RU193256U1 - DEVICE FOR LOCAL THERMAL STABILIZATION OF PRODUCTS FROM COMPOSITE MATERIALS IN ADDITIVE PRODUCTION - Google Patents

DEVICE FOR LOCAL THERMAL STABILIZATION OF PRODUCTS FROM COMPOSITE MATERIALS IN ADDITIVE PRODUCTION Download PDF

Info

Publication number
RU193256U1
RU193256U1 RU2019117273U RU2019117273U RU193256U1 RU 193256 U1 RU193256 U1 RU 193256U1 RU 2019117273 U RU2019117273 U RU 2019117273U RU 2019117273 U RU2019117273 U RU 2019117273U RU 193256 U1 RU193256 U1 RU 193256U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
vortex tube
products
composite materials
thermal stabilization
Prior art date
Application number
RU2019117273U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Валерьевич Азаров
Федор Константинович Антонов
Михаил Валерьевич Голубев
Владимир Александрович Колесников
Алексей Равкатович Хазиев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Карфидов Лаб"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Карфидов Лаб" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Карфидов Лаб"
Priority to RU2019117273U priority Critical patent/RU193256U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU193256U1 publication Critical patent/RU193256U1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/295Heating elements

Abstract

Полезная модель устройства локальной термостабилизации изделий из композитных материалов при аддитивном производстве относится к области аддитивных технологий и может быть использована для термостабилизации при изготовлении деталей и конструкций из композитных материалов, армированных непрерывными волокнами, таких как кронштейны, фитинги, корпусные элементы, носимые изделия, сетчатые и сотовые конструкции, различные оснастки для применения в авиационной, ракетно-космической технике, медицине, автомобилестроении и других отраслях промышленности.Устройство состоит из печатающей головки для аддитивного производства и вихревой трубки, закрепленных на удерживающем кронштейне, причем конец вихревой трубки, предназначенный для отвода горячей фракции, располагается в непосредственной близости от рабочей зоны сопел экструдеров. При этом термостабилизация осуществляется следующим способом: производится нагрев предыдущего выложенного слоя и одновременно осуществляет охлаждение текущего, только что выложенного слоя, до температуры, находящейся в диапазоне, ограниченном температурой рабочего тела трубки и температурой, превышающей температуру рабочего тела на 110°С.A useful model of the device for local thermal stabilization of products from composite materials in additive manufacturing relates to the field of additive technologies and can be used for thermal stabilization in the manufacture of parts and structures from composite materials reinforced with continuous fibers, such as brackets, fittings, housing elements, wearable products, mesh and honeycomb structures, various accessories for use in aviation, rocket and space technology, medicine, automotive and other industries The device consists of a print head for additive production and a vortex tube mounted on a holding bracket, with the end of the vortex tube designed to discharge the hot fraction located in the immediate vicinity of the working area of the extruder nozzles. In this case, thermal stabilization is carried out in the following way: the previous laid out layer is heated and at the same time the current, newly laid out layer is cooled to a temperature in the range limited by the temperature of the working fluid of the tube and a temperature exceeding the working fluid temperature by 110 ° С.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Полезная модель относится к области аддитивных технологий и может быть использована для температурной подготовки рабочей области изделия при изготовлении деталей и конструкций из композитных материалов, армированных непрерывными волокнами, таких как кронштейны, фитинги, корпусные элементы, носимые изделия, сетчатые и сотовые конструкции, различные оснастки для применения в авиационной, ракетно-космической технике, медицине, автомобилестроении и других отраслях промышленности. Более конкретно настоящая полезная модель относится к устройству для обеспечения необходимого температурного режима для производства изделий из композитных материалов с использованием сжатого воздуха.The utility model relates to the field of additive technologies and can be used for temperature preparation of the product working area in the manufacture of parts and structures made of composite materials reinforced with continuous fibers, such as brackets, fittings, housing elements, wearable products, mesh and honeycomb structures, various accessories for Applications in aviation, rocket and space technology, medicine, automotive and other industries. More specifically, the present utility model relates to a device for providing the necessary temperature conditions for the manufacture of articles of composite materials using compressed air.

Уровень техникиState of the art

Из предшествующего уровня техники известна печатающая головка для аддитивного производства изделий, состоящая из механизма подачи пластиковой нити, механизма подачи армирующего волокна, механизма обрезки армирующего волокна, подающих трубок и нагревательного блока. RU 2662015 С1 опубл.: 23.07.2018 Бюл. №21.A printhead for additive manufacturing of products is known from the prior art, consisting of a plastic filament feeder, a reinforcing fiber feed mechanism, a reinforcing fiber trimmer, feed tubes, and a heating unit. RU 2662015 C1 publ.: 07.23.2018 Bull. No. 21.

Также из предшествующего уровня техники известна печатающая головка для 3D-принтера, содержащая выполненную в едином корпусе подвижную платформу с размещенными на ней: шаговым электродвигателем; зубчатым шкивом; основанием; фланцем; направляющей пластиной; радиатором; экструдерным узлом в сборе; каналами филамента; шкивом ременной передачи; вентилятором; пружиной, прижимающей ведомый зубчатый шкив к ведущему; направляющей осью, установленной между двумя опорами; ремнем и опорами. RU 174069 U1 опубл.: 28.09.2017 Бюл. №28.Also known from the prior art is a printhead for a 3D printer, comprising a movable platform made in a single housing with: a stepper motor; toothed pulley; base; flange guide plate; radiator; extruder assembly; filament channels; belt drive pulley; a fan; a spring pressing the driven gear pulley to the lead; a guide axle mounted between two supports; belt and supports. RU 174069 U1 publ.: 09/28/2017 Bull. No. 28.

Также из предшествующего уровня техники известна комбинированная система для нагрева и охлаждения - вихревая трубка. В трубке, содержащей завихритель и диффузор, соединенные вихревой трубкой, и патрубки холодного и горячего потоков, отверстия и центральные тела завихрителя и диффузора размещены по оси вихревой трубки, причем завихритель соединен с центральным телом радиальными лопатками, имеющими минимальный угол закрутки около центрального тела и максимальный около завихрителя, причем отверстие холодного потока выполнено кольцевым и размещено между завихрителем и вихревой трубкой. RU 2671555 С2, опубл.: 01.11.2018 Бюл. №31.Also known from the prior art is a combined system for heating and cooling — a vortex tube. In a tube containing a swirl and diffuser connected by a vortex tube, and cold and hot flow nozzles, holes and central bodies of the swirl and diffuser are placed along the axis of the vortex tube, and the swirl is connected to the central body by radial blades having a minimum twist angle near the central body and the maximum near the swirl, and the hole of the cold flow is made circular and placed between the swirl and the vortex tube. RU 2671555 C2, publ.: 11/01/2018 Bull. No. 31.

В описанных выше технических решениях для повышения качества изделия и скорости печати используется вентиляторы охлаждения печатной детали, направленные непосредственно под сопла печатающих головок. Такое охлаждение позволяет быстро снизить температуру выложенного слоя расплавленного полимера (в том числе армированного непрерывными волокнами) и тем самым препятствует существенному изменению герметических параметров детали, вызываемому ползучестью разогретого материала. Нагрев детали в описанных решениях отсутствует.In the technical solutions described above, to improve the quality of the product and print speed, cooling fans of the printed part are used, which are directed directly under the nozzles of the print heads. Such cooling allows you to quickly reduce the temperature of the laid layer of the molten polymer (including reinforced with continuous fibers) and thereby prevents a significant change in the hermetic parameters of the part caused by creep of the heated material. There is no heating of the part in the described solutions.

Раскрытие сущности полезной моделиUtility Model Disclosure

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение механических свойств, обеспечение качества изготавливаемой детали, а также повышение скорости ее изготовления.The task to which the claimed utility model is directed is to increase the mechanical properties, ensure the quality of the manufactured part, and also increase the speed of its manufacture.

Техническим результатом заявленной полезной модели является: повышение скорости выкладки очередного слоя расплавленного термопластичного полимера, армированного или неармированного непрерывными волокнами; увеличение межслоевой адгезии; обеспечение заданной геометрии изготавливаемых деталей; предотвращение сползания армирующего волокна, снижающего прочность изготавливаемых изделий; снижение остаточных напряжений, появляющихся вследствие неравномерного остывания слоев материала изделий.The technical result of the claimed utility model is: increasing the laying speed of the next layer of molten thermoplastic polymer reinforced or unreinforced with continuous fibers; increased interlayer adhesion; providing the given geometry of the manufactured parts; preventing the reinforcing fiber from slipping, which reduces the strength of manufactured products; reduction of residual stresses arising due to uneven cooling of the layers of the product material.

Технический результат достигается за счет того, на кронштейне, расположенном на подвижном узле установки для аддитивного производства, вблизи печатающей головки закреплена вихревая трубка, работа которой основана на эффекте разделения рабочего тела (газа или жидкости) на две фракции при его закручивании в цилиндрической или конической камере.The technical result is achieved due to the fact that a vortex tube is fixed near the print head on an arm located on a movable unit of the installation for additive production, the operation of which is based on the effect of dividing the working fluid (gas or liquid) into two fractions when it is twisted in a cylindrical or conical chamber .

Также технический результат достигается за счет локального подогрева предыдущего слоя в области работы сопла экструдера для увеличения межслоевой адгезии, повышения скорости выкладки очередного слоя материала (в случае выкладки армированного термопластичного полимера) и уменьшения внутренних остаточных напряжений, что в свою очередь приводит к увеличению прочности изделия. При этом текущий слой может быть подогрет до температуры, находящейся в диапазоне, ограниченном температурой рабочего тела трубки и температурой, превышающей температуру рабочего тела на 110°С.Also, the technical result is achieved by local heating of the previous layer in the area of operation of the extruder nozzle to increase interlayer adhesion, increase the laying speed of the next layer of material (in the case of laying reinforced thermoplastic polymer) and reduce internal residual stresses, which in turn leads to an increase in product strength. In this case, the current layer can be heated to a temperature that is in the range limited by the temperature of the working fluid of the tube and a temperature exceeding the temperature of the working fluid by 110 ° C.

Также технический результат достигается за счет локального охлаждения текущего слоя в области работы сопла экструдера для обеспечения требуемой геометрической формы изготавливаемой детали и для предотвращения сползания армирующего волокна с заданной траектории армирования (в случае выкладки армированного термопластичного полимера). При этом текущий слой может быть охлажден до температуры, находящейся в диапазоне, ограниченном температурой рабочего тела трубки и температурой, превышающей температуру рабочего тела на 110°С.Also, the technical result is achieved by local cooling of the current layer in the area of operation of the extruder nozzle to ensure the desired geometric shape of the manufactured part and to prevent the reinforcing fiber from sliding off the specified reinforcement path (in the case of laying the reinforced thermoplastic polymer). In this case, the current layer can be cooled to a temperature that is in the range limited by the temperature of the working fluid of the tube and a temperature exceeding the temperature of the working fluid by 110 ° C.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 - Устройство для локальной термостабилизации изделий из композитных материалов при аддитивном производстве.In FIG. 1 - Device for local thermal stabilization of products from composite materials in additive manufacturing.

На фигуре цифрами обозначены следующие позиции:In the figure, the numbers indicate the following positions:

1 - трубка подвода рабочего тела вихревой трубки; 2 - кронштейн; 3 - печатающая головка для аддитивного производства; 4 - сопла экструдера печатающей головки; 5 - вихревая трубка; 6 - конец вихревой трубки для выхода горячей фракции рабочего тела.1 - tube for supplying a working fluid of a vortex tube; 2 - bracket; 3 - printhead for additive production; 4 - nozzles of the extruder of the print head; 5 - vortex tube; 6 - end of the vortex tube to exit the hot fraction of the working fluid.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Устройство локальной термостабилизации изделий из композитных материалов при аддитивном производстве представляет собой совокупность закрепленных на удерживающем кронштейне (2) печатающей головки для аддитивного производства (3) изделий и вихревой трубки (5). Печатающая головка способна выкладывать армированный или неармированный термопластичный полимер. Вихревая трубка устанавливается таким образом, что конец трубки, из которого выходит нагретый воздух (6), располагается над рабочей областью сопла экструдера (4), что обеспечивает локальный нагрев предыдущего слоя и одновременное охлаждение текущего слоя до температуры, находящейся в диапазоне, ограниченном температурой рабочего тела трубки и температурой, превышающей температуру рабочего тела на 110°С.The device for local thermal stabilization of products from composite materials in additive manufacturing is a combination of a print head fixed to a holding bracket (2) for additive manufacturing (3) of products and a vortex tube (5). The print head is capable of spreading reinforced or unreinforced thermoplastic polymer. The vortex tube is installed in such a way that the end of the tube from which the heated air (6) exits is located above the working area of the extruder nozzle (4), which provides local heating of the previous layer and simultaneous cooling of the current layer to a temperature in the range limited by the temperature of the working the body of the tube and a temperature exceeding the temperature of the working fluid by 110 ° C.

Устройство температурной подготовки изделий из композитных материалов при аддитивном производстве работает следующим образом:The device temperature preparation of products from composite materials in additive manufacturing works as follows:

- печатающая головка для аддитивного производства изделий, установленная на перемещающий механизм, в соответствии с управляющей программой и схемой армирования производит выкладку термопластичного полимера, армированного или неармированного волокном;- a print head for additive manufacturing of products mounted on a moving mechanism, in accordance with the control program and the reinforcement scheme, performs the laying out of a thermoplastic polymer reinforced or unreinforced with fiber;

- в вихревую трубку подается рабочее тело под избыточным давлением, где, благодаря эффекту Ранка-Хилша, происходит его разделение на две фракции - горячую и холодную. Горячая фракция подается в рабочую область сопел экструдеров, где происходит процесс локального нагрева предыдущего слоя и, одновременно, локальное охлаждение текущего слоя.- the working fluid is fed into the vortex tube under excess pressure, where, due to the Rank-Hills effect, it is divided into two fractions - hot and cold. The hot fraction is fed into the working area of the extruder nozzles, where the process of local heating of the previous layer and, simultaneously, local cooling of the current layer takes place.

Печатающая головка для аддитивного производства может быть представлена печатающими головками, описанными в патентах RU 2662015 С1 или RU 174069 U1.The printhead for additive manufacturing can be represented by the printheads described in patents RU 2662015 C1 or RU 174069 U1.

Перемещающий механизм может быть представлен многокоординатным промышленным роботом, например, KUKA KR3 R540.The moving mechanism can be represented by a multi-axis industrial robot, for example, KUKA KR3 R540.

Управляющая программа может быть представлена набором команд, выполненным на языке программирования устройств с числовым программным управлением - G-code по ГОСТ 20999-83.The control program can be represented by a set of commands executed in the programming language of devices with numerical program control - G-code according to GOST 20999-83.

Термопластичная нить может быть представлена серийными пластиками: ПЛА, АБС, ПА (нейлон), ПЕТ-Г, ПК, ПЭИ и т.д.Thermoplastic thread can be represented by serial plastics: PLA, ABS, PA (nylon), PET-G, PC, PEI, etc.

Армирующее волокно может быть представлено композитной углеродной нитью CCF-1.5, производства ООО «Анизопринт».Reinforcing fiber can be represented by composite carbon fiber CCF-1.5, manufactured by Anisoprint LLC.

Вихревая трубка может быть представлена вихревой трубкой, описанной в RU 2671555 С2.A vortex tube may be represented by a vortex tube described in RU 2671555 C2.

Рабочее тело вихревой трубки может быть представлено сжатым воздухом давлением 6,5 кПа. Такое давление дает стабильные характеристики фракций рабочего тела. Вместе с этим холодная фракция из вихревой трубки может быть использована для охлаждения рабочего пространства промышленного робота, температура которого не должна превышать 55°С.The working fluid of the vortex tube can be represented by compressed air with a pressure of 6.5 kPa. This pressure gives stable characteristics of the fractions of the working fluid. At the same time, the cold fraction from the vortex tube can be used to cool the working space of an industrial robot, the temperature of which should not exceed 55 ° C.

Claims (3)

1. Устройство локальной термостабилизации изделий из композитных материалов при аддитивном производстве, характеризующееся тем, что устройство состоит из печатающей головки для аддитивного производства и вихревой трубки, закрепленных на удерживающем кронштейне, причем конец вихревой трубки, предназначенный для отвода горячей фракции, располагается в непосредственной близости от рабочей зоны сопел экструдеров, что позволяет производить нагрев предыдущего выложенного слоя и одновременно осуществлять охлаждение текущего, только что выложенного слоя путем обдува воздушным потоком, выходящим из конца вихревой трубки, предназначенного для отвода горячей фракции, причем температура выходящего из вихревой трубки воздушного потока может быть изменена в диапазоне, ограниченном температурой рабочего тела трубки и температурой входящего в вихревую трубку воздушного потока на величину не более 110°С.1. The device for local thermal stabilization of products from composite materials in additive manufacturing, characterized in that the device consists of a print head for additive production and a vortex tube mounted on a holding bracket, and the end of the vortex tube, designed to drain the hot fraction, is located in close proximity to extruder nozzles the laid-out layer by blowing with an air stream leaving the end of the vortex tube intended for removal of the hot fraction, and the temperature of the air stream leaving the vortex tube can be changed in the range limited by the temperature of the working fluid of the tube and the temperature of the air flow entering the vortex tube by no more than 110 ° C. 2. Устройство температурной подготовки изделий из композитных материалов при аддитивном производстве по п. 1, отличающееся тем, что в качестве устройства охлаждения детали используется вихревая трубка.2. The device for temperature preparation of products from composite materials in additive manufacturing according to claim 1, characterized in that a vortex tube is used as a part cooling device. 3. Устройство температурной подготовки изделий из композитных материалов при аддитивном производстве по п. 1, отличающееся тем, что в качестве устройства нагрева детали используется вихревая трубка.3. The device for the temperature preparation of products from composite materials during additive manufacturing according to claim 1, characterized in that a vortex tube is used as a device for heating the part.
RU2019117273U 2019-06-04 2019-06-04 DEVICE FOR LOCAL THERMAL STABILIZATION OF PRODUCTS FROM COMPOSITE MATERIALS IN ADDITIVE PRODUCTION RU193256U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019117273U RU193256U1 (en) 2019-06-04 2019-06-04 DEVICE FOR LOCAL THERMAL STABILIZATION OF PRODUCTS FROM COMPOSITE MATERIALS IN ADDITIVE PRODUCTION

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019117273U RU193256U1 (en) 2019-06-04 2019-06-04 DEVICE FOR LOCAL THERMAL STABILIZATION OF PRODUCTS FROM COMPOSITE MATERIALS IN ADDITIVE PRODUCTION

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU193256U1 true RU193256U1 (en) 2019-10-21

Family

ID=68315557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019117273U RU193256U1 (en) 2019-06-04 2019-06-04 DEVICE FOR LOCAL THERMAL STABILIZATION OF PRODUCTS FROM COMPOSITE MATERIALS IN ADDITIVE PRODUCTION

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU193256U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150068629A1 (en) * 2013-09-09 2015-03-12 General Electric Company Three-dimensional printing process, swirling device and thermal management process
RU174069U1 (en) * 2016-11-09 2017-09-28 Евгения Михайловна Курочкина 3D PRINTER PRINTING HEAD
RU2662015C1 (en) * 2017-04-10 2018-07-23 Общество С Ограниченной Ответственностью "Анизопринт" Print head for additive production
RU2671555C2 (en) * 2015-01-12 2018-11-01 Юрий Михайлович Примазон Vortex tube
RU2674138C1 (en) * 2017-10-03 2018-12-04 Общество С Ограниченной Ответственностью "Анизопринт" Products from composite materials manufacturing method by 3d printing and device for its implementation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150068629A1 (en) * 2013-09-09 2015-03-12 General Electric Company Three-dimensional printing process, swirling device and thermal management process
RU2671555C2 (en) * 2015-01-12 2018-11-01 Юрий Михайлович Примазон Vortex tube
RU174069U1 (en) * 2016-11-09 2017-09-28 Евгения Михайловна Курочкина 3D PRINTER PRINTING HEAD
RU2662015C1 (en) * 2017-04-10 2018-07-23 Общество С Ограниченной Ответственностью "Анизопринт" Print head for additive production
RU2674138C1 (en) * 2017-10-03 2018-12-04 Общество С Ограниченной Ответственностью "Анизопринт" Products from composite materials manufacturing method by 3d printing and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2662015C1 (en) Print head for additive production
US10065360B2 (en) Additive manufacturing apparatus
US10603840B2 (en) Additive manufacturing system having adjustable energy shroud
US10967569B2 (en) Additive manufacturing system having interchangeable nozzle tips
US10940638B2 (en) Additive manufacturing system having finish-follower
US11167483B2 (en) Methods and apparatus for fabrication of 3D integrated composite structures
EP3953151B1 (en) Printing machine for fabricating 3d integrated composite structures and having a rotatable extruder module
US20210370594A1 (en) System and print head for continuously manufacturing composite structure
US11117319B2 (en) Printing machine for fabricating 3D integrated composite structures and having a multiple extruder module
RU169634U1 (en) Extruder for additive manufacturing of composite materials
JP2019513583A (en) Head and system for continuously producing composite hollow structures
US10625467B2 (en) Additive manufacturing system having adjustable curing
RU193256U1 (en) DEVICE FOR LOCAL THERMAL STABILIZATION OF PRODUCTS FROM COMPOSITE MATERIALS IN ADDITIVE PRODUCTION
CN106393669A (en) Reaction type 3D printer
EP1890859A1 (en) Method and device for internal cooling of extruded thermoplastics pipes
KR20010041956A (en) Method of dispensing chopped reinforcement strand using a vortex nozzle
JP2007152718A (en) Frp molded article, and its molding method
Prusinowski et al. Simulation of processes occurring in the extrusion head used in additive manufacturing technology
CN217968429U (en) Tuyere device for 3D printer
CN220008767U (en) Tread extruder
RU2750995C2 (en) Method for additive extrusion of bulk products and extruder for its implementation
CN217803258U (en) Pretreatment temperature adjusting device before blow molding of integrated plastic barrel type blank
KR20190077711A (en) Cnt mixed filament discharge head appararus for 3d printer
MXPA06003410A (en) Apparatus and method for making preforms in mold

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20191120