IT201600109396A1 - Stampante 3D e relativo nodo strutturale del suo telaio portante - Google Patents

Description

Stampante 3D e relativo nodo strutturale del suo telaio portante

Descrizione

La presente invenzione ha come oggetto una struttura di stampante tridimensionale, di seguito in breve stampante 3D, che incorpora nel suo telaio portante un nodo multifunzione, atto a costituire un elemento di giunzione di molteplici elementi strutturali, ma anche una dima di posizionamento, un supporto strutturale, un terminale di passaggio per fluidi, guaine e cavi, una base di fissaggio per connettori di impianti e reti elettriche, meccaniche, idriche e di fluidi in genere, adatto per interconnettere rigidamente tra loro i profilati di strutture reticolari a maglia poligonale, che costituiscono il telaio di stampanti 3D.

Si intende inoltre che l’invenzione riguarderà tale nodo, quando impiegato in telai non necessariamente di stampanti 3D.

Un campo specifico di applicazione della presente invenzione, sebbene non in via esclusiva, è quello di garantire le condizioni idonee per realizzazione in serie componenti di un modello di stampante precisa, essenziale, funzionale, autoreplicante, semplice da utilizzare, da manutenere, al contempo economica e ottimizzabile nel tempo, potendo fare affidamento sui propri mezzi e principi costitutivi, nella prospettiva di rendere gli utilizzatori della stessa tecnologia dei prosumer, intesi come crasi tra produttori e consumatori allo stesso tempo.

Nello stato dell’arte, è nota la presenza di diversi modelli di stampante 3D da acquistare in unico pezzo, oppure in scatola di montaggio, ma con alcuni problemi di messa in servizio che spesso ne scoraggiano l’utilizzo. Tipicamente, tale tecnologia viene realizzata in architettura cartesiana o delta.

Esempi di stampanti 3D con un’architettura cartesiana sono descritte in KR 2015/134185 A, US 9,233,507 B2, US 2016/0144564 A1, CN 205343814 U, mentre strutture a delta, ovvero con una base triangolare e tre montanti, sono note da US 7,837,458 B2, CN 204869690 U, CN 205148927 U.

Tali modelli risultano di impegnativa applicazione come complessità di messa in opera e relativo costo economico, specialmente se non sono previsti in scatola di montaggio. Essi richiedono molta assistenza e spesso vengono abbandonati per inutilizzo dopo pochi pezzi prodotti.

La presente invenzione si propone di risolvere il problema tecnico relativo agli inconvenienti dell’arte nota sopra menzionati, e di fornire un elemento modulare atto a costituire un nodo strutturale di un telaio portante, con il quale sia possibile realizzare una stampante 3D fornita di un elemento carrello guida dei bracci di sostegno di un supporto dell’estrusore della stampante, un elemento di supporto del gruppo estrusore della stampante 3D, eventualmente da produrre mediante la stampante 3D stessa di cui essi fanno parte, che siano in grado di migliorare le prestazioni di questa tipologia di dispositivi, con un importante risparmio economico perché producibili attraverso la stampa 3D con un’auto-replicazione di tipo biologico.

Pertanto, uno scopo della presente invenzione è quello di ottenere una produzione efficiente di stampanti 3D poiché realizzata attraverso gli utilizzatori della stampante stessa che partecipano alla produzione delle sue parti.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare una struttura di stampante 3D che garantisce leggerezza, robustezza ed eleganza, insieme e con un unico sistema integrato di poche ed essenziali componenti commerciali.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare una stampante 3D modulare di fattura semplice e interamente riproducibile in qualsiasi luogo, quindi di semplice e economico assemblaggio e messa in servizio.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare una stampante 3D in grado di integrare al suo interno elementi funzionali di supporto e posizionamento dell’estrusore, quali per esempio elementi di cablaggio elettrico, di canalizzazione di fluidi, di sensoristica, di illuminazione o supporti strutturali e vani per consentire il sostegno ed il passaggio di cavi e così via.

Vantaggiosamente, l’invenzione consiste in un sistema tecnologico strutturato, capace di garantire, con una configurazione semplice e poco ingombrante, la distribuzione ottimale delle componenti, il minimo ingombro, la ventilazione, l’asservimento dell’energia e della sensoristica, il ricambio e la eventuale purificazione dell’aria dell’ambiente operativo, nonché lo spazio per la collocazione eventuale di elementi di diverse tipologie di impianti, quali per esempio l’impianto elettrico, di sicurezza, di illuminazione, della automazione.

Il problema tecnico che è alla base della presente invenzione è di fornire una stampante 3D e un nodo del relativo telaio che consenta di ovviare all’inconveniente menzionato con riferimento alla tecnica nota.

Tale problema viene risolto da una stampante 3D come sopra specificata e come definita nell’annessa rivendicazione 1.

Il principale vantaggio della struttura di stampante secondo la presente invenzione risiede nel fornire un nodo robusto nella sua architettura e nella scelta delle sue forme tale da garantire la stabilità della forma del telaio della stampante stessa per garantirne la precisione, la funzionalità e la durevolezza. Esso consente ulteriori miglioramenti nel tempo senza perdere le sue caratteristiche fondamentali, migliorando bensì le sue performance generali.

La presente invenzione verrà qui di seguito descritta secondo un suo esempio di realizzazione preferita, fornito a scopo esemplificativo e non limitativo con riferimento ai disegni annessi in<cui:>

� la figura 1 mostra una vista in alzato di unastruttura di stampante 3D del tipo a delta che incorpora un nodo di telaio;

* la figura 1A mostra una vista ingrandita e in parziale trasparenza di un nodo di telaio della struttura di figura 1;

* la figura 2 mostra una vista dall'alto della struttura di figura 1;

* la figura 2A mostra una vista in sezione della struttura di stampante 3D presa secondo un piano verticale A-A indicato in figura 2;

* le figure 3A e 3B mostrano rispettivamente una vista frontale e laterale di un nodo di telaio impiegato nella struttura delle figure precedenti;

* le figure 4A, 4B e 4C mostrano rispettivamente sezioni del nodo delle figure 3A e 3B, presi secondo i piani A-A, B-B e C-C;

* la figura 5 mostra una vista assonometrica dall'alto e posteriore del nodo delle figure 3A e 3B;

* la figura 6 mostra una vista assonometrica dall'alto e frontale del nodo delle figure 3A e 3B;

* la figura 7 mostra una vista in alzato posteriore del nodo delle figure 3A e 3B; e

* la figura 8 mostra una vista assonometrica dal basso e posteriore del nodo delle figure 3A e 3B.

Con riferimento alle figure, una struttura di stampante 3D è indicata nel suo complesso con 1, del tipo cosiddetto a delta, che presenta una base triangolare e tre montanti verticali che si erigono dai vertici della base.

Essa comprende una base 2, una sommità 3, definiti rispettivamente da travi inferiori 4 e superiori 5 orizzontali, che si estendono dalle estremità inferiori e superiori di montanti 6 verticali, realizzati, come le travi 4, 5 orizzontali sopra citate, da profilati scatolari ottenibili per esempio da laminati metallici opportunamente piegati e tagliati della lunghezza desiderata.

La struttura 1 comprende, sulla faccia interna di ciascun montante 6, una coppia di binari 16 verticali, rigidamente connessi ai montanti 6 stessi e rivolti verso l’asse centrale della struttura 1. Su ciascuna coppia di binari 16 scorrono in verticale rispettivi cursori 7; su ciascuno di essi sono articolate le estremità distali di una coppia di rispettivi bracci rigidi di supporto 8 a lunghezza variabile, le cui estremità prossimali, contenute nel volume interno della struttura, si congiungono a supporto di una piastra di supporto 9 per una testa di stampante 10 che comprenderà opportuni ugelli capaci di depositare a strati il materiale con cui possono essere stampati oggetti tridimensionali. Tale materiale viene normalmente eiettato in forma fluida, in modo che si solidifichi, per esempio per raffreddamento forzato, per catalisi o per un effetto fotochimico, appena depositato.

La struttura 1 comprenderà altresì una piattaforma di base 17 orizzontale, disposta in corrispondenza della base 2 che funge da piano di riferimento su cui stampare l’articolo desiderato. Tale piattaforma 17 potrà essere regolabile in altezza.

La lunghezza dei bracci di supporto 8 è fissa, che sono comandati, insieme alla posizione dei rispettivi cursori 7, da un’appropriata centralina di controllo che riceve le istruzioni di stampa in modo convenzionale.

Regolando la posizione del rispettivo cursore 7 lungo il montante, è possibile posizionare orizzontalmente la piastra di supporto 9 a qualunque altezza e in qualunque posizione su un piano orizzontale all’interno del volume definito da detta struttura a delta.

A tale proposito, i bracci 8 sono connessi al rispettivo cursore mediante un primo snodo 11 che realizza un giunto a testa sferica; parimenti l’estremità prossimale di ciascun braccio 8 è articolata alla piastra di supporto 9 mediante un secondo snodo 12 che realizza un altro giunto a testa sferica. In questo modo, i bracci di supporto 8 possono formare, variando la posizione della loro estremità distale in altezza, un angolo qualunque con i montanti verticali 6 e con la piastra di supporto 9 orizzontale.

La testa di stampante 10 sarà collegata a un iniettore in pressione, disposto superiormente, del materiale da depositare mediante un condotto flessibile 13.

I cursori 7 sono pilotati mediante appositi elementi di trasmissione, quali cinghie o fili tiranti, comandati da rulli 14, motorizzati e passivi, disposti in corrispondenza delle estremità inferiori e superiori dei montanti 6, per un adeguato controllo della posizione dei cursori 7 lungo i rispettivi binari. Per ciascun montante 6, un rullo 14 deve essere motorizzato mediante un motore elettrico opportunamente alimentato.

Avendo le travi inferiori 4 e superiori 5 e i montanti 6 una struttura scatolare, essi possono accogliere cavi di varia natura, in particolare cavi di alimentazione che servono ai rulli 14, agli attuatori dei bracci 8, alla testa della stampante 10 e a sensori posizionati in vari punti della struttura sopra descritta.

Dette travi inferiori 4 e superiori 5 e detti montanti 6 sono tra loro connessi alle rispettive estremità a contatto mediante nodi 20 modulari della struttura 1.

Alla luce di quanto sopra, tali nodi 20 dovranno assicurare la massima rigidità del collegamento tra travi e montanti, per garantire i parallelismi delle guide e le perpendicolarità dei piani di lavoro agli assi delle guide, per evitare che la struttura si deforma a causa delle inerzie degli organi in movimento della stampante 3D.

Allo stesso tempo, essi dovranno permettere una connessione rapida tra dette estremità, e garantire la necessaria continuità di tutti i cablaggi contenuti in travi e montanti.

Ciascun nodo 20 è predisposto per operare su ciascuna delle connessioni trave-montante, semplicemente cambiandone l’orientamento, esso sarà opportunamente dimensionato in base alle sezioni delle travi e dei montanti che dovrà connettere, ma esso si dovrà prestare a essere costruito con una procedura di stampa 3D realizzata mediante la stessa stampante che lo impiega, allo scopo di permettere la replicazione della stampante stessa, e pertanto sarà conformato a forma di reticolo poligonale tridimensionale.

Esso comprende un corpo principale 30 con una faccia atta a essere rivolta verso l’interno della stampante e una faccia atta a essere rivolta verso l’esterno; su quest’ultima il nodo comprende un primo corpo secondario 31 che ha un profilo esterno atto a coniugarsi con la forma interna del montante 6. Definito un asse orizzontale perpendicolare alle facce parallele del corpo principale 30, il corpo secondario si protenderà in una direzione parallela a tale asse. Inoltre, esso definirà un asse verticale che sarà parallelo al montante 6 della struttura 1.

Il corpo principale 30 comprenderà inoltre una coppia di fori 32 realizzati in modo calibrato con un asse parallelo a detto asse verticale, e disposti in prossimità dei bordi laterali del corpo principale, ciascun foro essendo atto a ricevere un’estremità di un binario 8, in modo tale che la coppia di binari risulti posizionata verticalmente e parallela al rispettivo montante 6, potendo così operare da guida lineare per i cursori 7.

Inoltre, il corpo principale 30 comprende un primo vano 33, per alloggiare la parte terminale della trasmissione che aziona i rulli 14, per consentire il passaggio dell’aria, per consentire il passaggio dei cavi elettrici e delle guaine dei cavi di comando meccanico, per consentire l’alloggio delle connessioni elettriche e di raccordo.

Inoltre, esso comprende un secondo vano 34, scavato in direzione perpendicolare all’asse, per alloggiare il supporto dell’asse di un rinvio dell’organo di trasmissione, e almeno un terzo vano (35), scavato in prossimità del bordo inferiore del corpo principale 30, per alloggiare il sensore di fine corsa di un organo di trasmissione.

Il corpo principale 30 comprende infine un quarto vano 36, scavato in direzione perpendicolare all’asse per alloggiare l’asse, la puleggia ed i vani delle viti di connessione del motore della trasmissione.

Dai bordi laterali del corpo principale 30 si protendono rispettivi ulteriori corpi laterali 37 che hanno un profilo esterno atto a coniugarsi con la forma interna delle travi 4, 5. Ciascun corpo laterale realizzerà, rispetto al corpo principale, un angolo corrispondente a quello previsto sugli spigoli della struttura a delta.

Il corpo secondario comprende poi uno scavo 38 in direzione parallela all’asse, utile al passaggio dell’aria, dei cavi elettrici e delle guaine dei cavi di comando meccanico; e un recesso 39 scavato in direzione perpendicolare all’asse, di almeno un inserto filettato a madrevite utile fissaggio del montante 6.

Alla sopra descritta struttura di stampante, e ai nodi del relativo telaio portante sopra descritti un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare ulteriori e contingenti esigenze, potrà apportare numerose ulteriori modifiche e varianti, tutte peraltro comprese nell'ambito di protezione della presente invenzione, quale definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1. Struttura di stampante 3D (1) comprendente un telaio definito da travi inferiori (4) e superiori (5) orizzontali e da montanti (6) verticali, comprendente una pluralità di nodi (20) che connettono rigidamente dette travi e detti montanti, in cui ciascun nodo è identico agli altri ed è realizzato a forma di reticolo poligonale tridimensionale, e comprende: · un corpo principale (30) che presenta una pluralità di fori e vani che si sviluppano parallelamente o perpendicolarmente ad assi orizzontali e verticali del nodo, per operare da riferimento geometrico: · un corpo secondario (31) connesso a detto corpo principale (30), che ha un profilo esterno atto a coniugarsi con la forma interna del montante 6; e • una coppia di corpi laterali (37) che si protendono ciascuno da bordi laterali del corpo principale (30) protendendosi orizzontalmente definendo un angolo tale da determinare un angolo interno a detta struttura (1), che ha un profilo esterno atto a coniugarsi con la forma interna di una trave (4, 5) orizzontale.
2. 2. Struttura di stampante 3D (1) secondo la rivendicazione 1, in cui il corpo principale (30) comprende cavità cilindriche (32) per alloggiare un'estremità di un binario di una guida lineare.
3. 3. Struttura di stampante 3D (1) secondo la rivendicazione 1, in cui il corpo secondario (31) presenta una pluralità di fori e vani che si sviluppano parallelamente o perpendicolarmente ad assi orizzontali e verticali del nodo, per operare da riferimento.
4. 4. Struttura di stampante 3D (1) secondo la rivendicazione 1, in cui i corpi laterali (37) presentano una pluralità di fori e vani che si sviluppano parallelamente o perpendicolarmente ad assi orizzontali e verticali del nodo, per operare da riferimento.