PL222002B1 - Głowica wytłaczająca dla urządzeń kształtowania przyrostowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest głowica wytłaczająca dla urządzeń kształtowania przyrostowego, mająca zastosowanie do wytwarzania elementów za pomocą technik przyrostowych.

Głowice wytłaczające, spotykane są między innymi w urządzeniach do napawania oraz spawania. W tych przypadkach materiałem nakładanym (w przypadku napawania) lub łączącym (w przypadku spawania) jest materiał metalowy. Głowice wytłaczające mogą być również podstawowym zespołem urządzeń do szybkiego wykonywania prototypów (Rapid Prototyping), narzędzi (Rapid Tooling) oraz wyrobów w produkcji jednostkowej i małoseryjnej (Rapid Manufacturing). Jedną z metod przyrostowego wykonywania prototypów jest technika FDM (fused Deposition Modelling). Polega ona na nakładaniu materiału, najczęściej tworzywa sztucznego ABS (poliakrylonitryl-co-butadien-co-styren) w postaci drutu.

Podstawowymi elementami głowic wytłaczających w metodzie FDM są: zespół doprowadzający i dysza uplastyczniająca materiał. Zespół doprowadzający materiał najczęściej zbudowany jest i współpracujących ze sobą odpowiednio ukształtowanych rolek. Natomiast dysza uplastyczniająca materiał charakteryzuje się odpowiednią geometrią zależną od grubości drutu, rodzaju materiału drutu, a także innych czynników np. pożądanej spójności nakładanych warstw oraz budowy zespołu grzewczego, który odpowiedzialny jest za zapewnienie odpowiedniej temperatury drutu, umożliwiającej jego przejście w stan półplastyczny.

Materiał w postaci drutu nakładany jest zgodnie i trajektorią ruchu głowicy. W pierwszym etapie tworzony jest zewnętrzny kształt nakładanej warstwy (obrys), a w drugim wypełniane jest jogo wnętrze. Sposób nakładania warstw wymaga w określonym programowo momencie (dla określonego położenia głowicy), przerwania nakładanej warstwy materiału. Głowica wykonując wówczas ruch jałowy przemieszcza się w ustalone przez program miejsce, w którym zapoczątkowane zostanie nakładanie kolejnej ścieżki materiału. Przerwanie nakładania warstwy odbywa się przez zatrzymanie podawania drutu i jego zerwanie poprzez ruch głowicy. Negatywnym efektem takiego sposobu zerwania nakładanej ścieżki są występujące bardzo często nadmiarowo nałożone ilości materiału. Materiał ten pozostaje zarówno na wykonywanej części jak i na dyszy głowicy. Powoduje to konieczność czyszczenia dyszy przed rozpoczęciem nakładania kolejnej ścieżki materiału oraz wpływa na błędy kształtu wykonywanej części.

Opisany problem mu istotne znaczenie ze względu na potrzebę zapewniania odpowiedniej jakości wykonywanych wyrobów. Poprawność procesu, a co za tym idzie prawidłowa praca głowicy przekłada się na wartość tzw. błędu objętości. Dodatkowo konieczność czyszczenia dyszy powodując także wydłużenie czasu wykonywania części.

W głowicach wytłaczających przesuw drutu do dyszy uplastyczniającej materiał odbywa się poprzez zamiany ruchu obrotowego odpowiednio ukształtowanych rolek na ruch liniowy drutu kształt rolek zależny jest od kształtu drutu laki sposób doprowadzania materiału do głowicy uplastyczniającej może powodować występowanie poślizgu materiału w postaci drutu. Powoduj to w efekcie brak stabilności parametrów procesu wytłaczania (występuje zróżnicowanie wymiaru poprzecznego nakładanej ścieżki materiału - to jest widoczne na rys. 1). W efekcie występuje błąd wypełnienia warstwy, szczególnie istotny w przypadku, kiedy głowica stosowana jest do przyrostowego kształtowania elementów. Wpływa to negatywnie na właściwości wytrzymałościowe wykonywanego elementu.

Istotą wynalazku jest głowica wytłaczająca dla urządzeń kształtowania przyrostowego w postaci zespołu do podawania drutu i zespołu uplastyczniającego charakteryzująca się tym, że zespół do podawania drutu połączony jest z zespołem uplastyczniającym, w którego korpusie usytuowane są grzałki do podgrzewania drutu, w strefie których przepływa powietrze zasilane przez zawór, a wypływające dyszą usytuowaną w strefie dyszy uplastyczniającej.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno użytkowe: możliwość zachowania założonych parametrów nakładanych ścieżek tworzących warstwę materiału, możliwość sterowania „wypełnieniem” nakładanej warstwy, zwiększenie stopnia wypełnienia warstwy materiału, poprawa właściwości wytrzymałościowych wykonywanego elementu.

Wynalazek w przykładowym wykonaniu został uwidoczniony na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia sposób nakładania materiału, a fig. 2 przedstawia widok głowicy wytłaczającej, a fig. 3 przedstawia szczegół głowicy wytłaczające w widoku.

Głowicę wytłaczającą stanowi zespół 1 do podawania drutu 2 połączony z zespołem uplastyczniającym 3, w którego korpusie 4 usytuowane są grzałki 5 do podgrzewania drutu 2, w strefie których

PL 222 002 B1 przepływa powietrze. Powietrze dostarczane jest przez zawór 8, a wypływa dyszą 6. Dysza 6 usytuowana jest w strefie dyszy uplastyczniającej 7.

Tworzywo stanowiące nakładaną warstwę doprowadzone jest poprzez zespół 1 do strefy jego uplastycznienia. Uplastycznienie drutu 7 odbywa się przez przewodzenie ciepła wytwarzanego przez grzałki 5. Temperatura grzałek 5 sterowana jest poprzez układ regulacji, nie uwidoczniony na rysunku. Temperatura w poszczególnych strefach głowicy uzależniona jest od: właściwości fizycznych materiałów stosowanych do budowy elementów głowicy, rodzaju materiału wytłaczanego, wymaganych wskaźników jakościowych wykonywanego elementu.

Drut 2 w stanie plastycznym po przetłoczeniu przez dyszę wytłaczają 7 nakładany jest na wykonywany wyrób. Po nałożeniu warstwy na wytwarzany wyrób następuje odcięcie drutu 2 strumieniem sprężonego powietrza wypływającego dyszą 6, która usytuowana jest w strefie dyszy wytłaczającej 7. Temperatura strumieniu sprężonego powietrza sterowana jest układem regulacji, nie uwidocznionym na rysunku. Ucięcie drutu 2 strumieniem sprężonego powietrza powoduje, że nakładana warstwa jest wolna od nadmiarowo nałożonych ilości materiału w strefie zakończenia ścieżki.

Temperatura stłumienia powietrza ucinającego jest zależna od materiału wytłaczanego powinna być wyższa od temperatury uplastycznienia.

Claims (1)

1. Głowica wytłaczająca dla urządzeń kształtowania przyrostowego w postaci zespołu do podawania drutu i zespołu uplastyczniającego, znamienna tym, że zespół (1) do podawania drutu (2) połączony jest z zespołem uplastyczniającym (3), w którego korpusie (4) usytuowane są grzałki (5) do podgrzewania drutu (2), w strefie których przepływa powietrze doprowadzane przez zawór (8), a wypływające dyszą (8) usytuowaną w strefie dyszy uplastyczniającej (7).