RU220692U1 - Устройство для 3d-принтера для изготовления изделий из композиционных материалов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для подачи смесей из композиционных материалов в аддитивных технологиях и может быть использована в мебельной промышленности и в строительстве для изготовления декоративных изделий и элементов строительных конструкций простой и сложной геометрической формы.

Технический результат заявленной конструкции является повышение качества поверхности изделия за счет снижения шероховатости при одновременном создании формы изделия из водорастворимого пластика и изделия из композиционного материала это достигается при комбинированном использовании экструдера для подачи водорастворимого пластика для нанесения контура декоративных изделий и элементов строительных конструкций простой и сложной геометрической формы и экструдера для подачи смеси из древесных отходов и связующего, путем синхронизации работы экструдеров.

Устройство для 3D-принтера для изготовления изделий из композиционных материалов, включающее корпус экструдера с отверстием для загрузки в экструдер композиционного материала, привод дозатора и мешалки, дозатор, сопло, отличающееся тем, что в установленной на опорной раме поддержке экструдера между верхней частью корпуса экструдера и прижима установлена пружина, а в нижней части корпуса экструдера со сменным соплом установлены электронагреватель и датчик температуры сопла, в качестве мешалки установлен шнек, причем на опорной раме дополнительно жестко закреплен экструдер для подачи водорастворимого пластика, при этом сопло экструдера композиционного материала выполнено с возможностью перемещения по вертикали на 1,5-3 мм по отношению к соплу экструдера для подачи водорастворимого пластика.

Description

Полезная модель относится к устройствам для подачи смесей из подготовленных древесных отходов и связующего в аддитивных технологиях и может быть использована в мебельной промышленности и в строительстве для изготовления декоративных изделий и элементов строительных конструкций простой и сложной геометрической формы.

Известно устройство (см. Патент US 9,283,714 В2, МПК В29С 67/0055; В29В 7/94 от 15 Марта 2016) позволяющее создавать изделия с помощью 3D-принтера с высоким качеством поверхности, в том числе подкрашивать полимерную композицию. Конструкция подает расплавленный полимер в экструдер, в котором также предусмотрена подача красителя. В процессе печати используется экструдер, который предполагает работу с одним и тем же материалом.

Известно устройство для трехмерного воспроизведения, имеющего множество пассивных сопел для моделирования многокомпонентного трехмерного объекта (см. Патент US №2022/0009169 А1 МПК В29С 64/209. 13 Января 2022 г.). 3D-принтер содержит одну каретку с нагревательным элементом, которая может захватывать только один из десяти установленных в ряд съемных экструдеров с заряженными пластиками в виде полимерных нитей. Нагревательный элемент повышает температуру до температуры плавления пластиковой нити. Устройство предполагает использование только полимерных нитей.

Известен экструдер 3D-принтера для многосопелной печати (см. Патент RU №996601 МПК В29С 64/209 от 12 Августа 2022 г.), состоящий из каркаса, электродвигателя, полого вала и сопла, оснащенного радиаторами и нагревателями, отличающийся тем, что устройство дополнительно оснащено ведущим колесом, входящим в зацепление с ведомым колесом, установленным на полом валу, радиатор оснащен вентилятором и термобарьерами, а полый вал выполнен с возможностью вращения вокруг своей оси. Двойная экструзия через два сопла, установленных неподвижно друг относительно друга, повышает производительность по полимерным нитям без расширения ассортимента изделия.

Наиболее близким аналогом заявленного экструдера 3D-принтера для строительных смесей является изобретение (см. Патент RU №2724163 МПК В29С 64/209, опубл. 2020), включающее емкость с устройством крепления, позволяющим закрепить экструдер на исполнительных механизмах принтера, отверстие для загрузки строительного материала, сопла с выходным отверстием для экструдирования строительного материала, при этом в нижнюю часть емкости интегрирован дозатор строительных смесей, позволяющий регулировать количество строительной смеси при формировании печатаемого слоя, отличающийся тем, что содержит подмешивающее устройство, выполненное в виде подмешивающей рамки с приводом, который одновременно является приводом для дозатора строительных смесей. Диаметры сопла экструдеров для строительных смесей для 3D-принтера более 8 мм. Имея подходящий диаметр сопла для создания каркасов домов, поверхность которых имеет высокую шероховатость.

Техническим результатом является устранение указанных недостатков, а именно повышение качества поверхности изделия за счет снижения шероховатости путем поочередного создания формы изделия из водорастворимого пластика и заполнения формы композиционным материалом, что достигается за счет синхронизации работы сопел для подачи полимерной нити и композиционного материала.

Устройство для 3D-принтера для изготовления изделий из композиционных материалов, включающее корпус экструдера с отверстием для загрузки в экструдер композиционного материала, привод дозатора и мешалки, дозатор, сопло, отличающееся тем, что в установленной на опорной раме поддержке экструдера между верхней частью корпуса экструдера и прижима установлена пружина, а в нижней части корпуса экструдера со сменным соплом установлены электронагреватель и датчик температуры сопла, в качестве мешалки установлен шнек, причем на опорной раме дополнительно жестко закреплен экструдер для подачи водорастворимого пластика при этом сопло экструдера композиционного материала выполнено с возможностью перемещения по вертикали на 1,5-3 мм по отношению к соплу экструдера для подачи водорастворимого пластика.

Полезная модель поясняется чертежами, в которых на фиг. 1 отдельно показан экструдера композиционного материала и на фиг. 2 показан общий вид синхронной работы экструдеров для подачи смеси и водорастворимого пластика.

Согласно заявленной полезной модели экструдер 3D-принтера для композиционных материалов на основе древесных отходов и связующего, содержащий корпус экструдера композиционного материала 1, который движется по вертикали на 1,5-3 мм за счет пружины 8 вверх, а за счет вращения шнековой мешалки 5 в высоковязком композиционном материале вниз. Двигатель 4 закреплен на опорную раму 12 винтами 2. Регулировка перемещения корпуса на 1,5-3 мм осуществляется затяжкой пружины прижимом 10, а для непрерывной подачи композиционного материала из подготовленных древесных отходов и связующего используется трубка 16, соединенная с отверстием для загрузки в экструдер композиционного материала 3. При вращения шнековой мешалки 5 и дозатора 6 в высоковязком композиционном материале за счет привода 4 подвижный корпус перемещается вниз по вертикали на 1,5-3 мм и наносит композиционный материал послойно формируя изделие 18.

Когда экструдер завершает нанесение слоя из композиционного материала, содержащего подготовленные древесные отходы и связующее, пружина поднимает корпус экструдера композиционного материала, прижимая его к опорной раме. Таким образом, экструдер композиционного материала, не мешает созданию контура изделия из водорастворимого пластика 17, последний в виде прутка водорастворимого пластика 15 подается в экструдер для подачи водорастворимого пластика 13, где расплавляется при температуре 180-220°С с помощью электронагревателя экструдера для подачи водорастворимого пластика 14. Оба экструдера устанавливаются на опорную раму 12.

Работа устройства для 3D-принтера для изготовления изделий из композиционных материалов производится в несколько этапов. На этапе подготовки производят разогрев и поддержание постоянной температуры экструдера для подачи водорастворимого пластика 13 Фиг. 2 при помощи электронагревателя и датчика температуры экструдера для подачи водорастворимого пластика 14. Производят подачу прутка водорастворимого пластика 15 до момента выхода расплавленного пластика из экструдера для подачи водорастворимого пластика, одновременно с этим через отверстие для загрузки в экструдер композиционного материала 3 Фиг. 1 по трубке для подачи смеси из подготовленных древесных отходов и связующего 16 производят заполнение корпуса экструдера композиционного материала 1 композиционным материалом, содержащим подготовленные древесные отходы и связующее. Производят пробный запуск привода дозатора и мешалки 4 при этом шнек 5 с дозатором 6 перемещает композиционным материалом, содержащим подготовленные древесные отходы и связующее что приводит к перемещению корпуса экструдера композиционного материала 1 вниз и продавливанию материала через сменное сопло 7. При работе с вязкими материалами необходимо отрегулировать высоту перемещения сопла 7 изменяя силы упругости пружины 8 путем вращения прижима 10 в резьбовом зацеплении с поддержкой экструдера 11. Для ускорения течения композиционного материала подбирается и поддерживается оптимальная температура за счет электронагревателя и датчика температуры сопла 9. Перемещение экструдера композиционного материала осуществляется еще и потому что он устанавливается на общую с экструдером для подачи водорастворимого пластика опорную раму 12 и фиксируется на ней при помощи крепежных винтов 2.

После проведения операций подготовки производится печать первого слоя "подложки" и первого слоя контура изделия из водорастворимого пластика 17 при помощи экструдера для подачи водорастворимого пластика 13. Образованная подложка и контур изделия из водорастворимого пластика 17 образуют полость, которая заполняется композиционным материалом, содержащим подготовленные древесные отходы и связующее через сопло 7. После заполнения полости снова вступает в работу экструдер для подачи водорастворимого пластика 13 печатающий следующий слой контура 17. Второй слой контура и 1ый слой композиционного материала образуют полость которая заполняется композиционным материалом содержащим подготовленные древесные отходы и связующее через сопло 7 и так далее, слой за слоем, до печати контура с его последующим заполнением.

После окончания печати изделие 18 выдерживается до полного затвердевания в контуре 17. После затвердевания изделия 18 производится растворение в воде контура изделия 17. Все вышесказанное приводит к получению изделия с точностью поверхности изделия 18 из композиционного материала с точностью соответствующей точности выполнения контура изделия 17.

Рекомендованные характеристики 3D-печати двухэкструдерного принтера представлены в таблице 1.

Синхронизация работы экструдеров необходима, так как согласно заявленному решению, которое позволяет снизить шероховатость поверхности, устройство осуществляет подачу разных материалов, при разном отверстии сопел и при существенно отличающихся температурах экструзии. Поэтому характеристики печати, которые загружаются в программные продукты, которые пишут команды для 3D-принтеров различные. Важным условием для реализации полезной модели является использование двухэкструдерного 3D-принтера, который может в отдельности контролировать за перечисленными выше характеристиками печати.

Claims (1)

1. Устройство для 3D-принтера для изготовления изделий из композиционных материалов, включающее корпус экструдера с отверстием для загрузки в экструдер композиционного материала, привод дозатора и мешалки, дозатор, сопло, отличающееся тем, что в установленной на опорной раме поддержке экструдера между верхней частью корпуса экструдера и прижима установлена пружина, а в нижней части корпуса экструдера со сменным соплом установлены электронагреватель и датчик температуры сопла, в качестве мешалки установлен шнек, причем на опорной раме дополнительно жестко закреплен экструдер для подачи водорастворимого пластика, при этом сопло экструдера композиционного материала выполнено с возможностью перемещения по вертикали на 1,5-3 мм по отношению к соплу экструдера для подачи водорастворимого пластика.