NL1041001B1 - Aandrijfinrichting voor een filament in een 3D-printer. - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een in een 3D-printer te plaatsen aandrijfinrichting voor het onder besturing van een besturingsorgaan in zijn lengterichting aandrijven van een in de 3Dprinter tot een werkstuk te printen filament, omvattende een frame, een op een in het frame gelagerde aandrijfas geplaatst aandrijfwiel, een op een in het frame gelagerde geleide-as geplaatst geleidewiel, met het frame verbonden geleidemiddelen voor het tussen de wielen door geleiden van het filament en een elektromotor voor het aandrijven van de aandrijfas, waarbij het frame een hulpframe omvat waarin één van de assen is gelagerd en dat de positie van het hulpframe ten opzichte van het frame instelbaar is. Bij voorkeur is het hulpframe door middel van een stelschroef met het frame gekoppeld. Voorts is de stelschroef door middel van een schroefdraad met het frame gekoppeld en is tussen de stelschroef en het hulpframe een drukveer geplaatst.

Description

Aandrijfinrichting voor een filament in een 3D-printer

De uitvinding betreft een aandrijfinrichting voor het filament in een 3D-printer. Bij een 3D-printer wordt een filament van smeltbaar materiaal toegevoerd aan een van een verwarmingselement voorziene printkop, die over het werkstuk heen beweegt en die steeds een dun laagje van het gesmolten materiaal op het werkstuk aanbrengt.

Uit de stand van de techniek is een aandrijfinrichting bekend voor het in zijn lengterichting aandrijven van een in de 3D-printer tot een werkstuk te printen filament, omvattende: een frame, een op een in het frame gelagerde aandrijfas geplaatst aandrijfwiel, een op een in het frame gelagerde geleide-as geplaatst geleidewiel, met het frame verbonden geleidemiddelen voor het tussen de wielen door geleiden van het filament en een elektromotor voor het aandrijven van de aandrijfas.

Bij deze aandrijfinrichting zijn de beide assen star in het frame van de aandrijfinrichting gelagerd, zodat de afstand tussen het aandrijfwiel en het geleidewiel constant is. Het aandrijven van het filament is dan ook niet altijd even regelmatig, daar de dikte en de veerkracht van het filament variëren en de wielen afslijten. Aldus komt het wel voor dat het filament slipt ten opzichte van het aandrijfwiel en de toevoer van het filament stokt. Hierdoor wordt het filament in de verwarmingselement overmatig verwarmd, en ontbreekt materiaal bij het printen, zodat de kwaliteit van het geprinte werkstuk niet optimaal is.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een dergelijke aandrijfinrichting, waarbij deze nadelen worden vermeden.

Dit doel wordt bereikt door een inrichting van de bovengenoemde soort, waarbij het frame een hulpframe omvat waarin één van de assen is gelagerd en waarbij de positie van het hulpframe ten opzichte van het frame instelbaar is.

Als gevolg van deze maatregelen kan de afstand tussen de wielen worden ingesteld zodat deze kan worden aangepast aan de dikte van het filament, en de slijtage van de wielen.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is de geleide-as in het hulpframe gelagerd. Hierdoor is het mogelijk de aandrijfas vast te lageren in het frame opdat deze as gemakkelijk kan worden aangedreven.

Om de instelling van de wielen gemakkelijk te kunnen wijzigen, heeft het de voorkeur dat het hulpframe door middel van een stelschroef met het frame is gekoppeld. Door aan de stelschroef te draaien kan de instelling plaatsvinden.

Om tot een goede aandrijving van het filament te komen, heeft het de voorkeur dat de wielen onder veerkracht tegen elkaar aan worden gedrongen. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is dan ook de stelschroef door middel van een schroefdraad met het frame gekoppeld en is tussen de stelschroef en het hulpframe een drukveer geplaatst.

Volgens een constructief aantrekkelijke uitvoeringsvorm heeft de stelschroef de vorm van een bus, die aan zijn buitenzijde van schroefdraad is voorzien, waarmee de stelschroef in een in het frame aangebrachte, van inwendige schroefdraad voorziene holte is geschroefd en is de veer een in het inwendige van de busvormige stelschroef geplaatste schroefveer.

De constructie wordt bijzonder compact wanneer het hulpframe de vorm heeft van een pen, die zich door de schroefveer heen uitstrekt en die aan zijn inwendige einde is voorzien van een schotel waar de schroefveer op rust en van een gevorkt deel waarin de geleide-as is gelagerd. Hierbij wordt opgemerkt dat het aantrekkelijk is de aandrijfinrichting zo compact mogelijk te maken, in het bijzonder wanneer deze op de bewegende printkop is geplaatst.

In sommige situaties, bijvoorbeeld bij het door de aandrijfinrichting voeren van een nieuw filament, is het aantrekkelijk de afstand tussen het aandrijfwiel en het geleidewiel te kunnen vergroten, daar het bij een grotere afstand tussen beide wielen gemakkelijker is het begin van een filament door te voeren. Hiertoe verschaft een verdere uitvoeringsvorm de maatregel dat de pen zich door een in de kopwand van de bus aangebrachte opening heen naar buiten uitstrekt en dat de pen aan zijn uitwendige einde is voorzien van een trekknop. Door aan de trekknop te trekken, kan de afstand tussen de wielen tijdelijk worden vergroot. Voorts heeft deze uitvoeringsvorm het voordeel dat, na het loslaten van de trekknop, het geleidewiel weer terugkeert naar zijn aanvankelijke positie.

Om slippen tussen het aandrijfwiel en het filament tegen te gaan, heeft het de voorkeur dat het aandrijfwiel aan zijn tangentiele vlak van zich parallel aan de as uitstrekkende kartels is voorzien.

Om het filament tussen het aandrijfwiel en het geleidewiel vast te houden, is het aantrekkelijk wanneer het aandrijfwiel aan zijn tangentiele vlak van een groef is voorzien. Voorts vergroot de groef het contactoppervlak tussen het aandrijfwiel en het filament, hetgeen slippen nog verder tegengaat.

In het bijzonder bij het invoeren van een nieuw filament, is het gemakkelijk het aandrijfwiel met de hand ‘door te draaien’ om het invoerproces goed te kunnen uitvoeren. Ook bij verstoringen kan het interessant zijn het aandrijfwiel te kunnen draaien. Hiertoe verschaft een uitvoeringsvorm de maatregel dat de aandrijfas zich tot buiten het frame uitstrekt en dat het buiten het frame uitstrekkende deel van de aandrijfas van een handwiel is voorzien.

Het invoeren van een nieuw stuk filament wordt verder vergemakkelijkt wanneer de geleidemiddelen stroomopwaarts, respectievelijk stroomafwaarts van de kneep tussen het aandrijfwiel en het geleidewiel, in het frame, aangebrachte wartels met een doorgaande, naar het inwendige toe wijde trechtervormige opening omvatten. In het bijzonder het stroomafwaarts van de wielen gelegen trechtervormige opening is hierbij van belang.

Om, bijvoorbeeld bij gebruik van filamenten van verschillende dikten, de maten van de trechtervormige openingen te kunnen aanpassen, heeft het de voorkeur wanneer de wartels door middel van een schroefdraad losmaakbaar in het frame zijn bevestigd.

De constructie wordt verder vereenvoudigd wanneer het van handwiel afgekeerde einde van de aandrijfas is gekoppeld met een tegen het frame bevestigde elektromotor. Dit biedt bovendien de mogelijkheid de elektromotor gemakkelijk te vervangen.

Om de aandrijfinrichting in verschillende situaties te kunnen toepassen, heeft het de voorkeur dat het frame symmetrisch is ten opzichte van het zich dwars op de assen uitstrekkend middenvlak.

Bij bepaalde typen 3D-printers is de aandrijfinrichting op de printkop geplaatst. Dit heeft het voordeel dat de afstand tussen de aandrijfinrichting en het in de printkop geplaatste verwarmingselement kort is, zodat de besturing van de toevoer van het filament direct is. Deze uitvoeringsvorm verschaft een 3D-printer, voorzien van een aandrijfinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, waarbij de aandrijfinrichting direct op de printkop van de 3D-printer is geplaatst.

Om de massa van de printkop klein te houden, verschaft een alternatieve uitvoeringsvorm een 3D-printer, voorzien van een aandrijfinrichting volgens één van de conclusies 1-14, waarbij de aandrijfinrichting op een vast deel van de printer is bevestigd en de aandrijfinrichting door middel van het holle deel van een bowdenkabel met de printkop is verbonden.

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden toegelicht aan de hand van de volgende tekeningen, waarin voorstellen:

Figuur 1: een schematisch doorsnede-aanzicht van een 3D-printer volgens een eerste configuratie;

Figuur 2: een schematisch doorsnede-aanzicht van een 3D-printer volgens een tweede configuratie;

Figuur 3: een schematisch perspectivisch aanzicht van een doorgesneden aandrijfinrichting;

Figuur 4: een schematisch perspectivisch aanzicht van de in figuur 3 getoonde aandrijfinrichting; en

Figuur 5: een schematisch perspectivisch aanzicht van de in figuren 3 en 4 getoonde aandrijfinrichting vanuit een andere richting.

De in figuur 1 afgebeelde 3D-printer omvat een bodemplaat 1, waarop door middel van spindels 2 of andere lineaire aandrijfelementen een werkplatform 3 is bevestigd, waarvan de hoogte door de spindels 2 wordt bepaald. De printer is voorts voorzien van een frame 4, waaraan zich dwars op het vlak van de tekening uitstrekkende rails 5 zijn aangebracht. Langs elk van deze rails 5 is een wagen 6 simultaan beweegbaar en beide wagens 6 zijn verbonden door een rail 7, waarlangs een printkop 8 beweegbaar is. Op de printkop 8 is een aandrijfinrichting 9 voor het filament 10 aangebracht dat vanaf een haspel 11 wordt afgewikkeld. Een dergelijke printer is ingericht voor het onder besturing van een niet weergegeven besturingsorgaan een werkstuk 12 te vervaardigen.

De in figuur 2 schematisch weergegeven printer komt in grote lijnen overeen met de in figuur 1 weergegeven printer, met dien verstande dat de aandrijfinrichting 9 voor he t filament 10 niet op de printkop 8, maar aan het frame 4 is bevestigd. De aandrijfinrichting 9 is door middel van een flexibele buis 13 verbonden met de printkop 8. Het filament 10 wordt door de aandrijfinrichting 9 door de flexibele buis 13 heen voortbewogen naar de printkop 8.

Beide typen printer behoren tot de stand van de techniek en de twee typen printer zijn toegelicht om te verduidelijken dat de uitvinding, die betrekking heeft op de aandrijfinrichting van de printkop, bij beide typen printer kan worden toegepast. Vervolgens zal de constructie van de aandrijfinrichting 9 worden toegelicht aan de hand van de figuren 3-6.

Figuur 3 toont een deel van een aandrijfinrichting 9, omvattende een gietstuk 20A, dat bijvoorbeeld van aluminium is vervaardigd. De aandrijfinrichting 9 is tevens voorzien van een spiegelbeeldig gevormd gietstuk 20B, dat in figuur 5 is weergegeven. Beide gietstukken 20A,B zijn voorzien van schroefgaten om de gietstukken onderling te verbinden en om onderdelen met de gietstukken te verbinden. Voorts toont deze figuur een derde gietstuk 20C dat tegen de zijvlakken van de gietstukken 20A,B is bevestigd. De gietstukken 20A, B, C vormen tezamen een frame 20. Het frame 20 is in zijn geheel weergegeven in figuur 4.

In de gietstukken 20A,B is een holte 21 aangebracht, die door middel van tegenover elkaar liggende openingen 22, 23 is verbonden met de omgeving. In beide openingen 22,23 is een wartel 24, 25 geschroefd, waarin een smalle opening is aangebracht voor doorvoer van het filament 10. De in de wartels 24, 25 aangebrachte openingen zijn naar de holte 21 toe trechtervormig verbreed. Door de schroefverbinding tussen de wartels 24,25 en de opening 22, 23 is het mogelijk de wartels los te schroeven en te vervangen door wartels met een ander maat, bijvoorbeeld voor het aandrijven van een filament 10 met een andere doorsnede.

Een aandrijfas 26 strekt zich door beide gietstukken 20 en door de holte 21 heen uit. In de holte is op de aandrijfas 26 een aandrijfwiel 27 aangebracht. Het aandrijfwiel 27 is van een zich langs zijn tangentiele vlak uitstrekkende groef 28 voorzien, die bovendien is gekarteld. Een elektromotor 29 is tegen het gietstuk 20A geschroefd en de aandrijfas 26 wordt door de elektromotor aangedreven. Het aan de zijde van het gietstuk 20B uitstekende deel van de aandrijfas 26 is voorzien van een handwiel 30, waarmee het mogelijk is de aandrijfas onafhankelijk van de elektromotor rond te draaien.

Zoals ook uit figuur 5 blijkt, zijn beide gietstukken 20A,B voorzien van een diepe groef 3IA, respectievelijk 31B , die tezamen een opening 31 vormen. De opening 31 strekt zich tevens door het derde gietstuk 20C heen uit tot aan de omgeving. De as van de opening 31 strekt zich dwars op de lengterichting van de aandrijfas en op de lijn tussen de wartels 24, 25 uit. In deze opening 31 is een in de lengterichting van de opening beweegbare pen 32 aangebracht, die fungeert als hulpframe. De pen is aan zijn binnenzijde voorzien van een gevorkt deel 33, waarin een geleide-as 34 is gelagerd waarop een geleidewiel 35 is geplaatst. Het geleidewiel 35 is tegenover het aandrijfwiel 27 gelegen en het aan te drijven filament 10 wordt tussen beide wielen 27, 35 door geleid.

Het deel van de opening 31 in het derde gietstuk 20C is voorzien van inwendige schroefdraad en de opening 31 is afgesloten door een tot in de opening 31 geschroefde bus 36. Het gevorkte deel 33 van de pen 32 is voorzien van een schotel 37 en tussen de schotel 37 en het binnenvlak van de kopwand van de bus 36 geplaatste schroefveer 40 die de pen 32 naar binnen dringt en die daarmede het geleidewiel 35 tegen het filament 10 aan dringt. Door de bus 36 in meerder of mindere mate tot in het derde gietstuk 20C te schroeven kan de door de schroefveer 40 opgewekte spanning en daarmede de klemkracht tussen het geleidewiel 35 en het aandrijfwiel 27 worden aangepast. De pen 32 strekt zich door een in de kopwand van de bus 36 aangebrachte opening naar buiten uit en aan het uitstekende deel van de pen 32 is een trekknop 38 bevestigd. Hiermede is het mogelijk het geleidewiel 35 tijdelijk van het aandrijfwiel 27 af te trekken om de invoer van een nieuw filament 10 te vergemakkelijken.

Zoals is toegelicht aan de hand van de figuren 1 en 2 kan de aandrijfinrichting 9 volgens de uitvinding worden toegepast bij 3D-printers, waarbij de aandrijfinrichting op de printkop is bevestigd, dan wel deel uit maakt van de printkop, maar eveneens bij 3D-printers, waarbij de aandrijfinrichting met het frame van de printer is verbonden en het aangedreven filament door een slang naar de printkop wordt gevoerd.

Het filament 10 wordt in de aandrijfinrichting door de stroomopwaarts gelegen wartel 24, tussen het aandrijfwiel 27 en het geleidewiel 35 en door de stroomafwaarts gelegen wartel 25 heen gevoerd. Door het draaien aan de bus 36 kan de kracht waarmee het geleidewiel het filament 10 tegen het aandrijfwiel aan drukt worden ingesteld. Voorts maakt de trekknop 38 het mogelijk de afstand tussen het aandrijfwiel 27 en het geleidewiel 35 tijdelijk te vergroten, bijvoorbeeld tijdens het invoeren van een nieuw filament 10. Bij het loslaten van de trekknop 38, wordt het geleidewiel 35 weer met de oorspronkelijke kracht tegen het filament 10 gedrukt.

Het zal duidelijk zijn dat binnen het kader van de conclusies, variaties op de hierboven toegelichte uitvoeringsvormen binnen de uitvinding vallen en dat in maatregelen in de verschillende uitvoeringsvormen kunnen worden gecombineerd.

Claims (16)

1. In een 3D-printer te plaatsen aandrijfinrichting voor het onder besturing van een besturingsorgaan in zijn lengterichting aandrijven van een in de 3D-printer tot een werkstuk te printen filament, omvattende: - een frame; - een op een in het frame gelagerde aandrijfas geplaatst aandrijfwiel; - een op een in het frame gelagerde geleide-as geplaatst geleidewiel; - met het frame verbonden geleidemiddelen voor het tussen de wielen door geleiden van het filament; en - een elektromotor voor het aandrijven van de aandrijfas, met het kenmerk, dat het frame een hulpframe omvat waarin één van de assen is gelagerd en dat de positie van het hulpframe ten opzichte van het frame instelbaar is.

2. Aandrijfinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de geleide-as in het hulpframe is gelagerd.

3. Aandrijfinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het hulpframe door middel van een stelschroef met het frame is gekoppeld.

4. Aandrijfinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de stelschroef door middel van een schroefdraad met het frame is gekoppeld en dat tussen de stelschroef en het hulpframe een drukveer is geplaatst.

5. Aandrijfinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de stelschroef de vorm van een bus heeft, die aan zijn buitenzijde van schroefdraad is voorzien, waarmee de stelschroef in een in het frame aangebrachte, van inwendige schroefdraad voorziene holte is geschroefd en dat de veer een in het inwendige van de busvormige stelschroef geplaatste schroefveer is.

6. Aandrijfinrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het hulpframe de vorm heeft van een pen, die zich door de schroefveer heen uitstrekt en die aan zijn inwendige einde is voorzien van een schotel waar de schroefveer op rust en van een gevorkt deel waarin de geleide-as is gelagerd.

7. Aandrijfinrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de pen zich door een in de kopwand van de bus aangebrachte opening heen naar buiten uitstrekt en dat de pen aan zijn uitwendige einde is voorzien van een trekknop.

8. Aandrijfinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het aandrijfwiel aan zijn tangentiele vlak van zich parallel aan de as uitstrekkende kartels is voorzien.

9. Aandrijfinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het aandrijfwiel aan zijn tangentiele vlak van een groef is voorzien.

10. Aandrijfinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de aandrijfas zich tot buiten het frame uitstrekt en dat het buiten het frame uitstrekkende deel van de aandrijfas van een handwiel is voorzien.

11. Aandrijfinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de geleidemiddelen stroomopwaarts, respectievelijk stroomafwaarts van de kneep tussen het aandrijfwiel en het geleidewiel, in het frame, aangebrachte wartels met een doorgaande, naar het inwendige toe wijde trechtervormige opening omvatten.

12. Aandrijfinrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de wartels door middel van een schroefdraad losmaakbaar in het frame zijn bevestigd

13. Aandrijfinrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het van handwiel afgekeerde einde van de aandrijfas is gekoppeld met een tegen het frame bevestigde elektromotor.

14.

Aandrijfinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het frame symmetrisch is ten opzichte van het zich dwars op de assen uitstrekkend middenvlak.

15. 3D-printer, voorzien van een aandrijfinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de aandrijfinrichting direct op de printkop van de 3D-printer is geplaatst. 16. 3D-printer, voorzien van een aandrijfinrichting volgens één van de conclusies 1-14, met het kenmerk, dat de aandrijfinrichting op een vast deel van de printer is bevestigd en dat de aandrijfinrichting door middel van het holle deel van een bowdenkabel met de printkop is verbonden.