IT201800006674A1 - Testina per stampante tridimensionale, particolarmente per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati nel campo dell’edilizia, stampante tridimensionale e metodo di realizzazione di un elemento strutturale per edilizia civile e industriale - Google Patents

Testina per stampante tridimensionale, particolarmente per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati nel campo dell’edilizia, stampante tridimensionale e metodo di realizzazione di un elemento strutturale per edilizia civile e industriale Download PDF

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Description

TESTINA PER STAMPANTE TRIDIMENSIONALE, PARTICOLARMENTE PER LA
STAMPA DI POLIMERI IN ELEMENTI LINEARI INTRECCIATI NEL CAMPO
DELL'EDILIZIA, STAMPANTE TRIDIMENSIONALE E METODO DI
REALIZZAZIONE DI UN ELEMENTO STRUTTURALE PER EDILIZIA CIVILE E
INDUSTRIALE
DESCRIZIONE
Il presente trovato si riferisce a una testina per stampante tridimensionale, particolarmente per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati nel campo dell'edilizia, ad una stampante tridimensionale e al metodo di realizzazione di un elemento strutturale per edilizia civile e industriale.
Allo stato attuale della tecnica, i dispositivi di isolamento sismico realizzati con materiali convenzionali, ad esempio in materiale composito con matrice elastomerica e rinforzo metallico, hanno una frequenza di risonanza tipicamente superiore ai 5Hz, che è troppo elevata. Per abbassare la frequenza di risonanza del dispositivo è necessario utilizzare sospensioni ad aria, che hanno però una capacità di carico nettamente ridotta.
A tale proposito, nel caso di fenomeni vibratori di durata superiore al secondo, un forte smorzamento (garantito dall'impiego di una struttura pentamode costituita da materiali convenzionali elastici e viscoelastici) dà un fattore di smorzamento ("damping") trascurabile o inferiore all'unità.
Dispositivi di questo tipo, inoltre, anche se realizzati con i materiali più performanti utilizzati nell'ambito sismico e che manifestano un buon damping sulle basse frequenze (<50 Hz) non riescono a smorzare le sollecitazioni a bassa frequenza, come ad esempio quelle sismiche con frequenza nel range 1E-2÷1E-1HZ.
La possibilità di realizzare elementi strutturali in grado di smorzare in maniera ottimale e completa le sollecitazioni sismiche (a bassa frequenza) è soddisfatta dall'impiego di stampanti laser, che abbinano una buona qualità dell'estruso a un costo di realizzazione molto competitivo.
Tuttavia, è sempre più sentita l'esigenza di avere la possibilità di avere davanti la più ampia scelta possibile per gli elementi strutturali da impiegare nell'edilizia, in modo da poter preferire quelli più adatti in base all'edificio da realizzare e soprattutto alla funzione tecnica che essi svolgeranno nella struttura.
Il compito che si propone il trovato è di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati in tipi noti di testina per stampante tridimensionale, particolarmente per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati nel campo dell'edilizia che consenta di realizzare elementi strutturali, in grado di smorzare in maniera ottimale e completa le sollecitazioni sismiche, di ogni tipologia e grado di resistenza richiesta, in maniera tale da lasciare al progettista la possibilità di scegliere gli elementi strutturali migliori a seconda dell'edificio da realizzare e, principalmente, del compito strutturale ad essi affidato.
Nell'ambito del compito suddetto, uno scopo che si propone il trovato è di realizzare un testina per stampante tridimensionale, particolarmente per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati nel campo dell'edilizia, che produca estrusi di ottima qualità con costi concorrenziali.
Un altro scopo del trovato è di conseguire una stampante tridimensionale per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati nel campo dell'edilizia che sia affidabile ed economica, in grado di produrre qualsiasi elemento strutturale polimerico che il progetto richiede.
Non ultimo scopo del trovato è di realizzare una testina per stampante tridimensionale, particolarmente per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati nel campo dell'edilizia, con mezzi facilmente reperibili in commercio e usando materiali d'impiego comune, in modo che il dispositivo sia economicamente concorrenziale.
Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da testina per stampante tridimensionale, particolarmente per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati nel campo dell'edilizia, come da rivendicazione 1.
La testina secondo il trovato, comprende un corpo cilindrico di supporto per un ugello, il quale presenta una serie di fori concentrici atti a estrudere un polimero durante la stampa. L'ugello è atto a essere ruotato intorno al proprio asse di simmetria, mediante mezzi di rotazione, durante la stampa del polimero, in modo da realizzare un elemento strutturale formato da un intreccio di corde di fibre polimeriche.
I fori concentrici sono definiti nell'ugello in modo da permettere la conformazione ad elicoide del polimero in uscita dal corpo cilindrico.
Le corde di fibre polimeriche possono essere costituite da polimeri semplici (ABS, PLA, nylon, ecc.) o fibrorinforzati (ABS con fibre di carbonio, ABS con fibre di vetro, Nylon con fibre di vetro, ecc.).
Una variante realizzativa, prevede che l'ugello sia provvisto di almeno un foro centrale per il passaggio di un elemento longilineo di rinforzo, per la realizzazione di polimeri armati. Questo foro centrale è sostanzialmente definito in posizione centrale rispetto ai fori concentrici.
L'elemento di rinforzo che ha la funzione di armare l'elemento strutturale da realizzare può essere in metallo (acciaio) oppure in un polimero fibrorinforzato, secondo le caratteristiche meccaniche richieste dalla sua applicazione nella struttura.
Il polimero entro il quale l'elemento di rinforzo è incorporato e avvolto può essere semplice, se non sono richieste particolari caratteristiche strutturali, ma il rivestimento polimerico ha praticamente la sola funzione di proteggere l'anima interna da agenti chimici, oppure fibrorinforzato nel caso in cui debba essere impiegato in particolari sistemi di forze.
Per facilitare l'introduzione dei polimeri da fondere (nella soluzione preferita come truciolato, sotto forma di pellets, o come elmenti filiformi) e l'immissione dell'elemento di rinforzo costituente l'anima dell'elemento strutturale da realizzare (introdotto come filo), preferibilmente il corpo cilindrico presenta una porzione aperta, definita dalla parte opposta rispetto all'ugello e atta ad accogliere il polimero da fondere.
All'interno del corpo cilindrico è definita preferibilmente almeno una camera di introduzione dei polimeri da estrudere.
Vantaggiosamente, per permettere la realizzazione di un elemento strutturale formato da diversi tipi di polimeri, l'interno del corpo cilindrico è diviso in più camere, per l'introduzione separata dei polimeri da estrudere in modo da poter usare diverse tipologie di polimero.
I trucioli di ciascun tipo di polimero possono andare verso l'ugello per gravità, tuttavia, i Richiedenti hanno percepito che provvedendo con almeno un elicoide di spinta per la massa polimerica fusa in movimento verso i fori concentrici, posto all'interno del corpo cilindrico, la stampa dei polimeri in elementi lineari intrecciati sarebbe stata più agevole.
Preferibilmente, per permettere l'avanzamento dell'elemento di rinforzo verso il foro centrale, è prevista una coclea, anch'essa all'interno del corpo cilindrico.
Ovviamente, nel caso in cui nel corpo cilindrico siano previste più camere di introduzione dei polimeri, saranno necessari altrettanti elicoidi di movimentazione della massa polimerica fusa verso i fori concentrici.
Nel caso in cui l'elemento strutturale da realizzare sia armato, allora dovrà essere presente una coclea di spinta per ogni elemento di rinforzo necessario alla realizzazione dell'elemento strutturale da ottenere.
La stampante tridimensionale, particolarmente per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati nel campo dell'ed ilizia, comprende una testina secondo una o più delle rivendicazioni 1-6.
Vantaggiosamente, la stampante comprende uno snodo sferico meccanizzato di fissaggio per la testina, in maniera da poter orientare la stessa testina stessa, secondo percorsi predeterminati che consentono la realizzazione dell'elemento strutturale nella forma di spirale (o elica evolvente).
Il metodo di realizzazione di un elemento strutturale per edilizia civile e industriale che presenta almeno due filamenti che si avvolgono reciprocamente e si sviluppano lungo una traiettoria a spirale lungo una direzione di sviluppo, comprendente le fasi che consistono nel:
- riscaldare l'interno di un corpo cilindrico di una testina rotante, di supporto per un ugello di fuoriuscita dell'elemento strutturale da formare, ad una temperatura di esercizio sostanzialmente ricompresa tra 200°C e 450°C, estremi inclusi;
- caricare i polimeri all'interno di una porzione aperta del corpo cilindrico;
- estrudere i polimeri caricati attraverso fori concentrici definiti sull'ugello e, al contempo,
- orientare la testina rotante, fissata ad un snodo sferico meccanizzato, in modo tale che essa segua specifici percorsi per stampare un intreccio di corde di fibre polimeriche costituenti l'elemento strutturale da realizzare. Preferibilmente, i polimeri da caricare sono sotto forma di fili o di pellet. Vantaggiosamente, per rendere più semplice il funzionamento, nel caso in cui i polimeri sono di pellet sono fatti cadere per gravità verso l'ugello.
Oppure, più efficacemente, sono spinti mediante coclee nell'ugello.
Vantaggiosamente, contestualmente ai polimeri, è fatto passare un elemento longilineo di rinforzo, ad esempio un cavo in acciaio o un polimero fibrorinforzato, per un foro centrale, definito sostanzialmente in posizione centrale rispetto a detti fori concentrici, in cui il cavo in acciaio ha la funzione di anima per la realizzazione dell'elemento strutturale in polimeri fibrorinforzati.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva del testina per stampante tridimensionale, particolarmente per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati nel campo dell'edilizia, illustrato a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio degli uniti disegni in cui:
la figura 1 rappresenta una prima variante esecutiva della testina 1, in alzato;
la figura 2 rappresenta la sezione II-II della testina 1 di figura 1;
la figura 3 rappresenta una seconda soluzione realizzativa della testina 1001, sezionata lungo un piano ortogonale al proprio al proprio asse di simmetria 10, in vista prospettica;
la figura 4 illustra alcuni tipi di elementi strutturali 101 e 201, in vista prospettica;
la figura 5A rappresenta una sezione sostanzialmente normale alla direzione di sviluppo 110 di un primo tipo di elemento strutturale 101, costituito da corde di fibre polimeriche semplici 102' e rinforzate 102" che si avvolgono reciprocamente ad evolvente;
la figura 5B rappresenta una sezione sostanzialmente normale alla direzione di sviluppo 210 di una altro tipo di elemento strutturale 201, costituito da corde di fibre polimeriche semplici 202' e rinforzate 202", ciascuno di essi presentante un'anima metallica 203, che si avvolgono reciprocamente ad evolvente.
Con riferimento alle citate figure, è mostrata una forma di realizzazione preferita di una testina per stampante tridimensionale, particolarmente per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati nel campo dell'edilizia, secondo il trovato, che è individuata nella sua globalità con il riferimento 1 e che comprende un corpo cilindrico 6 di supporto per un ugello 2. L'ugello 2 presenta una serie di fori concentrici 3 atti a estrudere un polimero durante la stampa. L'ugello 2 è atto ad essere ruotato intorno al proprio asse di simmetria 10, mediante mezzi di rotazione, durante la stampa del polimero, in modo da realizzare un elemento strutturale 101 (o 201) formato da un intreccio di corde di fibre polimeriche 102' (202') e/o 102" (202").
I fori concentrici 3 definiti nell'ugello 2 presentano un diametro specifico... >>>QUALE?
Il corpo cilindro è associato a mezzi motori (non raffigurati) per mezzo di una flangia 13 di collegamento.
L'elemento strutturale 101 presenta almeno due filamenti semplici 102' e/o fibrorinforzati 102", simili a corde di fibre polimeriche, che si avvolgono reciprocamente e che si sviluppano lungo una traiettoria a spirale lungo una direzione di sviluppo 110 (fig. 5A).
Analogamente, l'elemento strutturale 201 presenta anch'esso almeno due filamenti semplici 202' e/o fibrorinforzati 202", armati mediante un elemento longilineo di rinforzo 203 (in acciaio o altro materiale di caratteristiche meccaniche adatte all'impiego edilizio civile o industriale). I due filamenti sono simili a corde di fibre polimeriche che si avvolgono reciprocamente e che si sviluppano lungo una traiettoria a spirale lungo una direzione di sviluppo 210 (fig. 5B).
Per realizzare l'elemento strutturale 201 (armato), l'ugello 2 è provvisto anche di un foro centrale 4 (fig. 1), sostanzialmente definito in posizione centrale rispetto ai fori concentrici 3, per permettere il passaggio di un elemento di longilineo di rinforzo 203, per la realizzazione di polimeri armati.
Preferibilmente, i mezzi di rotazione comprendono una ghiera rotante 5 connessa alla parte terminale dell'ugello 2 (fig. 2 e 3).
Il corpo cilindrico 6 presenta una porzione aperta 6', definita dalla parte opposta rispetto all'ugello 2, atta ad accogliere il polimero 9 da fondere nella camera di fusione 12 ed estrudere, e - eventualmente - l'elemento di rinforzo 203.
Sempre con riferimento alla figura 2, assieme all'apertura 6', oppure nell'altro esempio esecutivo di figura 3 in alternativa ad essa, è prevista una cavità di carico 15 per l'introduzione dei polimeri da fondere in forma di truciolato (pellets).
Nel caso in cui l'elemento strutturale 101 o 201 da realizzare sia composto da corde di fibre polimeriche (102', 102", 202', 202") formate da polimeri diversi tra di loro, è previsto che l'interno del corpo cilindrico 6 sia diviso in camere che permettono l'introduzione separata dei vari polimeri da estrudere 9, in modo da dividere ogni diversa tipologia di polimero.
In questo caso, ogni camera interna al corpo cilindrico 6 presenta almeno un elicoide 7 di movimentazione della massa polimerica fusa verso i fori concentrici 3.
Nel caso in cui l'elemento strutturale 201 preveda l'armatura, sarà prevista per ogni diverso tipo di materiale impiegato per la realizzazione dell'elemento di rinforzo 203, almeno un coclea 8 di spinta dell'elemento di rinforzo 203 stesso (filiforme) verso il foro centrale 4.
La stampante che usa la testina 1 0 1001, secondo il trovato, presenta uno snodo sferico meccanizzato di fissaggio per l'orientazione della testina 1 o 1001 secondo percorsi predeterminati, in modo tale che l'elemento strutturale 101 o 201 sia realizzato nella forma di una spirale.
Il metodo di realizzazione dell'elemento strutturale 101 (non armato) comprende le fasi che consistono nel:
- riscaldare a una temperatura di esercizio sostanzialmente ricompresa tra 200°C e 450°C, estremi inclusi, l'interno del corpo cilindrico 6;
- caricare i polimeri all'interno della porzione aperta 6';
- estrudere i polimeri caricati attraverso i fori concentrici 3;
- e, al contempo, orientare la testina rotante 1 o 1001, in modo tale che essa segua specifici percorsi per stampare un intreccio di corde di fibre polimeriche 102' e/o 102" costituente l'elemento strutturale 101.
Il riscaldamento alla temperatura di esercizio è a carico di un anello scaldante 14 che porta a regime la temperatura della camera di fusione 12 (fig. 2).
Per realizzare l'elemento strutturale 201 (armato), le fasi appena descritte non cambiano, ma contestualmente ai polimeri (semplici e/o fibrorinforzati), è fatto passare l'elemento di rinforzo 203 per il foro centrale 4 in modo da ottenere un intreccio di corde di fibre polimeriche 202' e/o 202" con l'elemento di rinforzo 203, costituente l'elemento strutturale 201. L'elemento di rinforzo 203, come detto, ha la funzione di anima per la realizzazione dell'elemento strutturale 201 stesso.
Da quanto sopra descritto si vede quindi come il trovato raggiunga il compito e gli scopi proposti ed in particolare si sottolinea il fatto che viene realizzato un testina per stampante tridimensionale, particolarmente per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati nel campo dell'edilizia, che consente la realizzazione di elementi strutturali di ogni tipologia e grado di resistenza richiesto.
In particolare la possibilità di intrecciare vari tipi di polimeri e scegliere se armare o non armare l'elemento lineare intrecciato che sarà estruso, permette al progettista di scegliere e creare gli elementi strutturali migliori per l'edificio da realizzare nonché più adatti alla funzione tecnica e al compito strutturale a loro affidato.
Un altro vantaggio del trovato è dato dal fatto che questo tipo di testina permette agevolmente la produzione di estrusi di ottima qualità, con materie prime prescelte e a costi concorrenziali.
Inoltre, un altro vantaggio del trovato, è di realizzare una stampante tridimensionale per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati che è affidabile ed economica, in grado di produrre qualsiasi elemento strutturale polimerico che il progetto richiede.
Non ultimo, l'uso di mezzi facilmente reperibili in commercio e l'impiego di materiali comuni, rendono il dispositivo economicamente concorrenziale. Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti neN'ambito del concetto inventivo.
Inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.
In pratica i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze, purché coerenti con lo scopo realizzativo.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Una testina (1, 1001) per stampante tridimensionale, particolarmente per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati nel campo dell'edilizia, comprendente un corpo cilindrico (6) di supporto per un ugello (2) presentante una serie di fori concentrici (3) atti a estrudere un polimero (9) durante la stampa, detto ugello (2) essendo atto a essere ruotato intorno al proprio asse di simmetria (10), mediante mezzi di rotazione (5), durante la stampa del polimero da estrudere (9), in modo da realizzare un elemento strutturale (101, 201) formato da un intreccio di corde di fibre polimeriche (102, 202).
  2. 2) Testina (1, 1001) secondo la rivendicazione 1, in cui dette corde di fibre polimeriche (102', 102", 202', 202") è costituita da polimeri semplici (102', 102") o fibrorinforzati (202', 202").
  3. 3) Testina (1, 1001) secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente almeno un foro centrale (4) sostanzialmente definito in posizione centrale rispetto a detti fori concentrici (3) per il passaggio di un elemento di rinforzo (203) per la realizzazione di polimeri armati.
  4. 4) Testina (1, 1001) secondo una o più delle rivendicazioni 1-3, in cui detti mezzi di rotazione (5) comprendono una ghiera rotante (5) connessa alla parte terminale di detto ugello (2).
  5. 5) Testina (1, 1001) secondo una o più delle rivendicazioni 1-4, in cui detto corpo cilindrico (6) presenta, al suo interno, almeno un elicoide 7 di spinta per la massa polimerica fusa verso detti fori concentrici (3).
  6. 6) Testina (1, 1001) secondo la rivendicazione 5, in cui detto corpo cilindrico (6) presenta, al suo interno, almeno una coclea (8) di spinta per detto elemento longilineo (203) verso detto almeno un foro centrale (4).
  7. 7) Stampante tridimensionale, particolarmente per la stampa di polimeri in elementi lineari intrecciati nel campo dell'edilizia, comprendente una testina (1, 1001) secondo una o più delle rivendicazioni 1-6.
  8. 8) Stampante secondo la rivendicazione 7, comprendente uno snodo sferico meccanizzato di fissaggio per detta testina (1), per l'orientazione di detta testina (1, 1001) stessa secondo percorsi predeterminati in modo tale che detto elemento strutturale (101, 201) venga realizzato nella forma di una spirale.
  9. 9) Metodo di realizzazione di un elemento strutturale (101, 201) per edilizia civile e industriale presentante almeno due filamenti (102', 102", 202', 202") avvolgentisi reciprocamente e sviluppantisi lungo una traiettoria a spirale lungo una direzione di sviluppo (110, 210), comprendente le fasi che consistono nel: - riscaldare a una temperatura di esercizio sostanzialmente ricompresa tra 200°C e 450°C, estremi inclusi, l'interno di un corpo cilindrico (6) di una testina rotante (1), detto corpo cilindrico (6) essendo di supporto per un ugello (2) di fuoriuscita dell'elemento strutturale (101, 201) da formare; - caricare i polimeri (9) all'interno di una porzione aperta (6', 15) di detto corpo cilindrico (6) definita dalla parte opposta rispetto a detto ugello (2); - estrudere i polimeri (9) caricati attraverso fori concentrici (3) definiti su detto ugello (2); - e, al contempo, orientare detta testina rotante (1), fissata ad un snodo sferico meccanizzato, in modo tale che essa segua specifici percorsi per stampare un intreccio di corde di fibre polimeriche (102', 102", 202', 202") costituente l'elemento strutturale (101, 201).
  10. 10) Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui contestualmente ai polimeri da estrudere (9), è fatto passare un elemento longilineo (203) per un foro centrale (4), definito sostanzialmente in posizione centrale rispetto a detti fori concentrici (3), detto elemento longilineo (203) avendo la funzione di anima per la realizzazione dell'elemento strutturale (201).
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