Complex-shape three-dimensional polymeric item built up of layers, its manufacturing process and device

Полимерный трехмерный объект сложной формы, составленный из слоев, способ изготовления полимерного трехмерного объекта и устройство для его осуществления

Abstract

FIELD: manufacture of physical shape carriers using geometric or mathematical model. SUBSTANCE: three-dimensional polymeric item is built up of layers successively shaped from liquid photopolymer curing under effect of radiation. Layers are attached to each other during shaping. Item is composed of m other than planar layers, thickness h, continuously turning one into another. Bases of layers have finite number N m of points of linear size L m . Position of center of any point of item on Z axis is described by equation C n,m = (m-1)•h+h•n m /N m , where Z n,m is coordinate of point n of layer m; m is layer number: m = 1, 2, 3, etc.; h is layer thickness; n m is point number according to sequence of layer m building; N m is total number of points of layer m. Manufacturing process includes placing photopolymer between substrate whereon item is grown and separating medium transparent to radiation initiating photopolymer curing. Then photopolymer is irradiated by scanning beam with item-carrying substrate continuously displaced vertically at speed found from formula W n = W sc •h/N m •d, where W n is substrate speed, mm/s; W sc is speed of beam initiating curing of photopolymer layer m > 1, mm/s; h is layer thickness; N m is total number of points of layer m; d is diameter of beam initiating photopolymer curing; in the course of shaping first layer beam scanning speed continuously varies obeying following law: W sc1,n = W sc1,1 -(W sc1,1 -W sc )•n 1 /N 1 , where W sc1,n is beam scanning speed, mm/s, when shaping first layer at point n; W sc1,1 is beam scanning speed when shaping first layer at n = 1; W sc is beam scanning speed when curing layer m > 1; n 1 is point number in first layer building sequence; N 1 is total number of points in first layer. Device implementing this process has vessel with separating medium, substrate, its vertical displacement drive, radiation source, beam interrupter, and computer. In addition, it has adhesion-preventive layer on separating medium surface, irradiating facility spatial displacement scanner, and dosing apparatus used to maintain desired level of liquid photopolymer. Substrate drive has mechanism providing for varying speed of substrate. Computer program interface controlling item shaping process ensures simultaneous scanning irradiation of liquid photopolymer layer and displacement of substrate at varying speed. EFFECT: improved quality of three-dimensional polymeric items of various configurations produced. 6 cl, 5 dwg
Изобретение относится к области изготовления физических носителей формы по геометрической или математической модели, в частности к изготовлению трехмерных объектов сложной формы из отверждающейся под воздействием излучения жидкой среды. Полимерный трехмерный объект составлен из слоев, последовательно сформированных из жидкого фотополимера, отверждающегося под воздействием излучения. Слои присоединены один к другому в процессе формирования. Объект составлен из m неплоских непрерывно переходящих друг в друга слоев толщиной h. Основания слоев состоят из конечного числа N m "точек" линейного размера L m . Положение центра любой "точки" объекта по координате Z описывается уравнением Z n,m =(m-1)•h + h•n m /N m , где Z n,m - координата Z "точки" n слоя m; m - номер слоя, m = 1, 2, 3 и т.д.; h - толщина слоя; n m - номер "точки" по последовательности построения слоя m, N m - сумма "точек" слоя m. Способ изготовления полимерного трехмерного объекта включает помещение фотополимера между подложкой, на которой выращивается объект, и разделительной средой, прозрачной к инициирующему отверждение фотополимера излучению. Затем осуществляют облучение фотополимера излучением, вертикальное перемещение подложки в ходе изготовления подложки. Облучение фотополимера осуществляют сканирующим лучом инициирующего излучения при непрерывном вертикальном перемещении подложки с объектом со скоростью, определяемой по формуле W n = W ск •h/N m •d, где W n - скорость движения подложки (мм/с), W ск - скорость сканирования луча, инициирующего отверждение фотополимера (мм/с) при отверждении слоя m > 1; h - толщина слоя; N m - сумма "точек" слоя m; d - диаметр луча, инициирующего отверждение фотополимера, при этом скорость сканирования луча при формировании первого слоя непрерывно изменяется по следующему закону: W ск1,n = W ск1,1 - (W ск1,1 -W ск )•n 1 /N 1 , где W ск1,n - скорость сканирования луча, инициирующего отверждение фотополимера (мм/с), при формировании 1-го слоя в точке n; W ск1,1 - скорость сканирования луча, инициирующего отверждение фотополимера (мм/с), при отверждении 1-го слоя при п = 1; W ск - скорость сканирования луча, инициирующего отверждение фотополимера (мм/c), при отверждении слоя m > 1; n 1 - номер "точки" по последовательности построения 1-го слоя; N 1 - сумма "точек" 1-го слоя. Устройство для осуществления способа содержит сосуд с разделительной средой, подложку, привод ее вертикального перемещения, источник излучения, прерыватель излучения и ЭВМ. Устройство дополнительно содержит антиадгезионный слой, нанесенный на поверхность разделительной среды, сканатор пространственного перемещения облучающего средства и дозатор для поддержания необходимого уровня жидкого фотополимера. Привод подъема подложки снабжен механизмом, обеспечивающим переменную скорость ее подъема. Управляющий процессом формирования объекта программный интерфейс ЭВМ обеспечивает одновременность операций сканирующего облучения слоя жидкого фотополимера и перемещения подложки с переменной скоростью. Изобретение обеспечивает получение полимерных трехмерных объектов различной конфигурации, обладающих высоким качеством. 3 с. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Claims

Description

Topics

Download Full PDF Version (Non-Commercial Use)

Patent Citations (0)

    Publication numberPublication dateAssigneeTitle

NO-Patent Citations (0)

    Title

Cited By (1)

    Publication numberPublication dateAssigneeTitle
    RU-2631794-C1September 26, 2017Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева Российской академии наук (ИМХ РАН)Полимерный трехмерный объект сложной формы и способ изготовления полимерного трехмерного объекта сложной формы