Устройство для сканирования единичного слоя при послойном лазерном синтезе прототипов

Полезная модель относится к стереолитографии. Задача - сокращение времени сканирования единичного слоя, повышение точности модели и улучшение качества ее поверхности. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для сканирования единичного слоя при послойном лазерном синтезе прототипов, содержащем стол 1 с ванной 2 для ФПК 3, в которой установлена платформа 4, опускающаяся в ФПК 3 на величину t, УФ-лазер 6, XY-сканер 7, оптическая система (зеркало 8 и линзы 9, 10) последнего выполнена с возможностью изменения диаметра УФ-луча 11 от 0,001 до 2,0 мм на поверхности ФПК 3 путем изменения расстояния F между линзами 9 и 10.

Полезная модель относится к стереолитографии и может использоваться практически в любой отрасли промышленности (автомобилестроении, самолетостроении, машиностроении, легкой промышленности, и др., где производственный цикл включает проектирование, конструирование, корректировку проекта, создание демонстрационных моделей и прототипов, а также формообразующей оснастки (штампы, пресс-формы и др.) для изготовления единичных изделий или малыми и средними партиями.

Лазерная стереолитография - способ послойного синтеза объемных моделей, конструкторских прототипов, макетов, литейных форм и др. из

фотоактивных полимерных композиционных материалов (ФПК).

Технологический процесс лазерно-компьютерного макетирования (ЛКМ) стереолитографии позволяет изготавливать прототипы сложных деталей, используя в качестве исходной информации геометрические модели, созданные с помощью системы трехмерного геометрического моделирования, т.е. объемные модели будущей детали, изделия.

В процессе стереолитографии ультрафиолетовый луч (УФ-луч) лазера сканирует под управлением электронно-вычислительной машины (ЭВМ) по

поверхности ФПК в плоскости XOY. Поглощенная молекулами ФПК энергия УФ-луча вызывает в поверхностном слое локальную фотоинициированную полимеризацию, приводящую к фазовому преобразованию ФПК и образованию тонкого слоя модифицированного пластика, который «прилипает» к ранее выращенной части прототипа. ФПК слой за слоем обновляется, и также последовательно сканируются рисунки очередных слоев детали. Таким образом, последовательно по координате Z наращиваются друг на друга твердые слои ФПК, точно воспроизводя заданную геометрическую модель в виде объемной формы стереолитографической модели (СЛ-модели).

Известно устройство для сканирования единичного слоя при послойном лазерном синтезе прототипов, содержащее стол с ванной для фотополимера, в которой установлена поддерживающая платформа, имеющая возможность опускаться в фотополимер на величину, равную толщине последующего слоя, УФ-лазер, XY-сканер с оптической системой (см. Лавров М. «ГеММа-3В и быстрое прототипирование», ж-л «САПР и графика», июнь, 2002, стр.45).

Известным устройством, при диаметре луча 0,1-0,3 мм, невозможно быстро сканировать слой прототипа; точность и шероховатость его поверхности, а также мощность УФ-луча не поддаются регулированию.

Задача - устранение указанных выше недостатков путем увеличения диапазона диаметров УФ-луча на поверхности ФПК от 0,001 до 2 мм.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для сканирования единичного слоя при послойном лазерном синтезе прототипов, содержащем стол с ванной для фотополимера (ФПК), в которой установлена поддерживающая платформа, имеющая возможность опускаться вниз в фотополимер на величину, равную толщине последующего слоя, УФ-лазер, XY-сканер с оптической системой, последняя выполнена с возможностью изменения диаметра УФ-луча от 0,001 до 2 мм на поверхности ФПК.

Заявляемое устройство характеризуется наличием следующего существенного отличительного признака: «оптическая система XY-сканера выполнена с возможностью изменения диаметра УФ-луча от 0,001 до 2 мм на поверхности ФПК».

В выявленных технических решениях аналогичного назначения указанный выше отличительный признак отсутствует. Проведенные лабораторные исследования подтвердили работоспособность предлагаемого устройства. Следовательно, заявляемое устройство соответствует критериям охраноспособности полезных моделей.

Использование совокупности существенных признаков заявляемого устройства обеспечивает управление следующими параметрами:

- диаметром луча лазера на поверхности ФПК от 0,001 до 2 мм;

- мощностью излучения УФ-лазера;

- шероховатостью и точностью геометрических размеров прототипа.

Кроме этого, значительно сократилось время изготовления прототипов в целом.

Сущность заявленного поясняется чертежом, где схематично изображено устройство для сканирования единичного слоя при послойном лазерном синтезе прототипов.

Устройство содержит стол 1 с ванной 2 для ФПК 3, в которой установлена поддерживающая платформа 4, имеющая возможность опускаться вниз (по стрелке А), т.е. в ФПК 3 на величину t, равную толщине последующего слоя 5.

В устройстве смонтирован УФ-лазер 6, XY-сканер 7 с оптической системой: зеркалом 8 и линзами 9 и 10, расположенных на расстоянии F между собой, которое в процессе прохождения УФ-луча 11 в плоскости XOY изменяется, увеличивая или уменьшая диаметр УФ-луча 11 на поверхности ФПК3.

Устройство работает следующим образом.

В ванну 2 заливают ФПК 3, выставляют платформу 4 так, чтобы над ней был слой ФПК 3 толщиной t. Включают УФ-лазер и УФ-луч 11, проходя через XY-сканер 7, падает на поверхность ФПК 3, вызывая полимеризацию слоя 5 ФПК 3, который прилипает к платформе 4. На периферийных и сложных участках УФ-луч 11 имеет минимальный диаметр от 0,001 мм, а на простых и ровных участках слоя 5 до 2 мм на поверхности ФПК 3, что достигается регулированием расстояния F между линзами 9 и 10.

После полимеризации поверхностного (единичного) слоя 5 ФПК 3 платформу 4 опускают (по стрелке А) на величину t В результате полимеризованный слой покрывается жидким ФПК 3.

Процесс сканирования единичного слоя в плоскости XOY повторяется с наращиванием готовой модели 12.

Устройство для сканирования единичного слоя при послойном лазерном синтезе прототипов, содержащее стол с ванной для фотополимера, в которой установлена поддерживающая платформа, имеющая возможность опускания в фотополимер на величину, равную толщине последующего слоя, УФ-лазер, XY-сканер с оптической системой, отличающееся тем, что оптическая система XY-сканера выполнена с возможностью изменения диаметра луча УФ-лазера от 0,001 до 2,0 мм на поверхности фотополимера.