель создается не отделением лишнего материала от заготовки, а послойным наращиванием материала,составляющего модель, включая входящие в нее внутренние и даже подвижные части. Модели,выполненные по технологиям,могут изготавливаться из различных материалов (в зависимости от применяемой в оборудовании технологии) из пластиков,жидких смол,специальных порошков, различных листовых материалов (бумаги, алюминия и др.). Процессы построения в значительной степени автоматизированы и позволяют получать качественные и сравнительно недорогие модели,затрачивая на их изготовление часы, а не дни и недели, как это было при создании моделей традиционными методами. Быстрое прототипирование позволяет предприятиям значительно снизить временные и финансовые затраты на подготовку изделия к производству. Оно дает возможность существенно сократить сроки и стоимость дизайнерских и конструкторских работ, работ по изготовлению(54) ТЕХНОЛОГИЯ СЕРИЙНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ПУТЕМ НАПЫЛЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ЛИТЬЕВУЮ ФОРМУ ПО МАТРИЦЕ,ПОЛУЧЕННОЙ,НЕПОСРЕДСТВЕННО ИСПОЛЬЗУЯ КОМПЬЮТЕРНУЮ МОДЕЛЬ ИЗДЕЛИЯ,СПРОЕКТИРОВАННУЮ В С СИСТЕМЕ(57) В повседневной жизни используется много различных изделий со сложной пространственной формой. Их дизайн и художественная выразительность,несомненно,оказывают воздействие на человека. Поэтому при изготовлении таких изделий важно точно реализовать замысел художника. Путь от идеи до изделия должен быть максимально коротким,а тиражирование максимально экономически выгодным. Оперативно реагировать на рыночный спрос выпуском качественных изделий - значит, обеспечить своему предприятию конкурентные преимущества и стабильный успех. В процессе разработки новой продукции всегда возникает необходимость в опытных образцах прототипе, которые в следствии и будут служить основой-матрицей для тиражирования изделий. Имея на руках модели-прототипы технологи могут использовать их в качестве мастер-моделей для изготовления традиционной технологической оснастки - изготовления силиконовых форм. Поэтому в условиях быстрого производства и тиражирования изделий сложной пространственной формы,первым звеном всей цепочки проектирование-изготовление является математическая 3-модель изделия, которая может быть получена различными способами. Достаточно традиционный и распространенный подход по построению 3(СА)-моделей - на основе первоначальной идеи или имеющихся чертежей на начальном этапе все данные об изделии, чертежи переносятся на компьютер, на котором с помощью определенных программ осуществляется проектирование модели будущего изделия. При 23136 технологической оснастки, а также повысить качество выпускаемой продукции. Однако немаловажным фактором является правильный выбор технологического процесса тиражирования изделий, позволяющий максимально минимизировать затраты на изготовления изделий. Использовать в данном случае технологию быстрого прототипирования не является экономически выгодным из-за дороговизны оборудования (либо услуг по использованию данного оборудования) и малой производительности в условиях серийного производства. В зависимости от назначения изделия и материала для изготавливаемого изделия, по своим свойствам обеспечивающим высокое качество поверхности и точности - выбирают технологический процесс, позволяющий повышает производительность способа серийного изготовления изделия. Вариантом является применение технологии напыления композитных материалов(полиэфиров) на силиконовую оболочковую форму. 23136 Изобретение относится к серийному производству выпуклых полых полимерных изделий сложной конфигурации, методом напыления композиционных материалов на форму изделия(мастер-модель-матрицу), полученную на станке, непосредственно используя компьютерную модель, спроектированную всистеме. В том случае, когда за исходный материал принимается первоначальная идея или имеющиеся чертежи. Когда исходным материалом является существующее изделие-прототип, то вместо цепочки проектирование-изготовление используется только процесс изготовления. На фиг. 1-8 приведен пример использования описываемого способа для серийного производства изделия. Трансформирование конструкторской идеи в реальную модель изделия, которая отличается высокой точностью и стабильностью размеров, с возможностью дальнейшего серийного производства этого изделия, используя метод напыления композитных материалов, позволяющий минимизировать затраты на изготовление изделий и повышать производительность способа. Упрощение автоматизации процесса и увеличения прочности изделия. Значительное снижение затрат на проектирование и повышение качества изготовления серии сложных изделий из пластмасс. Технология серийного изготовления изделий путем напыления композитных материалов по форме изделия, полученной в результате 3-х мерного моделирования и получения матрицы на специальном оборудовании(-станке)-это процесс, очень точно воспроизводящий модель. Получаем не только точную копию мельчайших деталей поверхности модели, но также точное воспроизведение ее формы и размеров. Процесс универсален и не ограничивает размеров модели. Он применяется как для малых деталей, размером с монету, так и для деталей площадью 10 м 2. Как показали расчеты и исследования, эта технология имеет целый ряд преимуществ не требуется применение дорогостоящей технологической оснастки, существенно снижает трудоемкость и себестоимость выпускаемой продукции.. Первым звеном всей цепочки проектирование-изготовление является математическая 3-модель изделия и его прототип. 1. Достаточно традиционный и распространенный подход по построению 3 моделей - на основе первоначальной идеи или имеющихся чертежей (Фиг.1). Все данные об изделии, чертежи переносятся на компьютер, на котором с помощью определенных программ осуществляется проектирование модели будущего изделия. При проектировании твердотелой модели(Фиг.2) в среде трехмерного моделирования применяются/САМ системы,автоматизированного, сквозного проектирования. 2. Для создания объемной модели (прототипа) на) - послойного наращивания листовых материалов, относящийся к классу лазерных систем быстрого прототипирования. Твердотелая модель,импортированная в формате ., из 3 /САМ программы используется в качестве исходной информации математической модели для получения прототипа объекта.-станком, где с помощью специального программного обеспечения создаются поперечные сечения детали. Луч лазера вырезает контур сечения в верхнем слое, а затем разрезает области излишнего материала для последующего удаления. Новый слой соединяется с предыдущим за счет прокатки термоваликом и создается новое поперечное сечение, которое затем также вырезается. Каждое сечение рисуется средствами специальной установки, и все сечения складываются в стопку. В итоге создается твердая копия исходной математической модели с точностью до толщины слоя. По внешнему виду прототип, изготовленный по этой технологии, напоминает деревянный (по физическим характеристикам - превосходит дерево). Прототип будет применен в качестве мастермоделей(матрицы) для тиражирования в силиконовых формах, используя метод напыления композитных материалов.. Процесс изготовления изделия состоит из следующих последовательно выполняемых этапов 1. Создание оболочковой (силиконовой) формы строится путем получения отпечатка внешнего контура матрицы (мастер-модели изделия), по линии разъема, в заданном теле. В зависимости от оригинала (мастер-модели изделия) необходимо проверить конструкцию на извлекаемость создается односоставная или двусоставная оболочковая форма. а) Поверхность матрицы-оригинала (мастермодели) изделия подготавливают предварительно обезжирив поверхность и очистив от загрязнения при необходимости. б) Подготавливается формовочный короб,сделанный из дерева, пластика или металла (Фиг.3). Зазор вокруг оригинала должен быть не менее 25 мм. в) В короб с матрицей заливаем формовочную смесь (Фиг.4), используя как основной материал двухкомпонентную силиконовую массу (компаунд),состоящий из основы (пасты) и отвердителя(катализатора), отверждающихся после смешения до резиноподобного состояния при комнатной температуре. Использование соотношение 2 катализатора к массе компаунда обеспечивает хорошую вязкость смеси и при устойчивой температуре получаем идеально гладкую форму поверхности. После отвердевания формовочной смеси снимаем опалубку и вынимаем матрицу(Фиг.5). 2. Подготовка формы. Поверхность формы подготавливается следующим образом наносится и тщательно располировывается твердый разделитель 3 23136 на восковой основе, сушиться, после чего наносят декоративный слой (тиксотропная композиция холодного отверждения) непосредственно на подготовленную поверхность формы. После гелеобразования декоративного слоя дают вьщержку 15-20 мини приступают к дальнейшей работе. 3. Следующим этапом является изготовление корки изделия, путем напыления на форму композитных материалов на основе полиэфирной смолы. (Композиция-тиксотропная полиэфирная композиция содержащая специальные добавки,которая используется в качестве гель-коута. Она поставляется как трехкомпонентная система-смола(тиксотропированная), ускоритель и пероксид. Только после добавления пероксида смесь быстро загеливается и твердеет. Отверженная композиция представляет собой монолитный материал с высокой стойкостью к действию воды, кислот и химических агентов,а также хорошей износостойкостью и атмосферостойкостью.) До начала напыления необходимо проверить и подготовить оборудование, применяемое для нанесения композитных материалов-проверить чистоту насадок и фильтров, дозатор катализатора,отрегулировать давление. Композиция наносится на поверхности воздушным пистолетомкраскораспылителем с бачком. Для окраски больших поверхностей применяют специальный пистолет с подачей компонентов из нагнетательных бачков с помощью сжатого воздуха. Для промывки пистолета и нагнетательных бачков применяют стирол или олигоэфиракрилат ТГМ-3. Использование ацетона или других растворителей не допустимо, так как их присутствие в композиции приводит к образованию микро пористости отверженных покрытий и соответственно меньшему сроку службы или защитного действия от коррозии. Нанесение полиэфирной смолы должно производится в напылительной кабине или на отдельной площадке с эффективной вентиляцией, с хорошим освещением при отсутствии пыли,используя для защиты персонала специальную одежду, респиратор и перчатки. Главное в процессе напыления - выбор правильного расстояния до поверхности формы,правильного расположения пистолета-распылителя и правильное направление движения пистолета при напылении. Необходимо установить форму в положении, наиболее удобном для напыления. Начинать напыление нужно при положении пистолета-распылителя вне формы и заводить его с края формы. Держать пистолет-распылитель перпендикулярно на расстоянии 50-80 см от поверхности формы. Напылять, применяя сплошные и параллельные полосы, перекрывающиеся на 20,с постоянной скоростью, так, что бы каждый слой формировался на участке большой формы или по всей форме меньшего размера. 4. Напыление (Фиг.6). Для напыления первогоосновного слоя, подготавливается следующий состав в необходимое количество лакового коллоксилина (нитроцеллюлозы) смешивается с 4 полиэфирной смолой (12) и растворителем (41), с добавлением 2 катализатора в чистую сухую емкость, и равномерно перемешивается до полного равномерного распределения катализатора по всей массе (5-15 мин). Время жизни компаунда от 0,5 до 6,0 часов. Смешивание не должно происходить при температуре выше 35 С, т.к. в этом случае время жизни компаунда резко сокращается. Напылять необходимо в два или три прохода, так чтобы получить нужную толщину пленки. Напыление компауда выдерживается при комнатной температуре 18-24 часа. При более низкой температуре время отверждения соответственно увеличивают. Возможно тепловое ускорение процесса отверждения, но не выше 60 С (для подсыхания слоя форма помещается в печь). В форму на подсохший слой заливается полиэфирная смола с использованием укрепителей и отвердителей. Между слоями наносится доломитовый порошок, в качестве связующего используется раствор лакового коллоксилина(нитроцеллюлозы) (41). В течении получаса соблюдается тепловой режим. Толщина и количество слоев подбирается в зависимости от габаритов изготавливаемого изделия и требований к прочностным качествам готового изделия (Фиг.7).(Особое внимание следует обратить на температурные режимы при напылении полиэфирной смолы. Самая подходящая температура рабочего места 20-25 С при влажности воздуха 80. Нужно категорически избегать работы при температуре ниже 18 С. В связи с плохой теплопроводностью полиэфира важно чтобы форма и готовая корка перед применением находились 23 суток в помещении, температура в котором соответствует рабочей температуре(для выравнивания температур). По данным производителя полиэфирная смола набирает температуру со скоростью 20 С в сутки.) 5. После затвердевания напыленых слоев корку необходимо отделить от формы, аккуратно и равномерно надавливая на форму. 6. Окончательная механическая обработка удаление лишнего материала, обработать заусенцы напильником или наждачной бумагой. Описываемая технология представляет собой технологическую цепочку серийного производства изделий из пластмасс, с введенными новшествами в уже существующие методы,позволяющие максимально минимизировать затраты на каждом этапе проектирования - изготовления изделия. Описываемая технология разделена на два основных этапа - это проектирование и изготовление изделия, которые в свою очередь делятся на определенные технологические процессы. Когда за исходный материал принимается первоначальная идея или имеющиеся чертежи, то максимально быстро и с меньшими вложениями по созданию прототипа изделия и дальнейшее его тиражирование осуществляется используя технологию Быстрого прототипирования (23136) - изготовление объектов с использованием ламинирования, включая в себя лазер, который вырезает контуры сечений по -данным из прессованной бумаги, слой за слоем тем самым производя послойное наращивание. Получение именно такого прототипа изделия особо эффективно применение в качестве мастер-моделей (матрицы) для тиражирования в силиконовых формах по описываемой технологии. При этом поверхность может быть окрашена либо доведена до имитации металлической поверхности (золота, серебра и т.д),используя в дальнейшем технологию вакуумного напыления. Получаемые изделия влагостойки и экологически безопасны. В том случае, если необходимо тиражирование изделия по уже существующему прототипу, то используется только лишь второй основной этап описываемой технологии-изготовление(напьшение композитных материалов на оболочковую (литьевую) форму для получения корки изделия). Наиболее близким к описываемому способу по технической сущности и достигаемому результату является такие изобретения,как ПРЕСС-ФОРМА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА ЛИТЬЕВАЯ ФОРМА ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРОВ ЛИТЬЕВАЯ ФОРМА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС. Описываемый технологический процесс изготовления литьевой формы отличается от схожих к нему исходным материалом для создания формы и используемая формовочная смесь. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ серийного изготовления изделий путем напыления полимерных композитных материалов,на основе связующих, содержащих растворитель и лаковый коллоксилин НЦ, на литьевую форму изделия, заключающийся в том, что процесс напыления производят по слоям 1-й слой в соотношении 2 отвердителя поставляемого вместе со смолой к объему тиксотропной композиции гель-коута, в пропорции 12 лак нитроцеллюлозы перемешанный с растворителем 41 2-й слой в смесь смолы с отвердителем, в пропорции 14 добавляют доломитовый порошок 3-й слой в соотношении 2 отвердителя поставляемого вместе со смолой к объему тиксотропной композиции гель-коута, добавляют в пропорции 12 лак нитроцеллюлозы перемешанный с растворителем 61.