Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние исследований методов очистки литниковых систем от формовочных масс 12
1.1 Литейные формовочные массы применяемые в машиностроении 12
1.2 Современные методы воздействия на формовочные массы литниковых систем .20
1.3 Современное состояние исследований воздействия газовых разрядов с жидкими электродами на материалы 26
1.4 Задачи диссертации .38
Глава 2 Экспериментальные установки и методики исследований 41
2.1 Аппаратура и методы литья образцов для изучения процесса плазменно гидроударного воздействия на формовочные массы .41
2.2 Экспериментальные установки исследования воздействия плазменно гидроударной обработки на литейные формы .48
2.3 Методы исследования физико-механические характеристик поверхности очищенных отливок 55
Глава 3 Экспериментальные исследования воздействия на материалы формовочных масс в процессе их отделения от отливки при плазменно-гидроударном воздействии 63
3.1 Энергетические и электрические характеристики плазменно гидроударного процесса .63
3.2 Возникновение гидродинамических импульсов в переходной области из электролиза в состояние горения разряда 76
3.3 Влияние свойств жидкой среды на разрушение формовочной смеси при плазменно-гидроударной очистке 78
3.4 Влияние плазменно-гидроударной обработки на формовочную массу и литниковую систему 83
Глава 4. Плазменно-гидроударная очистка изделий машиностроения 86
4.1 Модель возникновения гидравлического возмущения и разрушения формовочной массы. 86
4.2 Характеристики микроструктуры поверхности отливок после плазменно гидродинамической очистки 89
4.3 Применение плазменно-гидроударной обработки отливок из нержавеющей стали для медицинского роботизированного инструмента .96
4.4 Технология изготовления коронкообразных шестеренок медицинского инструмента для робота «Давинчи» .102
Выводы .110
Литература .112
- Современные методы воздействия на формовочные массы литниковых систем
- Методы исследования физико-механические характеристик поверхности очищенных отливок
- Влияние свойств жидкой среды на разрушение формовочной смеси при плазменно-гидроударной очистке
- Технология изготовления коронкообразных шестеренок медицинского инструмента для робота «Давинчи»
Современные методы воздействия на формовочные массы литниковых систем
Очистку отливки от формовочной массы разделяют на два основных процесса: выбивку и очистку. Выбивка заключается в извлечении отливки из опоки (застывшей и охлажденной формовочной массы). Выбивку производят после остывания опоки до температуры 200 – 250 0С. Выбивка бывает двух типов: ручного и автоматизированного. При ручном методе подвешенную отливку обрабатывают ударами кувалды, удары должны наносится на опоку. Автоматизированный способ можно разделить три метода. Первый полуавтоматический, аналогичный ручному способу, только вместо ударов молота к стенке опоки прикладывают пневматическое долото. Второй способ предусматривает автоматическое скатывание с конвейера и прижатие опоки к стационарному вибратору. Третий способ основан на установке опоки на решетку, которая приводится в движение с помощью механического инерционного, пневматического способов или механической эксцентрики, и работа решетки приводит к возникновению ударов по опоке.
С точки зрения энергоэффективности автоматизированные механические способы считаются лучшими. Помимо выбивки отливки из опоки необходимо производить выбивку стержней, это еще более трудоемкий процесс. Так как стержни находятся во внутренних полостях отливки, а по механическим характеристикам являются более прочными по сравнению с формовочной массой, также следует заметить спекаемость стержня из-за наличия в нем легкоплавких компонентов. Выбивку стержней производят с помощью ударных пневматических машин, галтовочных барабанов, гидравлическими и электрогидравлическими способами [13, 14].
Рассмотрим оборудование, применяемое для выбивки. Барабаны очистные галтовочные ОБ-800 и ОБ-900 (периодического воздействия). Предназначены для выбивки стержней и очистки несложных по форме и средних по размеру отливок. Выбивка и очистка производится в результате трения и соударения отливок. Объемы загрузки – 0,5 и 0.8 м3, производительность – 3 – 3,5 т/ч, диаметры барабанов – 0,8 и 0,9 м, длины рабочих частей – 1,25 и 1,4 м, частота вращения – 30 и 27 об/мин. Для непрерывной работы существует галтовочный барабан 314. Данный барабан позволяет работать непрерывно, и оснащен специальными механизмами выгрузки и загрузки отливок. Производительность – 5 т/ч, диаметр – 1,2 м, длина рабочей части – 6,4 м, частота вращений – 7 об/мин.
Вибрационная машина О-15 предназначена для выбивки стержней мелких отливок до 0,3 м. Вибрационное воздействие бойка машины на отливку приводит к разрушению формовочной массы. Производительность 100 шт. в час, сила зажима – 200 кг. Для более крупных отливок, размером до 0,8 м используются машина 411, у которой усилие зажима 800 кг, а производительность 40 шт в час. Также следует отметить ряд камер с прямолинейной рабочей камерой (ВМ-12М, МВ-12, ВМП – 25, ВМП – 50, ВМ – 100, ВМ – 200, ВМ – 400, ВМ – 800, ВМП –400Н) и с тороидно-винтовой рабочей камерой (ВМПВ -100, ВМПВ -200, ВМПВ -400). В данных машинах используется наполнитель, а физическое воздействие представляет из себя вибрацию и одновременное движение по круговой или спиральной траектории. В качестве наполнителя используют синтетические абразивы и звездочки из отбеленного чугуна, бракованные мелкие детали [15].
Совершенно иной принцип работы имеют гидрокамеры 37123 (ЛН407, 37113 (ЛН408), 37116. Имеют проходной тип с выкатной тележкой. Вода под давлением 19,6 МПа попадает на поверхность отливки и зоны расположения стержней. В результате вода и выбитая из отливок смесь через решетку попадают на инерционный грохот. Крупные куски переходят в зону отвала, а пульпа на лоток. Металлические включения отделяются с помощью магнитной плиты, расположенной на лотках. Для эффективного удаления оборудование оснащено поворотным столом. Максимальная масса отливки 100 т для гидрокамеры 37116, 50 т для гидрокамеры 37123 и 15 т для ЛН408.
Гидропескаструйная камера 417 в отличие от гидрокамеры использует водопесчаную струю с давлением 19,6 МПа. Максимальная масса отливки – до 100 т., размеры рабочей камеры – 22 на 19,3 на 6,2 метра.
Интерес представляют электрогидравлические установки 67511, 36121А, 36131А, 36141А, которые основаны на явлении электрогидравлического эффекта, открытого Львом Александровичем Юткиным в 1950 году. При инициировании высоковольтного разряда в жидкой среде наблюдается образование зоны сверхвысоких давлений, на основании данного явления был предложен новый способ трансформации электрической энергии в механическую. Разработанное оборудование предназначено для выбивки и очистки мелких отливок. Выбивка производится в рабочей камере, расположенной в баке и закрытом звукоизолирующем кожухе. Она оснащена механизмами перемещения электродов, загрузки и выгрузки отливок, удаления выбитой из отливки смеси. Установка 67511 имеет размеры 0,25 на 0,25 на 0,5 метра и производительность 60 циклов в час. Установка 36121А имеет размеры 1,8 на 1,0 на 0,7 метра, максимальная масса отливки до 1 тонны, производительность 3 тонны в час. Установка 36131А имеет размеры рабочего бака 3,5 на 2,0 на 1,0 метра, максимальная масса отливки до 5 тонн, масса загрузки 80 тонн, производительность 4 тонны в час для цветных сплавов, 2,5 тонны для стального литья. Установка 36141А имеет размеры рабочего бака 5,6 на 3,2 на 2,0 метра, максимальная масса отливки до 5 тонн, масса загрузки 25 тонн, производительность 6,5 тонн в час для цветных сплавов, 4 тонны для стального литья [16].
Второй этап отделения формовочной массы – очистка, необходимая для удаления корки пригара и элементов материала опоки. Распространение получили галтовочные барабаны, дробеметные и дробеструйные установки. Также интерес представляет химический способ, основанный на использовании расплавленной щелочи при температуре 4000С и протекании электрического тока разной полярности.
Основным способом очистки является дробеметная обработка, на ее долю приходится около 80% производимых отливок. При очистке труднодоступных полостей средних и крупных отливок используют струйные аппараты, со специальным шлангом и соплом.
Рассмотрим оборудование, применяемое при очистке. Установки по виду исполнения можно разделить на барабанный тип, камерного и открытого типа. Барабан очистной 326М2 с объемом камеры 1,2 м3 периодического действия очищает отливки массой 25 – 40 кг на конвейерном поде направленными потоками дроби, производительность 5 т/ч. Барабан очистной 323 имеет возможность очистки отливок массой 2 – 80 кг., объем загрузки 0,3 м3. Барабан очистной 42223 с ленточным подом из сшитой транспортерной ленты очищает хрупкие и мелкие отливки с массой до 40 кг.
В столах очистных 345М, 347М, 352, 353М создается поток дроби из двухдисковой дробеметной головки. При этом отливка располагается на непрерывно вращающемся столе. В зависимости от модификации различают столы с диаметром 3,2 м, 2,5 м и 1,6 м [17].
Дробеметно-дробеструйная камера ДК-10 М. Используется для очистки крупных отливок, устанавливаемых с тележкой на поворотный стол закрытой камеры. Очистка производится путем обдува потоком дроби и вращения стола. Размеры отливок до 2,5 на 1 м, массой до 3 тонн. Аналогичная установка 372 М с размером камеры 3,8 на 3,8 на 2,25 м. Также следует отметить дробеметные камеры, такие как 374С (челночного типа), 42612 (проходная), 375 С, 376 и 378 в связи с их широким применением [18].
Вернемся к рассмотрению установок удаления формовочной массы, основанных на явлении электрогидравлического эффекта. Данные установки на данный момент являются наиболее эффективными и самое главное в них решена проблема возникновения пыли. Юткиным разработано шесть видов установок, предназначенных для очистки литья [19]:
1. Ванна. Когда крупногабаритное литье массой до 50 т погружают в ванну и производят генерацию электрических разрядов.
2. Конвейер. Для крупносерийного производства отливок массой до тонны.
3. Барабан. Очистка мелкого и среднего литья для массового производства. Размеры отливок должны иметь сходный размер.
4. Локальной очистки крупногабаритных отливок массой более 50 тонн, без погружения в воду.
5. Автоматической очистки небольших по размеру и сложных по конфигурации деталей массового производства.
6. Установок заменяющих гидромониторные методы обычной очистки.
Методы исследования физико-механические характеристик поверхности очищенных отливок
Для определения средней скорости отделения формовочной массы от металла проводилось взвешивание образца до (m1) и после (m2) обработки при различных временных интервалах обработки. Это связано с нелинейной скоростью очистки поверхности.
После плазменно-гидроударной очистки, образцы исследовали с помощью инвертированного металлографического микроскопа Axio vert.a1 mat (Carl Zeiss Microscopy GmbH, Германия), позволяющего получать изображения непрозрачных объектов, а так же производить микрофотосъёмку данных поверхностей. Съёмка проводилась в пяти точках образца. В качестве объективных параметров оценки изменений структуры оценивались площадь, покрытая формовочной массой и очищенная от нее.
После исследования поверхности оптическими методами наиболее интересные участки изучались методами сканирующей электронной микроскопии. Для этих целей использовался микроскоп EVO 50 компании Carl ZEISS. Для получения изображений использовались сигналы, получаемые вторичными и обратно отраженными электронами. Вторичные электроны возникают при проникновении электронного пучка в материал. В микроскопе фиксируются только те, которые вышли с небольшой глубины. Также существуют вторичные электроны, получаемые от упруго отраженных электронов в поверхностном слое материала. Исходя из этого вторичные электроны несут в себе информацию о отраженных электронах, о площади и глубине.
Отраженные электроны не образуются в образце, а являются результатом отражения электронов сканирующего пучка, рассеянные на большие углы. Количество обратно рассеянных электронов является функцией атомных номеров элементов, входящих в состав образца. Для элементов с большим атомным номером существует более высокая вероятность того, что электрон будет отражен на большой угол при однократном взаимодействии, при этом его энергия остается близкой к начальной энергии. Эффективность отражения возрастает с атомным номером, создавая основу для дифференциации между разными фазами. Сигнал отраженных электронов чувствителен также к локальной топографии, кристаллографии, а также к структуре магнитного поля материала.
Состояние поверхности также контролировалось контактным методом с помощью профилометра TR-200. Полученную профилограмму обрабатывали и рассчитывали параметры шероховатости. В ходе обработки вычислялось среднее арифметическое значение высоты профиля, дисперсия. В качестве оценочных величин вычислялись значение высоты неровностей профиля по десяти точкам Rz и среднее арифметическое отклонение профиля Ra. Величины Rz, Ra выбраны из соображения прямой зависимости данных величин от размера микронеровностей. Данный метод измерения шероховатости был выбран с целью возможности визуальной оценки шероховатостей и получении представления о их форме.
Расчет параметра Ra: исходя из параметров вертикального и горизонтального увеличения выбирается величина базовой длины l. На профилограмме отсчитывается участок равный базовой длине в масштабе горизонтального увеличения, установленного при записи профилограммы. Размер базовой длины вычисляется по формуле: Ln=l (горизонтальное увеличение).
В пределах базовой длины профилограммы Zn чертится( происходит вычисление значений ) вспомогательной прямой линии, она должна быть параллельна «общему направлению профиля». Данная прямая разбивается на равные интервалы х: происходит сохранение значений координат начальных и конечных точек каждого интервала. По характеру профилограмм интервал обычно берется Ln/80. Затем происходит сохранение ординат профиля hi в точках, соответствующих началу каждого интервала.
Если одноштриховые меры высоты неровности отсутствуют, то погрешность вертикального увеличения можно определить с помощью ступенек, образованных из концевых мер длины, притертых к пробному стеклу. При использовании этого метода должно соблюдаться условие, что погрешность аттестации ступенек не превышает - 1/3 допустимой погрешности вертикального увеличения. Погрешность горизонтального увеличения системы h вычисляется по формуле: А1 - измеренное значение меры, соответствующее данному горизонтальному увеличению прибора; А0 – номинальное значение меры при данном горизонтальном увеличении прибора; где Ra – измеренное значение шероховатости поверхности меры в мк; R`a – номинальное значение шероховатости поверхности меры в мк. В результате исследований было установлено, что общая погрешность меньше +5%.
Технические испытания роботизированных хирургических инструментов
Роботизированный хирургический инструмент должен быть устойчив к дезинфекции химическими методами, предстерилизационной очистки по МУ 287-113-1998 и стерилизации низкотемпературной плазмой (пары 20% пероксида водорода) исходя из нормативной документации на применяемое оборудование для плазменной стерилизации. Условия эксплуатации -исполнения УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150, а рабочая часть исполнения У6 ГОСТ Р 50444. Устойчивость инструмента к механическим воздействиям при эксплуатации гр.2 ГОСТ Р 50444-92 и при транспортировании по ГОСТ Р 50444-92. Устойчивость инструмента к климатическим воздействиям при транспортировании по ГОСТ 15150-69. Требования по долговечности -назначенный ресурс 20 операций.
Испытания инструментов следует проводить в нормальных климатических условиях по ГОСТ 15150, кроме испытаний на воздействие климатических факторов. Проверку инструментов на соответствие требованиям комплекта документации проводят:
- при операционном контроле – путем сличения с рабочей документацией и проверкой измерительными средствами, обеспечивающими требуемую точность измерения;
- при входном контроле составных частей и покупных изделий – путем сличения с требованиями документации и контроля наличия отметок ОТК о приемке инструментов предприятием – изготовителем.
Проверку габаритных и основных размеров (п. 1.1.2) проводят измерительными средствами с пределами допускаемых погрешностей измерения по ГОСТ 8.051. Проверку массы проводить на весах ГОСТ 24104, наибольший предел взвешивания 2 кг, класс точности 4, цена деления 20 мг. Проверку марки материала следует проводить при входном контроле по сопроводительным документам изготовителя. Проверка упрочняющего и бактерицидного покрытия проводят согласно ISO 26423:2009. Проверку параметра шероховатости поверхностей инструментов проводят методом сравнения с образцами шероховатости поверхности по ГОСТ 9378 или профилометром по ГОСТ 19300. Проверку твердости деталей инструментов проводят при операционном контроле на твердомере Роквелла типа ТР по ГОСТ 23677.
Проверку качества наружных металлических поверхностей инструментов проводят визуально. При необходимости применяют лупу 4х или 8х увеличения по ГОСТ 25706.
Проверку бокового смещения рабочей части изделия проводят с помощью микроскопа.
Проверка диаметра сочленения манипулирующих органов, проверка диаметра рабочей части, проверка посадочных размеров модуля, проверяется визуально при помощи штангенциркуля, а проверка количество степеней свободы проверяется визуально.
Проверка количества сочленения манипулирующих органов проверяется визуально. Проверка максимального усилия удержания проводят путем помещения нити из полимерного материала диаметром не более 0,2 мм, а также иглы 0,2-0,5 мм зажатой между губками инструмента, и прикладывают к нити усилие 20 Н.62. Проверку хода подвижных частей инструментов и хода проводят методом вращения механизмов сочленения вручную или на стенде. Инструменты считают выдержавшими испытание, если ход подвижных частей и самих инструментов свободный, без заеданий.
Влияние свойств жидкой среды на разрушение формовочной смеси при плазменно-гидроударной очистке
Из предыдущего раздела стало ясно, что источником гидравлических возмущений являются одиночные локальные микроразряды в начальной области переходной области. Поэтому от их режимов горения и будут определяться параметры плазменно-гидроударной очистки. Важным является влияние параметров раствора на зажигание и горение данных газовых разрядов с электролитическим катодом. На горение разряда влияние должны оказывать кислотность температура и концентрация ионов электролитического катода, а также давление. Так как очистка отливок всегда производится при атмосферном давлении, и с целью упрощения разрабатываемого метода данный параметр не рассматривался.
Рассмотрим параметр кислотности или водородный показатель pН. Он характеризует и является мерой активности ионов водорода в растворе. В чистой воде при 25 C концентрации ионов водорода ([H+]) и гидроксид-ионов ([OH-]) одинаковы и составляют 10-7 моль/л. Существует обратная pH величина — показатель основности раствора, pOH, равная отрицательному десятичному логарифму концентрации в растворе ионов OH-. Ионы H+ и OH-играют важную роль в переносе заряда из электролита в плазму. В зависимости от концентрации ионов H+ или OH- будет изменяться вид разряда. Были проведены эксперименты по определению влияния pH раствора на электрические и энергетические характеристики плазменно-гидроударной очистки. Из более ранних работ известно, что увеличение концентрации гидроксид-ионов ОН- приводит к уменьшению напряжения зажигания. Ионы ОН- способствуют увеличению количества носителей, а именно электронов, поэтому их необходимое количество достигается при меньших напряжениях для растворов с большей концентрацией ОН-. Были подготовлены растворы различной кислотности и получены осциллограммы плазменно-гидроударной очистки, представленные на рисунке 25.
Установлено, что природа и кислотность электролита влияют на формы тока и напряжения. Осциллограммы для растворов щелочей и кислот отличаются от растворов солей отсутствием второго пика. Но для раствора кислот иногда появляется второй пик, но достаточно редко. При этом для раствора NaOH наблюдается стабильная картина с одним пиком без резких всплесков напряжения и тока. Для кислот мы наблюдаем мощные колебания амплитуды тока и напряжения в момент пробоя. Это говорит в пользу значительного влияния гидроксид-ионов ОН-.
Рассмотрим причины отсутствия второго пика. В случае с раствором щелочи из-за высокой концентрации ОН- после пробоя, стационарное горения локального микроразряда происходит при меньших напряжениях и мощностях. В данном случае не возникает ударного эффекта канала разряда в жидкость. Также экспериментально установлено отсутствие отделения формовочной массы от отливки. В случае использования раствора кислоты с низкой концентрацией ОН- , но высоким содержанием H+ горение одиночных локальных микроразрядов происходит при более высоких напряжениях и мощностях тока. Как видно на осциллограмме это приводит интенсивному всплеску напряжения и силы тока, а следовательно в связи с интенсивным нагревом образованию толстой парогазовой оболочки. При толстой парогазовой оболочке плазменный канал гасит свой ударный эффект на ней. Поэтому наиболее подходящими для плазменно-гидроударной очистки являются растворы солей с pH=7.
Второй важный фактор – это температура электролита, она является определяющей как в «высоковольтном» режиме, так и при «низковольтном». Возникновение гидродинамических возмущений связано с приобретением жидкостью ускорения под действием расширяющегося с большой скоростью канала разряда. Жидкость устремляется от плазменного образования во все стороны, и образуется гидравлический удар, а на месте плазменного канала образуется полость. Кавитационная полость сжимается и вызывает еще один гидравлический удар. Если при разряде будет образовываться достаточно толстая паровоздушная оболочка, то импульс, передаваемый от плазменного канала будет гаситься на ней. Образование паровоздушной оболочки зависит от температуры жидкости, и если ее температура уже достаточно высокая, то все больше энергии будет уходить на сжатие газа внутри толстой паровоздушной оболочки. На рисунке 26 представлена зависимость интенсивности давления акустических колебаний от температуры жидкости. Ее анализ показывает, что резкое падение с 300 до 110 кПа наблюдается при температуре воды 700 C. Дальнейшее повышение температуры не привело к значительному снижению и составило при температуре 95 0 C – 103 кПа.
Еще одним важным фактором является концентрация раствора электролита, ее увеличение приводит к увеличению количества носителей заряда, а следовательно более интенсивному разогреву приграничного слоя электролита вблизи поверхности отливки. Увеличение концентрации приводит к одновременному увеличению по току и смещению максимума в область меньших напряжений. На рисунке 27 приведены ВАХ плазменно-гидроударной очистки для водного раствора NaCl 3%, 6%, 9% концентрации. Повышение концентрации приводит к увеличению тока области протекания классического электролиза, но оставляя неизменно область горения разряда, выше 180 В. Повышение силы тока в области электролиза, как следствие влияет на переходную область. Смещение максимума в область меньших напряжений приводит к горению одиночных локальных микроразрядов при более высоких плотностях тока. Так как сила тока на вольтамперной характеристике в переходной области складывается из тока электролиза и тока одиночных микроразрядов, то нельзя однозначно утверждать, что происходит увеличение тока микроразрядов. Если более детально рассмотреть ВАХ в области 50 В, то можно наблюдать изменение угла наклона кривой, это связано с возникновение одиночных микроразрядов малой мощности, которые уменьшают суммарную силу тока. Постепенное увеличение их количества с повышением напряжения приводит к уменьшению доли тока от электролиза в общем токе ВАХ.
Более высокие значения силы тока приводят к разогреву электролита, что в свою очередь уменьшает силу гидравлических возмущений, возникающих под действием плазменного расширения парогазового пузырька.
Технология изготовления коронкообразных шестеренок медицинского инструмента для робота «Давинчи»
При производстве модульных комплектующих для ассистирующего мехатронного хирургического комплекса элементом, передающим поворотное движение, является зубчатая передача, представленная на рисунке 39. Данный комплекс, разрабатываемый в рамках выполнения работ по НИОКР шифр «4.3-Ассистент» (государственный контракт от 26 июня 2013г. № 13411.1008799.13.109), будет использоваться при проведении роботохирургических операций на органах внутри брюшной и тазовой полостей. Для изготовления данного типа деталей необходимо использовать дорогостоящее оборудование, такое как 8-ми осевой токарно-фрезерный обрабатывающий центр Willemin Macodel 508 MT. Данное оборудование стоит порядка 80 млн. руб. Было найдено более простое и дешевое решение производства данного типа изделий.
На первом этапе используется фотополимерный 3D-принтер, позволяющий печатать с хорошим разрешением, который по виртуальным моделям (Рис.39) послойно выращивает фотополимерные выжигаемые изделия. Затем производят точное литье. Отливки очищают с помощью плазменно-гидроударного способа и получают готовое изделие.
Для получения выжигаемой модели использовался 3d принтер ProJet 1200, оснащенный pico projector разрешением 585 dpi в области X-Y, высота шага по оси Z – 30 мкм (рисунок 40).
Данная установка относится к семейству DLP (Digital Light Processing) 3d-принтеров. В основе DLP-системы лежит специальное устройство — DMD-чип (Digital Micromirror Device). Это сложная структура, которая относится как так называемому классу микроэлектронно-механических систем (MEMS — Micro-Electronic Mechanical System). В качестве источника света могут выступать как световые лампы (накаливая, люминисцентные или светодиодные), так и лазеры. Длина волны простирается от ультрафиолета до инфракрасного диапазона. Устройство выполнено в виде матрицы из миллионов микрозеркал, каждое из которых имеет размеры порядка 10 микрон. Каждое микрозеркало способно отражать как невидимый, так и видимый спектр света и отражает свет в одном из двух направлений. Направление определяется углом поворота зеркала. Само направление задается загрузкой бита «0» или «1» в ячейку памяти. На каждую ячейку подается независимый поток битов с частотой в несколько килогерц, в результате чего мы имеем на одном из выходов полезное изображение, а на другом выходе обычно стоит светопоглотитель. Программа которая идет в комплекте с принтером разбивает печатаемый объект на слои с заданной толщиной. В ванночку принтера с прозрачным дном наливают фотополимер. На дно ванны погружается рабочий столик, отступая от дна на один (первый) слой изделия. Получается в промежутке между рабочим столом и ванной находится жидкий фотополимер. Проектор, расположенный под ванной проецирует на дно ванны картинку первого слоя и благодаря УФ излучению застывает только та пластмасса, на которую попало изображение с проектора. Далее рабочий столик поднимается еще на один слой и опять засвечивается новый слой, который прикрепляется к предыдущему. В итоге слой за слоем вырастает трехмерный объект из жидкого фотополимера. В качестве материала использовали фотополимер VisiJet FTX Green компании 3D Systems. Он обладает следующими свойствами: термостойкость – до 93С, динамическая вязкость (mPa s): 100 – 130 (30 C), выгораемость – остаток пепла 0,01%.
На установке ProJet 1200 по заранее смоделированным моделям были выращены образцы, представленные на рисунке 41.
Для литья по выжигаемым моделям было смоделировано литниковое дерево, представленное на рисунке 42. Построение литникового дерева начинается с установления на каждую единицу по питателю. К элементам имплантата подводятся литниковые каналы диаметром 5 мм. Количество каналов зависит от количества отливаемых единиц.
После построения литникового дерева, его необходимо взвесить. На основе известной массы воска, определяют необходимое количество металла. Расчет производится по следующей формуле: Mme = mвоск 10 + 5 гр. В экспериментах использовался стоматологический металл Starbond CoS, следующего состава Co - 59%, Cr - 25%, W - 9%, Mo - 3,5%, Si - 1%, другие компоненты (C, Fe, Mn, N ) - максимум 1,5 %. Предел прочности при растяжении (Rp0.2) 650 Mpa. Прочность на растяжение 910 Mpa. Предельное удлинение 8 %. Модуль эластичности 200 Gpa. Твердость по Виккерсу 280 HV 10. Плотность 8,8 г/см. Солидус-ликвидус интервал 1305 - 1400C. Температура литья 1500 - 1550C. Термический коэффициент расширения 14,0 m/м.C.
На второй стадии происходит подготовка и замешивание огнеупорной формовочной массы Yeti Expansion (90 гр.) с жидкостью Yeti Liquid (22/20 мл.) + дистиллированная вода (0/2 мл.). Для избегания образования воздушных пузырьков использовался вакуумный смеситель Fox 88 фирмы OMEC (Италия). Время замешивания составляло 30 сек, скорость вращения лопасти 400 об./мин, давление в чаше - 0,8 Bar. Заливание литникового дерева производилось на вибростолике ВБ 1.1 с 2 частотами вибрации 3000/6000 мин-1. После того как формовочная масса залита необходимо выждать 30 мин до полного затвердевания формовочной массы. Получившуюся в результате затвердевания формовочной массы опоку необходимо прогреть в муфельной печи. В экспериментах использовалась методика шокового нагрева опоки. А именно печь Programix 50 Ugin предварительно прогревалась до температуры 900 0C. Использовалась опока с размером Х6, минимальное время прогрева составляло 60 мин. Для эффективной заливки металла тигель с металлом также прогревают в муфельной печи. На следующей стадии прогретый тигель помещают в литейную камеру. Производится прогрев металла с помощью токов высокой частоты. Далее из муфельной печи достают прогретую опоку и вертикально крепят к крышке тигля и сверху прижимают с помощью прижимного механизма. После этого крышка вакуумной камеры литейной установки закрывается, и начинается процесс откачки воздуха с одновременным высокочастотным нагревом металла. В процессе нагрева металл плавится, в итоге в тигле образуется расплав металла, который сверху покрыт оксидной пленкой. В момент разрыва оксидной пленки литейщик проводит процесс литья, а именно производится переворот вакуумно-литейной камеры, и закачка сжатого воздуха со скоростью 3 Бар/сек до давления 3,6 Бар. В результате переворота металл из тигля заливается в опоку и дожимается избыточным давлением.