FR3141870A1 - Mécanisme pour le déplacement d’un outil d’impression tridimensionnelle par dépôt de fil d’une machine de fabrication additive - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un mécanisme (1) pour le déplacement dans l’espace d’un outil d’impression tridimensionnelle (20) par dépôt de filament d’une machine de fabrication additive de type imprimante tridimensionnelle, ledit mécanisme (1) comportant au moins un plateau de support (12) mobile en translation selon un premier axe vertical et un charriot (50) de support d’outil d’impression tridimensionnelle (20) mobile en translation selon deux axes perpendiculaires entre eux et audit premier axe, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un dispositif (100), porté par le charriot mobile (50), présentant un premier moyen (200) pour faire pivoter l’outil d’impression tridimensionnelle (20) selon un premier axe (C) de rotation et un second moyen (300) pour faire pivoter l’outil d’impression selon un second axe (A) de rotation, lesdits premier et second axes de rotation (C, A) étant perpendiculaires entre eux et les rotations selon ces derniers étant indépendantes.. Figure pour l’abrégé : Fig. 13
Description
La présente invention concerne le domaine des machines d’impression tridimensionnelle et plus spécifiquement un mécanisme pour le déplacement dans l’espace d’un outil d’impression tridimensionnelle par dépôt de filament d’une machine de fabrication additive.
Dans le domaine des machines de fabrication additives de pièces par transformation de la matière, telles que les imprimantes tridimensionnelles, appelée également imprimantes 3D (Fused Deposit Material / Fused Filament Fabrication printer), il existe différentes façons de déplacer l’outil d’impression (tête de fusion) par rapport au support mobile sur lequel est fabriqué l’objet par superposition de couches successives.
La plus couramment utilisée fait appel à un déplacement rectiligne du plateau (lit) selon un axe vertical Z (en général de haut en bas afin de réaliser un empilement de couches successives superposées de matière plastique fondue/durcie), tandis que la tête d’impression reliée à une bobine de filament solide est typiquement déplacée le long de deux rails perpendiculaires sur un charriot mobile dans un plan XY parallèle audit support. Ainsi, le cumul/mélange de ces trois axes de déplacement X, Y et Z permet une fabrication additive (ou impression tridimensionnelle) dite « trois axes » aboutissant à la réalisation de pièces volumiques de quelques dixièmes de millimètres à plusieurs dizaines de centimètres (selon chacun des axes susmentionnés) que d’autres techniques de fabrication connues (injection moulage, tournage/fraisage, emboutissage, thermoformage, extrusion/filage, électroérosion, etc.) ne peuvent pas réaliser du tout ou présentent des difficultés technologiques à réaliser.
La technologie de la fabrication additive par superposition de couches reste cependant encore limitée dans les formes qu’il est possible d’obtenir, notamment lorsqu’il s’agit de faire tenir la matière fondue « dans le vide ». En effet, du fait du principe même de l’impression tridimensionnelle par couches successives superposées (sous-entendu, verticalement) et de l’effet de la gravité, toute matière fondue nouvellement déposée par la tête d’impression chauffée doit nécessairement reposer sur une matière préexistante déjà durcie et/ou sur le plateau mobile. La matière qui à sa température de transition vitreuse de la tête d’impression est donc molle/fluide et elle doit donc reposer sur de l’existant puis durcir. Il existe donc de très nombreuses situations dans lesquelles il n’est pas possible de faire reposer la matière fondue sur un support existant car ce dernier n’existe tout simplement pas, ou bien la vitesse de durcissement de la matière fondue qui sort de la tête d’impression n’est pas compatible avec la gravité (elle n’aurait pas le temps de durcir assez vite de sorte qu’elle flue (elle « coule ») nécessairement d’elle-même vers le sol par gravité car il est impossible ou extrêmement compliqué de la diriger).
Par ailleurs, il existe, notamment dans le domaine du fraisage par commande numérique, c’est-à-dire la fabrication dite soustractive, des bras robotisés cinq ou six axes à porte-outil de fraisage dont l’outil peut suivre des trajectoires programmées très variées pour réaliser des pièces complexes. Cependant, d’une part de nombreuses pièces ne peuvent pas être réalisées car ces robots se heurtent aux contraintes de la fabrication soustractive et d’autre part ces robots (et outils) ne sont pas du tout compatibles avec l’utilisation d’une enceinte chauffée puisque cette architecture requiert beaucoup d’espace pour assurer tous les mouvements. Ces bras robotisés doivent également être ancrés au sol pour garantir une stabilité de l’outil et une bonne précision de l’usinage. Ces deux éléments ne rendent pas cette technologie très viable pour une machine avec une enceinte dans laquelle règne une température de 150°C ou plus. Ce type de structure est par ailleurs peu adapté à l'usinage puisque la chaine cinématique est très longue et les bras de levier importants, ce qui met en péril la rigidité de l'ensemble par rapport à une machine-outil classique.
Ainsi, il n’a pour le moment jamais été résolu le problème de l’amélioration de l’impression tridimensionnelle pour réaliser des pièces jusqu’alors infaisables par les techniques actuelles.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients avec une approche totalement novatrice, compacte, efficace, précise et rapide.
A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention se rapporte à un mécanisme pour le déplacement dans l’espace d’un outil d’impression par dépôt de filament d’une machine de fabrication additive de type imprimante tridimensionnelle, ledit mécanisme comportant au moins un plateau mobile, par exemple en translation selon un premier axe vertical, et un charriot de support d’outil d’impression mobile en translation selon deux axes perpendiculaires entre eux et audit premier axe, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un dispositif, porté par le charriot mobile, présentant un premier moyen pour faire pivoter l’outil d’impression selon un premier axe de rotation et un second moyen pour faire pivoter l’outil d’impression selon un second axe de rotation, lesdits premier et second axes de rotation étant perpendiculaires entre eux et les rotations selon ces derniers étant indépendantes.
Cette solution permet ainsi de mouvoir la tête d’impression dans de multiples positions par rapport au plateau afin de s’adapter à certaines contraintes de fabrication, notamment pour réaliser pièces ou des portions de pièce jusqu’alors impossibles ou extrêmement difficiles à fabriquer, avec une structure et une cinématique compacte, rapide, précise et efficace.
L’invention est mise en œuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposées ci-après, lesquelles sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante.
Avantageusement, le premier axe de rotation du premier moyen de pivotement de l’outil d’impression tridimensionnelle est parallèle à l’axe de translation du plateau.
De préférence, le second axe de rotation du second moyen de pivotement de l’outil d’impression tridimensionnelle est parallèle au plan défini par les axes de translation du charriot de support de l’outil d’impression.
Ces deux caractéristiques permettent des mouvements très variés et fluides de l’outil d’impression afin que ce dernier puisse accéder à des positions / zones de la pièce à fabriquer/en cours de fabrication jamais atteintes jusqu’alors par les solutions de l’art antérieur, tout en permettant une programmation rapide des trajectoires.
Selon un mode de réalisation préférée de la présente invention, chaque moyen de pivotement comporte un arbre d’entrainement, lesdits arbres de transmission étant coaxiaux.
Cette solution est particulièrement compact et tout à fait adaptée aux contraintes d’espace et de précision que requière l’impression tridimensionnelle.
Selon une caractéristique complémentaire, l’arbre d’entrainement du second moyen de pivotement est entouré par l’arbre d’entrainement du premier moyen de pivotement.
De même, chaque moyen de pivotement comporte au moins un moteur d’entrainement monté sur une platine commune, chaque moteur comportant un arbre de sortie fixé à une vis sans fin en prise avec une roue dentée entrainant respectivement les arbres d’entrainement.
Cette solution permet des mouvements fluides, rapides et précis de l’outil d’impression, un excellent contrôle des éventuelles vibrations parasites et une bonne compacité des différentes pièces en mouvement.
Selon un mode de réalisation particulier de la présente invention, un couple clavette / rainure relie la première roue dentée au premier arbre d’entrainement.
Cette solution simple est compacte permet une transmission efficace et directe des mouvements.
Pour les mêmes raisons, un couple clavette / bec de transmission relie la seconde roue dentée au second arbre d’entrainement.
Selon un aspect particulièrement intéressant de la présente invention, chaque vis sans fin est portée par un coule de butées à billes, un couple de paliers et un couple de roulements à billes.
Cette solution assure une grande stabilité de mouvement (pas de vibrations parasites) et donc une excellente transmission des mouvements du moteur jusqu’à l’outil d’impression.
De manière complémentaire, chaque couple paliers est porté par une barbotine de support fixé sur la platine commune.
Selon une caractéristique avantageuse, le second arbre de transmission est en prise avec un système d’engrenages coniques fixé à un arbre de pivotement d’un dispositif pneumatique de couplage de l’outil d’impression tridimensionnelle monté sur des butées à aiguilles et des roulements à billes.
Cette solution assure là encore une excellente compacité de la cinématique avec une grande précision et fluidité de mouvement.
De manière avantageuse, le dispositif comporte en outre une entretoise cylindrique disposée entre le premier arbre d’entrainement et un fourreau externe.
Selon une caractéristique complémentaire, des roulements à billes supérieur et inférieur sont disposés au-dessus et en-dessous de l’entretoise cylindrique, chacun de ces roulements étant mécaniquement coincé entre le fourreau externe et le premier arbre d’entrainement.
De même, le dispositif comporte un roulement à billes supérieur et un roulement à billes inférieur disposés respectivement au-dessus et en-dessous du second arbre d’entrainement.
Préférentiellement, le premier arbre d’entrainement est fixé au support de jonction à l’aide de vis.
Enfin, la présente invention se à une machine de fabrication additive de type imprimante tridimensionnelle comportant enceinte pouvant être fermée pour la fabrication d’une pièce et ouverte pour la récupérer, et un mécanisme tel que décrit précédemment pour le déplacement à l’intérieur de l’enceinte d’un outil d’impression par dépôt de filament.
D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortent de la description qui suit faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
Les figures 1 à 4 représentent de manière schématisée une machine 10 d’impression tridimensionnelle, appelée également machine de fabrication additive (Fused Deposit Material ou Fused Filament Fabrication) munie d’un mécanisme mobile 1 de déplacement relatif d’un outil 20 d’impression tridimensionnelle par dépôt de fil (appelée également tête d’impression tridimensionnelle) conforme à la présente invention et présenté plus en détail sur les figures 5 et suivantes.
La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation.
On note, dès à présent, que les figures ne sont pas nécessairement à l’échelle, sans que cela nuise à leur compréhension ou à la portée de la protection revendiquée.
La machine 10 comporte ainsi typiquement une enceinte 11 (de préférence au moins en partie transparente) pouvant être fermée pour la fabrication d’une pièce et ouverte pour la récupérer, un plateau mobile de support 12 (également appelé « lit »), le plus souvent chauffé, destiné à recevoir la matière formant la pièce à fabriquer/en cours de fabrication et relié à cet effet à un premier dispositif de déplacement autonome, et une tête d’impression tridimensionnelle 20 par dépôt de fil montée sur un second dispositif de déplacement indépendant du premier dispositif de déplacement du plateau mobile de support 12.
Le premier dispositif de déplacement de plateau et le second dispositif de déplacement de tête d’impression tridimensionnelle forment ensemble le mécanisme 1 plus global dédié au déplacement relatif de la tête d’impression tridimensionnelle 20 par dépôt de fil et du plateau mobile de support 12.
La tête d’impression tridimensionnelle 20, qui ne fait quant à elle pas l’objet de la présente invention, est chauffée à haute température de manière à atteindre au moins la température de fusion du filament de matériau utilisé, souvent au-delà de 160-200 °C dans le cas des matériaux les plus courants que sont le PLA (acide polyactique) et l’ABS (Acrylonitrile butadiène styrène), afin que celui-ci puisse fondre et être déposé sur le plateau mobile de support 12 puis sur la matière précédemment déposée et solidifiée.
Pour rappel, lors de l’impression 3D, la matière fondue (matière plastique dans le cas présent), stockée en général sous forme d’une bobine de filament solide, traverse la tête d’impression tridimensionnelle 20 et sort de celle-ci via une buse d’extrémité chauffée 22, tandis que le plateau mobile de support 12 et/ou ladite tête d’extrusion 20 est/sont motorisé(s) et peut/peuvent ainsi se déplacer de manière synchronisée le long de rails au moins selon les trois directions X, Y et Z d’un repère orthonormé pour fabriquer la pièce progressivement par superposition verticale de couches.
A cet effet, le plateau mobile de support 12 est relié à un moteur (non, représenté) permettant son déplacement rectiligne de haut en bas et de bas en haut le long par exemple d’un premier rail vertical 60 sur une distance de quelques dizaines de centimètres. La tête d’impression tridimensionnelle 20 est quant à elle portée par un charriot 50 mobile, matérialisé dans le cas présent par une plaque, selon les axes X et Y de manière connue (par exemple à l’aide de deux moteur pas à pas indépendants et des entrainement par courroies) le long de rails 40 et 50 orthogonaux entre eux et perpendiculaires au rail vertical 60.
Les figures 1 et 2 illustrent le mécanisme 1 (et donc la tête d’impression tridimensionnelle 20 et le plateau mobile 12 de support) dans une première position tandis que la figures 3 illustrent ce même mécanisme 1 dans une deuxième position dans laquelle la tête d’impression tridimensionnelle 20 a pivoté selon des axes C (vertical) et A (horizontal) à l’aide d’une partie du mécanisme 1 de déplacement, comme cela sera décrit ultérieurement. La illustre une troisième position dans laquelle c’est le plateau mobile de support 12 qui a été déplacé verticalement vers le bas selon l’axe Z le long du rail l’axe 60 grâce à une autre partie du mécanisme 1.
En effet, conformément à l’invention, le charriot 50 de transport de la tête d’impression tridimensionnelle 20 supporte un dispositif 100, présentant un premier moyen 200 pour faire pivoter l’outil d’impression tridimensionnelle 20 selon un premier axe C de rotation et un second moyen 300 pour faire pivoter l’outil d’impression selon un second axe A de rotation, lesdits premier et second axes de rotation C et A étant perpendiculaires entre eux et les rotations selon ces axes étant indépendantes. Le premier axe C de rotation du premier moyen 200 de pivotement de l’outil d’impression tridimensionnelle 20 est parallèle à l’axe de translation Z du plateau mobile de support 12 (vertical quand la machine 10 est dans sa position d’utilisation) tandis que le second axe de rotation A est perpendiculaire au premier axe (et donc à la direction de déplacement du plateau mobile de support 12), c’est-à-dire qu’il s’étend dans un plan défini par les axes X et Y. Ainsi, selon la position en rotation de la tête d’impression tridimensionnelle 20 autour de l’axe C, l’axe A peut être parallèle à l’axe X ou à l’axe Y.
Comme indiqué, les premier et second axes de rotation C et A sont à la fois indépendants et liés l’un à l’autre par asservissement afin de pouvoir décrire les trajectoire d’outil programmées à l’avance pour que la buse 22 de la tête d’impression tridimensionnelle 20 soit toujours placée à l’endroit souhaité. Le mécanisme 1 de déplacement relatif de la tête d’impression tridimensionnelle 20 et du plateau mobile de support 12 forme donc un système de type cinq axes, avec donc cinq degrés de liberté selon trois directions orthogonales X, Y et Z d’une part et selon deux axes de rotation C et A perpendiculaires d’autre part, de manière à pouvoir fournir une multitude de positions et d’inclinaisons possibles à la buse 22 de la tête d’impression tridimensionnelle 20.
Comme cela est visible plus en détail sur les différentes figures 5 à 12, le premier moyen 200 de mise en rotation de la tête d’impression tridimensionnelle 20 selon l’axe (vertical) C, et plus spécifiquement d’un support de jonction pivotant 55, comporte un premier arbre périphérique d’entrainement 201, un premier moteur inférieur d’entrainement 202, par exemple de type brushless pas à pas, monté sur une platine commune 101 et pourvu d’un premier arbre de sortie 203 fixé par l’intermédiaire d’un accouplement mécanique à une première vis sans fin 204 en prise avec une première roue dentée 205 inférieure. Cette première roue dentée 205 inférieure est couplée mécaniquement au premier arbre d’entrainement 201 par l’intermédiaire d’une clavette 206 longitudinale et d’une rainure 207 ménagée dans un disque supérieur 201a dudit arbre d’entrainement 201 reposant sur une butée à aiguilles 201b. La première vis sans fin 204 est quant à elle portée par une double butée à billes 208, un double palier 209 et un double roulement à billes 210, comme cela est visible plus en détail sur la . Le premier palier 209 est lui-même supporté par une bride 211 (barbotine) fixée sur la platine 101 commune. L’axe de rotation de la première roue dentée 205, laquelle est montée sur un axe de rotation 105 à butée à billes d’un bride 107, est confondue avec l’axe de rotation du premier arbre 201 pivotant selon l’axe de rotation C. A l’extrémité opposée à la première roue dentée 205, le premier arbre d’entrainement 201 est fixé au support de jonction 55 à l’aide de vis 56. Le premier arbre d’entrainement 201 est entouré par une première entretoise tubulaire cylindrique 401 reposant sur des roulements à billes supérieur 402 et inférieur 403. Une entretoise annulaire 405 est également prévue au-dessus du roulement à billes supérieur 402 et au-dessous de la butée à aiguilles 201b.
De même, le second moyen 300 de mise en rotation de la tête d’impression tridimensionnelle 20 (plus précisément d’un arbre 410 appartenant à un dispositif 500 de couplage pneumatique de ladite tête d’impression 20) selon l’axe A comporte un second arbre interne d’entrainement 301, un second moteur supérieur d’entrainement 302, par exemple de type brushless pas à pas, monté sur la platine commune 101 et pourvu d’un second arbre de sortie 303 fixé par l’intermédiaire d’un accouplement mécanique à une seconde vis sans fin 304 en prise avec une seconde roue dentée 305 inférieure. Cette seconde roue dentée 305 inférieure est couplée mécaniquement au second arbre d’entrainement 301 par l’intermédiaire d’une clavette 306 longitudinale et d’un bec de transmission 307 dont une portion tubulaire supérieure traverse la première roue dentée 205. La seconde vis sans fin 304 est quant à elle portée par une double butée à billes 308, un double palier 309 et un double roulement à billes 310, comme cela est visible plus en détail sur la . Le second palier 309 est lui-même supporté par une bride 311 (barbotine) fixée sur la platine 101 commune. L’axe de rotation de la première roue dentée 205, dont le bec de transmission est également montée sur l’axe de rotation 105 à butée à billes de la bride 107, est confondue avec l’axe de rotation des premier et second arbres d’entrainement 201 et 301 pivotant selon de l’axe de rotation C. A l’extrémité opposée à la seconde roue dentée 305, le second arbre d’entrainement interne 201 entraine en rotation un système d’engrenages comprenant un premier engrenage conique 320 solidaire du second arbre d’entrainement 301 et dont les dents sont en prise avec les dents d’un second engrenage conique 321 monté perpendiculairement au premier engrenage conique 320. Ce second engrenage conique 321 est solidaire de l’arbre de pivotement 410 du dispositif 500 de couplage pneumatique portant la tête d’impression tridimensionnelle 20. L’arbre de pivotement 410 mobile en rotation selon l’axe A repose par ailleurs sur un couple de butées à aiguilles 511 et de roulements à billes 512 coaxiaux. L’ensemble constitué par les engrenages coniques 320 et 321, les butées à aiguilles 511, les roulements à billes 512 et l’arbre de pivotement 410 est porté par le support de jonction 55. Le second arbre d’entrainement 301 est également entouré d’un couple de roulements à billes supérieur 312 et inférieur 313 permettant sa rotation selon l’axe C. Ces roulements à billes supérieur 312 et inférieur 313 sont mécaniquement coincés entre le premier arbre d’entrainement 201 et le second arbre d’entrainement 301.
Enfin, l’assemblage 1 comporte un fourreau externe 401 destiné principalement à protéger l’ensemble des pièces en mouvement, et en particulier les arbres d’entrainement 201 et 301 et les roulements à billes 312, 313, 402 et 403. Les roulements à billes supérieur 402 et inférieur 403 sont d’ailleurs mécaniquement coincés entre le fourreau externe 401 et le premier arbre d’entrainement 201.
Ainsi, les deux moteurs 202 et 302 sont totalement indépendants l’un de l’autre, le premier moteur 202 agissant sur l’arbre d’entrainement externe 201 pour faire tourner le support de jonction 55 selon l’axe vertical C tandis que le second moteur 302 agit sur l’arbre d’entrainement interne 301, lequel tourne également selon l’axe C afin de mettre en mouvement les engrenages coniques 320 et 321 de manière à faire pivoter l’arbre de pivotement 410 selon l’axe A.
La tête d’impression tridimensionnelle 20 peut ainsi effectuer un tour complet sur elle-même selon le premier axe de rotation C, tout comme selon le second axe de rotation A, même si cela a peu d’utilité de placer la buse 22 de la tête d’impression tridimensionnelle 20 au-delà d’une position horizontale, c’est-à-dire avec la buse 22 potentiellement inclinée vers le haut. Dans la pratique, on pourra par exemple limiter volontairement la rotation de la tête d’impression tridimensionnelle 20 selon le second axe de rotation A à une plage d’environ 100°dans un sens de rotation ou dans l’autre.
La cinématique ainsi obtenue est facile à programmer (calcul/recalcul des trajectoires les plus courtes/efficaces par l’utilisation d’un logiciel de simulation de type connu, adapté spécifiquement à la machine si besoin), très polyvalente, extrêmement compacte.
L’utilisation de peu de pièces en mouvement, de moteurs brushless pas à pas, d’une cinématique d’entrainement directe et courte (vis sans fin, roues dentées, arbres d’entrainement, engrenages) et de paliers/butées à aiguilles/roulements à billes permet une grande rapidité d’exécution, une précision élevée, une fiabilité importante, peu d’usure.
Le mécanisme 1 ainsi constitué, en particulier la partie rotation, est extrêmement compact, léger, notamment par l’utilisation de moteurs déportés supportés directement par le charriot 50 (les moteurs sont ainsi éloignés de la tête d’impression tridimensionnelle 20, ce qui limite d’une part la chaleur à laquelle ils sont soumis et réduit d’autre part la quantité de masse éloignée du charriot 50, ce qui permet de minimiser le moment d’inertie et donc les conséquences néfastes sur la précision et la rapidité d’utilisation), d’une structure d’arbres d’entrainement coaxiaux occupant un faible volume, de paliers hauts/bas très éloignés (pour une meilleure stabilité et une réduction des vibrations) et d’engrenages en bout de chaine cinématique (qui permettent un jeu extrêmement réduit et une grande rigidité de la chaine cinématique du charriot 50 jusqu’à la buse 22 de la tête d’impression tridimensionnelle 20).
Ce mécanisme 1 répond également à un cahier des charges à la fois assez large et assez strict pour se conformer aux contraintes/exigences suivantes :
- Résistance à une température supérieure à 150°C en continu,
- Géométrie permettant le couplage/découplage d’outils en bout de mécanisme,
- Connaissance de la position des axes à tout moment de l’utilisation,
- Précision de positionnement du mécanisme,
- Outil maintenu de façon rigide, déplacement angulaire sous l’effet des câbles de l’outil inférieur à 0.01°pour les axe A et C,
- Amplitude des mouvements de -100°à +100°sur l’axe A,
- Amplitude des mouvements de -180°à +180°sur l’axe C,
- Masse du système (charriot + axes + coupleur machine) inférieure à 15kg pour respecter les charges sur les moteurs en X et Y,
- Dimensions adéquate par rapport au reste de la machine,
- Fabrication possible de pièces de 500 mm x 500 mm x 500 mm (en fonction du volume du châssis 11 et de la taille du plateau mobile de support 12).
- Résistance à une température supérieure à 150°C en continu,
- Géométrie permettant le couplage/découplage d’outils en bout de mécanisme,
- Connaissance de la position des axes à tout moment de l’utilisation,
- Précision de positionnement du mécanisme,
- Outil maintenu de façon rigide, déplacement angulaire sous l’effet des câbles de l’outil inférieur à 0.01°pour les axe A et C,
- Amplitude des mouvements de -100°à +100°sur l’axe A,
- Amplitude des mouvements de -180°à +180°sur l’axe C,
- Masse du système (charriot + axes + coupleur machine) inférieure à 15kg pour respecter les charges sur les moteurs en X et Y,
- Dimensions adéquate par rapport au reste de la machine,
- Fabrication possible de pièces de 500 mm x 500 mm x 500 mm (en fonction du volume du châssis 11 et de la taille du plateau mobile de support 12).
Le fonctionnement de la machine 10 équipée du mécanisme 100 de déplacement conforme à la présente invention est très simple. Dès lors que le programme des trajectoires est implanté dans la machine, la tête d’impression tridimensionnelle 20 est déplacée pour l’amener à chaque instant à l’endroit déterminé afin qu’elle délivre la quantité de matière fluide voulue. Le déplacement en translation selon l’axe Z du plateau mobile de support 12, le déplacement du charriot selon les axes X et Y et les déplacements en rotation de la tête d’impression tridimensionnelle 20 selon les axes C et A sont synchronisés pour positionner la buse exactement à l’endroit souhaité au moment voulu.
Cette solution permet de réaliser en une seule opération d’impression tridimensionnelle (c’est-à-dire sans reprise ultérieure de type fabrication additive ou soustractive, hormis une éventuelle étape de finition de surface) des pièces particulièrement complexes qu’il était impossible d’obtenir auparavant en une seule étape quel que soit le procédé utilisé.
Il doit être bien entendu que la description détaillée de l’objet de l'Invention, donnée uniquement à titre d'illustration, ne constitue en aucune manière une limitation, les équivalents techniques étant également compris dans le champ de la présente invention.
Le plateau 12 pourrait être mobile selon d’autre directions de déplacement que celle illustrée sur les figures et dans la description, par exemple en combinant un mouvement de translation verticale et un mouvement de rotation autour de l’axe de translation, ou encore un mouvement de translation verticale et un ou plusieurs mouvements d’inclinaison selon un/des axe(s) perpendiculaire(s) à l’axe de translation verticale.
Claims (16)
- Mécanisme (1) pour le déplacement dans l’espace d’un outil d’impression tridimensionnelle (20) par dépôt de filament d’une machine (10) de fabrication additive de type imprimante tridimensionnelle, ledit mécanisme (1) comportant au moins un plateau de support (12) mobile en translation, par exemple en translation selon un premier axe vertical (Z), et un charriot (50) de support d’outil d’impression tridimensionnelle (20) mobile en translation selon deux axes (X, Y) perpendiculaires entre eux et audit premier axe (Z),caractérisé en ce qu ’ilcomporte en outre un dispositif (100), porté par le charriot mobile (50), présentant un premier moyen (200) pour faire pivoter l’outil d’impression tridimensionnelle (20) selon un premier axe (C) de rotation et un second moyen (300) pour faire pivoter l’outil d’impression selon un second axe (A) de rotation, lesdits premier et second axes de rotation (C, A) étant perpendiculaires entre eux et les rotations selon ces derniers étant indépendantes.
- Mécanisme (1) selon la revendication 1,caractérisée en ce quele premier axe (C) de rotation du premier moyen (200) de pivotement de l’outil d’impression tridimensionnelle (20) est parallèle à l’axe de translation (Z) du plateau mobile de support (12).
- Mécanisme (1) selon la revendications 2,caractérisée en ce quele second axe (A) de rotation du second moyen de pivotement (300) de l’outil d’impression tridimensionnelle (20) est parallèle au plan (P) défini par les axes de translation (X, Y) du charriot (50) de support de l’outil d’impression tridimensionnelle (20).
- Mécanisme (1) selon la revendication 3,caractérisé en ce quechaque moyen de pivotement (200 ; 300) comporte un arbre d’entrainement (201 ; 301), lesdits arbres d’entrainement (201, 301) étant coaxiaux.
- Mécanisme (1) selon la revendication 4,caractérisé en ce quel’arbre d’entrainement (301) du second moyen de pivotement (300) est entouré par l’arbre d’entrainement (201) du premier moyen de pivotement (200).
- Mécanisme (1) selon la revendication 5,caractérisé en ce quechaque moyen de pivotement (200 ; 300) comporte au moins un moteur d’entrainement (202 ; 302) monté sur une platine commune (101), chaque moteur (202 ; 302) comportant un arbre de sortie (203 ; 303) fixé à une vis sans fin (204 ; 304) en prise avec une roue dentée (205 ; 305) entrainant respectivement les arbres d’entrainement (201 ; 301).
- Mécanisme (1) selon la revendication 6,caractérisé en ce qu ’uncouple clavette (206) / rainure (207) relie la première roue dentée (205) au premier arbre d’entrainement (201).
- Mécanisme (1) selon l’une quelconque des revendications 6 à 7,caractérisé en ce qu ’uncouple clavette (306) / bec de transmission (307) relie la seconde roue dentée (305) au second arbre d’entrainement (301).
- Mécanisme (1) selon l’une quelconque des revendications 6 à 8,caractérisé en ce quechaque vis sans fin (204 ; 304) est portée par un couple de butées à billes (208 ; 308), un couple de paliers (209 ; 309) et un couple de roulements à billes (210 ; 310).
- Mécanisme (1) selon la revendication 9,caractérisé en ce quechaque couple de paliers (209 ; 309) est porté par une barbotine (211 ; 311) de support fixée sur la platine commune (101).
- Mécanisme (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 10,caractérisé en ce quele second arbre d’entrainement (301) est en prise avec un système d’engrenages coniques (320, 321) fixé à un arbre de pivotement (410) d’un dispositif (500) pneumatique de couplage de l’outil d’impression tridimensionnelle (20) monté sur des butées à aiguilles (511) et des roulements à billes (512).
- Mécanisme (1) selon la revendication 11,caractérisé en ce quele premier arbre d’entrainement (201) est fixé à un support intermédiaire de jonction (56) supportant le système d’engrenages coniques (320, 321) et l’arbre de pivotement (410) du dispositif pneumatique (500) de couplage de l’outil.
- Mécanisme (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 12,caractérisé en ce quele dispositif (100) comporte en outre une entretoise cylindrique (102) disposée entre le premier arbre d’entrainement (201) et un fourreau externe (401).
- Mécanisme (1) selon la revendications 13,caractérisé en ce quedes roulements à billes supérieur (402) et inférieur (403) sont disposés au-dessus et en-dessous de l’entretoise cylindrique (102), chacun de ces roulements (402, 403) étant mécaniquement coincé entre le fourreau externe (401) et le premier arbre d’entrainement (201).
- Mécanisme (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 14,caractérisé en ce quele dispositif (100) comporte également un roulement à billes supérieur (312) et un roulement à billes inférieur (313) disposés respectivement en haute en bas du second arbre d’entrainement (301), lesdits roulements à billes (312, 313) étant coincés mécaniquement entre le premier arbre d’entrainement (201) et ledit second arbre d’entrainement (301).
- Machine de fabrication additive de type imprimante tridimensionnelle comportant enceinte (11) pouvant être fermée pour la fabrication d’une pièce et ouverte pour la récupérer, et un mécanisme (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes pour le déplacement à l’intérieur de l’enceinte (11) d’un outil d’impression tridimensionnelle (20) par dépôt de filament.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2211739A FR3141870A1 (fr) | 2022-11-10 | 2022-11-10 | Mécanisme pour le déplacement d’un outil d’impression tridimensionnelle par dépôt de fil d’une machine de fabrication additive |
| PCT/EP2023/081163 WO2024100122A1 (fr) | 2022-11-10 | 2023-11-08 | Mécanisme pour le déplacement d'un outil d'impression tridimensionnelle par dépôt de fil d'une machine de fabrication additive |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2211739 | 2022-11-10 | ||
| FR2211739A FR3141870A1 (fr) | 2022-11-10 | 2022-11-10 | Mécanisme pour le déplacement d’un outil d’impression tridimensionnelle par dépôt de fil d’une machine de fabrication additive |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3141870A1 true FR3141870A1 (fr) | 2024-05-17 |
Family
ID=84819992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2211739A Pending FR3141870A1 (fr) | 2022-11-10 | 2022-11-10 | Mécanisme pour le déplacement d’un outil d’impression tridimensionnelle par dépôt de fil d’une machine de fabrication additive |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US10076880B2 (en) * | 2014-06-19 | 2018-09-18 | Autodesk, Inc. | Material deposition systems with four or more axes |
| US20210268715A1 (en) * | 2018-08-09 | 2021-09-02 | University Of Maine System Board Of Trustees | Non-orthogonal additive manufacturing and the treatment of parts manufactured thereof |
-
2022
- 2022-11-10 FR FR2211739A patent/FR3141870A1/fr active Pending
-
2023
- 2023-11-08 WO PCT/EP2023/081163 patent/WO2024100122A1/fr unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10076880B2 (en) * | 2014-06-19 | 2018-09-18 | Autodesk, Inc. | Material deposition systems with four or more axes |
| US20210268715A1 (en) * | 2018-08-09 | 2021-09-02 | University Of Maine System Board Of Trustees | Non-orthogonal additive manufacturing and the treatment of parts manufactured thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024100122A1 (fr) | 2024-05-16 |
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