Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 10358
(13) U
(46) 2014.10.30
(51) МПК
B 29C 49/28 (2006.01)
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ
ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА
(21) Номер заявки: u 20131111
(22) 2013.12.26
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Гомельский государственный уни-
верситет имени Франциска Скори-
ны" (BY)
(72) Авторы: Лин Дмитрий Григорьевич;
Мышковец Виктор Николаевич; Мак-
сименко Александр Васильевич; Бае-
вич Георгий Александрович; Усов
Петр Петрович (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение обра-
зования "Гомельский государственный
университет имени Франциска Скори-
ны" (BY)
(57)
1. Установка для изготовления полого изделия из полимерного материала, содержа-
щая технологический лазер, включающий расположенные по ходу лазерного излучения
оптико-механическое устройство, включающее корпус с поворотным зеркалом и фокуси-
рующей системой, состоящей из трубчатого корпуса и установленного в нем фокусирую-
щего элемента, механизм вертикального перемещения фокусирующей системы,
устройство выдува, электронную систему управления, отличающаяся тем, что снабжена
транспортирующим механизмом с вертикальными держателями преформ, оптической
системой для формирования кольцевого пучка, размещенной по ходу лазерного излучения
и оптически связанной с поворотным зеркалом и фокусирующим элементом, при этом
фокусирующий элемент выполнен в виде кольцевого конического зеркала с осевым от-
верстием, диаметр которого больше наружного диаметра обрабатываемой преформы, и
закреплен на выходном конце внутри трубчатого корпуса фокусирующей системы.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве технологического лазера ис-
пользуют СО2-лазер непрерывного действия, или полупроводниковый лазер, или лазер на
Фиг. 1
BY10358U2014.10.30

2. BY 10358 U 2014.10.30
2
твердых кристаллах, генерирующий излучение с длиной волны средней и дальней инфра-
красной области оптического диапазона и выполненный с возможностью управления
уровнем плотности мощности лазерного излучения, прилагаемой к различным участкам
преформы.
3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что оптическая система для формирования
кольцевого пучка выполнена в виде последовательно расположенных по ходу луча лазера
отрицательной линзы, первой конической линзы, положительной линзы и второй кониче-
ской линзы, при этом первая коническая линза установлена с возможностью перемещения
вдоль оптической оси между отрицательной и положительной линзами.
4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что для одновременного нагрева двух и бо-
лее преформ оптико-механическое устройство снабжено дополнительными поворотными
зеркалами, дополнительными фокусирующими системами, равными количеству одновре-
менно нагреваемых дополнительных преформ, а также механизмом вертикального пере-
мещения каждой дополнительной фокусирующей системы, при этом дополнительные
поворотные зеркала выполнены с возможностью разделения и направления кольцевого
пучка лазерного излучения в дополнительные фокусирующие системы и размещены в
корпусе по ходу лазерного излучения между оптической системой и поворотным зеркалом.
5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что механизм вертикального перемещения
каждой фокусирующей системы выполнен в виде винтовой пары с шаговым электропри-
водом, связанным с электронной системой управления.
(56)
1. Патент РФ 2454327, МПК7
B29C49/28, 2012
2. Патент РФ на полезную модель 21757, МПК7
В29Д 22/00, МПК7
B 29C 49/28, 2002
3. Патент РБ на полезную модель 9676, МПК B 29C 49/02, 2013 (прототип).
Полезная модель относится к оборудованию для изготовления полых изделий из по-
лимерного материала, в частности тары, такой как банки, бутылки, из предварительно из-
готовленных преформ.
Преформа - это полая пальцеобразная заготовка для изготовления бутылок или банок
из полиэтилентерефталата или других полимерных материалов методом формования раз-
дуванием.
Оборудование для производства полимерных изделий из преформ включает в себя две
основные составляющие: устройство нагрева, предназначенное для придания материалу
пластичности, достаточной для формования из них изделий, и устройство выдува, предна-
значенное для превращения термопластических преформ методом раздува с вытяжкой или
без вытяжки преформы в готовое изделие, в частности банки, бутылки.
Известна установка для изготовления полого изделия из полимерного материала, со-
держащая устройство нагрева, устройство выдува, транспортирующий механизм с держа-
телями преформ, электронную систему управления [1].
Известна также установка для изготовления полого изделия из полимерного материа-
ла, содержащая устройство нагрева, устройство выдува, транспортирующий механизм с
вертикальными держателями преформ, электронную систему управления [2].
В известных установках для изготовления полых изделий преформы последовательно
проходят в устройстве нагрева через ряд нагревательных блоков, экранирующих и охлаж-
дающих элементов.
Общими недостатками известных установок для изготовления полых изделий из по-
лимерных материалов являются:

3. BY 10358 U 2014.10.30
3
сложность достижения оптимальной температуры по длине преформы, поскольку в
зависимости от формы готового изделия различные зоны преформы должны иметь разную
температуру нагрева для получения качественного изделия в процессе выдува,
большие энергозатраты на разогрев печи перед началом эксплуатации и нагрев пре-
форм,
сложность конструкции, настройки и эксплуатации.
Наиболее близкой по технической сущности является установка для изготовления по-
лого изделия из полимерного материала, содержащая технологический лазер для нагрева
преформы, включающий расположенные по ходу лазерного излучения оптико-механи-
ческое устройство, содержащее корпус с поворотным зеркалом и фокусирующей систе-
мой, состоящей из трубчатого корпуса и установленного в нем фокусирующего элемента,
механизм вертикального перемещения фокусирующей системы, устройство выдува, элек-
тронную систему управления [3].
Известной установкой сложно изготавливать изделия удлиненной формы, так как в
нем не предусмотрено растягивание в осевом направлении ставшей пластичной преформы.
В известной установке изделие удлиненной формы получают выдуванием, что связано
с большими технологическими трудностями, так как необходимо существенное увеличе-
ние давления при выдувании изделия, требующее специального более энергоемкого обо-
рудования, и не гарантирует формование качественного изделия.
Кроме этого известная установка не позволяет формировать пучки кольцевого сечения
различного диаметра и, как следствие, не позволяет нагревать преформы различного диа-
метра.
Все эти недостатки приводят к повышению энергозатрат, снижают качество изделия и
технологические возможности.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является усовершенствование
установки для изготовления полого изделия из полимерного материала, обеспечивающей
снижение энергозатрат, повышение качества и расширение технологических возможностей.
Технический результат, достигаемый заявляемой установкой, заключается в обеспе-
чении заданного нагрева преформ разных видов и диаметров с различными значениями
температур в различных точках, получение полых изделий удлиненной формы.
Заявляемый технический результат достигается тем, что установка для изготовления
полого изделия из полимерного материала, содержащая технологический лазер, вклю-
чающий расположенные по ходу лазерного излучения оптико-механическое устройство,
включающее корпус с поворотным зеркалом и фокусирующей системой, состоящей из
трубчатого корпуса и установленного в нем фокусирующего элемента, механизм верти-
кального перемещения фокусирующей системы, устройство выдува, электронную систему
управления, согласно полезной модели, снабжена транспортирующим механизмом с вер-
тикальными держателями преформ, оптической системой для формирования кольцевого
пучка, размещенной по ходу лазерного излучения и оптически связанной с поворотным
зеркалом и фокусирующим элементом, при этом фокусирующий элемент выполнен в виде
кольцевого конического зеркала с осевым отверстием, диаметр которого больше наружно-
го диаметра обрабатываемой преформы, и закреплен на выходном конце внутри трубчато-
го корпуса фокусирующей системы.
Кроме того, в качестве технологического лазера используют CO2-лазер непрерывного
действия, или полупроводниковый лазер, или лазер на твердых кристаллах, генерирую-
щий излучение с длиной волны средней и дальней инфракрасной области оптического
диапазона и выполненный с возможностью управления уровнем плотности мощности ла-
зерного излучения, прилагаемой к различным участкам преформы.
Кроме того, оптическая система для формирования кольцевого пучка выполнена в ви-
де последовательно расположенных по ходу луча лазера отрицательной линзы, первой ко-
нической линзы, положительной линзы и второй конической линзы, при этом первая

4. BY 10358 U 2014.10.30
4
коническая линза установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси между
отрицательной и положительной линзами.
Кроме того, для одновременного нагрева двух и более преформ оптико-механическое
устройство снабжено дополнительными поворотными зеркалами, дополнительными фо-
кусирующими системами, равными количеству одновременно нагреваемых дополнитель-
ных преформ, а также механизмом вертикального перемещения каждой дополнительной
фокусирующей системы, при этом дополнительные поворотные зеркала выполнены с воз-
можностью разделения и направления кольцевого пучка лазерного излучения в дополни-
тельные фокусирующие системы и размещены в корпусе по ходу лазерного излучения
между оптической системой и поворотным зеркалом.
Кроме того, механизм вертикального перемещения каждой фокусирующей системы
выполнен в виде винтовой пары с шаговым электроприводом, связанным с электронной
системой управления.
Сопоставление заявляемого технического решения с известными из уровня техники
техническими решениями показывает, что новыми существенными признаками установки
являются:
транспортирующий механизм с вертикальными держателями преформ,
оптическая система для формирования кольцевого пучка, которая размещена по ходу
лазерного излучения и оптически связана с поворотным зеркалом и фокусирующим эле-
ментом,
при этом фокусирующий элемент выполнен в виде кольцевого конического зеркала с
осевым отверстием, диаметр которого больше диаметра преформы, и закреплен на выход-
ном конце внутри трубчатого корпуса фокусирующей системы.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заяв-
ляемой установки и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Снабжение установки транспортирующим механизмом с вертикальными держателями
преформ позволяет подавать преформы в зону нагрева соосно фокусирующего объектива
и осуществлять равномерный кольцевой нагрев преформ, что повышает качество изделия.
Формирование оптической системой, размещенной по ходу лазерного излучения и оп-
тически связанной с поворотным зеркалом и фокусирующим элементом, кольцевого пуч-
ка обеспечивает возможность обработки преформ различных размеров и форм, что, в
свою очередь, расширяет технологические возможности.
Выполнение фокусирующего элемента в виде кольцевого конического зеркала с осе-
вым отверстием, диаметр которого больше диаметра преформы, и закрепление его на вы-
ходном конце внутри трубчатого корпуса позволяет нагревать преформы различного
диаметра до оптимального температурного профиля, что повышает качество изделий и
расширяет технологические возможности.
Использование в качестве технологического лазера CO2-лазера непрерывного дейст-
вия, или полупроводникового лазера, или лазера на твердых кристаллах, генерирующего
излучение с длиной волны средней и дальней инфракрасной области оптического диапа-
зона и выполненного с возможностью управления уровнем плотности мощности лазерно-
го излучения, прилагаемой к различным участкам преформы, обеспечивает эффективное
поглощение лазерного излучения преформой и заданный многозонный ее нагрев, что по-
вышает интенсивность нагрева и качество.
Выполнение оптической системы для формирования кольцевого пучка в виде после-
довательно расположенных по ходу луча лазера отрицательной линзы, первой конической
линзы, положительной линзы и второй конической линзы и установка первой конической
линзы с возможностью перемещения вдоль оптической оси между отрицательной и поло-
жительной линзами позволяет изменять диаметр пучка кольцевого сечения, что, в свою
очередь, повышает интенсивность нагрева и расширяет технологические возможности ус-
тановки.

5. BY 10358 U 2014.10.30
5
Снабжение оптико-механического устройства дополнительными поворотными зерка-
лами, дополнительными фокусирующими системами, равными количеству одновременно
нагреваемых дополнительных преформ, а также механизмом вертикального перемещения
каждой дополнительной фокусирующей системы, выполнение дополнительных поворот-
ных зеркал с возможностью разделения и направления кольцевого пучка лазерного излу-
чения в дополнительные фокусирующие системы и размещение их в корпусе по ходу
лазерного излучения между оптической системой и поворотным зеркалом обеспечивает
одновременный нагрев двух и более преформ, что повышает производительность и рас-
ширяет технологические возможности.
Выполнение механизма вертикального перемещения каждой фокусирующей системы
в виде винтовой пары с шаговым электроприводом, связанным с электронной системой
управления, позволяет по заданной программе перемещать фокусирующую систему вдоль
оси преформы и нагревать преформы различного диаметра до оптимального температур-
ного профиля, что повышает качество изделий и расширяет технологические возможности.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги,
характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заяв-
ляемой установки для изготовления полого изделия из полимерного материала, отсутст-
вуют.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспо-
собности "новизна".
Изложенная сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурами, на которых
представлены:
фиг. 1 - установка для изготовления полого изделия из полимерного материала, общий вид;
фиг. 2 - установка для одновременного изготовления двух полых изделий, общий вид.
Установка для изготовления полого изделия из полимерного материала (фиг. 1) со-
держит технологический лазер 1, устройство выдува 2, транспортирующий механизм 3 с
вертикальными держателями 4, электронную систему управления (на фигурах не показана).
Транспортирующий механизм 3 может быть выполнен или в виде поворотного диска с
радиально размещенными держателями 4, или в виде конвейера и связан с электронной
системой управления (не показана).
Электронная система управления состоит из блока управления и управляющего ком-
пьютера (на фигурах не показаны).
Технологический лазер 1 включает в себя расположенные по ходу лазерного излуче-
ния оптическую систему 5 для формирования кольцевого пучка с заданным диаметром,
оптико-механическое устройство 6, содержащее корпус 7 с поворотным зеркалом 8 и фо-
кусирующей системой 9.
Фокусирующая система 9 состоит из трубчатого корпуса 10 и установленного в нем
фокусирующего элемента 11, выполненного в виде кольцевого конического зеркала, в ко-
тором выполнено осевое отверстие, диаметр которого больше наружного диаметра обра-
батываемой преформы.
Оптическая система 5 размещена по ходу лазерного излучения и оптически связана с
поворотным зеркалом 8 и фокусирующим элементом 11.
Перемещения фокусирующей системы 9 осуществляют механизмом 12 вертикального
перемещения.
Технологический лазер выполнен в виде CO2-лазера непрерывного действия, или по-
лупроводникового лазера, или лазера на твердых кристаллах, генерирующего излучение с
длиной волны средней и дальней инфракрасной области оптического диапазона и выпол-
ненного с возможностью управления уровнем плотности мощности лазерного излучения,
прилагаемой к различным участкам преформы.
Оптическая система 5 для формирования кольцевого пучка с заданной формой в попе-
речном сечении выполнена в виде последовательно расположенных по ходу луча лазера

6. BY 10358 U 2014.10.30
6
отрицательной линзы 13, первой конической линзы 14, положительной линзы 15 и второй
конической линзы 16.
Первая коническая линза 14 установлена с возможностью перемещения вдоль оптиче-
ской оси между линзами 13 и 15.
Для одновременного нагрева двух и более преформ (фиг. 2) оптико-механическое уст-
ройство 6 снабжено дополнительными поворотными зеркалами 17, дополнительными фо-
кусирующими системами 9, равными количеству одновременно нагреваемых дополни-
тельных преформ, а также механизмом 12 вертикального перемещения каждой
дополнительной фокусирующей системы 9.
Дополнительные поворотные зеркала 17 выполнены с возможностью разделения и на-
правления пучка лазерного излучения с необходимой формой в поперечном сечении в фо-
кусирующие системы 9 и размещены в корпусе 7 по ходу лазерного излучения между
оптической системой 5 и поворотным зеркалом 8.
Механизм 12 вертикального перемещения фокусирующей системы 9 выполнен в виде
винтовой пары 18 с шаговым электроприводом 19, связанным с электронной системой
управления.
Лазер 1 и механизм 12 вертикального перемещения фокусирующей системы 9 связаны
посредством блока управления с управляющим компьютером (не показаны).
Установка может быть снабжена системой наблюдения 20 за процессом обработки,
выполненной или в виде моно- или бинокулярного микроскопа, или в виде видеокамеры,
и установлена в корпусе оптико-механического устройства 6 соосно фокусирующей системе 9.
Видеокамера подключена в систему управления с возможностью отображения на мо-
ниторе компьютера (не показан) размеров пучка кольцевой формы и наблюдения за про-
цессом нагрева преформы.
Установка также может быть снабжена пирометром 21, подключенным в электронную
систему управления с возможностью текстово-цифрового или графического отображения
температуры нагрева преформы на мониторе компьютера (не показан).
Обрабатываемая преформа обозначена цифрой 22.
Установка для изготовления полых изделий из полимерных материалов работает сле-
дующим образом.
Размещают преформу 22 на держателе 4, транспортирующий механизм 3 подает ее в
зону нагрева соосно фокусирующего объектива 9. Включают лазер 1. Лазер 1 генерирует
цилиндрический пучок со сплошным круговым сечением с длиной волны средней и даль-
ней инфракрасной области оптического диапазона. В результате излучения лазером 1 ин-
фракрасной энергии на этих длинах волн лазерное излучение активно поглощается телом
преформы, что приводит к нагреву преформы по всей толщине ее стенок.
Цилиндрический пучок проходит через отрицательную линзу 13, первую коническую
линзу 14, за счет преломления на конической поверхности которой перераспределяется в
конический пучок, и далее положительную линзу 15.
Затем этот пучок направляется на вторую коническую линзу 16, у которой угол при
основании выбран таким образом, чтобы после преломления на второй конической линзе
16 он распространялся параллельно оптической оси оптической системы 5.
Перемещают первую коническую линзу 14 вдоль оптической оси между отрицатель-
ной линзой 13 и положительной линзой 15, при этом формируется кольцевой пучок с за-
данным диаметром обрабатываемой преформы 22.
Оптическая система 5 расширяет пучок лазера до требуемого размера, преобразует в
параллельный кольцевой пучок, который зеркало 8 поворачивает на 90° и направляет на
кольцевое коническое зеркало 11 фокусирующей системы 9.
Коническое зеркало 11 преобразует пучок лазерного излучения кольцевого сечения в
пучок кольцевой формы и фокусирует его на заданный участок преформы 22.

7. BY 10358 U 2014.10.30
7
Механизм 12 перемещает фокусирующую систему 9 в начальную точку нагрева пре-
формы 22, и пучок кольцевой формы лазерного излучения нагревает ее исходный участок.
Затем механизмом 12 перемещают фокусирующую систему 9 снаружи и соосно преформы
22, задавая плотность мощности лазерного излучения, нагревают участки преформы 22 до
оптимальных температур.
Наблюдают за процессом нагрева преформы 22 или на мониторе компьютера (не по-
казан), или через окуляры микроскопа.
После нагрева преформы 22 лазерное излучение отключают, механизм 12 возвращает
фокусирующую систему 9 в исходное положение.
После достижения преформой 22 заданной температуры, фиксируемой пирометром
21, подают нагретые преформы 22 в устройство выдува 2 (фиг. 1 и 2), в котором произво-
дят формование изделия.
Затем пресс-форму (не обозначена) устройства выдува 2 открывают и извлекают гото-
вое изделие.
При нагреве двух и более преформ 22 (фиг. 2), оптическая система 5 расширяет пучок
лазера 1 до требуемого размера и преобразует в параллельный кольцевой пучок, дополни-
тельные поворотные зеркала 17 разделяют его на несколько потоков лазерного излучения,
равных количеству одновременно нагреваемых дополнительных преформ 22. Одновре-
менно дополнительные зеркала 17 поворачивают их на 90º и направляют в свои фокуси-
рующие системы 9 на соответствующие конические зеркала 11.
Далее конические зеркала 11 преобразуют каждый пучок лазерного излучения кольце-
вого сечения в пучок кольцевой формы и фокусируют на заданный наружный участок со-
ответствующей преформы 22, осуществляют нагрев участков преформ 22 аналогично
нагреву одиночной преформы 22.
Применение заявляемой установки для изготовления полых изделий из полимерного
материала позволяет снизить энергозатраты, повысить качество и расширить технологи-
ческие возможности.
Заявляемое техническое решение пригодно к осуществлению промышленным спосо-
бом с использованием существующей технологии производства.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспо-
собности "промышленная применимость".
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.