EP4638098A1 - Compensateur à boucle pour la régulation de l'alimentation d'une imprimante 3d - Google Patents

Compensateur à boucle pour la régulation de l'alimentation d'une imprimante 3d

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Publication number
EP4638098A1
EP4638098A1 EP23821683.2A EP23821683A EP4638098A1 EP 4638098 A1 EP4638098 A1 EP 4638098A1 EP 23821683 A EP23821683 A EP 23821683A EP 4638098 A1 EP4638098 A1 EP 4638098A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
loop
wire
guide
exit
guide track
Prior art date
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Pending
Application number
EP23821683.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thomas Guy
Thomas TRABATTONI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Original Assignee
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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Filing date
Publication date
Application filed by Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA filed Critical Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Publication of EP4638098A1 publication Critical patent/EP4638098A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
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    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/343—Metering
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]

Definitions

  • the present invention relates to the general field of supplying raw material to a device which consumes said raw material in the form of a wire, and more precisely to the regulation of the supply system which supplies such a device with material. first in the form of a thread.
  • the present invention relates more specifically to the field of three-dimensional printing by fused deposition modeling (or “FDM” for “Fused Deposition Modeling” in English).
  • a fused wire deposition printer comprises a print head which is movably mounted opposite a printing support, such as a plate, and which carries a heating nozzle as well as a drive system, of the toothed roller drive type, which forces a wire of thermoplastic material to pass through the nozzle, in order to melt said material and to be able to deposit it in successive layers on said support, according to an installation diagram which allows you to obtain the desired object.
  • the print head carrying the nozzle to be able to move quickly from one point to another on the plate, in particular outside the printing phases, when said print head repositions itself after depositing material at a first point, in order to resume depositing material at a second point, distant from the first point.
  • known printers are generally powered by a wire which is stored on a spool which is simply mounted in passive rotation around its axis, so that the wire is unwound passively, under the effect of traction exerted by the print head and its toothed roller driver.
  • the objects assigned to the invention therefore aim to remedy the aforementioned drawbacks and propose a supply device which makes it possible to supply wire to an apparatus, in particular a three-dimensional printer intended to produce a deposit of molten material from said wire, being able to reliably and efficiently handle sudden calls of long wire lengths.
  • the objects assigned to the invention are achieved by means of a feeding device intended to convey to a device, such as a three-dimensional printer, a material which is in the form of a wire, said device the power supply being characterized in that it is provided with a compensator which comprises:
  • a motorized drive system which is arranged to propel the wire which enters through the entry guide at a chosen longitudinal speed, called “entry speed”,
  • exit speed an exit guide which allows the wire to exit the compensator, destined for the device, under the effect of a longitudinal tensile force known as “take-up traction” which is generated at the request of the device and which gives the wire which exits through the exit guide a longitudinal speed called “exit speed”,
  • a guide receptacle which delimits a hollowed out space called "travel space” inside which the wire coming from the entry guide forms a loop on itself before exiting through the exit guide, in such a way that the loop constitutes a reserve of wire and is able to spontaneously adjust its size, while remaining contained within the travel space, alternatively by tightening on itself under the effect of the take-off traction in order to reduce its perimeter and thus release part of said reserve of wire intended for the device, when the exit speed resulting from said pull traction exceeds the entry speed, and conversely by widening in order to 'increase its perimeter and thus reconstitute at least part of said wire reserve when the drive system generates an entry speed which exceeds the exit speed and therefore creates within the incoming wire which precedes the loop a thrust force longitudinal, called “supply thrust”, which forces said incoming wire to join the loop and increase the perimeter of the loop,
  • a retaining member which is placed inside the perimeter of the loop, so as to be able to limit the extent of an overall movement of the loop within the travel space, when the loop undergoes a pull, while allowing the loop to freely adapt its size, within the travel space, in response to differences between the exit speed and the entry speed,
  • the guide receptacle comprises a guide track of cylindrical shape with a circular base, which delimits the clearance space in order to contain the centrifugal radial expansion of the loop within the limit of a maximum authorized diameter, as defined by said guide track.
  • the device according to the invention makes it possible to take advantage of the nervousness of the wire, that is to say the existence of a natural bend of said wire and a high bending modulus of elasticity. of said wire, to cause said wire to spontaneously form a loop within the compensator, a loop which is advantageously floating, that is to say whose route and curvature are not imposed by pulleys and can therefore evolve freely within of the travel space, and self-supporting, to the extent that the rigidity of the wire is sufficient for said loop to exist and maintain itself in its curved, substantially circular form, without sagging or tangling on herself.
  • the compensator can thus constitute and contain a reserve of wire, without forcing said wire to follow the curvature of a pulley, in particular a pulley of small diameter, nor forcing said wire to undergo changes in sign of curvature.
  • the compensator can then advantageously use this reserve of wire as a buffer capable of quickly delivering a length of outgoing wire in response to a sudden pull, and therefore in response to a rapid increase in the output speed, without opposing of significant resistance to this take-up traction, and therefore in particular without creating a risk of breaking the wire in traction, since the outgoing wire can freely operate a differential sliding relative to the incoming wire, simply by adjusting the size of the loop thanks to the elasticity of the wire in bending, and without the need to increase the entry speed as suddenly as the exit speed has increased.
  • the compensator can advantageously gradually replenish the yarn reserve by pushing the incoming yarn towards the loop at an entry speed chosen which is greater than the output speed, but which remains sufficiently moderate to be compatible, for example, with the unwinding of the wire from a spool placed upstream of the drive system.
  • the compensator according to the invention advantageously has a particularly simple and compact structure, in particular due to the fact that it does not have any pulleys or puppets.
  • Figure 1 illustrates, in a schematic front view, the operating principle of a power supply device comprising a compensator according to the invention, which allows the wire loop to pass alternately from a wide configuration, represented in solid lines, to a reduced configuration, tightened on itself, represented in dotted lines.
  • Figure 2 illustrates, in an overall perspective view, the compensator of Figure 1.
  • Figure 3 illustrates, in an overall perspective view, the compensator of Figure 2 on the front side, one of the flanges of which forms a door which is in the open position to give an operator access to travel space and wire loop.
  • Figure 4 illustrates, in an overall perspective view, the compensator of Figures 2 and 3, back side.
  • Figure 5 illustrates, in a cutaway perspective view, the compensator of Figure 4 within which a flange has been removed to reveal the clearance space.
  • the present invention relates to a supply device 1 intended to convey to a device 2, such as a three-dimensional printer, a material which is in the form of a wire 3.
  • said material is a thermoplastic polymer, which is preferably intended to be melted within said device 2.
  • Said material could be chosen for example from: ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), ASA (Acrylonitrile Styrene Acrylate), PLA (polylactic acid), BVOH (copolymer of butenediol and vinyl alcohol), PA6/66 (polyamide) , PETG (polyethylene terephthalate glycol), TPU (thermoplastic polyurethane).
  • Said wire preferably has a section whose diameter is between 1.5 mm and 4 mm, more preferably between 2 mm and 3 mm, for example equal to 2.85 mm.
  • the power supply device 1 is provided with a compensator 4 which comprises:
  • V_in a longitudinal speed V_in, called “entry speed” V_in, chosen
  • the drive system 6 will preferably be integrated into the compensator 4, upstream of the entry guide 5 in the direction of introduction of the wire 3.
  • Said drive system 6 will comprise a motor 8, preferably an electric motor 8, which, preferably, rotates a motor roller 9 against which a counter roller 10 pinches the wire 3.
  • the motor roller 9 can preferably, for the sake of compactness, be mounted directly on the output shaft of the motor 8.
  • the power supply device 1 comprises a coil 40 which is located upstream of the system motorized drive 6 and on which the wire 3 intended to penetrate the compensator 4 is stored.
  • said coil 40 is mounted to rotate freely.
  • the storage in a coil 40 will advantageously contribute to giving the wire 3 a certain bend, that is to say a certain curvature persisting at rest, which will be taken advantage of by the compensator 4 to form a loop 13 of wire 3 in accordance with the invention.
  • the entry guides 5 and exit guides 7 will make it possible to fix compulsory passage points for the wire 3, and will preferably be in an elongated form, for example in the form of tubes or covered trenches which make it possible to provide to the wire 3 which passes through them a direction which corresponds substantially to the longitudinal direction of the guide 5, 7 concerned.
  • the pull pull T out will be generated by the movement, within the device 2, of a moving part, such as a print head, which pulls directly following it, wire 3 coming from compensator 4.
  • the compensator 4 further comprises a guide receptacle 11 which delimits a hollowed out space 12 called a “travel space” 12 inside which the wire 3 coming from the entry guide 5 forms a loop 13 on itself before exiting through the exit guide 7, in such a way that the loop 13 constitutes a reserve of wire 3 and is capable of spontaneously adjusting its size, while remaining contained within the clearance space 12, alternatively by tightening on itself under the effect of the pull traction T out in order to reduce its perimeter and thus release part of said reserve of wire intended for the device 2, when the exit speed V out resulting from said pull traction T out exceeds the input speed V in, and conversely by widening in order to increase its perimeter and thus reconstitute at least part of said reserve of wire when the system of drive 6 generates an input speed V in which exceeds the output speed V out and therefore creates within the incoming wire 3 which precedes the loop 13 a longitudinal thrust force P in, called “supply thrust" P in, which forces said incoming wire 3 to join the loop 13 and increase
  • the wire 3 chosen is on the one hand sufficiently flexible, and with a minimum of natural bend before entering the compensator 4, that is to say with a minimum of pre-existing curvature at rest, to be able to form a loop and be closed on itself, and on the other hand sufficiently rigid, and not very extensible as well as not very compressible longitudinally, so that the drive system can enlarge the loop 13 by pushing the incoming wire towards the loop 13 , from a point located outside said loop 13, upstream of said loop 13 in the direction of longitudinal movement of the wire 3.
  • the material constituting the wire 3 is preferably a polymer having a hardness greater than or equal to 60 Shore A.
  • the device is then intended to convey a wire 3 made of such a material to the device 2. .
  • the compensator 4 advantageously does not have a pulley which would force the wire 3 to follow the curvature of said pulley.
  • the wire 3 belonging to the perimeter of the loop 13 does not include any contact zone with a pulley which would be located inside the perimeter of the loop 13 and in which contact zone said wire 3 would have the same center of rotation instantaneous than that of said pulley.
  • the loop 13 does not match, is not forced to match, the curvature of any element located inside said loop 13.
  • the wire 3 forming the perimeter of the loop 13 preferably does not contain a rectilinear section, that is to say presents at any point of the perimeter of the loop 13 a curvature which directs said wire 3 towards the inside of loop 13.
  • the main axis Z is such that the loop 13, whatever its size, forms a turn of wire 3 which winds around a central axis Z13 called "loop axis" Z13 which is parallel to said axis main Z, and whose point of intersection with the reference plane PO moves as a function on the one hand of the overall position occupied by the loop 13 within the movement space 12 and on the other hand of the size of said loop 13 at the instant considered.
  • the loop 13 can be compared to a flat loop 13, which is contained, or substantially contained, in the reference plane PO.
  • the angle formed by the wire 3 constituting the loop 13 with respect to the reference plane PO that is to say typically the helix angle of the turn of wire 3 which forms the loop 13, is, and remains during variations in size of the loop 13, less than or equal to 10 degrees, more preferably less than or equal to 5 degrees, or even equal to or less than 2 degrees.
  • the guide receptacle 11, and in particular the entry guide 5 and the exit guide 7, will preferably be arranged to limit the inclination of the wire 3 relative to the reference plane PO in the aforementioned helix angle range , and thus maintain the loop 13 in its substantially flat configuration.
  • the loop 13 forms at least one complete turn on itself, around the loop axis Z13, that is to say that the wire 3 travels, permanently , at least 360 degrees around the loop axis Z13.
  • Said loop 13 forms less than two complete turns, that is to say that the wire travels less than 720 degrees around the loop axis Z13.
  • the loop 13 can form between 1 turn and 1.5 turns, preferably between 1 turn and 1.25 turns, that is to say that the wire 3 will travel between 360 degrees and 540 degrees around the loop axis Z13, preferably between 360 degrees and 450 degrees around the loop axis Z 13.
  • Such a configuration advantageously makes it possible to maintain the shape of the loop 13 and the capacity of the wire 3 to wind up and close on itself to form said loop 13 in dynamic mode, whatever the respective variations of the output speed V_out and the input speed V_in.
  • This configuration could in particular be determined by the choice of the respective positions and orientations of the exit guide 7 relative to the entry guide 5.
  • the sector in which the wire 3 crosses itself, in projection in the reference plane PO, so as to close the loop, and more particularly the sector in which a section of incoming wire 3 runs along a section of wire 3 coming out and thus closing the loop 13, is called “overlapping sector” 14.
  • the compensator further comprises a retaining member 15 which is placed inside the perimeter of the loop 13, so as to be able to limit the extent of an overall movement of the loop 13 within the space of movement 12, when the loop 13 undergoes a pulling force T out, while allowing the loop 13 to freely adapt its size, and more particularly to freely adapt its perimeter and to elastically adapt the curvature of the wire 3 along of this perimeter, inside the travel space 12, in response to the differences between the output speed V out and the input speed V in.
  • a retaining member 15 which is placed inside the perimeter of the loop 13, so as to be able to limit the extent of an overall movement of the loop 13 within the space of movement 12, when the loop 13 undergoes a pulling force T out, while allowing the loop 13 to freely adapt its size, and more particularly to freely adapt its perimeter and to elastically adapt the curvature of the wire 3 along of this perimeter, inside the travel space 12, in response to the differences between the output speed V out and the input speed V in.
  • the retaining member 15 makes it possible in particular to maintain the loop 13, and more particularly the loop exit point through which the wire 3 leaves the loop 13 to join the exit guide 7, in a position, and more generally in a range predefined possible positions, relative to the exit guide 7, which makes it possible to prevent incorrect positioning of the wire 3, and more particularly to prevent the outgoing wire 3 from forming an angular break between the loop exit point and the the entry of the exit guide 7 and does not rub excessively against the entry of the exit guide 7, whatever the intensity of the pull T out.
  • the retaining member 15 allows the loop 13 to maintain at all times its capacity to release or accumulate wire 3, without being crushed or stuck within the guide receptacle 11, whatever the the intensity or suddenness of variation of the inrush traction T out.
  • the compensator 4 also comprises a regulation system 20 which controls, for example by means of an electronic control unit, the drive system 6 and which comprises at least one measuring member 21 making it possible to evaluate the size of the loop 13 present within the travel space 12, so that said regulation system 20 can adjust the input speed V in chosen as a function of the size of the loop 13, as evaluated here by the measuring organ 21.
  • a regulation system 20 which controls, for example by means of an electronic control unit, the drive system 6 and which comprises at least one measuring member 21 making it possible to evaluate the size of the loop 13 present within the travel space 12, so that said regulation system 20 can adjust the input speed V in chosen as a function of the size of the loop 13, as evaluated here by the measuring organ 21.
  • the regulation system 20 is preferably arranged so as to cause the size of the loop 13 to converge towards a predetermined nominal size, which corresponds to a nominal reserve of wire 3, which is preferably chosen equal to the maximum reserve of wire.
  • wire 3 which can constitute the compensator 4 and which is shown in solid lines in Figure 1.
  • the regulation system 20 will therefore seek to establish a dynamic balance between the input speed V in, chosen, and the output speed V out, experienced according to the needs of the device 2, in order to maintain the reserve of wire 3 to its nominal value, and to reconstitute said reserve after a sudden and high intensity pull-out pull has temporarily reduced this reserve of wire 3.
  • the compensator 4 makes it possible to dissociate, at least temporarily, the input speed setpoint V in, determined by the regulation system 20, from the instantaneous output speed V out generated by the needs of the device 2. We can thus tolerate rapid and intense transient variations of the inrush pull T out and therefore of the resulting output speed V out, without directly impacting these variations on the input speed V in, but on the contrary by allowing the system to regulation 20 to carry out a progressive catch-up of the wire reserve 3, by making gentle variations of the input speed V in, which stress the coil 40 in a very smooth manner, without creating any risk of breakage of the wire 3 or d inertial runaway of said coil 40, until, once the nominal size of the loop 13 has been restored, and therefore once the reserve of wire 3 has been reconstituted, a stabilized regime according to which the input speed V in is substantially equal at output speed V_out.
  • the retaining member 15 has, facing the internal face of the loop 13, a curved receiving surface 15A against which the wire 3 of the loop 13 comes to rest under the effect of the inrush traction T out, at least when the output speed V out resulting from said inrush traction T out exceeds the input speed V in.
  • the loop 13 can , depending on the configuration of the compensator 4, do not press, or at least do not press permanently, against the retaining member 15 but float freely in the movement space 12 near said retaining member 15, and that the loop 13 comes into contact with the receiving surface 15A temporarily, by the effect of inertia, when a sudden inrush of wire 3 causes the output speed V out to increase suddenly and exceed the input speed V in.
  • the device 2 when the device 2 is in operation, and more particularly when a three-dimensional printing operation is in progress, the device 2 will trigger frequent wire calls, so that the loop 13 will come frequently in contact with the retaining member 15.
  • the curvature of the receiving surface 15A of the retaining member 15 has the same sign as the curvature of the wire 3 which bears against said receiving surface 15A, but has a radius of curvature which is strictly less than the radius of curvature of the wire 3 which bears against said receiving surface 15 A.
  • the respective curvatures of the wire 3 on the one hand and of the surface of reception 15A of the retaining member 15 on the other hand will be such that, at any point of contact between the wire 3 and the retaining member 15, here therefore at any point of contact between the wire 3 and the receiving surface 15A of said retaining member 15, the osculating circle of the wire 3 is larger, that is to say of greater diameter, than the osculating circle of the receiving surface 15 A.
  • the rigidity of the wire 3 advantageously allows said wire 3 to tangent substantially to the receiving surface 15A of the retaining member 15 without having to exactly match its curvature, which facilitates the relative sliding of the wire 3 on the surface.
  • reception 15A which allows, among other things, the dynamic adaptation of the size of the loop 13.
  • the overlapping sector 14, in which a section of incoming wire 3 runs along an outgoing section of wire 3 to close the loop 13, is between the receiving surface 15 A of the device. retainer 15 and the guide track 34.
  • This arrangement allows a large free space to remain to allow the top 17 of the loop 13, which is located opposite the overlapping sector 14, to move radially and therefore to allow for loop 13 to tighten on itself.
  • the retaining member 15 makes it possible to permanently maintain the overlapping sector 14 in a position in which the wire 3 reaches the loop 13 from the entry guide 15 then emerges from said loop 13 to reach the exit guide 7 in being almost tangent to the loop 13, which promotes the fluid longitudinal advance movement of the wire 3, without the formation of angles which could slow down or damage the wire 3. Poor positioning of the wire 3 is avoided, and more particularly, it is avoided that the outgoing wire 3 forms an angular break between the loop 13 and the entry guide 5 or the exit guide 7.
  • the retaining member 15 is formed by a cylindrical pin or a roller, with a diameter which is preferably between 10 mm and 15 mm.
  • the small size of the retaining member 15 makes it possible to leave a significant free space within the clearance space 12, and in particular between the retaining member 15 and the top 17 of the loop 13 which is located at the opposite the overlapping sector 14, so as to allow significant variations in size of the loop 13, and in particular a significant reduction in the size of the loop 13 compared to its nominal size, since the retaining member 15 does not does not hinder the tightening of loop 13 on itself.
  • the cylindrical shape of the retaining member 15, and more preferably the use of a roller, here whose axis is normal to the reference plane PO and therefore parallel to the loop axis Z 13 at each instant, makes it possible to implement a simple and compact retaining member 15, and also facilitates the longitudinal movement of the wire 3 from upstream to downstream, and in particular the transfer of the wire 3 from loop 13 to the exit guide 7 under the effect of the infeed traction T out, opposing very little resistance to the advance of wire 3.
  • the measuring member 21 of the regulation system 20 comprises a tilting follower arm 22 which is provided with a wire passage 23, for example example formed by a pair of rollers 24, wire passage 23 through which a portion of the loop 13 passes, so that a variation in the size of the loop 13 causes a movement of the tilting follower arm 22, which movement is measured by a sensor 25, such as an optical fork.
  • the rollers 24 carried by the follower arm 22 and forming the wire passage 23 may have a diameter of between 10 mm and 15 mm.
  • the follower arm 22 tilts around a horizontal axis, so as to be naturally recalled downward by gravity when it accompanies an expansion of the loop 13, and vice versa, to be lifted by a contraction of loop 13.
  • the tilting axis of the follower arm 22, as well as the central axes of the rollers 24 forming the wire passage 23, will advantageously be normal to the reference plane PO, and therefore parallel to each other and parallel to the axis of loop Z 13 .
  • Said first flange 30 and second flange 31 are preferably parallel to each other and parallel to the reference plane PO, and therefore normal to the loop axis Z 13.
  • the first flange 30 forms a door which is mounted on a hinge 32 so as to be able to alternately adopt an open position, which gives access to the clearance space 12 located inside the guide receptacle 11 and the wire 3 as well as the loop 13, in particular to allow an operator to position the wire 3, within the clearance space 12, by recovering the wire 3 which emerges through the entry guide 5 and causing the wire 3 to describe a loop 13 before engaging the wire 3 in the outlet guide 7, and a closed position in which the flat surface, preferably solid, of said door ensures the lateral guidance of the loop 13, preventing the wire 3 from moving away axially beyond the limit formed by said door.
  • the second flange 31 is provided with a slot 33 in an arc of a circle which allows the rollers 24 forming the wire passage 23 of the follower arm 22 to penetrate inside the movement space 12 delimited axially by the first and second flanges 30, 31, while said follower arm 22 is located and executes its tilting movements outside said movement space 12 , on the back of the second flange 31, so that said follower arm 22 does not risk interfering with the radial movements of tightening then expansion of the loop 13.
  • the first flange 30 can also be provided with a similar slot 33', which allows the rollers 24 forming the wire passage 23 to pass through said first flange 30 and to emerge outside the clearance space. 12, so that the wire 3 is captive in the wire passage 3 thus closed, between the two rollers 24 on the one hand, and between the first flange 30 and the second flange 31 on the other hand.
  • first flange 30 and/or the second flange 31 will preferably be made of a transparent material, so as to allow an operator to monitor the behavior of the wire 3, and of the loop 13, at the same time. interior of the guide receptacle 11, within the clearance space 12.
  • the spacing distance W12 between the first flange 30 and the second flange 31, considered here of course in the working configuration, that is to say when the door forming the first flange 30 is in closed position, which spacing distance W12 here corresponds to the axial width W12 of the clearance space 12, is between 2.1 times and 6 times the diameter D3 of the wire section.
  • the spacing distance W12 between the first flange 30 and the second flange 31 is between 6 mm and 20 mm, in particular when the diameter D3 of the section of the wire 3 is between 1.5 mm and 4 mm, preferably between 2 mm and 3 mm, as indicated above.
  • this makes it possible to maintain the loop 13 substantially flat, while leaving an axial play which is sufficient to allow two strands of wire 3, here the incoming strand which enters through the entry guide 5 and arrives to the loop 13 and the outgoing strand which leaves the loop 13 to join the exit guide 7, to cross each other by superimposing themselves axially, in the overlapping sector 14, and to slide relative to each other as desired. of the longitudinal advance of the wire 3, consumed by the device 2, and variations in size of the loop 13, without excessive friction, excessive heating, or abrasion.
  • the guide receptacle 11 comprises a guide track 34, preferably of cylindrical shape with a circular base, which delimits the clearance space 12 in order to contain the centrifugal radial expansion of the loop 13 within the limit of a maximum authorized diameter D34, as defined by said guide track 34.
  • the maximum, radially external, diameter of the loop 13 could thus be equal to the diameter D34 of the guide track 34.
  • the central axis Z34 of the guide track 34 is preferably coincident, by convention, with the main axis Z, and therefore normal to the reference plane PO, and consequently parallel to the loop axis Z 13 and normal to the first and second flanges 30, 31.
  • the generators of said guide track 34 will therefore be parallel to the loop axis Z13 and normal to the first and second flanges 30, 31.
  • Such a circular guide track 34 in addition to protecting the loop 13 from external disturbances and making it possible to limit the size of said loop 13 while keeping said loop 13 in a controlled manner in a predefined space, advantageously offers guidance curved which promotes the curvature of the wire 3 which enters the clearance space 12 through the entry guide 5, and therefore the maintenance of said wire 3 in the form of a loop 13.
  • the diameter D34 of the guide track 34 is between 200 mm and 600 mm, preferably between 250 mm and 400 mm, for example equal to 300 mm.
  • Such dimensions make it possible in particular to constitute a sufficient reserve of wire 3 within the loop 13 to cover sudden calls of a length of wire 3 of between 300 mm and 900 mm, for example between 350 mm and 500 mm. .
  • the guide track 34 forms a spacer which connects the first flange 30 to the second flange 31, and which maintains between said first flange 30 and second flange 31, parallel to each other, a distance of spacing W12 which is equal to the width W34 of said guide track 34.
  • the width W34 of the guide track 34 will thus be adapted, as explained above, to provide sufficient space axially, transversely to the direction of longitudinal advance of the wire 3, to allow the wire 3 to travel and move superimpose axially on itself in the overlapping sector 14, distributing itself along the loop axis Z13, without risk of heating, blocking or abrasion.
  • the guide track 34 may form the internal recessed portion of a frame 35, preferably metallic, which serves as a support for various members of the compensator, including: the drive system 6, and more particularly the motor 8, the motor roller 9 and the counter roller 10, the first flange 30 which is articulated here on said frame 35 by means of the hinge 32, the second flange 31, here fixed in invariant position on the frame 35, for example by means of screws, and the tilting follower arm 22 which pivots on said frame 35.
  • the drive system 6, and more particularly the motor 8, the motor roller 9 and the counter roller 10 the first flange 30 which is articulated here on said frame 35 by means of the hinge 32
  • the second flange 31 here fixed in invariant position on the frame 35, for example by means of screws
  • the tilting follower arm 22 which pivots on said frame 35.
  • the guide track 34 preferably comprises a notch 36 which allows one of the rollers 24 of the wire passage 23 of the follower arm 22 to retract radially beyond the surface of the track. guide 34 so that the wire 3 passes naturally through the wire passage 23, between the two rollers 24, when said wire travels in contact with the guide track 34, and therefore here forms the loop 13 of larger size which corresponds to the nominal and maximum wire reserve 3.
  • the inlet guide 5 and the outlet guide 7 are preferably formed by grooves dug from one face of the frame 35 which is then covered by one of the first and second flanges 30, 31 so that the guides 5, 7 each have a closed section around the wire 3.
  • the entry guide 5 opens onto said guide track 34 at a first point M5, located at a first azimuth around of the central axis Z34 of the guide track 34, while the exit guide 7 definitively leaves the guide track 34 at a second point M7, located at a second azimuth distinct from the first azimuth.
  • the receiving surface 15 A is included in the circular segment defined by the guide track 34 between this first point M5 and this second point M7, this is that is to say in the domain which corresponds to the portion of disk which is delimited on the one hand by the arc chord which corresponds to the straight line segment which connects the first point M5 to the second point M7 and on the other hand by the arc of a circle which corresponds to the portion of the guide track 34 which 'extends from the first point M5 to the second point M7.
  • the retaining member 15 will be located in an angular sector S15, considered in azimuth around the central axis Z34 of the guide track 34, which is located between the first point M5 and the second point M7 , and more preferably substantially equidistant from the first point M5 and the second point M7, for example centered on the bisector of the angle formed, in the reference plane PO, by the half-lines coming perpendicularly from the central axis Z34 and passing respectively through the first point M5 and the second point M7.
  • the retaining member 15 is preferably contained in an angular sector S 15, considered in azimuth around the central axis Z34 of the guide track 34, which is included between the inlet mouth 5A, upstream, and the outlet 7 A, downstream.
  • the retaining member 15 will be contained within an angular sector S15, considered around the central axis Z34 of the guide track 34, in the reference plane PO, here more particularly the angular sector S 15 mentioned above between the inlet mouth 5A and the outlet mouth 7A, which extends over less than 30 degrees, preferably over less than 20 degrees, more preferably over less than 10 degrees, for example on 5 degrees.
  • the small angular size of the retaining member 15 will optimize, here again, the capacity of the loop 13 to tighten to release a reserve of wire 3.
  • the retaining member 15, and more particularly its receiving surface 15 A will be contained radially inside a fictitious ring which is centered on the central axis Z34 of the guide track 34 and which :
  • the internal radius represents between 60% and 85% of the radius of the guide track 34, so that a large central space is kept completely clear to allow the tightening of the loop 13,
  • the retaining member 15 will be sufficiently far from the guide track 34 to allow the wire 3 to travel freely between the receiving surface 15A and the guide track 34, without the longitudinal movement of the wire 3 being hindered, while being sufficiently close to the guide track 34 to act quickly on the loop 13 in order to limit the overall movement of the loop 13 in the event of sudden and intense pull-out traction, and in particular to ensure that at all times the overlapping sector 14 remains correctly positioned with respect to the entry guides 5 and output 7 so that the longitudinal advance movement of the wire 3 remains fluid.
  • the retaining member 15 could be positioned relative to the guide track 34 such that, considered in the reference plane PO, the smallest distance separating the retaining member 15, and more particularly its receiving surface 15 A, of the surface of the guide track 34, and which therefore offers a passage to the wire 3 and more particularly to the overlapping sector 14, is equal to or greater than 4 times the diameter D3 of the section of wire 3.
  • the entry guide 5 opens onto the guide track 34 at a first azimuth which is located upstream of the azimuth at which the retaining member 15 is located in the direction of arrival of the wire 3 , and in a first direction L5, called “entry direction” L5, which is tangent to said guide track 34, while the exit guide 7 leaves the guide track 34 at an azimuth which is downstream of the azimuth at which the retaining member 15 is located, and in a second direction L7, called “exit direction” L7, which is tangent to the guide track 34.
  • this arrangement considered in the reference plane PO, normal to the central axis Z34 of the guide track 34, favors the longitudinal advance movement of the wire 3, both to enter the loop 13 and to exit the loop 13, and allows the wire 3 to make a complete turn on itself, to form the loop 13, and to cross over itself in an overlapping sector 14 which is located in the vicinity of, and preferably resting against the retaining member 15.
  • the exit guide 7 leaves the guide receptacle 11 in a direction L7 called “exit direction” L7 which deviates from the direction L5 called “entry direction” L5, according to which the entry guide 5 opens onto the guide receptacle 11, at an angle A_5_7 called “deviation angle” A_5_7 which is between zero degrees and 180 degrees, for example equal to 90 degrees.
  • the angle of deviation A_5_7 can be chosen depending on the location of the compensator 4 in relation to the coil 40 and the device 2.
  • a deviation angle of zero degrees will correspond to an output guide 7 placed in the alignment of the entry guide 5, so that the wire 3 forms exactly one turn on itself.
  • An angle of deviation of 180 degrees will mean that the wire 3 comes out of the compensator 4 in a direction parallel but in a direction opposite to the direction in which it entered, that is to say forms 1.5 turns on itself and takes an exit guide 7 which is diametrically opposite the entry guide 5.
  • a deviation angle A_5_7 of 90 degrees indicates that the wire makes 1.25 turns and is returned to the outlet of the compensator 4 at a right angle to its direction input, as illustrated in Figures 1, 2, 3 and 5.
  • the invention also relates as such to any device 2 provided with a power supply device 1 according to the invention.
  • the invention relates to a three-dimensional printer which is equipped with a feeding device 1 according to the invention to ensure the supply of said printer with a thermoplastic material in the form of a wire 3.
  • said printer will preferably be an “FDM” type printer and will include a heating nozzle 50 making it possible to melt the wire 3 in order to deposit the material in successive layers on a support, such as a plate. .
  • Said heating nozzle 50 may belong to a print head mounted movable relative to the support, under the control of a motorized positioning system.
  • said print head will preferably carry a straightener with pulleys making it possible to reduce or even eliminate the curvature of the wire 3, followed by a toothed roller driver which pulls the wire 3 coming from the compensator 4 to force it to pass through the heating nozzle 50, at the speed required by the deposition of molten material.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'alimentation (1) destiné à acheminer vers une imprimante tridimensionnelle un matériau sous forme d'un fil (3), ledit dispositif d'alimentation étant pourvu d'un compensateur (4) qui comporte un guide d'entrée (5), un système d'entraînement (6) motorisé, un guide de sortie (7), un réceptacle de guidage (11) à l'intérieur duquel le fil (3) issu du guide d'entrée (5) forme une boucle (13) sur lui-même avant de ressortir par le guide de sortie (7), de telle manière que la boucle (13) constitue une réserve de fil (3) et ajuste spontanément sa taille en réponse aux écarts entre la vitesse de sortie (V_out) et la vitesse d'entrée (V_in) du fil (3), un organe de retenue (15) qui est placé à l'intérieur du périmètre de la boucle (13) pour limiter l'ampleur d'un déplacement d'ensemble de la boucle (13) lorsque la boucle (13) subit une traction d'appel (T_out) tout en autorisant la boucle (13) à adapter librement sa taille, et un système de régulation (20) qui ajuster la vitesse d'entrée (V_in) du fil (3) en fonction de la taille de la boucle (13).

Description

COMPENSATEUR À BOUCLE POUR LA RÉGULATION DE L’ALIMENTATION D’UNE IMPRIMANTE 3D
[0001] La présente invention concerne le domaine général de l’alimentation en matière première d’un appareil qui consomme ladite matière première sous forme d’un fil, et plus précisément la régulation du système d’alimentation qui approvisionne un tel appareil en matière première sous forme d’un fil.
[0002] La présente invention concerne plus spécifiquement le domaine de l’impression tridimensionnelle par dépôt de fil fondu (ou « FDM » pour « Fused Deposition Modeling » en anglais).
[0003] Une imprimante par dépôt de fil fondu comporte une tête d’impression qui est montée mobile en vis-à-vis d’un support d’impression, tel qu’un plateau, et qui embarque une buse chauffante ainsi qu’un système d’entraînement, du genre entraîneur à rouleaux dentés, qui force un fil en matériau thermoplastique à traverser la buse, afin de faire fondre ledit matériau et de pouvoir déposer celui-ci par couches successives sur ledit support, selon un schéma de pose qui permet d’obtenir l’objet souhaité.
[0004] L’une des difficultés rencontrées par l’impression FDM tient à son rendement industriel, en particulier lorsque l’on souhaite fabriquer des pièces de grande taille ou en grand nombre, en utilisant pour cela un plateau de grande superficie, typiquement un plateau formant un carré d’au moins un mètre de côté.
[0005] En effet, pour obtenir un rendement élevé, il serait souhaitable que la tête d’impression portant la buse puisse se déplacer rapidement d’un point à l’autre du plateau, en particulier en dehors des phases d’impression, lorsque ladite tête d’impression se repositionne après avoir déposé du matériau en un premier point, afin de reprendre le dépôt de matériau en un second point, distant du premier point.
[0006] Dans la mesure où la tête d’impression entraîne bien entendu le fil de matériau à sa suite, il est nécessaire de pouvoir approvisionner à tout moment une longueur nécessaire et suffisante de fil dans l’imprimante, à une vitesse qui correspond à la vitesse de déplacement de la tête d’impression. [0007] Or, lorsque l’on met en œuvre des accélérations rapides et des vitesses élevées de la tête d’impression sur des courses de grandes longueurs, on génère des appels soudains de fil, que les systèmes d’alimentation connus peinent à gérer.
[0008] En effet, les imprimantes connues sont en général alimentées par un fil qui est stocké sur une bobine qui est simplement montée en rotation passive autour de son axe, de sorte que le fil est déroulé passivement, sous l’effet de la traction exercée par la tête d’impression et de son entraîneur à rouleaux dentés.
[0009] En raison de l’inertie de la bobine, on peut alors observer, au début des phases d’accélération de la tête d’impression, l’apparition de fortes tensions dans le fil, lesquelles tensions constituent un frein au déplacement de la tête d’impression et peuvent même, dans certains cas, causer une rupture du fil. A l’inverse, au terme du déplacement de la tête d’impression, la bobine, qui a été lancée en rotation et n’est pas freinée, libère un surplus de fil, qui peut créer des écarts de trajectoire difficilement contrôlables dans le cheminement du fil, voire un bourrage.
[0010] Par ailleurs, il est difficilement envisageable de remédier à ces difficultés en interposant, entre la bobine de stockage et la buse, un régulateur conventionnel à poulies et pantin, tel qu’on en rencontre par exemple dans l’industrie textile, car les fils de matériau thermoplastiques utilisés pour l’impression tridimensionnelle de pièces de grandes dimensions présentent généralement un diamètre assez fort, typiquement de deux à trois millimètres, une rigidité assez élevée en flexion, et de surcroît une courbure intrinsèque persistante qui résulte de leur stockage en bobine, de sorte que de tels fils tolèrent mal, faute de flexibilité adaptée, un cheminement forcé à travers des poulies qui imposeraient auxdits fils de faibles rayons de courbure et/ou des changements, en particulier des changements multiples et rapprochés, du signe de leur courbure.
[0011] Les objets assignés à l’invention visent par conséquent à remédier aux inconvénients susmentionnés et proposer un dispositif d’alimentation qui permette d’approvisionner en fil un appareil, notamment une imprimante tridimensionnelle destinée à réaliser un dépôt de matière fondue à partir dudit fil, en étant capable de gérer de façon fiable et efficace des appels soudains de grandes longueurs de fil. [0012] Les objets assignés à l’invention sont atteints au moyen d’un dispositif d’alimentation destiné à acheminer vers un appareil, tel qu’une imprimante tridimensionnelle, un matériau qui se présente sous forme d’un fil, ledit dispositif d’alimentation étant caractérisé en ce qu’il est pourvu d’un compensateur qui comporte :
- un guide d’entrée qui permet au fil de pénétrer dans le compensateur,
- un système d’entraînement motorisé, qui est agencé pour propulser le fil qui entre à travers le guide d’entrée selon une vitesse longitudinale, dite « vitesse d’entrée », choisie,
- un guide de sortie qui permet au fil de sortir du compensateur, à destination de l’appareil, sous l’effet d’un effort de traction longitudinale dit « traction d’appel » qui est généré à la demande de l’appareil et qui confère au fil qui sort par le guide de sortie une vitesse longitudinale dite « vitesse de sortie »,
- un réceptacle de guidage qui délimite un espace évidé dit « espace de débattement » à l’intérieur duquel le fil issu du guide d’entrée forme une boucle sur lui-même avant de ressortir par le guide de sortie, de telle manière que la boucle constitue une réserve de fil et est apte à ajuster spontanément sa taille, tout en restant contenue à l’intérieur de l’espace de débattement, alternativement en se resserrant sur elle-même sous l’effet de la traction d’appel afin de réduire son périmètre et ainsi libérer une partie de ladite réserve de fil à destination de l’appareil, lorsque la vitesse de sortie résultant de ladite traction d’appel excède la vitesse d’entrée, et à l’inverse en s’élargissant afin d’accroître son périmètre et ainsi reconstituer au moins une partie de ladite réserve de fil lorsque le système d’entraînement génère une vitesse d’entrée qui excède la vitesse de sortie et crée donc au sein du fil entrant qui précède la boucle un effort de poussée longitudinal, dit « poussée d’approvisionnement », qui force ledit fil entrant à rejoindre la boucle et à accroître le périmètre de la boucle,
- un organe de retenue qui est placé à l’intérieur du périmètre de la boucle, de manière à pouvoir limiter l’ampleur d’un déplacement d’ensemble de la boucle au sein de l’espace de débattement, lorsque la boucle subit une traction d’appel, tout en autorisant la boucle à adapter librement sa taille, à l’intérieur de l’espace de débattement, en réponse aux écarts entre la vitesse de sortie et la vitesse d’entrée,
- un système de régulation qui commande le système d’entraînement et qui comporte au moins un organe de mesure permettant d’évaluer la taille de la boucle présente au sein de l’ espace de débattement, de sorte que ledit système de régulation puisse ajuster la vitesse d’entrée choisie en fonction de la taille de la boucle, dans lequel le réceptacle de guidage comprend une piste de guidage de forme cylindrique de base circulaire, qui délimite l’espace de débattement afin de contenir l’expansion radiale centrifuge de la boucle dans la limite d’un diamètre maximal autorisé, tel que défini par ladite piste de guidage.
[0013] Avantageusement, le dispositif selon l’invention permet de tirer parti de la nervosité du fil, c’est-à-dire de l’existence d’un cintre naturel dudit fil et d’un module d’élasticité en flexion élevé dudit fil, pour amener ledit fil à former spontanément une boucle au sein du compensateur, boucle qui est avantageusement flottante, c’est-à-dire dont le tracé et la courbure ne sont pas imposés par des poulies et peuvent donc évoluer librement au sein de l’espace de débattement, et autoporteuse, dans la mesure où la rigidité du fil est suffisante pour que ladite boucle existe et se maintienne d’elle-même sous sa forme incurvée, sensiblement circulaire, sans s’affaisser ni s’emmêler sur elle-même.
[0014] Avantageusement, le compensateur peut ainsi constituer et contenir une réserve de fil, sans contraindre ledit fil à épouser la courbure d’une poulie, notamment une poulie de petit diamètre, ni contraindre ledit fil à subir des changements de signe de courbure.
[0015] Le compensateur peut ensuite avantageusement utiliser cette réserve de fil comme tampon capable de délivrer rapidement une longueur de fil sortant en réponse à une traction d’appel soudaine, et donc en réponse à une augmentation rapide de la vitesse de sortie, sans opposer de résistance significative à cette traction d’appel, et donc notamment sans créer de risque de rupture du fil en traction, puisque le fil sortant peut librement opérer un glissement différentiel par rapport au fil entrant, simplement en ajustant la taille de la boucle grâce à l’élasticité du fil en flexion, et sans qu’il soit nécessaire d’augmenter la vitesse d’entrée de façon aussi soudaine qu’a augmenté la vitesse de sortie.
[0016] Une fois la traction d’appel passée, et donc une fois la vitesse de sortie redescendue à une valeur moindre, le compensateur peut avantageusement reconstituer progressivement la réserve de fil en poussant le fil entrant vers la boucle à une vitesse d’entrée choisie qui est supérieure à la vitesse de sortie, mais qui reste suffisamment modérée pour être compatible, par exemple, avec le déroulage du fil depuis une bobine placée en amont du système d’entraînement.
[0017] En outre, le compensateur selon l’invention présente avantageusement une structure particulièrement simple et compacte, notamment du fait qu’il est dépourvu de renvoi par poulies ou de pantin.
[0018] D’autres objets, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus en détail à la lecture de la description qui suit, ainsi qu’à l’aide des dessins annexés, fournis à titre purement illustratif et non limitatif, parmi lesquels :
[0019] La figure 1 illustre, selon une vue schématique de face, le principe de fonctionnement d’un dispositif d’alimentation comprenant un compensateur selon l’invention, qui permet à la boucle de fil de passer alternativement d’une configuration large, représentée en trait plein, à une configuration réduite, resserrée sur elle-même, représentée en trait pointillé.
[0020] La figure 2 illustre, selon une vue d’ensemble en perspective, le compensateur de la figure 1.
[0021] La figure 3 illustre, selon une vue d’ensemble en perspective, le compensateur de la figure 2 côté face, dont l’un des flasques forme une porte qui se trouve en position ouverte pour donner à un opérateur l’accès à l’espace de débattement et à la boucle de fil.
[0022] La figure 4 illustre, selon une vue d’ensemble en perspective, le compensateur des figures 2 et 3, côté dos.
[0023] La figure 5 illustre, selon une vue écorchée en perspective, le compensateur de la figure 4 au sein duquel un flasque a été retiré pour faire apparaître l’espace de débattement.
[0024] La présente invention concerne un dispositif d’alimentation 1 destiné à acheminer vers un appareil 2, tel qu’une imprimante tridimensionnelle, un matériau qui se présente sous forme d’un fil 3.
[0025] De préférence, ledit matériau est un polymère thermoplastique, qui est préférentiellement destiné à être fondu au sein dudit appareil 2. [0026] Ledit matériau pourra être choisi par exemple parmi : ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène), ASA (Acrylonitrile Styrène Acrylate), PLA (acide polylactique), BVOH (copolymère de butènediol et d’alcool vinylique), PA6/66 (polyamide), PETG (polyéthylène téréphtalate glycolisé), TPU (polyuréthane thermoplastique).
[0027] Ledit fil présente de préférence une section dont le diamètre compris entre 1,5 mm et 4 mm, plus préférentiellement entre 2 mm et 3 mm, par exemple égal à 2,85 mm.
[0028] Le dispositif d’alimentation 1 est pourvu d’un compensateur 4 qui comporte :
- un guide d’entrée 5 qui permet au fil 3 de pénétrer dans le compensateur 4,
- un système d’entraînement 6 motorisé, qui est agencé pour propulser le fil 3 qui entre à travers le guide d’entrée 5 selon une vitesse longitudinale V_in, dite « vitesse d’entrée » V_in, choisie,
- un guide de sortie 7 qui permet au fil 3 de sortir du compensateur 4, à destination de l’appareil 2, sous l’effet d’un effort de traction longitudinale T out dit « traction d’appel » T out qui est généré à la demande de l’appareil 2 et qui confère au fil 3 qui sort par le guide de sortie 7 une vitesse longitudinale V_out, dite « vitesse de sortie » V_out.
[0029] Le système d’entraînement 6 sera de préférence intégré au compensateur 4, en amont du guide d’entrée 5 dans le sens d’introduction du fil 3.
[0030] Ledit système d’entraînement 6 comportera un moteur 8, de préférence un moteur 8 électrique, qui, de préférence, entraîne en rotation un galet moteur 9 contre lequel un contre-galet 10 vient pincer le fil 3. Le galet moteur 9 peut de préférence, par souci de compacité, être monté directement sur l’arbre de sortie du moteur 8.
[0031] Par convention, les notions d’« amont » et d’« aval » s’entendront en considération du sens selon lequel le fil 3 se déplace longitudinalement, en fonctionnement normal du dispositif d’alimentation 1, c’est-à-dire en considération du sens, ici anti-horaire sur la figure 1, selon lequel le fil 3 entre par le guide d’entrée 5, puis rejoint le guide de sortie 7, puis sort par ledit guide de sortie 7.
[0032] De préférence, et tel que cela est représenté schématiquement sur la figure 1, le dispositif d’alimentation 1 comprend une bobine 40 qui est située en amont du système d’entraînement 6 motorisé et sur laquelle est stocké le fil 3 destiné à pénétrer dans le compensateur 4.
[0033] De préférence, ladite bobine 40 est montée en libre rotation.
[0034] Grâce à ce système particulièrement simple, compact, et peu gourmand en énergie, c’est la traction exercée par le système d’entraînement 6 sur la portion de fil comprise entre la bobine 40, en amont, et le galet moteur 9, en aval, qui provoque la mise en rotation de la bobine 40, passive, et le déroulage du fil 3 depuis ladite bobine 40.
[0035] En outre, le stockage en bobine 40 contribuera avantageusement à conférer au fil 3 un certain cintre, c’est-à-dire une certaine courbure persistante au repos, qui sera mis à profit par le compensateur 4 pour former une boucle 13 de fil 3 conformément à l’invention.
[0036] Les guides d’entrée 5 et de sortie 7 permettront de fixer des points de passage obligé pour le fil 3, et se présenteront de préférence sous une forme allongée, par exemple sous forme de tubes ou de tranchées couvertes qui permettent de conférer au fil 3 qui les traverse une direction qui correspond sensiblement à la direction longitudinale du guide 5, 7 concerné.
[0037] Dans un exemple préférentiel d’application, la traction d’appel T out sera générée par le déplacement, au sein de l’appareil 2, d’une pièce mobile, telle qu’une tête d’impression, qui tire directement à sa suite le fil 3 en provenance du compensateur 4.
[0038] Le compensateur 4 comporte en outre un réceptacle de guidage 11 qui délimite un espace évidé 12 dit « espace de débattement » 12 à l’intérieur duquel le fil 3 issu du guide d’entrée 5 forme une boucle 13 sur lui -même avant de ressortir par le guide de sortie 7, et ce de telle manière que la boucle 13 constitue une réserve de fil 3 et est apte à ajuster spontanément sa taille, tout en restant contenue à l’intérieur de l’espace de débattement 12, alternativement en se resserrant sur elle-même sous l’effet de la traction d’appel T out afin de réduire son périmètre et ainsi libérer une partie de ladite réserve de fil à destination de l’appareil 2, lorsque la vitesse de sortie V out résultant de ladite traction d’appel T out excède la vitesse d’entrée V in, et à l’inverse en s’élargissant afin d’accroître son périmètre et ainsi reconstituer au moins une partie de ladite réserve de fil lorsque le système d’entraînement 6 génère une vitesse d’entrée V in qui excède la vitesse de sortie V out et crée donc au sein du fil 3 entrant qui précède la boucle 13 un effort de poussée longitudinal P in, dit « poussée d’approvisionnement » P in, qui force ledit fil 3 entrant à rejoindre la boucle 13 et à accroître le périmètre de la boucle 13.
[0039] Avantageusement, le fil 3 choisi est d’une part suffisamment flexible, et avec un minimum de cintre naturel avant d’entrer dans le compensateur 4, c’est-à-dire avec un minimum de courbure préexistante au repos, pour pouvoir former une boucle et être refermé sur lui -même, et d’autre part suffisamment rigide, et peu extensible ainsi que peu compressible longitudinalement, pour que le système d’entraînement puisse agrandir la boucle 13 en poussant le fil entrant vers la boucle 13, depuis un point situé hors de ladite boucle 13, en amont de ladite boucle 13 dans le sens de déplacement longitudinal du fil 3.
[0040] A ce titre, le matériau constitutif du fil 3 est de préférence un polymère possédant une dureté supérieure ou égale à 60 Shore A. Le dispositif est alors destiné à acheminer vers l’appareil 2 un fil 3 constitué d’un tel matériau.
[0041] Ceci contribuera à conférer au fil 3 une certaine rigidité, et plus globalement la nervosité qui lui permettra d’être configuré en boucle flottante au sein du compensateur 4.
[0042] Bien entendu, l’espace de débattement 12 est suffisamment dégagé pour permettre à la boucle 13 de modifier librement sa taille, et plus particulièrement de raccourcir puis d’allonger son périmètre, et de modifier la courbure du fil 3 à l’intérieur dudit périmètre, pour s’adapter quasi -instantanément aux différentiels prévisibles entre la vitesse de sortie V out et la vitesse d’entrée V in, tout en conservant une trajectoire incurvée du fil 3 en forme de boucle.
[0043] En particulier, on notera que le compensateur 4 selon l’invention est avantageusement dépourvu de poulie qui contraindrait le fil 3 à épouser la courbure de ladite poulie. Plus particulièrement, le fil 3 appartenant au périmètre de la boucle 13 ne comprend aucune zone de contact avec une poulie qui serait située à l’intérieur du périmètre de la boucle 13 et dans laquelle zone de contact ledit fil 3 présenterait le même centre de rotation instantané que celui de ladite poulie. Ainsi, la boucle 13 n’épouse pas, n’est pas contrainte d’épouser, la courbure d’un quelconque élément situé à l’intérieur de ladite boucle 13. [0044] On notera de surcroît que le fil 3 formant le périmètre de la boucle 13 ne contient de préférence pas de tronçon rectiligne, c’est-à-dire présente en tout point du périmètre de la boucle 13 une courbure qui dirige ledit fil 3 vers l’intérieur de la boucle 13.
[0045] Par convention et par commodité de description, on pourra associer au compensateur 4, et plus particulièrement au réceptacle de guidage 11, un repère comprenant un axe principal Z et un plan de référence PO normal audit axe principal Z.
[0046] L’axe principal Z est tel que la boucle 13, quelle que soit sa taille, forme une spire de fil 3 qui s’enroule autour d’un axe central Z13 dit « axe de boucle » Z13 qui est parallèle audit axe principal Z, et dont le point d’intersection avec le plan de référence PO se déplace en fonction d’une part de la position d’ensemble qu’occupe la boucle 13 au sein de l’espace de débattement 12 et d’autre part de la taille de ladite boucle 13 à l’instant considéré.
[0047] Par commodité de description, on pourra désigner comme « axiale » une direction parallèle à l’axe principal Z, et plus particulièrement parallèle à l’axe de boucle Z 13 à l’instant considéré, et par radiale une direction perpendiculaire à l’axe considéré. Ainsi, l’accroissement, respectivement la diminution, du périmètre de la boucle 13 se traduira par un accroissement radial centrifuge, respectivement par une réduction radiale centripète, de la boucle par rapport à son axe de boucle Z13.
[0048] En pratique, la boucle 13 peut être assimilée à une boucle 13 plate, qui est contenue, ou sensiblement contenue, dans le plan de référence PO.
[0049] A ce titre, on notera que, de préférence, l’angle formé par le fil 3 constitutif de la boucle 13 par rapport au plan de référence PO, c’est-à-dire typiquement l’angle d’hélice de la spire de fil 3 qui forme la boucle 13, est, et reste lors des variations de taille de la boucle 13, inférieur ou égal à 10 degrés, plus préférentiellement inférieur ou égal à 5 degrés, voire égal ou inférieur à 2 degrés. Le réceptacle de guidage 11, et notamment le guide d’entrée 5 et le guide de sortie 7, seront de préférence agencés pour limiter l’inclinaison du fil 3 par rapport au plan de référence PO dans la plage d’angle d’hélice susmentionnée, et ainsi maintenir la boucle 13 dans sa configuration sensiblement plate. [0050] En projection dans le plan de référence PO, la boucle 13 forme au moins un tour complet sur elle-même, autour de l’axe de boucle Z13, c’est-à-dire que le fil 3 parcourt, en permanence, au moins 360 degrés au tour de l’axe de boucle Z13.
[0051] Ladite boucle 13 forme toutefois moins de deux tours complets, c’est-à-dire que le fil parcourt moins de 720 degrés autour de l’axe de boucle Z13.
[0052] A titre préférentiel, la boucle 13 pourra former entre 1 tour et 1,5 tour, de préférence entre 1 tour et 1,25 tour, c’est-à-dire que le fil 3 parcourra entre 360 degrés et 540 degrés autour de l’axe de boucle Z13, de préférence entre 360 degrés et 450 degrés autour de l’axe de boucle Z 13.
[0053] Une telle configuration permet avantageusement de conserver la forme de la boucle 13 et la capacité du fil 3 à s’enrouler et à se fermer sur lui -même pour former ladite boucle 13 en régime dynamique, quelles que soient les variations respectives de la vitesse de sortie V_out et de la vitesse d’entrée V_in.
[0054] Cette configuration pourra notamment être déterminée par le choix des positions et des orientations respectives du guide de sortie 7 par rapport au guide d’entrée 5.
[0055] Le secteur dans lequel le fil 3 se croise lui -même, en projection dans le plan de référence PO, de sorte à fermer la boucle, et plus particulièrement le secteur dans lequel un tronçon de fil 3 entrant court le long d’un tronçon de fil 3 sortant et ferme ainsi la boucle 13, est dit « secteur de chevauchement » 14.
[0056] Le compensateur comporte par ailleurs un organe de retenue 15 qui est placé à l’intérieur du périmètre de la boucle 13, de manière à pouvoir limiter l’ampleur d’un déplacement d’ensemble de la boucle 13 au sein de l’espace de débattement 12, lorsque la boucle 13 subit une traction d’appel T out, tout en autorisant la boucle 13 à adapter librement sa taille, et plus particulièrement à adapter librement son périmètre et à adapter élastiquement la courbure du fil 3 le long de ce périmètre, à l’intérieur de l’espace de débattement 12, en réponse aux écarts entre la vitesse de sortie V out et la vitesse d’entrée V in.
[0057] Avantageusement, l’organe de retenue 15 permet notamment de maintenir la boucle 13, et plus particulièrement le point de sortie de boucle par lequel le fil 3 quitte la boucle 13 pour rejoindre le guide de sortie 7, dans une position, et plus globalement dans une plage prédéfinie de positions possibles, par rapport au guide de sortie 7, qui permet d’empêcher un mauvais positionnement du fil 3, et plus particulièrement d’éviter que le fil 3 sortant ne forme une cassure angulaire entre le point de sortie de boucle et l’entrée du guide de sortie 7 et ne vienne frotter excessivement contre l’entrée du guide de sortie 7, et ce quelle que soit par ailleurs l’intensité de la traction d’appel T out.
[0058] Ainsi, l’organe de retenue 15 permet à la boucle 13 de conserver à tout moment sa capacité à libérer ou à accumuler du fil 3, sans s’écraser ni se coincer au sein du réceptacle de guidage 11, quelle que soit l’intensité ou la soudaineté de variation de la traction d’appel T out.
[0059] Le compensateur 4 comporte également un système de régulation 20 qui commande, par exemple au moyen d’une unité de contrôle électronique, le système d’entraînement 6 et qui comporte au moins un organe de mesure 21 permettant d’évaluer la taille de la boucle 13 présente au sein de l’espace de débattement 12, de sorte que ledit système de régulation 20 puisse ajuster la vitesse d’entrée V in choisie en fonction de la taille de la boucle 13, telle qu’évaluée ici par l’organe de mesure 21.
[0060] Le système de régulation 20 est de préférence agencé de manière à faire converger la taille de la boucle 13 vers une taille nominale prédéterminée, qui correspond à une réserve de fil 3 nominale, laquelle est de préférence choisie égale à la réserve maximale de fil 3 que peut constituer le compensateur 4 et qui est représentée en trait plein sur la figure 1.
[0061] Le système de régulation 20 cherchera donc à établir un équilibre dynamique entre la vitesse d’entrée V in, choisie, et la vitesse de sortie V out, subie en fonction des besoins de l’appareil 2, afin de maintenir la réserve de fil 3 à sa valeur nominale, et à reconstituer ladite réserve après qu’une traction d’appel T out soudaine et de forte intensité aura temporairement réduit cette réserve de fil 3.
[0062] Avantageusement, le compensateur 4 permet de dissocier, au moins temporairement, la consigne de vitesse d’entrée V in, déterminée par le système de régulation 20, de la vitesse de sortie V out instantanée générée par les besoins de l’appareil 2. On peut ainsi tolérer des variations transitoires rapides et intenses de la traction d’appel T out et donc de la vitesse de sortie V out qui en résulte, sans répercuter directement ces variations sur la vitesse d’entrée V in, mais au contraire en permettant au système de régulation 20 d’effectuer un rattrapage progressif de la réserve de fil 3, en réalisant des variations douces de la vitesse d’entrée V in, qui sollicitent de façon très lissée la bobine 40, sans créer de risque de casse du fil 3 ni d’emballement inertiel de ladite bobine 40, jusqu’à retrouver, une fois la taille nominale de la boucle 13 restaurée, et donc une fois la réserve de fil 3 reconstituée, un régime stabilisé selon lequel la vitesse d’entrée V in est sensiblement égale à la vitesse de sortie V_out.
[0063] De préférence, l’organe de retenue 15 présente, en vis-à-vis de la face interne de la boucle 13, une surface de réception 15A incurvée contre laquelle le fil 3 de la boucle 13 vient en appui sous l’effet de la traction d’appel T out, au moins lorsque la vitesse de sortie V out résultant de ladite traction d’appel T out excède la vitesse d’entrée V in.
[0064] On notera qu’il n’est pas exclu que, en régime stabilisé, lorsque la boucle 13 présente sa taille nominale et que la vitesse d’entrée V in est égale à la vitesse de sortie V out, la boucle 13 puisse, selon la configuration du compensateur 4, ne pas appuyer, ou à tout le moins ne pas appuyer en permanence, contre l’organe de retenue 15 mais flotter librement dans l’espace de débattement 12 à proximité dudit organe de retenue 15, et que la boucle 13 vienne au contact de la surface de réception 15A temporairement, par effet d’inertie, lorsqu’un appel soudain de fil 3 fait que la vitesse de sortie V out augmente brusquement et dépasse la vitesse d’entrée V in.
[0065] A ce titre, lorsque l’appareil 2 est en fonctionnement, et plus particulièrement lorsqu’une opération d’impression tridimensionnelle est en cours, l’appareil 2 déclenchera de fréquents appels de fil, de sorte que la boucle 13 viendra fréquemment en contact avec l’organe de retenue 15.
[0066] Avantageusement, la courbure de la surface de réception 15A de l’organe de retenue 15 est de même signe que la courbure du fil 3 qui vient en appui contre ladite surface de réception 15 A, mais présente un rayon de courbure qui est strictement inférieur au rayon de courbure du fil 3 qui vient en appui contre ladite surface de réception 15 A.
[0067] Plus préférentiellement, en considérant la boucle 13 et l’organe de retenue 15 en projection dans le plan de référence PO, normal à Taxe de boucle Z 13, les courbures respectives du fil 3 d’une part et de la surface de réception 15A de l’organe de retenue 15 d’autre part seront telles que, en tout point de contact entre le fil 3 et l’organe de retenue 15, ici donc en tout point de contact entre le fil 3 et la surface de réception 15A dudit organe de retenue 15, le cercle osculateur du fil 3 est plus grand, c’est-à-dire de plus grand diamètre, que le cercle osculateur de la surface de réception 15 A.
[0068] La rigidité du fil 3 permet en effet avantageusement audit fil 3 de tangenter sensiblement la surface de réception 15A de l’organe de retenue 15 sans devoir en épouser exactement la courbure, ce qui facilite le glissement relatif du fil 3 sur la surface de réception 15A qui permet entre autres l’adaptation dynamique de la taille de la boucle 13.
[0069] De préférence, le secteur de chevauchement 14, dans lequel un tronçon de fil 3 entrant court le long d’un tronçon de fil 3 sortant pour fermer la boucle 13, est entre la surface de réception 15 A de l’organe de retenue 15 et la piste de guidage 34. Cette disposition permet de laisser subsister un grand espace libre pour permettre au sommet 17 de la boucle 13, qui est situé à l’opposé du secteur de chevauchement 14, de se déplacer radialement et donc pour permettre à la boucle 13 de se resserrer sur elle-même. L’organe de retenue 15 permet de maintenir en permanence le secteur de chevauchement 14 dans une position dans laquelle le fil 3 parvient à la boucle 13 depuis le guide d’entrée 15 puis ressort de ladite boucle 13 pour gagner le guide de sortie 7 en étant quasiment tangent à la boucle 13, ce qui favorise le mouvement d’avance longitudinal fluide du fil 3, sans formation d’angles qui pourraient freiner ou endommager le fil 3. Un mauvais positionnement du fil 3 est évité, et plus particulièrement, il est évité que le fil 3 sortant ne forme une cassure angulaire entre la boucle 13 et le guide d’entrée 5 ou le guide de sortie 7.
[0070] De préférence, l’organe de retenue 15 est formé par un pion cylindrique ou un rouleau, d’un diamètre qui est préférentiellement compris entre 10 mm et 15 mm. La petite taille de l’organe de retenue 15 permet de laisser un important espace libre au sein de l’espace de débattement 12, et notamment entre l’organe de retenue 15 et le sommet 17 de la boucle 13 qui est situé à l’opposé du secteur de chevauchement 14, de manière à autoriser d’importantes variations de taille de la boucle 13, et notamment une importante réduction de la taille de la boucle 13 par rapport à sa taille nominale, puisque l’organe de retenue 15 n’entrave pas le resserrement de la boucle 13 sur elle-même.
[0071] La forme cylindrique de l’organe de retenue 15, et plus préférentiellement l’utilisation d’un rouleau, ici dont l’axe est normal au plan de référence PO et donc parallèle à l’axe de boucle Z 13 à chaque instant, permet de mettre en œuvre un organe de retenue 15 simple et compact, et facilite de surcroît le mouvement longitudinal du fil 3 de l’amont vers l’aval, et notamment le transfert du fil 3 de la boucle 13 au guide de sortie 7 sous l’effet de la traction d’appel T out, en opposant très peu de résistance à l’avance du fil 3.
[0072] De préférence, tel que cela est notamment visible sur les figures 1, 4 et 5, l’organe de mesure 21 du système de régulation 20 comprend un bras suiveur 22 basculant qui est pourvu d’un passage de fil 23, par exemple formé par une paire de rouleaux 24, passage de fil 23 à travers lequel passe une portion de la boucle 13, de sorte qu’une variation de la taille de la boucle 13 entraîne un déplacement du bras suiveur 22 basculant, lequel déplacement est mesuré par un capteur 25, tel qu’une fourche optique.
[0073] Les rouleaux 24 portés par le bras suiveur 22 et formant le passage de fil 23 pourront présenter un diamètre compris entre 10 mm et 15 mm.
[0074] De préférence, le bras suiveur 22 bascule autour d’un axe horizontal, de sorte à être naturellement rappelé vers le bas par la gravité lorsqu’il accompagne une expansion de la boucle 13, et inversement, pour être soulevé par un rétrécissement de la boucle 13.
[0075] On pourra bien entendu utiliser tout capteur 25 approprié pour détecter et quantifier les mouvements du bras suiveur 22. Une fourche optique présente cependant l’avantage de la simplicité, de la compacité, et d’un temps de réponse court. Le bras suiveur 22 est alors disposé de manière à ce qu’une portion dudit bras suiveur 22 traverse l’entrefer délimité par les deux branches de la fourche, afin de couper le faisceau optique, lorsque la boucle 13 présente sa taille nominale, ici sa taille maximale, et pour sortir de l’entrefer de la fourche optique lorsque la boucle 13 rétrécit en se resserrant sur elle-même.
[0076] L’axe de basculement du bras suiveur 22, de même que les axes centraux des rouleaux 24 formant le passage de fil 23 seront avantageusement normaux au plan de référence PO, et donc parallèles entre eux et parallèles à Taxe de boucle Z 13.
[0077] On notera que le passage de fil 23 matérialisé par les rouleaux 24 portés par le bras suiveur 22 forme ainsi un point mobile que la boucle 13 va, lorsqu’elle modifie sa taille, déplacer par rapport au point fixe que forme l’organe de retenue 15. [0078] De préférence, le passage de fil 23 du bras suiveur 22 coopérera avec le fil 3 de la boucle 13 sensiblement vers le sommet 17 de la boucle, dans un secteur du périmètre de la boucle 13 qui est situé sensiblement à l’opposé diamétralement du secteur de chevauchement 14, et donc sensiblement à l’opposé diamétralement de l’organe de retenue 15. Ceci permettra notamment une bonne sensibilité de la détection, puisque le tronçon de boucle 13 qui est situé dans le secteur du sommet 17 est celui qui effectue le déplacement radial le plus ample lorsque la boucle 13 se resserre, et respectivement lorsque la boucle 13 s’étend.
[0079] De préférence, le réceptacle de guidage 11 comprend un premier flasque 30 et un second flasque 31, de préférence plans, qui bordent latéralement l’espace de débattement 12 afin de contenir la boucle 13 sensiblement à plat entre lesdits premier flasque 30 et second flasque 31.
[0080] Lesdits premier flasque 30 et second flasque 31 sont de préférence parallèles entre eux et parallèles au plan de référence PO, et donc normaux à l’axe de boucle Z 13.
[0081] De préférence, tel que cela est visible sur la figure 3, le premier flasque 30 forme une porte qui est montée sur une charnière 32 de sorte à pouvoir adopter alternativement une position ouverte, qui donne accès à l’espace de débattement 12 situé à l’intérieur du réceptacle de guidage 11 et au fil 3 ainsi qu’à la boucle 13, notamment pour permettre à un opérateur de mettre en place le fil 3, au sein de l’espace de débattement 12, en récupérant le fil 3 qui émerge par le guide d’entrée 5 et en faisant décrire au fil 3 une boucle 13 avant d’engager le fil 3 dans le guide de sortie 7, et une position fermée dans laquelle la surface plane, de préférence pleine, de ladite porte assure le guidage latéral de la boucle 13, en empêchant le fil 3 de s’éloigner axialement au-delà de la limite formée par ladite porte.
[0082] De préférence, tel que cela est visible sur les figures 2, 3 et 4, le second flasque 31 est quant à lui pourvu d’une fente 33 en arc de cercle qui permet aux rouleaux 24 formant le passage de fil 23 du bras suiveur 22 de pénétrer à l’intérieur de l’espace de débattement 12 délimité axialement par les premier et second flasques 30, 31, tandis que ledit bras suiveur 22 se situe et exécute ses mouvements basculants à l’extérieur dudit espace de débattement 12, au dos du second flasque 31, de sorte que ledit bras suiveur 22 ne risque pas d’interférer avec les mouvements radiaux de resserrement puis d’expansion de la boucle 13. [0083] Le premier flasque 30 peut lui aussi être pourvu d’une fente 33’ analogue, qui permet aux rouleaux 24 formant le passage de fil 23 de traverser ledit premier flasque 30 et de ressortir à l’extérieur de l’espace de débattement 12, de sorte que le fil 3 est captif du passage de fil 3 ainsi fermé, entre les deux rouleaux 24 d’une part, et entre le premier flasque 30 et le second flasque 31 d’autre part.
[0084] Par ailleurs, le premier flasque 30 et/ou le second flasque 31 sera de préférence réalisé dans un matériau transparent, de sorte à permettre à un opérateur de surveiller le comportement du fil 3, et de la boucle 13, à l’intérieur du réceptacle de guidage 11, au sein de l’espace de débattement 12.
[0085] De préférence, la distance d’écartement W12 entre le premier flasque 30 et le second flasque 31, considérée ici bien sûr en configuration de travail, c’est-à-dire lorsque la porte formant le premier flasque 30 se trouve en position fermée, laquelle distance d’écartement W12 correspond ici à la largeur axiale W12 de l’espace de débattement 12, est comprise entre 2,1 fois et 6 fois le diamètre D3 de la section du fil.
[0086] De préférence, de façon absolue ou bien en complément des proportions indiquées ci-dessus, la distance d’écartement W12 entre le premier flasque 30 et le second flasque 31 est comprise entre 6 mm et 20 mm, notamment lorsque le diamètre D3 de la section du fil 3 est compris entre 1,5 mm et 4 mm, de préférence entre 2 mm et 3 mm, comme indiqué plus haut.
[0087] Avantageusement, ceci permet de maintenir la boucle 13 sensiblement à plat, tout en laissant subsister un jeu axial qui est suffisant pour permettre à deux brins de fil 3, ici le brin entrant qui entre par le guide d’entrée 5 et arrive à la boucle 13 et le brin sortant qui quitte la boucle 13 pour rejoindre le guide de sortie 7, de se croiser en se superposant axialement, dans le secteur de chevauchement 14, et de glisser l’un par rapport à l’autre au gré de l’avance longitudinale du fil 3, consommé par l’appareil 2, et des variations de taille de la boucle 13, sans friction excessive, ni échauffement excessif, ni abrasion.
[0088] De préférence, le réceptacle de guidage 11 comprend une piste de guidage 34, de préférence de forme cylindrique de base circulaire, qui délimite l’espace de débattement 12 afin de contenir l’expansion radiale centrifuge de la boucle 13 dans la limite d’un diamètre maximal D34 autorisé, tel que défini par ladite piste de guidage 34. [0089] En pratique, le diamètre maximal, radial ement externe, de la boucle 13 pourra ainsi être égal au diamètre D34 de la piste de guidage 34.
[0090] L’axe central Z34 de la piste de guidage 34 est de préférence confondu, par convention, avec l’axe principal Z, et donc normal au plan de référence PO, et par conséquent parallèle à l’axe de boucle Z 13 et normal aux premier et second flasques 30, 31.
[0091] De même, les génératrices de ladite piste de guidage 34 seront donc parallèles à l’axe de boucle Z13 et normales aux premier et second flasques 30, 31.
[0092] Une telle piste de guidage 34 circulaire, outre qu’elle protège la boucle 13 des perturbations extérieures et permet de limiter la taille de ladite boucle 13 en de conserver ladite boucle 13 de façon maîtrisée dans un espace prédéfini, offre avantageusement un guidage incurvé qui favorise la prise de courbure par le fil 3 qui entre dans l’espace de débattement 12 par le guide d’entrée 5, et donc le maintien dudit fil 3 sous forme d’une boucle 13.
[0093] De préférence, le diamètre D34 de la piste de guidage 34 est compris entre 200 mm et 600 mm, de préférence entre 250 mm et 400 mm, par exemple égal à 300 mm.
[0094] De telles dimensions permettent notamment de constituer une réserve de fil 3 suffisante au sein de la boucle 13 pour couvrir des appels soudains d’une longueur de fil 3 comprise entre 300 mm et 900 mm, par exemple entre 350 mm et 500 mm.
[0095] En première approximation, on pourra considérer que la réserve de fil 3 mobilisable pour un appel soudain représente environ la moitié du périmètre de la boucle 13 maximale.
[0096] A titre d’exemple indicatif, on pourra avoir une boucle 13 qui présente un diamètre maximal de 270 mm, correspondant à une réserve pleine, et qui peut sans dommage rétrécir pour atteindre un diamètre minimal de 120 mm, correspondant à une réserve épuisée, de sorte que la longueur de fil libérée sera de 471 mm = Pi x (270 mm - 120 mm).
[0097] Selon un agencement préféré particulièrement simple, la piste de guidage 34 forme une entretoise qui relie le premier flasque 30 au second flasque 31, et qui maintient entre lesdits premier flasque 30 et second flasque 31, parallèles entre eux, une distance d’écartement W12 qui est égale à la largeur W34 de ladite piste de guidage 34. [0098] La largeur W34 de la piste de guidage 34 sera ainsi adaptée, comme expliqué plus haut, pour offrir suffisamment d’espace axialement, transversalement à la direction d’avance longitudinale du fil 3, pour permettre au fil 3 de cheminer et de se superposer axialement sur lui-même dans le secteur de chevauchement 14, en se répartissant le long de l’axe de boucle Z13, sans risque d’échauffement, de blocage ou d’abrasion.
[0099] De préférence, la piste de guidage 34 pourra former la portion évidée interne d’un bâti 35, de préférence métallique, qui sert de support à différents organes du compensateur, parmi lesquels : le système d’entraînement 6, et plus particulièrement le moteur 8, le galet moteur 9 et le contre-galet 10, le premier flasque 30 qui s’articule ici sur ledit bâti 35 au moyen de la charnière 32, le second flasque 31, ici fixé en position invariante sur le bâti 35, par exemple au moyen de vis, et le bras suiveur 22 basculant qui s’articule en pivot sur ledit bâti 35.
[00100] On notera que la piste de guidage 34 comprend de préférence une encoche 36 qui permet à l’un des rouleaux 24 du passage de fil 23 du bras suiveur 22 de s’escamoter radialement au-delà de la surface de la piste de guidage 34 de sorte que le fil 3 passe naturellement à travers le passage de fil 23, entre les deux rouleaux 24, lorsque ledit fil chemine au contact de la piste de guidage 34, et donc ici forme la boucle 13 de plus grande taille qui correspond à la réserve nominale, et maximale, de fil 3.
[00101] Le guide d’entrée 5 et le guide de sortie 7 sont de préférence formés par des rainures creusées depuis une face du bâti 35 qui est ensuite recouverte par l’un des premier et second flasques 30, 31 de sorte que les guides 5, 7 présentent chacun une section fermée autour du fil 3.
[00102] En projection dans le plan de référence PO normal à l’axe central Z34 de la piste de guidage 34, le guide d’entrée 5 débouche sur ladite piste de guidage 34 en un premier point M5, situé à un premier azimut autour de l’axe central Z34 de la piste de guidage 34, tandis que le guide de sortie 7 quitte définitivement la piste de guidage 34 en un second point M7, situé à un second azimut distinct du premier azimut. De préférence, la surface de réception 15 A, et plus préférentiellement la totalité de l’organe de retenue 15, est comprise dans le segment circulaire défini par la piste de guidage 34 entre ce premier point M5 et ce second point M7, c’est-à-dire dans le domaine qui correspond à la portion de disque qui est délimitée d’une part par la corde d’arc qui correspond au segment de droite qui relie le premier point M5 au second point M7 et d’autre part par l’arc de cercle qui correspond à la portion de la piste de guidage 34 qui s’étend depuis le premier point M5 jusqu’au second point M7.
[00103] Ainsi, non seulement l’organe de retenue 15 laissera subsister un grand espace libre pour permettre au sommet 17 de la boucle 13 de se déplacer radial ement et donc pour permettre à la boucle 13 de se resserrer sur elle-même, mais en outre ledit organe de retenue 15 permettra de maintenir en permanence le secteur de chevauchement 14 dans une position dans laquelle le fil 3 parvient à la boucle 13 depuis le guide d’entrée 15 puis ressort de ladite boucle 13 pour gagner le guide de sortie 7 en étant quasiment tangent à la boucle 13, ce qui favorise le mouvement d’avance longitudinal fluide du fil 3, sans formation d’angles qui pourraient freiner ou endommager le fil 3.
[00104] De préférence, l’organe de retenue 15 sera situé dans un secteur angulaire S15, considéré en azimut autour de l’axe central Z34 de la piste de guidage 34, qui est situé entre le premier point M5 et le second point M7, et plus préférentiellement sensiblement à égale distance du premier point M5 et du second point M7, par exemple centré sur la bissectrice de l’angle formé, dans le plan de référence PO, par les demi-droites issues perpendiculairement de l’axe central Z34 et passant respectivement par le premier point M5 et le second point M7.
[00105] Plus globalement, considérant que le guide d’entrée 5 débouche sur la piste de guidage 34 par une embouchure d’entrée 5A et le guide de sortie 7 s’ouvre sur la piste de guidage 34 par une embouchure de sortie 7A, alors l’organe de retenue 15 est de préférence contenu dans un secteur angulaire S 15, considéré en azimut autour de l’axe central Z34 de la piste de guidage 34, qui est compris entre l’embouchure d’entrée 5A, en amont, et l’embouchure de sortie 7 A, en aval.
[00106] Préférentiellement, l’organe de retenue 15 sera contenu à l’intérieur d’un secteur angulaire S15, considéré autour de l’axe central Z34 de la piste de guidage 34, dans le plan de référence PO, ici plus particulièrement le secteur angulaire S 15 susmentionné compris entre l’embouchure d’entrée 5A et l’embouchure de sortie 7A, qui s’étend sur moins de 30 degrés, préférentiellement sur moins de 20 degrés, plus préférentiellement sur moins de 10 degrés, par exemple sur 5 degrés. [00107] Le faible encombrement angulaire de l’organe de retenue 15 optimisera, ici encore, la capacité de la boucle 13 à se resserrer pour libérer une réserve de fil 3.
[00108] De préférence, l’organe de retenue 15, et plus particulièrement sa surface de réception 15 A, sera contenu radialement à l’intérieur d’une couronne fictive qui est centrée sur l’axe central Z34 de la piste de guidage 34 et dont :
- le rayon interne représente entre 60 % et 85 % du rayon de la piste de guidage 34, de sorte que l’on conserve un large espace central totalement dégagé pour permettre le resserrement de la boucle 13,
- et le rayon externe, strictement supérieur au rayon interne, représente entre 70 % et 97 % du rayon de la piste de guidage 34, de telle sorte que l’organe de retenue 15 sera suffisamment éloigné de la piste de guidage 34 pour permettre au fil 3 de cheminer librement entre la surface de réception 15A et la piste de guidage 34, sans que le mouvement longitudinal du fil 3 soit gêné, tout en étant suffisamment proche de la piste de guidage 34 pour agir rapidement sur la boucle 13 afin de limiter le déplacement d’ensemble de la boucle 13 en cas de traction d’appel T out soudaine et intense, et notamment pour garantir qu’à tout moment le secteur de chevauchement 14 reste correctement positionné vis-à-vis des guides d’entrée 5 et de sortie 7 pour que le mouvement d’avance longitudinal du fil 3 reste fluide.
[00109] A titre indicatif, on pourra positionner l’organe de retenue 15 par rapport à la piste de guidage 34 de telle sorte que, considérée dans le plan de référence PO, la plus petite distance séparant l’organe de retenue 15, et plus particulièrement sa surface de réception 15 A, de la surface de la piste de guidage 34, et qui offre donc un passage au fil 3 et plus particulièrement au secteur de chevauchement 14, est égale ou supérieure à 4 fois le diamètre D3 de la section du fil 3.
[00110] De préférence, le guide d’entrée 5 débouche sur la piste de guidage 34 à un premier azimut qui est situé en amont de l’azimut auquel se trouve l’organe de retenue 15 dans le sens d’arrivée du fil 3, et selon une première direction L5, dite « direction d’entrée » L5, qui est tangente à ladite piste de guidage 34, tandis que le guide de sortie 7 quitte la piste de guidage 34 à un azimut qui se trouve en aval de l’azimut auquel se trouve l’organe de retenue 15, et selon une seconde direction L7, dite « direction de sortie » L7, qui est tangente à la piste de guidage 34. [00111] Ici encore, cet agencement, considéré dans le plan de référence PO, normal à l’axe central Z34 de la piste de guidage 34, favorise le mouvement d’avance longitudinal du fil 3, tant pour entrer dans la boucle 13 que pour sortir de la boucle 13, et permet au fil 3 de réaliser un tour complet sur lui -même, pour former la boucle 13, et de se croiser sur lui -même dans un secteur de chevauchement 14 qui se situe au voisinage de, et de préférence en appui contre, l’organe de retenue 15.
[00112] De préférence, le guide de sortie 7 quitte le réceptacle de guidage 11 selon une direction L7 dite « direction de sortie » L7 qui dévie de la direction L5 dite « direction d’entrée » L5, selon laquelle le guide d’entrée 5 débouche sur le réceptacle de guidage 11, d’un angle A_5_7 dit « angle de déviation » A_5_7 qui est compris entre zéro degré et 180 degrés, par exemple égal à 90 degrés.
[00113] L’angle de déviation A_5_7 pourra être choisi en fonction de l’implantation du compensateur 4 par rapport à la bobine 40 et à l’appareil 2. Un angle de déviation de zéro degré correspondra à un guide de sortie 7 placé dans l’alignement du guide d’entrée 5, de sorte que le fil 3 forme exactement un tour sur lui -même. Un angle de déviation de 180 degrés signifiera que le fil 3 ressort du compensateur 4 dans une direction parallèle mais de sens opposé à la direction selon laquelle il est entré, c’est-à-dire forme 1,5 tour sur lui-même et emprunte un guide de sortie 7 qui est diamétralement opposé au guide d’entrée 5. Un angle de déviation A_5_7 de 90 degrés indique que le fil réalise 1,25 tour et est renvoyé en sortie du compensateur 4 à angle droit par rapport à sa direction d’entrée, tel que cela est illustré sur les figures 1, 2, 3 et 5.
[00114] Ces valeurs, considérées dans le plan de référence PO, permettent avantageusement de créer et d’entretenir aisément une boucle 13 de fil qui couvre au moins un tour mais moins de deux tours, typiquement entre 1,1 tour et 1,5 tours, par exemple 1,25 tour comme indiqué plus haut.
[00115] Bien entendu, l’invention concerne également en tant que tel tout appareil 2 pourvu d’un dispositif d’alimentation 1 selon l’invention.
[00116] En particulier, l’invention concerne une imprimante tridimensionnelle qui est équipée d’un dispositif d’alimentation 1 selon l’invention pour assurer l’alimentation de ladite imprimante en un matériau thermoplastique se présentant sous forme d’un fil 3. [00117] Comme indiqué en préambule, ladite imprimante sera de préférence une imprimante de type « FDM » et comprendra une buse chauffante 50 permettant de faire fondre le fil 3 afin de déposer le matériau en couches successives sur un support, tel qu’un plateau. [00118] Ladite buse chauffante 50 pourra appartenir à une tête d’impression montée mobile par rapport au support, sous le contrôle d’un système de positionnement motorisé. De façon connue en soi, ladite tête d’impression embarquera de préférence un redresseur à poulies permettant de réduire voire supprimer la courbure du fil 3, suivi d’un entraîneur à rouleaux dentés qui tracte le fil 3 issu du compensateur 4 pour le forcer à passer à travers la buse chauffante 50, à la vitesse requise par le dépôt de matériau fondu.
[00119] Bien entendu, l’invention n’est nullement limitée aux seules variantes de réalisation décrites dans ce qui précède, l’homme du métier étant notamment à même d’isoler ou de combiner librement entre elles les caractéristiques susmentionnées ou de leur substituer des équivalents.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d’alimentation (1) destiné à acheminer vers un appareil (2), tel qu’une imprimante tridimensionnelle, un matériau qui se présente sous forme d’un fil (3), ledit dispositif d’alimentation étant caractérisé en ce qu’il est pourvu d’un compensateur (4) qui comporte :
- un guide d’entrée (5) qui permet au fil (3) de pénétrer dans le compensateur (4),
- un système d’entraînement (6) motorisé, qui est agencé pour propulser le fil (3) qui entre à travers le guide d’entrée (5) selon une vitesse longitudinale, dite « vitesse d’entrée » V_in, choisie,
- un guide de sortie (7) qui permet au fil de sortir du compensateur (4), à destination de l’appareil (2), sous l’effet d’un effort de traction longitudinale dit « traction d’appel » (T out) qui est généré à la demande de l’appareil (2) et qui confère au fil (3) qui sort par le guide de sortie (7) une vitesse longitudinale dite « vitesse de sortie » (V_out),
- un réceptacle de guidage (11) qui délimite un espace évidé dit « espace de débattement » (12) à l’intérieur duquel le fil (3) issu du guide d’entrée (5) forme une boucle (13) sur lui- même avant de ressortir par le guide de sortie (7), de telle manière que la boucle (13) constitue une réserve de fil (3) et est apte à ajuster spontanément sa taille, tout en restant contenue à l’intérieur de l’espace de débattement (12), alternativement en se resserrant sur elle-même sous l’effet de la traction d’appel (T out) afin de réduire son périmètre et ainsi libérer une partie de ladite réserve de fil à destination de l’appareil (2), lorsque la vitesse de sortie (V out) résultant de ladite traction d’appel (T out) excède la vitesse d’entrée (V in), et à l’inverse en s’élargissant afin d’accroître son périmètre et ainsi reconstituer au moins une partie de ladite réserve de fil (3) lorsque le système d’entraînement (6) génère une vitesse d’entrée (V in) qui excède la vitesse de sortie (V out) et crée donc au sein du fil (3) entrant qui précède la boucle (13) un effort de poussée longitudinal, dit « poussée d’approvisionnement » (P_in), qui force ledit fil (3) entrant à rejoindre la boucle (13) et à accroître le périmètre de la boucle (13),
- un organe de retenue (15) qui est placé à l’intérieur du périmètre de la boucle (13), de manière à pouvoir limiter l’ampleur d’un déplacement d’ensemble de la boucle (13) au sein de l’espace de débattement (12), lorsque la boucle (13) subit une traction d’appel (T out), tout en autorisant la boucle (13) à adapter librement sa taille, à l’intérieur de l’espace de débattement (12), en réponse aux écarts entre la vitesse de sortie (V out) et la vitesse d’entrée (V_in),
- un système de régulation (20) qui commande le système d’entraînement (6) et qui comporte au moins un organe de mesure (21) permettant d’évaluer la taille de la boucle (13) présente au sein de l’espace de débattement (12), de sorte que ledit système de régulation (20) puisse ajuster la vitesse d’entrée (V in) choisie en fonction de la taille de la boucle (13), caractérisé en ce que le réceptacle de guidage (11) comprend une piste de guidage (34) de forme cylindrique de base circulaire, qui délimite l’espace de débattement (12) afin de contenir l’expansion radiale centrifuge de la boucle (13) dans la limite d’un diamètre (D34) maximal autorisé, tel que défini par ladite piste de guidage (34).
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l’organe de retenue (15) présente, en vis-à-vis de la face interne de la boucle (13), une surface de réception (15A) incurvée contre laquelle le fil (3) de la boucle (13) vient en appui sous l’effet de la traction d’appel (T out), au moins lorsque la vitesse de sortie (V out) résultant de ladite traction d’appel (T out) excède la vitesse d’entrée (V in), et en ce que la courbure de ladite surface de réception (15 A) est de même signe que la courbure du fil (3) qui vient en appui contre ladite surface de réception (15 A), mais présente un rayon de courbure qui est strictement inférieur au rayon de courbure du fil (3) qui vient en appui contre ladite surface de réception (15A).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l’organe de retenue (15) est formé par un pion cylindrique ou un rouleau, d’un diamètre compris entre 10 mm et 15 mm.
4. Dispositif selon Tune des revendications précédentes caractérisé en ce que l’organe de mesure (21) du système de régulation (20) comprend un bras suiveur (22) basculant qui est pourvu d’un passage de fil (23), par exemple formé par une paire de rouleaux (24), à travers lequel passe une portion de la boucle (13), de sorte qu’une variation de la taille de la boucle (13) entraîne un déplacement du bras suiveur (22) basculant, lequel déplacement est mesuré par un capteur (25), tel qu’une fourche optique.
5. Dispositif selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le réceptacle de guidage (11) comprend un premier flasque (30) et un second flasque (31), de préférence plans, qui bordent latéralement l’espace de débattement (12) afin de contenir la boucle (13) sensiblement à plat entre lesdits premier flasque (30) et second flasques (31).
6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la distance d’écartement (W12) entre le premier flasque (30) et le second flasque (31) est comprise entre 2,1 fois et 6 fois le diamètre (D3) de la section du fil (3), et/ou entre 6 mm et 20 mm.
7. Dispositif selon l’une des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que la piste de guidage (34) forme une entretoise qui relie le premier flasque (30) au second flasque (31), et qui maintient entre lesdits premier flasque (30) et second flasque (31) une distance d’écartement (W12) égale à la largeur (W34) de ladite piste de guidage (34).
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe de retenue (15) présente, en vis-à-vis de la face interne de la boucle (13), une surface de réception (15A) incurvée contre laquelle le fil (3) de la boucle (13) vient en appui sous l’effet de la traction d’appel (T out), au moins lorsque la vitesse de sortie (V out) résultant de ladite traction d’appel (T out) excède la vitesse d’entrée (V in), et un secteur de chevauchement (14), dans lequel un tronçon de fil (3) entrant court le long d’un tronçon de fil (3) sortant pour fermer la boucle (13), est entre la surface de réception (15A) de l’organe de retenue (15) et la piste de guidage (34).
9. Dispositif selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans lequel le guide d’entrée (5) débouche sur la piste de guidage (34) à un premier azimut autour de Taxe central (Z34) de la piste de guidage (34) qui est situé en amont de l’azimut auquel se trouve l’organe de retenue (15) dans le sens d’arrivée du fil (3), et le guide de sortie (7) quitte la piste de guidage (34) à un azimut qui se trouve en aval de l’azimut auquel se trouve l’organe de retenue (15).
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le guide d’entrée (5) débouche sur la piste de guidage (34) selon une première direction (L5), dite « direction d’entrée » (L5), qui est tangente à ladite piste de guidage (34), et en ce que le guide de sortie (7) quitte la piste de guidage (34) selon une seconde direction (L7), dite « direction de sortie » (L7), qui est tangente à la piste de guidage (34).
11. Dispositif selon l’une des revendications 9 à 10, caractérisé en ce que le guide d’entrée (5) débouche sur la piste de guidage (34) par une embouchure d’entrée (5A) et le guide de sortie (7) s’ouvre sur la piste de guidage (34) par une embouchure de sortie (7 A), en ce que l’organe de retenue (15) est contenu dans un secteur angulaire (S 15), considéré en azimut autour de l’axe central (Z34) de la piste de guidage (34), qui est compris entre l’embouchure d’entrée (5 A) et l’embouchure de sortie (7 A), en ce que ledit secteur angulaire (S 15) s’étend sur moins de 30 degrés, préférentiellement sur moins de 20 degrés, plus préférentiellement sur moins de 10 degrés, par exemple sur 5 degrés, et en ce que l’organe de retenue (15) est contenu radial ement à l’intérieur d’une couronne fictive qui est centrée sur l’axe central (Z 34) de la piste de guidage (34) et dont :
- le rayon interne représente entre 60 % et 85 % du rayon de la piste de guidage (34),
- et le rayon externe, strictement supérieur au rayon interne, représente entre 70 % et 97 % du rayon de la piste de guidage (34).
12. Dispositif selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le guide de sortie (7) quitte le réceptacle de guidage (11) selon une direction (L7) dite « direction de sortie » (L7) qui dévie de la direction (L5) dite « direction d’entrée » (L5), selon laquelle le guide d’entrée (5) débouche sur le réceptacle de guidage (11), d’un angle dit « angle de déviation » (A_5_7) qui est compris entre zéro degrés et 180 degrés, par exemple égal à 90 degrés.
13. Dispositif selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le dispositif est destiné à acheminer vers l’appareil (2) un fil (3) dont le matériau constitutif est un polymère possédant une dureté supérieure ou égale à 60 Shore A.
14. Dispositif selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend une bobine (40) qui est située en amont du système d’entraînement (6) motorisé et montée en libre rotation, et sur laquelle est stocké le fil (3) destiné à pénétrer dans le compensateur (4).
15. Imprimante tridimensionnelle équipée d’un dispositif d’alimentation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes pour assurer l’alimentation de ladite imprimante en un matériau thermoplastique se présentant sous forme d’un fil (3).
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