RU173739U1

RU173739U1 - 3d-принтер

Info

Publication number: RU173739U1
Application number: RU2017117299U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Витальевич Панов; Олег Викторович Тельнов; Александр Николаевич Королёв; Юрий Павлович Астахов; Андрей Валентинович Егоров; Андрей Николаевич Мазуркевич; Михаил Анатольевич Коваленко; Игорь Валерьевич Краснобаев; Иван Иванович Белов
Original assignee: Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш"
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2017-09-07

Abstract

Полезная модель относится к оборудованию для получения изделий последовательным экструзионным наращиванием слоев текучего материала из расплавляемого жгута и может быть использована для производства крупногабаритных объемных деталей машин практически любой формы сложности. 3D-принтер включает основание, на котором смонтирован стол, оснащенный устройством подогрева, направляющие, на которых расположен с возможностью перемещения посредством приводного механизма портал, несущий каретку с печатающей головкой, установленную на направляющих портала с возможностью перемещения. 3D-принтер оснащен двумя полыми коробами, закрепленными на основании с двух сторон относительно стола, направляющие для портала размещены на коробах, механизм перемещения портала включает две кинематически связанные с электродвигателем винтовые передачи, винт каждой из которых расположен в полости своего короба, а гайка каждого винта связана с порталом, при этом 3D-принтер оснащен второй кареткой с печатающей головкой, установленной с возможностью перемещения на направляющих портала, каретки оснащены суппортами, установленными на каретках с возможностью вертикального перемещения, а печатающие головки установлены на суппортах. Техническим результатом заявленной полезной модели является расширение области применения 3D-принтера за счет обеспечения возможности изготовления крупногабаритных деталей с высокой точностью. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для получения изделий последовательным экструзионным наращиванием слоев текучего материала из расплавляемого жгута и может быть использована для производства крупногабаритных объемных деталей машин практически любой формы сложности.

Известен 3D-принтер для послойного изготовления деталей, включающий корпус, расположенную в корпусе печатающую головку, закрепленную на каретке и снабженную модулем ее перемещения в плоскости XY, механизм подачи расходного материала; рабочий стол, выполненный с возможностью подогрева рабочей поверхности, установленный на основании и снабженный модулем перемещения по оси Z; катушку с проволочным расходным материалом, выполненную с возможностью подачи расходного материала в печатающую головку. Устройство для перемещения печатающей головки включает две продольные и, по крайней мере, одну поперечную направляющие для перемещения печатающей головки в плоскости XY, выполненные в виде круглых валов, продольные направляющие расположены по оси Y и жестко закреплены на основании, а поперечная направляющая расположена по оси X между двумя продольными направляющими с возможностью перемещения по ним; механизм перемещения каретки, включающий два приводных ремня, концы которых закреплены на каретке с образованием двух связанных между собой контуров, предназначенных для перемещения каретки с печатающей головкой в плоскости XY посредством двух ведущих шкивов, соединенных с их приводами с возможностью независимого вращения шкивов в одном или противоположном направлениях.

(см. патент РФ №2552235, кл. B41F 17/00, 2015 г.).

В результате анализа известного принтера необходимо отметить, что использование в механизме перемещения каретки ременных передач снижает точность перемещения, а использование механизмов натяжения ремней усложняет конструкцию. Использование в качестве направляющих для перемещения каретки валов с подшипниками скольжения также снижает точность рабочих перемещений каретки. Компоновка принтера позволяет формировать детали небольших размеров, что ограничивает область применения известного принтера.

Известен 3D-принтер для послойного изготовления объемных деталей, включающий основание, печатающую головку, закрепленную на каретке, снабженной модулем ее перемещения в плоскости XY; рабочий стол, оснащенный устройством подогрева рабочей поверхности, смонтированный в основании и снабженный модулем перемещения по оси Z; расположенные на основании катушки с механизмами подачи расходного материала в печатающую головку, причем устройство для перемещения каретки включает две продольные рельсовые и, по крайней мере, одну поперечную направляющие, продольные направляющие расположены по оси Y и жестко закреплены на основании, поперечная направляющая расположена по оси X между двумя продольными направляющими с возможностью перемещения по ним, а каретка имеет возможность перемещения по поперечной направляющей посредством приводных ремней.

(см. патент РФ на полезную модель №164639, кл. B41F 17/00, 2016 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа выполнения известного принтера необходимо отметить, что использование для рабочих перемещений каретки ременного привода не обеспечивает требуемой точности ее позиционирования при формообразовании изделия, а размещение стола в полости основания с возможностью его вертикального (по оси Z) перемещения ограничивает возможность формообразования крупногабаритных изделий.

Техническим результатом заявленной полезной модели является расширение области применения 3D-принтера за счет обеспечения возможности изготовления крупногабаритных деталей с высокой точностью.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в 3D-принтере, включающем основание, на котором смонтирован стол, оснащенный устройством подогрева, направляющие, на которых расположен с возможностью перемещения посредством приводного механизма портал, несущий каретку с печатающей головкой, установленную на направляющих портала с возможностью перемещения, новым является то, что 3D-принтер оснащен двумя полыми коробами, закрепленными на основании с двух сторон относительно стола, направляющие для портала размещены на коробах, механизм перемещения портала включает две кинематически связанные с электродвигателем винтовые передачи, винт каждой из которых расположен в полости своего короба, а гайка каждого винта связана с порталом, при этом 3D-принтер оснащен второй кареткой с печатающей головкой, установленной с возможностью перемещения на направляющих портала, каретки оснащены суппортами, установленными на каретках с возможностью вертикального перемещения, а печатающие головки установлены на суппортах.

Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежомграфическими материалами, на которых представлен общий вид 3D-принтера, аксонометрическая проекция.

3D-принтер состоит из основания 1, на котором закреплен стол 2, выполненный в виде плоской плиты. Снизу стола размещены нагревательные элементы 3.

На основании с двух сторон относительно стола размещены два полых короба 4, на наружной верхней поверхности каждого из которых имеются продольные направляющие 5. На продольных направляющих 5 установлен с возможностью перемещения по ним портал 6. Механизм перемещения портала (по оси X) может быть выполнен известным образом, например, в виде двух синхронно работающих электродвигателей (не показаны), кинематически связанных с винтами 7 винтовых передач, смонтированными в полостях коробов 4 с возможностью вращения, а гайки (не показаны) винтовых передач скреплены с порталом 6. Механизм перемещения портала может быть выполнен также в виде одного электродвигателя, кинематически связанного посредством ременных передач с винтами. Для патентуемого решения это не принципиально.

На портале 6 имеются продольные направляющие 8, на которых с возможностью перемещения (по оси Y) посредством приводов 9 установлены каретки 10 и 11. Приводы 9 выполнены известным образом. На каретках с возможностью вертикального перемещения (по оси Z) посредством приводов (не показаны) смонтированы суппорты (соответственно 12 и 13). На суппортах 12 и 13 установлены печатающие головки 14 и 15, содержащие экструдеры, оснащенные устройствами подогрева и термостабилизации (не показаны), а также устройствами-катушками (позициями не обозначены) для подачи расходного материала в печатающую головку,

Питание установки осуществляется от электрического шкафа 16. Управление работой 3D-принтера осуществляется с блока управления 17.

Для работы 3D-принтер комплектуется шаговыми двигателями, например, модели 86STH80-86-5504A.

Аварийное ограничение перемещений конструктивных элементов 3D-принтера обеспечивается концевыми датчиками (не показаны).

Все узлы и агрегаты, которыми оснащен 3D-принтер, являются стандартными.

Заявленный 3D-принтер работает следующим образом.

Перед началом работы 3D-принтера задают необходимые режимные параметры для печати, в частности разрешающую способность печати, скорость и траекторию перемещения печатающих головок 14 и 15, параметры получаемого изделия, необходимость печати подложки (для случая, когда изделие состоит из множества отдельно расположенных элементов для снижения риска ошибки), параметры расходного материала, например полиамидов ПА-6, ПА-66, ПА-11, полиэфиров и сополиэфиров (Тритан и др.), пропитанного эпоксидным связующим ЭХД-МД по ТУ ВЗ-734-2013, (в т.ч. модификации) углеродного жгута. Для каждого используемого расходного материала устанавливают температуру его расплавления в печатающих головках 14 и 15, температуру нагрева рабочего стола 2, которую поддерживают в течение всего цикла получения изделия нагревательными элементами 3.

На персональном компьютере с помощью соответствующего графического программного обеспечения, например Компас 3D, AutoCad, SolidWorks, Blender, 3ds Max, Google SketchUp, формируют 3D-модель изделия с обеспечением разбиения модели на слои (в соответствии с параметрами настройки принтера) и проводят подготовку задания для печати.

По окончании подготовки задания проверяют готовность принтера к печати и передают задание посредством блока управления 17 на печать в принтер средствами доступных интерфейсов. После подготовки задания для печати устанавливают соединение с принтером. Проверяют работоспособность всех механических узлов принтера, наличие необходимых расходных материалов, после чего с блока управления 17 загружают подготовленное задание в контроллер 3D-принтера.

По окончании всех подготовительных работ запускают 3D-принтер.

После запуска печати разогревают до заданных температур экструдеры печатающих головок 14 и 15 и поверхность рабочего стола 2.

В термокамере экструдера происходит расплавление термопластичного полимера и «смачивание» углеродного жгута. Под действием поступающего в экструдер полимера углеродный жгут, «смоченный» расплавленным полимером, выталкивается через сопло экструдера и выкладывается по контуру движения сопла печатающей головки, формируя слой изделия.

Формообразование изделия может осуществляться с использованием как одной, так и двух печатающих головок 14 и 15.

Перемещение печатающих головок (совместно или раздельно) по оси X осуществляется за счет перемещения портала 6 по направляющим 5.

Перемещение печатающих головок 14 и 15 (совместно или раздельно) по оси Y осуществляется за счет перемещения их по направляющим 8 портала 6.

Перемещение печатающих головок 14 и 15 (совместно или раздельно) по оси Z осуществляется за счет вертикальных перемещений суппортов 12 и 13, на которых смонтированы печатающие головки 14 и 15.

Таким образом, одной из печатающих головок или согласованным перемещением печатающих головок по трем координатам обеспечивается послойное формообразование крупногабаритных объемных деталей с высокой точностью.

Компоновка 3D-принтера, при которой стол закреплен на основании, а формообразующие перемещения осуществляют печатающие головки и смонтированные на них суппорты, позволяет исключить перемещение массивного стола, что дает возможность увеличить его размеры, а следовательно, размеры формообразуемых на нем деталей. Наличие двух печатающих головок, которые могут работать как совместно, так и поочередно, уменьшает ход каждой из них, что повышает производительность и точность получаемых изделий. Выполнение механизма перемещения портала в виде двух размещенных с двух сторон относительно стола винтовых механизмов обеспечивает плавное, без заеданий и рывков, перемещение портала, что также способствует повышению точности формообразования изделий.

Разработанный 3D-принтер имеет следующие технические характеристики:

Габаритные размеры, мм	3100×3100×800
Масса (без упаковки и катушек), кг	1500
Масса (с упаковкой), кг	1600
Область печати (XYZ), мм	3000×3000×100
Температура нагрева рабочей зоны экструдера, °С	до 260
Температура нагрева рабочего стола, °С	не менее 120
Скорость печати, мм/мин	до 500
Минимальная толщина слоя, мм	0,1
Диаметр пластиковой нити, мм	1,75±0.2
Диаметр сопла, мм	0,3; 0,4; 0,5;2,5
Рабочая температура окружающей среды, °С	+15+32
Температура хранения, °С	0+32
Напряжение электрической сети	220 В ±5% 50 Гц
Потребляемая мощность, кВт	50
Интерфейс	USB

Claims

3D-принтер, включающий основание, на котором смонтирован стол, оснащенный устройством подогрева, направляющие, на которых расположен с возможностью перемещения посредством приводного механизма портал, несущий каретку с печатающей головкой, установленную на направляющих портала с возможностью перемещения, отличающийся тем, что 3D-принтер оснащен двумя полыми коробами, закрепленными на основании с двух сторон относительно стола, направляющие для портала размещены на коробах, механизм перемещения портала включает две кинематически связанные с электродвигателем винтовые передачи, винт каждой из которых расположен в полости своего короба, а гайка каждого винта связана с порталом, при этом 3D-принтер оснащен второй кареткой с печатающей головкой, установленной с возможностью перемещения на направляющих портала, каретки оснащены суппортами, установленными на каретках с возможностью вертикального перемещения, а печатающие головки установлены на суппортах.