CZ29587U1

CZ29587U1 - Zařízení pro vytváření funkčních 3D modelů

Info

Publication number: CZ29587U1
Application number: CZ2015-31658U
Authority: CZ
Inventors: David Paškevič
Original assignee: 3Dsimo S.R.O.
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2016-06-28
Also published as: EP3365157A1; EP3365157B1; WO2017064607A1; PL3365157T3; US20180297282A1; ES2830783T3

Description

Zařízení pro vytváření funkčních 3D modelů

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro vytváření 3D modelů ze širokého spektra plastových materiálů pomocí regulačního, zobrazovacího a podávacího mechanizmu. Pomocí mechanizmu pro výměnu nástavců spadá také do technické oblasti jako páječka, vypalovačka do nej různějších materiálů (dřevo, kůže), zároveň plní funkci řezačky pěnových a plastových materiálů či může sloužit k dalším multifunkčním účelům. Použití v oblasti jako pomocného nástroje je možné jak pro profesionální 3Dtiskámy, tak pro vytváření modelů, u kterých není kladen důraz na přesnost.

Dosavadní stav techniky

Je známo několik zařízení plnící funkci 3D kreslení, která využívají pevně nastavené teploty a rychlosti podávání materiálu. U jednoho z nich lze přepínat mezi dvěma rychlostmi. Tato konkurenční zařízení jsou omezena z důvodů absence volby nej důležitějších parametrů pouze na jeden, popřípadě dva druhy plastového materiálu, kterým je ABS nebo PLA. Zároveň jejich technické řešení neobsahuje bluetooth komunikaci s mobilním zařízením a možnost vyměnitelnosti nástavců s jejich automatickou detekcí. Z důvodu, že se zde využívá poměrně nízké teploty 230 °C, která je pevně stanovena, dochází k velkému rychlostnímu omezení ve vytlačování roztaveného plastu a také k nerovnoměrnému dávkování. Celé zařízení působí na principu podávání standardizovaného plastového materiálu o průměru 1,75 mm nebo 3 mm ve tvaru struny, směrem k horké trysce, kde se plast roztaví a vlivem tlaku způsobeného podáváním struny se začne vylučovat z konce trysky. Konec trysky je vždy menší nežli šířka dané struny. Dále ostatní technická řešení vedou spotřební materiál (strunu) po celé délce 3Dtužky, což zapříčiní možné ucpání či zlomení struny v půlce cesty a nemožnost dalšího používání. Musí se pak celé zařízení rozebrat a strunu vyndat. U mechanizmu pro podávání struny (extruder) se používá ložisko, které je umístěno naproti motoru s podávacím kolečkem, na kterém jsou ozubené drážky. Toto řešení vyžaduje velmi vysokou přesnost dané struny, jak na její průměr, tak ovalitu. Při snížení nebo zvýšení průměru struny dojde k následujícím problémům, a to, že buď struna nemůže projít, popřípadě je moc na volno a nedokáže vyvinout potřebný tlak na trysku.

Částečně nedostatky těchto zařízení odstraňuje užitný vzor č. 27051, který umožňuje jak regulaci teploty, tak i volbu průměru struny, která může být z různých materiálů. Díky odlišnému technickému řešení konstrukce vedení struny u něj odpadávají komplikace s ucpáním či zlomení struny. I některá další zařízení jsou schopna volit druh materiálu struny.

Avšak ani toto technické řešení neumožňuje využívat zařízení k jinému účelu, než jakým je 3D kreslení, tj. všechna známá zařízení mohou sloužit pouze účelu 3D kreslení a žádnému jinému.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro vytváření funkčních 3D modelů sestávající z pláště zařízení, v němž je uložen extrudér a pohonný mechanismus, kdy uvnitř pláště jsou dále uloženy zobrazovací jednotky a řídící jednotky, podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že samotný plášť zařízení ve své čelní části je opatřen mechanizmem pro vkládání a uchycení jednotlivých výměnných nástavců. Nástavce jsou opatřeny záznamovým zařízením, tvořené čipem, pro přenos informace do konektoru umístěného na plášti zařízení, které slouží pro přenos informace do čtecího zařízení umístěného na plášti. Díky přenosu informace řídící jednotka zaznamená, který nástavec je použit a přizpůsobí tomu fungování celého zařízení.

Řídící jednotka je dále vybavena s výhodou bluetooth jednotkou pro příjem a vysílání bezdrátového signálu, díky čemuž lze provádět funkční a jiná softwarová nastavení zařízení, dálkově jej ovládat a přidávat a programovat nové funkční nástavce.

Plášť zařízení je opatřen s výhodou magnety, které slouží pro uchycení externího napájecího zdroje na bázi magnetické síly.

- 1 CZ 29587 UI

Hlavní výhody technického řešení:

1. Vyměnitelnost funkčních nástavců a j ej ich automatická detekce

2. Bluetooth komunikace s mobilním zařízením

3. Možnost použití zařízení s externím napájecím zdrojem, který je připevněn magnety

4. Možnost volby rychlosti podávání materiálu - struny od 0 % do 100 %

5. Zobrazení informací na zobrazovací j ednotce

6. Možnost zvolení z přednastavených profilů

7. Možnost jednoduchého servisu

8. Libovolné použití plastových materiálů, které j sou dostupné na trhu

9. Možnost libovolné volby teploty v rozsahu 0 až 490 °C

10. Funkce pájení pomocí roztaveného cínu

11. Funkce vypalování do dřeva, kůže a jiných materiálů

12. Funkce řezání plastových a pěnových materiálů pomocí odporového drátu

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje sestavu zařízení s nasunutým nástavcem a spolu s dalšími jednotlivými nástavci, obr. 2 představuje zařízení s vyjmutým nástavcem, kdy je patrný mechanizmus pro vkládání a uchycení a konektor, obr. 3 představuje zařízení s odejmutým nástavcem, obr. 4 znázorňuje spodní část nástavce se záznamovým zařízením pro přenos informace, obr. 5 znázorňuje zařízení s nasunutým nástavcem ze strany funkčních tlačítek, obr. 6 představuje zařízení s nasunutým nástavcem ze strany magnetů sloužících pro uchycení externího napájecího adaptéru, obr. 7 znázorňuje zařízení s uchyceným externím napájecím adaptérem.

Příklad uskutečnění technického řešení

Zařízení podle předložených výkresů sestává z vnějšího pláště 1, kdy jeho přední strana je opatřena zobrazovací jednotkou 9 v podobě sedmisegmentového led displeje prosvitajícího přes plastovou stěnu, který zobrazuje variabilní možnosti pro ovládání teploty, rychlosti, předehřevu a druhu nástavce, jež mají vliv na chod a činnost celého zařízení. Zobrazovací jednotka 9 se ovládá pomocí tlačítek 8, z toho dvě se nacházejí u zobrazovací jednotky 9 a slouží pro přesné nastavení, a zbylá dvě tlačítka na horní straně zařízení slouží pro ovládání vytlačování materiálu do trysky. Zobrazovací jednotka 9 a všechna čtyři tlačítka 8 jsou propojena s řídící jednotkou, která je součástí zapojení řídící elektroniky uvnitř zařízení a jejím hlavním řídícím prvkem je ATMega, což je jednoduchý mikroprocesor, do kterého se nahrává požadovaný software. Mikroprocesor ATMega disponuje elektronicky nedestruktivní pamětí, takže si informace uchovává, i když není zapojen do napájecího zdroje 7. Paměť je zachována i při vypnutí zařízení. Řídící jednotka zajišťuje regulaci teploty podle stanovených parametrů, pomocí zpětné vazby, kterou zajišťuje termistor. Tyto údaje se v řídící elektronice vyhodnotí a je zaslán příkaz pro zvýšení topení pomocí topného odporu topného tělesa opatřeného čidlem pro regulaci teploty, nebo ochlazení pomocí chladícího prvku, topného tělesa. Řídící jednotka zajišťuje regulaci výkonu topného odporu, chladícího prvku a v neposlední řadě výkon motoru, který má vliv na rychlost pohonného mechanizmu s podávacím kolečkem struny - to v případě, že je používán nástavec 3 pro 3D kreslení. Do této řídící jednotky je zároveň zapojena zobrazovací jednotka 9, pomocí které se dostává grafické rozhraní, kde je možné si zvolit jazyk, druh nástavce, kreslící profily nebo teplotu a rychlost. Řídící jednotka, na základě předvolených vstupních informací prostřednictvím zobrazovací jednotky 9 a tlačítek 8 vysílá pokyny, které řídí činnost chlazení. Chladící modul ovlivňuje teplotu trysky na základě zpětné vazby od termistoru a požadované

-2CZ 29587 UI teploty, které chceme dosáhnout. Chladící modul zajišťuje stabilitu teploty na trysce a zároveň zamezuje nežádoucímu přehřívání elektroniky. Řídící jednotka dále reguluje rychlost pohonného mechanizmu s podávacím kolečkem struny. Proti podávacímu kolečku, jehož rychlost je závislá na pohonné jednotce dostávající pokyny z řídící jednotky, je umístěn přítlačný element. Mezi podávacím kolečkem a přítlačným elementem je vedena struna. Podávači kolečko zajišťuje posun struny a přítlačný element vždy doléhá na strunu a vymezuje její rovný a přesný chod, na který tudíž nemá vliv rozdílná síla plastové struny.

Přední strana plastového pláště 1 je opatřena mechanizmem 2, což jsou kolejničky, do kterých se vkládají nástavce 3, které obsahují čip 4 pro přenos informace, díky čemuž zařízení pozná přesný druh nástavce 3. Detekce je založena na vyslání příkazu do řídící jednotky, díky čemuž dojde k určení, o jaký druh nástavce 3 se jedná. Na základě určení, o jaký druh nástavce 3 se jedná, řídící jednotka skrze zařízení uzpůsobí své další funkcionality.

Postup při používání zařízení:

Připojí se USB adapter do zásuvky a následně do postranní USB zdířky 10 zařízení. V tento okamžik se zařízení aktivuje (zapne). Na zobrazovací jednotce 9 se zobrazí uvítání. Dojde-li k zasunutí nástavce 3 do mechanismu 2 pro uchycení nástavce 3 v tomto příkladu reprezentovaného kolejnicemi, čip 4 obsažený na výměnném nástavci 3, se propojí přímým kontaktem s konektorem 5 umístěným na plášti 1 zařízení a informace o zvoleném druhu nástavce 3 se postoupí do řídící jednotky. Po krátké chvíli se detekuje zasunutý nástavec 3, dle kterého proběhne volba modu. U každého modu lze nastavit teplotu a materiál, který se bude používat v následujícím pořadí:

a) detekce nástavce

b) zvolení materiálových profilů (cín, dřevo, plasty, pěny)

c) automatické propojení s mobilním zařízením

d) tvorba nových materiálových profilů

V sekci detekce nástavce 3 dochází po zapojení zařízení na zdroj 7 energie k rozpoznání druhu nástavce 3 nebo jeho absence, pomocí čipu 4 a konektoru 5. Po aktualizaci a načtení daného nástavce například 3D kreslení se na zobrazovací jednotce 9 zobrazí možnost volby materiálových profilů. Po změně nástavce 3 dochází k opětovnému postupu.

K automatickému propojení s mobilním zařízením dochází při každém zapojení zařízení do zdroje napájení 7. Poté je možné si pomocí mobilní aplikace nastavit a zvolit režim práce (3d kreslení, vypalování, pájení, řezání). Zároveň lze vytvářet nebo aktualizovat nové materiálové profily a podívat se na celkovou spotřebu a čas využívání jednotlivých nástavců 3. Celá komunikace je založená na technologii bluetooth. U funkce 3D kreslení je funkce neustálého vytlačování při stisknutí dvou předních tlačítek. Zároveň vždy když uživatel kreslí a pustí tlačítko pro vytlačování materiálu, dojde k retraktu (vtažení materiálu zpět), které zamezuje ucpání a přebytečnému vytékání materiálu. Odstraněn byl problém ucpávání zařízení plastovou strunou pomocí nerezové trubičky, která je chemicky čištěna a neusazují se v ní zbytky, které dříve v teflonové trubičce zamezovali další protlačování (docházelo k ucpání). Aktuálně jsou 4 nástavce 3 (vypalování, pájení, řezání a 3D kreslení) každý nástavec 3 se dá odejmout, to znamená, že je možné ho čistit bez nutnosti demontáže. Identifikace nástavce 3 je udělaná pomocí vlastní integrované logiky, která je v každém nástavci 3 a s tělem 3Dsima spojena pomocí pogopinů. Při dolehnutí těchto kontaktů dojde k poslání příkazu, že se vsunul nástavec 3. Poté ho elektronika rozpozná a nastaví všechny funkce, které uživatel může používat. Například po vsunutí 3D kreslícího nástavce 3 se aktivuje chlazení, motor na podávání filamentu a předehřev. Pokud se vsune nástavec 3 pájení, aktivuje se pouze předehřev a zamezí se používání motoru.

Tvorba nových materiálových profilů probíhá buďto aktualizací od výrobce, nebo pomocí sekce tvorba nového profilu, kde si uživatel nastaví požadovanou teplotu rychlost a funkci.

Není-li zařízení napájeno z USB adapteru do zásuvky, je napájeno z externího napájecího zdroje 7, který je svým konektorem zasunut do postranní USB zdířky 10 a na boční straně pláště 1 zaří

-3CZ 29587 UI zení drží pomocí uchycení magnety 6, kdy magnety 6 se nacházejí jak na plášti 1 zařízení, tak na samotném externím napájecím zdroji 7.

Průmyslová využitelnost

Zařízení je všestranně průmyslově využitelné jak na poli profesionální techniky 3D tiskáren, kde může sloužit k podpoře velkých 3D tiskových strojů, tak na poli běžného spotřebitele, který toto zařízení, nenáročné na prostor a ovládání, využije při své umělecké či jiné technické činnosti. Pomocí zařízení dochází k tvorbě 3D modelů, jejich opracování a také tvoření funkčních elektrických zařízení. Zařízení nalezne uplatnění u architektů, modelářů, designérů a u jiných kreativně pracujících lidí.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zařízení pro vytváření funkčních 3D modelů sestávající z pláště zařízení, v němž je uložen extrudér a pohonný mechanismus, kdy uvnitř pláště jsou dále uloženy zobrazovací jednotky a řídící jednotky, vše vzájemně propojené, vyznačující se tím, že plášť (1) zařízení je na čele pláště (1) opatřen mechanizmem (2) pro vkládání a uchycení jednotlivých nástavců (3), které jsou opatřeny čipem (4), pro přenos informace do konektoru (5), umístěného na plášti (1) zařízení.
2. Zařízení pro vytváření 3D modelů podle nároku 1, vyznačující se tím, že řídící jednotka je vybavena bluetooth jednotkou pro příjem a vysílání bezdrátového signálu.
3. Zařízení pro vytváření 3D modelů podle nároku 1, vyznačující se tím, že plášť (1) je opatřen magnety (6) pro uchycení externího napájecího zdroje (7).