PL234153B1 - Drukarka do druku przestrzennego - Google Patents

Abstract

Drukarka do druku przestrzennego charakteryzuje się tym, że jej zespół zasobnika (4) składa się z prostokątnej ramki z zewnętrznymi odsadzeniami, której wnętrze stanowią symetrycznie usytuowane względem siebie jednomodowe światłowody z transportującym światło ich rdzeniem i z nieprzepuszczającą światła powłoką, przy czym górne końce tych światłowodów połączone są trwale z soczewkami pod którymi umieszczona jest stabilizująca siatka, natomiast dolne końce światłowodów osadzone są przelotowo w usztywniającej nieprzepuszczającej światła warstwie silikonowej, przy czym dolna powierzchnia ramki i warstwa silikonu są zlicowane ze sobą a światłowody wystają na długość L = 0-1000 cm poniżej tej zlicowanej powierzchni i spoczywają bezpośrednio na źródle światła umieszonym w obudowie tworząc razem ekran, a ponadto powyżej warstwy silikonowej pomiędzy rzędami światłowodów umieszczone są naprzemiennie przewody z rozmieszczonymi na całej ich długości otworami przelotowymi rozprowadzającymi materiał światłoutwardzalny, zaś końce tych przewodów podłączone są do przewodów doprowadzających i odprowadzających materiał światłoutwardzalny do zbiornika (52) zespołu sterująco-pompującego (5).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest drukarka do druku przestrzennego, przeznaczona do wytwarzania trójwymiarowych produktów z materiałów światłoutwardzalnych (fotopolimeryzacyjnych) w technologii SLA/DLP, opierającej się na transmisji światła przez światłowody.

Znane i stosowane powszechnie drukowanie za pomocą drukarek 3D to proces wytwarzania zaprojektowanych cyfrowo produktów trójwymiarowych, a realizowany w technologii topionego termoplastycznego tworzywa sztucznego (FFF) odbywa się za pomocą nakładania kolejnych warstw o określonym zaprojektowanym kształcie danego produktu. Technologia ta polega na dostarczaniu podgrzanego do stanu półpłynnego włókna z materiału FFF do głowicy drukarki do druku przestrzennego, poruszającej się w trzech płaszczyznach X, Y, Z. Materiałami termoplastycznymi w procesie drukowania przestrzennego używanymi do druku w tej technologii mogą być wszelkiego rodzaju termoplastyczne tworzywa sztuczne w postaci linki nawiniętej na szpulę zwanej dalej filamentem, który nanoszony jest warstwowo lub punktowo, a proces tego nanoszenia realizowany jest zwykle w komorze zapewniającej temperaturę pozwalającą na termiczne formowanie tego tworzywa. Lokalna temperatura nanoszonego warstwami tworzywa zaraz po wyjściu z dyszy jest zwykle zbliżona do jego temperatury topnienia.

Podczas drukowania na drukarce 3D krytycznym problemem jest zachowanie odpowiednich warunków wewnątrz komory wydruku, w tym odpowiedniej temperatury w jej komorze roboczej oraz temperatury jej platformy roboczej.

Jednocześnie wraz z rozwojem technologii drukowania obiektów trójwymiarowych za pomocą drukarek 3D wiele różnych technologii jest aktualnie wykorzystywanych do wytwarzania fizycznych modeli trójwymiarowych, w tym między nimi technologia polegająca na przekształcaniu informacji projektowej modelu 3D utworzonego przez oprogramowanie zwykle typu CAD na wiele cienkich (quasi - dwuwymiarowych) warstw przekroju poprzecznego, które są nakładane jedna na drugiej. Poza tym moduł drukujący urządzenia drukującego 3D może być także przemieszczany powyżej podstawy wzdłuż płaszczyzny X, Y przez odniesienie do współrzędnych X, Y, Z tego urządzenia, zbudowanej z wirtualnych danych projektowych modeli 3D tak, aby wytłaczać lub osadzać materiał w prawidłowym kształcie warstwy przekroju poprzecznego wytwarzanego produktu. Osadzony materiał może następnie utwardzać się naturalnie lub być utwardzany na przykład przez silne źródło światła, aby utworzyć żądaną warstwę przekroju poprzecznego. Zatem przesuwając moduł drukujący urządzenia drukującego 3D wzdłuż warstwy osi „Z” względem kolejnych warstw wiele warstw danego przekroju może być stopniowo układanych wzdłuż osi „Z” dzięki czemu materiał złożony może być w trójwymiarowy obiekt warstwa po warstwie. W przypadku formowania obiektu trójwymiarowego warstwa po warstwie za pomocą źródła światła w celu utwardzenia złoża materiału moduł drukujący tego urządzenia drukującego 3D jest przystosowany do zanurzania go w materiale tworzącym ciecz zawierającą żywicę światłoczułą umieszczoną w zbiorniku, a źródło światła w płaszczyźnie X, Y napromieniowuje materiał tworzący tę ciecz, który można utwardzić i układać na ruchomej platformie modułu drukującego tego urządzenia. W ten sposób przesuwając ruchomą platformą tego modułu drukującego wzdłuż warstwy osi „Z” o warstwę z materiałem tworzącym płyn może być warstwa po warstwie utwardzany i ułożony w stos tworząc trójwymiarowy obiekt. Jednakże w przypadku takiego formowania obiektu trójwymiarowego jeśli utwardzany materiał przylgnie do dna zbiornika z żywicą wówczas napromieniowanie źródłem światła może ulec zmianie i wpływać na wyniki dalszego formowania. Z publikacji na stronie internetowej http://fabrykator.pl/sea-sidecustoms/cistelia-drikarka-slaicd-dla-zywicy-daylight/ znana jest żywiczna drukarka SLA/LCD firmy Cristelia, składająca się z ramy prostopadłościennej, zwieńczonej w dolnej części formatką wyposażoną w zasobnik żywicy światłoutwardzalnej, z umieszczonym w nim wyświetlaczem ciekłokrystalicznym LCD oraz połączonej prowadnicami liniowymi z górnym uchwytem. Utwardzanie tej żywicy następuje za pomocą światła niebieskiego (fala 470-500 nm), pochodzącego z ekranu LCD umieszczonego pod zasobnikiem z tą żywicą.

Z opisu patentowego CN 103722745A znana jest szybka metoda formowania żywicy światłoutwardzalnej oparta na zasadzie selektywnego przepuszczania światła na wyświetlaczu ciekłokrystalicznym (LCD), która obejmuje następujące etapy:

- etap umieszczenia zbiornika z żywicą powyżej ekranu wyświetlacza LCD, eksponując warstwa po warstwie metodą ekspozycji kontaktowej oraz umieszczenie soczewki Fresnela pomiędzy tym ekranem a źródłem światła tak, aby grubość każdej warstwy żywicy podczas jej utwardzania wynosiła 200 gm - 400 gm, a czas utwardzania jednej warstwy wynosił od 1 sekundy do 8 sekund;

PL 234 153 B1

- etap przesuwania utwardzonej płyty żywicznej podtrzymującej kształtkę odpowiednio o 200 pm - 400 pm pod kontrolą układu ruchu w osi „Z”;

- etap płukania modułu w rozpuszczalniku organicznym po jego całkowitym utwardzeniu.

Źródłem światła w tej metodzie są diody LED wysokiej mocy, a szklane podłoże pokryte żelem krzemionkowym jest umieszczone na dnie zbiornika z żywicą, dzięki czemu żywica ta może być względnie oddzielona od podłoża, przy czym źródło światła LED można łatwo wymienić, jego moc regulować, a formować i utwardzać można różne typy żywicy.

Z opisu patentowego wynalazku WO2014126830 znany jest sposób i urządzenie do wytwarzania wyrobów trójwymiarowych polegający na tym, że:

- przygotowuje się nośnik i płytę nośną, składającą się z elementu półprzepuszczalnego, posiadającego powierzchnię nośną, a pomiędzy nią i tym nośnikiem tworzy się obszar powstawania obiektu przy udziale płynu drogą przez ten element półprzepuszczalny ze źródłem inhibitora polimeryzacji;

- wypełnia się obszar powstawania obiektu płynem ulegającym polimeryzacji, który to płyn kontaktuje się z płytą nośną urządzenia 3D;

- dokonuje się napromieniowania obszaru powstawania obiektu przez płytę nośną tak, aby wytworzyć obszar stałego polimeru w tym obszarze, a podczas powstawania lub utrzymywania ciekłego filmu warstwa emulsji składa się z płynu ulegającego polimeryzacji, tworzącego się pomiędzy regionem zestalonego polimeru i płytą nośną, w którym polimeryzacja płynnego filmu jest hamowana przez inhibitor polimeryzacji, po czym:

- dokonuje się wysuwania nośnika z rejonu polimeryzacji, przylegającego do tego obszaru powstawania obiektu na płycie nośnej tworząc kolejny obszar powstawania obiektu pomiędzy rejonem polimeryzacji a płytą nośną, do wypełnienia kolejnego obszaru powstawania obiektu z płynem ulegającym polimeryzacji opisanym w pierwszym etapie.

W przytoczonym wyżej opisie wynalazku opisano także urządzenie do realizacji tego sposobu, posiadające znaczną ilość elementów składowych funkcjonalnie połączonych ze sobą, które wykorzystuje wysokoenergetyczne promieniowanie takie jak światło lasera i promieniowanie UV.

Znane jest również z opisu patentowego US 5344298 urządzenie do wykonywania obiektów trójwymiarowych metodą stereolitografii z wykorzystaniem lasera ultrafioletowego, przez tworzenie przekrojów poprzecznych tworzonego obiektu w wybranych płaszczyznach w ciekłym ośrodku zdolnym zmienić swój stan skupienia w odpowiedzi na odpowiednią synergiczną stymulację promieniowaniem, bombardowanie cząstkami lub przez reakcje chemiczne, sukcesywnie odwzorowując kolejne warstewki przyległych przekrojów obiektu, będących automatycznie formowanych i scalanych ze sobą, dostarczając stopniowo narastający pożądany obiekt. W wyniku tych działań obiekt trójwymiarowy jest formowany przez rzeczywiste płaszczyzny w ciekłym ośrodku podczas procesu formowania.

Znana jest także z opisu patentowego polskiego zgłoszenia wynalazku numer P.416429 drukarka 3D przeznaczona do wykonywania trójwymiarowych obiektów fizycznych w technologii SL (stereolitografii), składająca się z zamkniętej obudowy nieprzepuszczającej światła, wewnątrz której znajdują się: otwarty zbiornik z przeźroczystym dnem, wewnątrz którego znajduje się żywica fotopolimeryzacyjna, ruchomy wspornik, na którego dolnej powierzchni powstaje drukowany przedmiot trójwymiarowy, zbiornik wyrównawczy z żywicą fotopolimeryzacyjną. Pod przeźroczystym dnem otwartego zbiornika znajduje się źródło światła w postaci wyświetlacza urządzenia mobilnego (telefonu komórkowego), a na wewnętrznej stronie przeźroczystego dna ze szkła kwarcowego otwartego zbiornika znajduje się folia separująca (PCV z domieszką silikonu), oddzielająca przeźroczyste dno od żywicy fotopolimeryzacyjnej. Poza tym pomiędzy przeźroczystym dnem zbiornika a źródłem światła znajduje się układ soczewek powiększających typu F-Theta powiększających obraz wyświetlany przez źródło światła.

W miarę powstawania wydruku 3D ruchomy wspornik jest podnoszony umożliwiając powstawanie kolejnych warstw wydruku 3D, a ubytek żywicy fotopolimeryzacyjnej w otwartym zbiorniku jest uzupełniany samoczynnie ze zbiornika wyrównawczego.

Z kolei znana z opisu patentowego nr CN104325642 A drukarka 3D o wysokiej precyzji wykorzystująca żywicę utwardzaną światłem przy pomocy źródła światła - diody LED oraz z soczewką optyczną umieszczoną pomiędzy obwodem tej diody LED a soczewką Fresnela, która pokrywa ekran LCD umieszczony w ramce zewnętrznej, przy czym płynna żywica umieszczona jest w zbiorniku nad ekranem LCD, którego dolna powierzchnia pokryta jest membraną o wysokiej przepuszczalności światła, natomiast platforma do drukowania jest umieszczona w górnej części tego zbiornika.

PL 234 153 B1

Z kolei znana z opisu patentowego polskiego zgłoszenia wynalazku nr P.416846 drukarka 3D z platformą roboczą do druku przestrzennego w technologii osadzania topionego materiału, zawierająca ogrzewaną komorę roboczą w której umieszczona jest promieniowo-wertykalnie platforma robocza osadzona na szeregu napędów liniowych oraz przemieszczana w płaszczyźnie horyzontalnej głowica drukująca, umieszczona na szeregu napędów liniowych. Korzystnie platforma robocza osadzona jest na trzech napędach liniowych w postaci napędów śrubowych. Z kolei głowica drukująca umieszczona jest na dwóch napędach liniowych w postaci napędów śrubowych, zapewniających przemieszczanie w jednym z kierunków płaszczyzny horyzontalnej oraz na jednym napędzie liniowym - śrubowym zapewniającym przemieszczanie w drugim z kierunków płaszczyzny horyzontalnej. Podgrzewana platforma robocza drukarki 3D według niniejszego wynalazku zapewnia optymalną adhezję drukowanego obiektu do podłoża, dzięki ogrzewaniu wierzchniej płyty roboczej platformy roboczej. Z kolei podgrzewana komora robocza i kontrola procesu chłodzenia wydruku minimalizuje i stabilizuje naprężenia wewnętrzne w drukowanym obiekcie. Konstrukcja platformy roboczej pozwala na wykorzystanie ciepła z płyty grzewczej do podnoszenia i stabilizacji temperatury platformy roboczej i komory roboczej drukarki 3D. Przedstawiona konstrukcja zapewnia dokładny podział energii cieplnej pomiędzy platformę roboczą i komorę roboczą. Zastosowanie czujników temperatury wbudowanych w komorę roboczą oraz w platformę roboczą, połączonych z układem sterowania daje możliwość dokładnej kontroli i sterowania zarówno procesem nagrzewania jak i chłodzenia. Zastosowanie wentylatora mieszającego, umieszczonego w komorze roboczej, dodatkowo zwiększa jednorodność dystrybucji temperatury wewnątrz objętości komory roboczej, co znacząco wpływa na jakość wydruku. Wykorzystanie w platformie roboczej płyty grzewczej zasilanej napięciem stałym o dużej wartości pozwoliło zmniejszyć grubość tego elementu, a tym samym samej platformy, wpływając korzystnie na kompaktowość całej drukarki 3D.

Znane jest także z opisu patentowego wynalazku PL/EP 2083992 urządzenie do wytwarzania obiektu trójwymiarowego na bazie fotoutwardzania za pomocą lasera albo naświetlania maskującego przy użyciu zespołu projekcyjnego, pod którym w pojemniku znajduje się ciekły materiał fotopolimeryzacyjny a w nim umieszczona jest płyta nośna podnoszona w kierunku pionowym, przy czym poziom tej cieczy wykrywany jest czujnikiem i regulowany jest z zasobnika tej cieczy. Położenie tej płyty nośnej ustalane jest na bieżąco w wyniku połączenia z nią enkodera, który wraz z tym pojemnikiem cieczy poprzez zastosowanie silnika krokowego są sterowane zespołem sterującym.

Celem wynalazku jest opracowanie nowej nieznanej z dotychczasowego stanu techniki konstrukcji drukarki do druku przestrzennego (3D) do wytwarzania produktu trójwymiarowego przy utwardzaniu materiału światłoutwardzalnego (fotopolimerowego) w wyniku doprowadzania do niej światła w postaci promieniowania elektromagnetycznego przez odpowiedni zestaw światłowodowy, z urządzenia generującego to promieniowanie/światło, którym może być na przykład ekran LCD, diody ledowe, rzutniki lub inne. Dalszym celem wynalazku jest także opracowanie nowej konstrukcji zespołu zasobnika tej drukarki na bazie odpowiednio usytuowanych względem siebie światłowodów, współpracującego z platformą roboczą tej drukarki.

Istota drukarki do druku przestrzennego według wynalazku polega na tym, że zespół jej zasobnika składa się z prostokątnej ramki z zewnętrznymi odsadzeniami, której wnętrze stanowią symetrycznie usytuowane względem siebie jednomodowe światłowody z transportującym światło ich rdzeniem i z nieprzepuszczającą światła powłoką, przy czym górne końce tych światłowodów połączone są trwale z soczewkami pod którymi umieszczona jest stabilizująca siatka, natomiast dolne końce światłowodów osadzone są przelotowo w usztywniającej nieprzepuszczającej światła warstwie silikonowej, ponadto dolna powierzchnia ramki i warstwa silikonu są zlicowane ze sobą a światłowody wystają na długość L = 0-1000 cm poniżej tej zlicowanej powierzchni i spoczywają bezpośrednio na źródle światła umieszonym w obudowie tworząc razem z nią ekran. Z kolei powyżej warstwy silikonowej pomiędzy rzędami światłowodów umieszczone są naprzemiennie przewody z rozmieszczonymi na całej ich długości otworami przelotowymi rozprowadzającymi materiał światłoutwardzalny, zaś końce tych przewodów podłączone są do przewodów doprowadzających i odprowadzających materiał światłoutwardzalny do zbiornika zespołu sterująco-pompującego.

Korzystnym jest gdy poniżej ekranu ze źródłem światła znajduje się przylegający do niego ramkowy prostokątny element izolacyjny umieszczony na ramkowej prostokątnej podstawie z gniazdami z trzpieniami walcowymi z osadzonymi na nich cewkami wibracyjnymi, przy czym końce tych cewek umieszczone są w kanałkach tej ramki i połączone są z elektrycznymi przewodami sterownika sterującego pracą tej drukarki.

PL 234 153 B1

Korzystnym jest również gdy średnica światłowodów wynosi od 1 μm do 1 cm, a umieszczone na nich soczewki są soczewkami skupiającymi lub rozpraszającymi światło o średnicach od 1 do 1,2 średnicy tych światłowodów.

Korzystnym jest także, gdy źródło światła stanowi wyświetlacz LCD albo diody LED albo rzutnik albo lampy UV, albo diody LED albo diody laserowe albo laser albo źródła promieniowania optycznego albo źródła promieniotwórcze a materiał światłoutwardzalny stanowi żywica albo materiał kompozytowy.

Zastosowanie w drukarce według wynalazku światłowodów pozwala na transmisję światła o znacznie większym jego natężeniu niż w dotychczas stosowanych drukarkach 3D, w wyniku czego uzyskuje się większą grubość i większą ilość warstw utwardzanych w znacznie krótszym czasie.

Ponadto zastosowanie światłowodów w drukarce do druku przestrzennego umożliwia napływ światłoutwardzalnego materiału w sposób równomierny na całej powierzchni powodując, zwiększenie wydajności i znaczne przyspieszenie procesu drukowania żądanego wyrobu.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1—fig. 14 przedstawiają pierwszą wersję drukarki do druku przestrzennego, w której źródło światła znajduje się bezpośrednio pod warstwą silikonu z osadzonymi w nim światłowodami, przy czym fig. 1 przedstawia drukarkę do druku przestrzennego z otwartymi przeszklonymi drzwiczkami jej obudowy szafkowej w widoku perspektywicznym, fig. 2 - zespoły robocze tej drukarki połączone ze sobą funkcjonalnie po wyjęciu ich z obudowy szafkowej w widoku perspektywicznym, fig. 3 - te same zespoły robocze w widoku z przodu, fig. 4 - zespół zasobnika tej drukarki w widoku z góry, fig. 5 - ten sam zespół zasobnika w przekroju pionowym wzdłuż linii A-A, fig. 6 - ten sam zespół zasobnika w stanie rozłożonym jego elementów składowych wraz z jej podstawą nośną w widokach perspektywicznych, fig. 7 - powiększony szczegół „C” fragmentu pojemnika, światłowodów i ekranu w przekroju pionowym, fig. 8 - powiększony szczegół „D” zespołu zasobnika w części dotyczącej usytuowania kolanek dostarczających materiał światłoutwardzalny, siatki stabilizującej pionowe usytuowanie światłowodów, soczewek światłowodów i przewodów rozprowadzających ten materiał pomiędzy światłowody w widoku z góry, fig. 9 - powiększony szczegół „E” zespołu zasobnika z fragmentem bocznej części jego pojemnika, światłowodów, ekranu oraz płyty izolacyjnej i podstawy zasobnika w przekroju pionowym, fig. 10 - powiększony szczegół „F” zespołu zasobnika przestawiający przeciwległą boczną część jego pojemnika, ekranu i podstawy zasobnika przedstawiającej jedno z jego naroży wyposażonych w bolec z cewką wibracyjną w przekroju pionowym, fig. 11 - powiększony szczegół „G” jednego z naroży podstawy zasobnika wraz z osadzonym w nim bolcem i umieszczoną na nim cewką wibracyjną w widoku perspektywicznym, fig. 12 - powiększony szczegół „H” lewego podzespołu prowadzącego wózek jezdny w widoku perspektywicznym, fig. 13 - powiększony szczegół „I” prawego analogicznego podzespołu prowadzącego wózek jezdny w widoku perspektywicznym z częściowym jego wyrwaniem, fig. 14 - przekrój B-B zespołu zasobnika pokazany na rysunku fig. 7, fig. 15-fig. 17 przedstawiają drugą wersję wykonania drukarki do druku przestrzennego, w której źródło światła znajduje się pod światłowodami osadzonymi i przechodzącymi przez warstwę silikonu, przy czym fig. 15 - przedstawia zespół zasobnika drukarki w widoku z góry, fig. 16 - ten sam zespół zasobnika w przekroju pionowym wzdłuż linii K-K, a fig. 17 - powiększony szczegół „F” zespołu zasobnika z fragmentem bocznej części jego pojemnika, światłowodów, ekranu oraz płyty izolacyjnej i podstawy zasobnika w przekroju pionowym.

Drukarka do druku przestrzennego składa się z prostopadłościennej obudowy szafkowej 1 z przeszklonymi jej drzwiczkami, umieszczonej wewnątrz niej i połączonej z nią płytowej podstawy nośnej 2, połączonego z tą podstawą nośną zespołu platformy roboczej 3 i zespołu zasobnika 4 oraz umieszczonego pod nim i przymocowanego do podłogi obudowy szafkowej 1 zespołu sterująco-pompującego 5 materiał światłoutwardzalny do przestrzeni roboczej zespołu zasobnika 4. Płytowa podstawa nośna 2 tej drukarki ma kształt prostokątnej płyty posiadającej na obu jej krótszych bokach po dwa pionowe odsadzenia 6 z otworami montażowymi 7, oddzielone od siebie wyjęciami U-owymi 8, a jej górna powierzchnia posiada wykonane gniazdo prostopadłościenne 9 z odsadzeniem dolnym 10 i z zaokrąglonymi jego narożami 11 i wykonanymi w tych narożach przelotowymi prostokątnymi wyjęciami 12, przy czym pionowe odsadzenia 6 tej podstawy nośnej 2 poprzez ich otwory montażowe 7 za pomocą śrub 13 przymocowane są do obu bocznych ścian 14 obudowy szafkowej 1. Zespół platformy roboczej 3, składa się z dwóch podzespołów prowadząco-napędowych 15, wózków jezdnych 16 połączonych z platformą roboczą 17. Każdy z tych podzespołów prowadząco-napędowych 15 posiada po dwie pionowo usytuowane monolityczne profilowe kolumny 18 z płaskimi odsadzeniami zewnętrznymi 19 i z zaokrąglonymi prowadnicami 20 oraz umieszczone pomiędzy nimi

PL 234 153 B1 także pionowo usytuowane napędowe śruby 21 z nakręconymi na nie nakrętkami 22, przy czym górne końce tych kolumn i śrub zwieńczone są poziomo usytuowanymi elementami płytkowymi 23, a ich dolne końce zwieńczone są analogicznymi elementami płytkowymi 24, natomiast oba końce tych śrub są osadzone obrotowo w łożyskach 25, osadzonych w obu elementach płytkowych 23, przylegających do wewnętrznej powierzchni sufitowej ściany 26 obudowy szafkowej 1 oraz w elementach płytkowych 24, do których dolnych powierzchni przymocowane są po dwa pionowo usytuowane elementy płytkowe 27 zwieńczone ze sobą poziomymi elementami płytkowymi 28, tworząc komory prostopadłościenne 29, umieszczone na płytowej podstawie nośnej 2 oraz w jej wyjęciach U-owych 8 i pomiędzy pionowymi odsadzeniami 6 tej podstawy. Poza tym płaskie odsądzenia zewnętrzne 19 profilowych kolumn 18 przymocowane są za pomocą śrub poprzez ich otwory montażowe 30 do obu pionowych ścian 14 obudowy szafkowej 1, natomiast dolne końce napędowych śrub 21 wystają poza dolne elementy płytkowe 24 i poprzez sprzęgła 31 umieszczone w komorach prostopadłościennych 29 połączone są z ich elektrycznymi silnikami napędowymi niepokazanymi na rysunku, umieszczonymi w prostopadłościennych obudowach 32, przymocowanych do dolnej powierzchni płytowej podstawy nośnej 2. Poza tym na obu zaokrąglonych prowadnicach 20 podzespołów prowadząco-napędowych 15 osadzone są przesuwnie wózki jezdne 16 posiadające płytkowe elementy kątownikowe 34, których elementy pionowe 35 na swych obu końcach wyposażone są w elementy prostopadłościenne 36, posiadające zaokrąglone wyjęcia 37 o średnicach dostosowanych do średnic zaokrąglonych prowadnic 20, na których są osadzone. Natomiast poziome elementy 38 elementów kątownikowych 34 połączone są za pomocą śrub 39 poprzez kątowe podwójnie wygięte łączniki 40 z obu końcami płytowej platformy roboczej 17 i posiadającej na swej powierzchni przelotowe otwory 42, wprawianej w pionowy ruch posuwisto-zwrotny za pomocą śrub napędowych 21 napędzanych silnikami elektrycznymi niepokazanymi na rysunku i zasilanymi poprzez sterownik 65. Z kolei zespół zasobnika 4 stanowi prostokątna ramka 43, której dolne końce zewnętrznej powierzchni mają zaokrąglone odsadzenia 44, której wnętrze stanowią symetrycznie usytuowane względem siebie jednomodowe światłowody 48 z transportującym światło ich rdzeniem 48' (na przykład szklanym) i z nieprzepuszczającą światła powłoką 48” (na przykład tworzywową). Światłowody te posiadają średnicę wynoszącą 1 gm i identyczną ich wysokość wynoszącą około 50% wysokości „W tej ramki, przy czym górne końce tych światłowodów połączone są trwale ze skupiającymi światło soczewkami 49 o średnicy wynoszącej 1,1 średnicy tych światłowodów, natomiast pomiędzy rzędami tych światłowodów umieszczone są naprzemiennie przewody 50 rozprowadzające materiał światłoutwardzalny - żywicę polimerową w przestrzeń międzyświatłowodową, których końce podłączone są do odpowiedniego przewodu 51, doprowadzającego tę żywicę i odpowiedniego przewodu odprowadzającego 51' tę żywicę w razie potrzeby do zbiornika 52 zespołu sterująco-pompującego 5 za pomocą pompy 53 uruchamianej silnikiem elektrycznym 54, przy czym przewody 50 na całej ich długości mają wykonane otwory przelotowe 50', powodujące szybsze i równomierne rozprowadzanie tej żywicy w przestrzeń międzyświatłowodową oraz ponad górną powierzchnię tych soczewek do stale uzupełnianego jej poziomu. Poza tym pod soczewkami 49 światłowodów 48 umieszczona jest siatka 55 stabilizująca pionowe usytuowanie względem siebie tych światłowodów, której boczne elementy 56 przylegają do wewnętrznej powierzchni ramki 43 zasobnika 4, natomiast dolne końce światłowodów 48 osadzone są przelotowo w cienkiej usztywniającej warstwie silikonowej 47, przy czym zarówno dolna powierzchnia ramki 43, warstwa silikonu 47 i dolne końce światłowodów 48 są ze sobą zlicowane i spoczywają na umieszczonym w obudowie 45' źródle światła 45, które stanowi wyświetlacz LCD, przy czym to źródło światła wraz z obudową 45' tworzy ekran 45”, zasilany napięciem stałym 24 V poprzez taśmę zasilającą 46, pod którym znajduje się: ramkowy prostokątny element izolacyjny 57 umieszczony na ramkowej prostokątnej podstawie 58 z narożnymi prostopadłościennymi dolnymi odsadzeniami 59, nad którymi w ich gniazdach 60 osadzone są trzpienie walcowe 61 z osadzonymi na nich cewkami wibracyjnymi 62, przy czym końce tych cewek umieszczone są w kanałkach 63 tej ramki i połączone są z elektrycznymi przewodami 64 sterownika 65 sterującego pracą tej drukarki, natomiast ramkowy element izolacyjny 57 przylega do dolnej powierzchni ekranu 45”.

Ekran 45” umieszczony pod warstwą silikonową 47 oraz pod dolnymi końcami naświetlanych przez niego jednomodowych światłowodów 48, za pomocą śrub 66 i poprzez otwory montażowe 67 wykonane w obu krótszych bokach obudowy 45' tego ekranu połączony jest z dolną powierzchnią zaokrąglonych odsadzeń 44 prostokątnej ramki 43 zasobnika 4.

Z kolei do dna gniazda 9 płytowej podstawy nośnej 2 przymocowana jest umieszczona w nim ramkowa prostokątna podstawa 58 i umieszczony na niej prostokątny ramkowy element izolacyjny 57, które poprzez ich otwory montażowe 68 za pomocą śrub 69 połączone są ze sobą.

PL 234 153 B1

Zespół sterująco-pompujący 5 tej drukarki umieszczony na dnie 70 obudowy szafkowej 1 stanowi pompa 53 połączona z silnikiem elektrycznym 54 i ze zbiornikiem 52 polimerowej żywicy światłoutwardzalnej, wyposażonym w króciec wlewowy 71 połączony ze sterownikiem 65 wyposażonym w program komputerowy sterujący pracą wszystkich zespołów roboczych tej drukarki oraz w przewody 51 doprowadzające tę żywicę ze zbiornika 52 poprzez sterownik 65 do części roboczej zasobnika 4 i w przewody 51' odprowadzające w razie potrzeby tę żywicę z tego zasobnika do zbiornika 52.

Sterownik 65 wyposażony jest w mikroprocesor ogólnego przeznaczenia, który w oparciu o zapisany w programie 3D rysunek drukowanego wyrobu steruje pracą: silników napędzających napędowe śruby 21 wprawiające w ruch wózki 16 wraz z platformą roboczą 17, pompy 53 oraz zasilaniem ekranu 45”, a także struje pracą cewek wibracyjnych 62.

Zasada działania tej drukarki polega na tym, że po napełnieniu zbiornika 52 żywicą światłoutwardzalną uruchamia się sterownik 65 zasilany z sieci elektrycznej napięciem 230 V i włącza się odpowiednie przyciski niepokazane na rysunku, po czym poprzez przewody doprowadzające 51 i przewody rozprowadzające 50 żywica wpompowywana jest do przestrzeni roboczej zasobnika 43, przy czym ilość żywicy dostarczonej do tego zasobnika kontrolowana jest przez sterownik 65 w taki sposób, aby jej poziom stale zakrywał światłowody 48 wraz z ich soczewkami 49, następnie niepokazane na rysunku silniki elektryczne poprzez sterownik 65 wprawiają w ruch obrotowy prawo lub lewostronny śruby 21 równocześnie wprawiając w ruch pionowy platformę roboczą 17 do jej styku z powierzchnią polimerowej żywicy światłoutwardzalnej umieszczonej w przestrzeni roboczej zasobnika 4. Wówczas sterownik 65 uruchamia źródło światła 45, które po przejściu przez zestaw światłowodów 48 zostaje skupione przez ich soczewki 49, powodując utwardzenie się pierwszej warstwy tej żywicy o żądanej grubości na przykład 100 μm. Następnie platforma robocza w wyniku odwrotnego obrotu napędzających ją śrub 21 zostaje uniesiona ku górze również o 100 μm a poziom żywicy zostaje odpowiednio uzupełniony, zaś wprawione w drgania cewki wibracyjne 62 umożliwiają szybsze napływanie żywicy ponad poziom soczewek 49 światłowodów 48, po czym cykl tych czynności powtarza się aż do uzyskania żądanych gabarytów zaprojektowanego w programie 3D wyrobu 72.

Stwierdzono, że zastosowanie światłowodów w drukarce według wynalazku pozwala na transmisję światła do materiału światłoutwardzalnego o znacznie większym jego natężeniu niż w dotychczas stosowanych drukarkach 3D, co pozwala na uzyskanie większej grubości warstwy utwardzanej drukowanego wyrobu w krótszym czasie.

W drugim wariancie drukarki do druku przestrzennego pokazanym na rys. fig. 15-17 drukarka ta ma budowę analogiczną jaką posiada opisana drukarka według pierwszej odmiany jej wykonania (fig. 1-14), a różnica pomiędzy obu jej odmianami polega tylko na tym, że zespół zasobnika 4 pozbawiony został ramkowego prostokątnego elementu izolacyjnego 57 oraz prostokątnej ramkowej podstawy 58 z cewkami wibracyjnymi 62, a ekran 45” spoczywa bezpośrednio na dnie 9 płytowej podstawy nośnej 2. Z kolei światłowody 48 wystają na długość L = 3 mm poniżej zlicowanych ze sobą dolnej powierzchni ramki 43 i warstwy silikonu 47, przy czym te dolne końce światłowodów 48 spoczywają bezpośrednio na źródle światła 45, które stanowią diody LED.

W innych wariantach wykonania drukarki według wynalazku zastosowano:

- światłowody 48 o średnicy 10 μm, 200 μm i 1 cm oraz o długości L wynoszącej 10 cm, 50 cm, 1000 cm

- skupiające lub rozpraszające soczewki 49 (dobierane w zależności od stosowanego materiału światłoutwardzalnego) o średnicy od 1 do 1,2 średnicy światłowodów 48

- jako materiał światłoutwardzalny materiał kompozytowy a źródło światła stanowiły:

- rzutnik, lampy UV, diody LED, diody laserowe, laser, źródła promieniowania optycznego, źródła promieniotwórcze.

We wszystkich wariantach wykonania drukarki zasada jej działania jest analogiczna jaką opisano wyżej dla wariantu pierwszego.

Claims (1)

1. Zastrzeżenia patentowe