Spôsob výroby dielov z kompozitných materiálov

Číslo patentu: U 6568

Dátum: 04.11.2013

Autori: Staš Ondrej, Gondár Ernest, Urban František

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

ÚRAD i PRIEMYSELNEHO VLASTNÍCTVA SLOVENSKEJ REPUBLIKYDátum podania prihlášky 13. 12. 2012 Číslo prioritnej prihláškyDátum podania prioritnej prihlášky Krajina alebo regionálnaDátum zverejnenia prihlášky 3. 5. 2013 Vestník UPV SR č. 5/2013úžitkového vzoru 4. 11.2013 Vestník UPV SR č. ll/2013Dátum zápisu a spristupnenia úžitkového vzoru verejnosti 5. 9. 2013 Číslo pôvodnej prihláškyČíslo pôvodnej patentovej prihláškyČíslo podania medzinárodnej prihlášky podľa PCTČíslo zverejnenia medzinárodnej prihlášky podľa PCTČíslo podania európskej patentovej prihláškySlovenska technická univerzita v Bratislave, Bratislava, SKSpôsob výroby dielov z kompozitných materiálovSpôsob výroby dielov z kompozitných materiálov je založený na tom, že vo fázach vrstvenia sa na seba vrstvia vrstvy zmesí kompozitných materiálov. Jednou zložkou kompozitnćho materiálu je plastový prášok a druhou zložkou kompozitnćho materiálu je vystužujúci kovový alebo nekovový materiál, Vo fázach spekania sú jedinečné naprogramované kontúry a/alebo plochy na každej vrstve vystavené smerovanému pôsobeniu plastifikačnej teploty plastu. Teplonosným médiom je ohriaty dusík vytvárajúci súčasne aj ochrannú atmosféru alebo ohriatyTechnické riešenie sa týka spôsobu výroby dielov z kompozitných materiálov s využitím prachu z plastov, ktore vznikajú pri výrobe a recyklácii plastov. Technické riešenie spadá do oblasti práškovej metalurgie,kompozitných materiálov a technológie rapid prototyping.Prašný podiel z plastov vzniká pri výrobe plastov, ale predovšetkým ako prašný podiel z recyklačných mlynov pri mletí napriklad technologického odpadu. Technologický odpad predstavuje okrem nepodarkov aj zvyšky po opracovani výrobkov. Pri vstrekovani so studenými vtokmi tvoria vtokové sústavy niekedy až štvrtinu objemu ñnálnych výrobkov. Vzhľadom na to, že kvalita tohto odpadu je často porovnateľná s pôvodným materiálom, spracovávateľ ho melie na recyklačných mlynoch a vo forme drviny ďalej využíva na prvotné účely. Pri spracovaní prašného podielu z recyklačných mlynov však tvorí nebezpečenstvo degradácie jemnozmného materiálu z dôvodu rýchlej plastiñkácie napriklad V závitovkách vstrekovacích zariadení. Na spracovanie plastového odpadu pri výrobe dielcov z kompozitných materiálov je potrebné pripraviť lisovacie formy a prípravky. Náklady na ich výrobu sú logicky závislé od komplikovanosti vyrábaného dielca. Počas spekania je nevyhnutné uvažovať s veľkými objemovými zmenami. Ďalším problémom je oxidácia pri zvýšených teplotách, pri ktorých sa plastové častice transforrnujú do splastiñkovaného roztaveného stavu. Plastové taveniny viacerých druhov plastov sú náchylné na degradáciu vplyvom pôsobenia atmosféry. Vzhľadom na to, že plastiñkačné teploty pri niektorých potenciálne spracovávaných plastov môžu byť až 300 °C, hrozí nebezpečenstvo degradácie aj niektorých typov spevňujúcich materiálov. Uvedené problémy je možné do značnej miery eliminovať využitím technológie rapid prototyping. Sú zamerané na výrobu prototypov dielcov, foriem alebo modelov. Výrobok vzniká nanášaním tenkých vrstiev na základovú dosku, ktorá poklesne po vytvarovani a vytvrdeni vrstvy. Jedným z postupov technológií rapid prototyping je metóda plastic sintering. Východiskový materiál je v práškovom stave. V prvom kroku sa nanesená tenká vrstva upravená zavalcovanim speká pomocou laserového lúča do požadovaného tvaru riadením pohybu laserovej hlavy pomocou CAD systému. Nasleduje pokles základovej dosky a nanesie sa ďalšia vrstva. Takýmto spôsobom sa po horizontálnych vrstvách vyrobí celý dielec. Po spekaní sa vrstvy zmrštia, takže sú tenšie v porovnaní s nanesenými. Celkové zmrštenia dielca je na rozdiel od výroby v jednom lisovacom cykle rozdelené do viacerých štádii podľa počtu vrstiev. V malom objeme jednej vrstvy sú naakumulované podstatne menšie zvyškové napätia. Tento efekt sa priaznivo prejaví predovšetkým pri tvarovo komplikovaných dielcoch s veľkými zmenami prierezu, odsadeniami a pod. Výhodou metódy plastic sintering je absencia lisovacích foriem a pripravkov, lebo nespečený materiál po obvode spekaných vzoriek predstavuje steny formyí Nevýhodou je drahé laserové zariadenie a dodatočné náklady na dodržanie bezpečnostných predpisov pri ochrane obsluhy. V prípade, že je nutné chrániť spekanú zmes pred oxidáciou, je nevyhnutné zabezpečiť pracovný priestor ochranným plynom, Komerčné vyrábané zariadenia majú okrem toho často taký výkon, že nie je možná ich redukcia na požadované hodnoty pre spracovanie plastov.Uvedené nedostatky poskytli možnosť riešiť tento problém vhodnými technickými prostriedkami. Výsledkom tohto úsilia je ďalej opisovaný spôsob výroby dielov z kompozitných práškových materiálov podľa tohto technického riešenia.Uvedené nedostatky sú odstránené spôsobom výroby dielov z kompozitných materiálov s využitím prachu z plastov podľa tohto technického riešenia. Podstata technického riešenia spočíva V tom, že vo fázach vrstvenia sa na seba postupne vrstvia vrstvy zmesí kompozitných materiálov. Jednou zložkou kompozitného materiálu je plastový prášok a druhou zložkou kompozitného materiálu je vystužujúci kovový alebo nekovový práškový materiál. Vo fázach spekania sú jedinečné naprogramované kontúry a/alebo plochy na každej vrstve vystavené smerovanému pôsobeniu plastifikačnej teploty plastu, kde teplonosným médiom je ohriaty dusík vytvárajúci súčasne aj ochrannú atmosferu alebo ohriaty vzduch s pridavnou ochrannou atmosférou. Môže sa použiť plastový prášok, pri ktorom plastifikačná teplota plastu môže dosiahnuť až 300 °C.Výhody spôsobu výroby dielov z kompozitných materiálov s využitím prachu z plastov podľa vytvoreného úžitkového vzoru sú zjavné z účinkov, ktorými sa prejavuje navonok. Podstatnou výhodou je fakt, že napriek tomu, že množstvo prašného podielu, napríklad pri vstrekovani, predstavuje len niekoľko percent zo získanej dwiny, je jej plnohodnotné využitie opodstatnené nielen z ekologického, ale aj ekonomického hľadiska. Prašný plastový odpad neslúži na výrobu celých výrobkov. Predstavuje surovinu na vznik spojivovej fá 10zy pri príprave kompozitných materiálov, ktorá vznikne plastifikáciou, roztavením prášku. Druhú zložku v kompozite predstavuje výplňový materiál, zabezpečujúcí finálne vlastnosti kompozítu. Spekanie pripravených zmesí sa podľa predkladaného návrhu uskutoční pomocou modifikovanej metódy rapid prototyping. Modifikácia je zameraná na odstránenie nevýhod metódy plastic sintering. Teplonosným médiom bude horúci dusík. Tento plyn sa v úlohe inertného používa napríklad pri vstrekovaní plastov metódou inertného plynu. Dusík je v porovnaní s inertným argónom používaným napríklad pri zváraní lacnejší. Dusík teda pôsobí súčasne ako ohrievacie aj ako ochrarmé médium. Do hlavice s výhrevným telesom sa bude privádzať z fľaše pri požadovanom tlaku regulovaný ventilom. Navrhovaným spôsobom sa získajú finálne výrobky zo širokej škály kompozitných materiálov podľa zloženia východiskových zmesí. Spracovanie prašného plastového odpadu plastifikáciou V závitovkách predstavuje problém z dôvodu predčasného natavenia v porovnaní so zvyšným zrnitým materiálom. Vzniká nebezpečenstvo degradácie vlastností. Predkladaný úžitkový vzor predpokladá využitie prašného odpadu pri výrobe aj komplikovaných dielcov. Prašný odpad bude slúžiť ako spoj ivová fáza pri príprave kompozitných materiálov, pričom spevňujúcou fázou bude materiál zabezpečujúcí finálne vlastnosti. Príkladom sú kompozimé materiály s grafitom určené pre dielce na klzné aplikácie, ďalej kompozitné materiály s magnetickými časticami pre magnetické tesnenia. Východiskové zmesi budú spekané v naprogramovaných kontúrach, pomocou horúceho dusíka. Tento plyn má funkciu energetického nosiča a ochrany pred atmosférickými vplyvmi. Spekanie po vrstvách zabezpečí elimináciu negatívneho vplyvu zmrštenia pri chladnutí plastu na zvyškové napätia ñnálnych dielcov.Jednotlivé uskutočnenia technického riešenia sú predstavované na ilustráciu a nie ako obmedzenia technických riešení. Odbomíci znalí stavom techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experirnentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia. Aj takéto ekvivalenty budú spadať do rozsahu nasledujúcich nárokov. Pre odbomíkov malých stavom techniky nemôže robiť problém optimálne navrhnutie konštrukcie, preto tieto znaky neboli detailne riešené.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaný prvý spôsob výroby dielov z kompozitných materiálov s využitím prachu z (PP) plastov na klzné aplikácie. Bol pripravený kompozitný materiál typu plast-grafit. Spojivovou zložkou bol využitý polypropylén (PP) získaný z recyklačných mlynov ako prašný podiel. Kompozitný materiál obsahoval 25 grafitu, lebo grafit je dobre zmáčateľný s PP taveninou. Vysoký koeficient trenia pri nižších kontaktných tlakoch bol v podmienkach suchého trenia dokonca porovnateľný s teflónom. Potom sa z takto pripraveného kompozitného materiálu vo fáze vrstvenia na seba postupne vrstvili tenké vrstvy. Vo fáze spekania sa jedinečné naprogramované kontúry a/alebo plochy na každej vrstve vystavujú smerovanému pôsobeniu plastifikačnej teploty plastu. Teplonosným médiom je ohriaty dusík vytvárajúci súčasne aj ochrannú atmosféru.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaný druhý spôsob výroby dielov z kompozitných materiálov s využitím prachu z (PET) plastov na klzné aplikácie. Bol pripravený kompozitný materiál typu plast-grafit. Spojivovou zložkou bol využitý polyetyléntereñalát (PET) získaný z recyklačných mlynov ako prašný podiel. Kompozitný materiál obsahoval 6 grafitu, lebo bolo zohľadnené zlé zmáčanie grañtu PET taveninou. Aj toto množstvo však postačovalo na dosiahnutie solldneho koeficientu trenia pri relatívne vysokej mechanickej odolnosti pripraveného kompozitného materiálu. Vysoký koeficient trenia pri nižších kontaktných tlakoch bol v podmienkach suchého trenia dokonca porovnateľný s teflónom. Potom sa z takto pripraveného kompozitného materiálu vo fáze vrstvenia na seba postupne vrstvili tenké vrstvy. Vo fáze spekania sa jedinečné naprogramované kontúry a/alebo plochy na každej vrstve vystavujú smerovanému pôsobeniu plastifikačnej teploty plastu. Teplonosným médiom je ohriaty dusík vytvárajúci súčasne aj ochrannú atmosféru.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaný tretí spôsob výroby dielov z kompozitných materiálov s využitím prachu z (PET) alebo (PP) plastov na aplikácie magnetických tesnení. Bol pripravený kompozitný materiál typu plast-magnetický prášok na zvýšenie efektívnosti tesnení.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaný štvrtý spôsob výroby dielov z kompozitných materiálov s využitím prachu z (PET) alebo (PP) plastov na aplikácie dielcov odolných proti opotrebeniu. Bol pripravený kompozitný materiál typu plast-keramický prášok pre dielce odolné proti opotrebeniu.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešeniaje opísaný piaty spôsob výroby dielov z kompozitných materiálov s využitím prachu z (PET) alebo (PP) plastov na aplikácie dielcov z predchádzajúcich príkladov krokmi spôsobu, ako je opísané. Rozdielnosť spočíva v tom, že ako teplonosné médium sa použije ohriaty vzduch. Pritom je nutná aj ochranná atmosféra napríklad aj z dusíka.Spôsob výroby dielov z kompozitných materiálov podľa technického riešenia nachádza využiteľnosť v modifikovaných technológiách rapid prototyping.1. Spôsob výroby dielov z kompozitných materiálov, v y z n a č uj ú c i s a t ý m , že vo fázach vrstvenia sa na seba vrstvia vrstvy zmesi kompozitných materiálov, kde jednou zložkou kompozitného materiálu je plastový prášok a druhou zložkou kompozitného materiálu je vystužujúci kovový alebo nekovový materiál, pričom vo fázach spekania sú jedinečné naprogramované kontúry a/alebo plochy na každej vrstve vystavené smerovanému pôsobeniu plastifikačnej teploty plastu, kde teplonosným médiom je ohriaty dusík vytvárajúci súčasne aj ochrarmú atmosféru alebo ohriaty vzduch.2. Spôsob výroby dielov z kompozitných materiálov podľa nároku l, v y z n a č u j ú c i s a t ý m ,že zmes kompozitných materiálov obsahuje plastový prášok s plastifikačnou teplotou až do 300 °C.3. Spôsob výroby dielov z kompozitných materiálov podľa nároku l, v y z n a č uj ú c i s a t ý m ,že pri teplonosnom médiu ohriateho vzduchu je nutná aj ochranná atmosféra.

MPK / Značky

MPK: B29C 67/04, C04B 35/64, C22C 1/05, B22F 3/105

Značky: výroby, kompozitných, spôsob, dielov, materiálov

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/4-u6568-sposob-vyroby-dielov-z-kompozitnych-materialov.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob výroby dielov z kompozitných materiálov</a>

Podobne patenty