RU222838U1 - Устройство мониторинга и управления расплавом полимерных композитных материалов при 3d-печати - Google Patents
Устройство мониторинга и управления расплавом полимерных композитных материалов при 3d-печати Download PDFInfo
- Publication number
- RU222838U1 RU222838U1 RU2023127350U RU2023127350U RU222838U1 RU 222838 U1 RU222838 U1 RU 222838U1 RU 2023127350 U RU2023127350 U RU 2023127350U RU 2023127350 U RU2023127350 U RU 2023127350U RU 222838 U1 RU222838 U1 RU 222838U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diffuser
- melt
- printing
- confuser
- heating elements
- Prior art date
Links
- 239000000155 melt Substances 0.000 title claims description 15
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 title abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000009172 bursting Effects 0.000 claims description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 6
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 17
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 abstract description 6
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000011345 viscous material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920001944 Plastisol Polymers 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 235000019219 chocolate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004999 plastisol Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к оборудованию для 3D-печати, к машиностроению. Технический результат - повышение точности поддержания параметров печати стренда, достигается за счет того, что в ходе печати реализован постоянный контроль давления и температуры. При этом контроль давления реализован посредством датчиков давления расплава как на входе в конфузор, так и на выходе из диффузора (до и после нагревательных элементов). Наличие разрывной мембраны по избыточному давлению расплава позволяет предотвратить воздействие избыточного давления при печати. Наличие датчика температуры под нагревательными элементами позволяет снимать показания температуры на выходе из диффузора и соответствующим образом регулировать работу нагревательных элементов. Все вышесказанное позволяет добиться заданных параметров напечатанного стренда, а именно размеров (ширина и толщина), плотности материала и высокой адгезии слоев в вертикальном и горизонтальном направлениях. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Полезная модель относится к оборудованию для 3D-печати, к машиностроению. [B41J2/00, B29C48/02, B29C67/00, B05B5/00, B29C64/00].
Из уровня техники известна РЕГУЛИРУЕМАЯ СЪЕМНАЯ МОНТАЖНАЯ ПЛАСТИНА ДЛЯ 3D-ПРИНТЕРА [US2017190120 (A1) - 2017-07-06], предназначенная для изготовления плавленых нитей включает в себя платформу сборки, экструдер для одного или нескольких материалов для осаждения, экструдер включает в себя по меньшей мере одно сопло, перемещаемое относительно платформы сборки, и контроллер, выполненный с возможностью управления относительным перемещением между платформой сборки и сопло и заставить материал выдавливаться из сопла для формирования трехмерного объекта на платформе сборки. Платформа сборки включает в себя первую пластину, на которой формируется трехмерный объект, вторую пластину, которая расположена вертикально под первой пластиной и образует по меньшей мере один зазор между первой и второй пластинами, и нагревательный элемент, который выполнен с возможностью нагрева второй пластины. Первая пластина образует по меньшей мере одно отверстие, которое выполнено с возможностью прохождения материала, выдавленного из сопла, по меньшей мере, в один зазор между первой и второй пластинами. Недостатком аналога является недостаточный контроль за размерами и качеством структуры материала стренда.
Также из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ПЕЧАТИ
[US2017259482 (A1) - 2017-09-14], в котором раскрыт трехмерный (3D) принтер. 3D-принтер может печатать вязкими материалами, такими как пластизоль, полимерная глина, растопленный сахар и растопленный шоколад. В 3D-принтере используется экструдер, который предотвращает вытекание вязкого материала из сопла. 3D-принтер включает в себя схему управления для управления движением экструдера и потоком воздуха внутри пневматической системы. Недостатком аналога является недостаточный контроль за движением экструдера, и, как результат, за размерами и качеством структуры материала стренда.
Наиболее близким по технической сущности является ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОЦВЕТНОГО ТРЕХМЕРНОГО ПЕЧАТНОГО ИЗДЕЛИЯ [RU189216 (U1) - 2019-05-16], который относится к области трехмерных печатных изделий, в частности к экструдерам для получения многоцветных изделий. Экструдер для изготовления многоцветного трехмерного печатного изделия, содержащего двигатель, корпус, вал с муфтой, вал смешения, камеру смешения, каналы подаваемого материала, канал дозации, сменное сопло, нагреватель, кронштейн, дополнительно содержится камера смешения, выполненная малогабаритной, вал смешения расположен в малогабаритной камере смешения, дополнительно содержатся водяные радиаторы для охлаждения каналов подачи материала, при этом радиаторы установлены в корпусе, а также над двигателем установлен контур для распределения воды между радиаторами, сменное сопло выполнено с обеспечением разделения камеры смешения и канала дозации. Кроме этого, в качестве двигателя использован шаговый двигатель, а в качестве нагревателя использован кольцевой нагреватель. Предлагаемая полезная модель позволяет повысить надежность экструдера. Недостатком прототипа является сложность конструкции при недостаточном контроле и точности поддержания параметров печати стренда, что сказывается на существенных неточностях в размерах и характеристиках конечного изделия.
Технический результат полезной модели - повышение точности поддержания параметров печати стренда.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что устройство мониторинга и управления расплавом полимерных композитных материалов, содержит корпус, внутри которого смонтирован адаптер для присоединения к экструдеру, который переходит в конфузор, который переходит в диффузор, на боковых поверхностях корпуса смонтированы датчики давления расплава, разрывная мембрана по избыточному давлению расплава, датчики температуры и нагревательные элементы, при этом, датчики давления расплава смонтированы на входе в конфузор и на выходе из диффузора, разрывная мембрана смонтирована на уровне датчика давления расплава на входе в конфузор, датчик температуры смонтирован на выходе диффузора, нагревательные элементы смонтированы между датчиками давления расплава смонтированных на входе в конфузор и на выходе из диффузора.
В частности, диффузор и конфузор размещены вдоль центральной вертикальной оси корпуса.
Краткое описание чертежей.
Фиг. 1. Разрез устройства в сборе.
Фиг. 2. Общий вид устройства.
Фиг. 3. Образец распечатанного стренда.
На фигуре 1 обозначены: 1 - корпус, 2 - адаптер, 3 - конфузор, 4 - горловина, 5 - диффузор, 6 - датчики давления расплава, 7 - разрывная мембрана по избыточному давлению расплава, 8 - датчик температуры, 9 - нагревательные элементы, 10 - резьбовое соединение, 11 - насадка, 12 - отверстия в насадке для дегазации, 13 - оболочка насадки с системой теплоизоляции.
Осуществление полезной модели.
Устройство мониторинга и управления расплавом полимерных композитных материалов (ПКМ) с возможностью временной и контролируемой остановки выхода расплава из насадки экструдера при 3D-печати, содержит корпус 1 (фиг.2), состоящий из нескольких цилиндрических участков различного диаметра и участка квадратного сечения, на верхней поверхности корпуса 1 находится адаптер для навинчивания на выход экструдера 2, переходящий в конфузор 3, который, в свою очередь переходит через горловину 4 в диффузор 5. При этом диффузор 5 и конфузор 3 размещены по центральной вертикальной оси корпуса 1. На боковых поверхностях корпуса 1 смонтированы датчики давления расплава 6, разрывная мембрана по избыточному давлению расплава 7, датчики температуры 8, нагревательные элементы 9, размещенные посередине поверхности корпуса 1 в одной плоскости через 90 град. каждый. Датчики давления расплава 6 расположены на входе в конфузор 3 и на выходе из диффузора 5. Нагревательные элементы 9 расположены между датчиками расплава. Разрывная мембрана 7 выполнена на уровне верхнего датчика расплава 6 на входе в конфузор 3.Датчик температуры 8 расположен также на выходе диффузора 5. Нагревательные элементы 9 смонтированы между верхним и нижним датчиками давления расплава 6. На поверхности нижней части корпуса 1 выполнено резьбовое соединение 10, на которое установлена насадка 11, воронкообразной формы, в нижней части насадки через 90 град. выполнены отверстия для дегазации 12, на насадку смонтирована оболочка насадки с системой теплоизоляции 13, также воронкообразной формы. Блок управления (на фиг. не показан) соединен с датчиками давления расплава 6, разрывной мембраной по избыточному давлению расплава 7, датчиками температуры 8 и нагревательными элементами 9 посредством проводов.
Полезная модель используется следующим образом.
Принцип работы заключается в поддержании необходимых значений давления расплава на входе в конфузора 3 и на выходе из диффузора 5 и стабильной температуры расплава.
Для этого:
- через датчики давления расплава 6, система мониторинга и управления расплавом ПКМ при их переработке на экструдере во время 3D-печати отслеживает давления расплава ПКМ в двух точках канала на входе в конфузор 3 и на выходе из диффузора 5;
- в случае необходимости генерируется сигнал на уменьшение или увеличение скорости вращения шнека экструдера;
- в случае необходимости совершить контролируемый по продолжительности «холостой проход» давление уменьшается до значения, при котором выход расплава невозможен, и совершается «холостой переход» из одной точку в другую;
- все время поддерживается необходимая, для данного материала, температура расплава;
- в насадке имеются 4 отверстия 12 для дегазации расплава в ходе процесса.
При этом объект присоединяется/навинчивается на экструдер. После прохождения через все рабочие зоны экструдера материал, разогретый до необходимой температуры, поступает в канал перед конфузором 3. Перед конфузором 3 создается высокое давление расплава, которое отслеживается посредством датчиков давления расплава 6 и индицируется на блоке управления. Далее материал поступает в диффузор 4. При этом происходит уменьшение давления. Это значение также отслеживается посредством датчиков давления расплава и индицируется на блоке управления. Необходимо учитывать, что каждому материалу присущи свои значения давления, при которых достигаются наилучшие показатели качества 3D-печати. Эти значения для каждого материала определяются экспериментальным путем и фиксируются в памяти блока управления принтера. В случае несоответствия текущих значений значениям, сохраненными в памяти, подается сигнал на изменение скорости вращения шнека экструдера до достижения необходимых значений давлений.
При необходимости совершить «холостой проход», в определенной точке траектории движения подается сигнал на уменьшение скорости вращения шнека экструдера, а значит и значений давлений, до уровня при котором расплав материала останавливается в конфузоре 3 и не поступает через горловину 4 в диффузор 5. После перехода экструдера в необходимую точку траектории скорость вращения шнека увеличивается до нужного значения и выход материала из сопла возобновляется.
Процесс остановки и начала выхода материала происходит постепенно. Это позволяет завершать и начинать печать элементов детали плавно. При этом постоянно идет мониторинг температуры расплава через датчики температуры 8 и ее поддержание на заданном уровне с помощью нагревательных элементов 9 и блока управления.
Устройство позволяет постоянно производить дегазацию расплава материала через отверстия 12. В случае превышения давления расплава критического значения срабатывает разрывная мембрана 7.
Технический результат - повышение точности поддержания параметров печати стренда, достигается за счет того, что в ходе печати реализован постоянный контроль давления и температуры. При этом, контроль давления реализован посредством датчиков давления расплава 6, как на входе в конфузор 3, так и на выходе из диффузора 5 (до и после нагревательных элементов 9). Наличие разрывной мембраны по избыточному давлению расплава 7 позволяет предотвратить воздействие избыточного давления при печати. Наличие датчика температуры 8 под нагревательными элементами 9 позволяет снимать показания температуры на выходе из диффузора 5 и соответствующим образом регулировать работу нагревательных элементов 9. Все вышесказанное позволяет добиться заданных параметров напечатанного стренда, а именно размеров (ширина и толщина), плотности материала и высокой адгезии слоев в вертикальном и горизонтальном направлениях.
Пример реализации
Полезная модель была реализована автором. Для печати использовалась ПКМ на базе ПК + ПЭТ + 30% углеволокна (KREOVEN 30 CF производства ЛИДКЭП, РФ). При этом технологические показатели при печати составили:
- температура +277°С;
- давление на входе в конфузор 59 Бар;
- давление на выходе из диффузора 15 Бар;
- скорость вращения шнека 148 оборотов в минуту.
На фиг. 3 приведена фотография изделия, печать которого была осуществлена с использование предложенной полезной модели.
При реализации заявленного устройства - точность поддержания параметров (давления и температуры) составляла порядка 3-8%, что подтверждает заявленный технический результат.
Заявленное устройство является единым изделием и состоит из механически и электрически соединенных элементов. Изделие изготавливается на заводе-изготовителе посредством сборочных операций.
Claims (2)
1. Устройство мониторинга и управления расплавом полимерных композитных материалов, содержащее корпус, внутри которого смонтирован адаптер для присоединения к экструдеру, который переходит в конфузор, который переходит в диффузор, на боковых поверхностях корпуса смонтированы датчики давления расплава, разрывная мембрана по избыточному давлению расплава, датчики температуры и нагревательные элементы, при этом датчики давления расплава смонтированы на входе в конфузор и на выходе из диффузора, разрывная мембрана смонтирована на уровне датчика давления расплава на входе в конфузор, датчик температуры смонтирован на выходе диффузора, нагревательные элементы смонтированы между датчиками давления расплава, смонтированных на входе в конфузор и на выходе из диффузора.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диффузор и конфузор размещены вдоль центральной вертикальной оси корпуса.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU222838U1 true RU222838U1 (ru) | 2024-01-19 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2239557C1 (ru) * | 2003-07-28 | 2004-11-10 | Закрытое акционерное общество "Самарская кабельная компания" | Система автоматического регулирования температуры расплава и защиты электродвигателя экструдера от перегревания |
US9481132B2 (en) * | 2013-11-15 | 2016-11-01 | Makerbot Industries, Llc | Three-dimensional printer tool systems |
RU189216U1 (ru) * | 2019-04-08 | 2019-05-16 | Антон Дмитриевич Куракин | Экструдер для изготовления многоцветного трехмерного печатного изделия |
US20200047417A1 (en) * | 2017-09-22 | 2020-02-13 | Desktop Metal, Inc. | Method And Apparatus For Controlling Heat For Improved Extrudate Flow In Three-Dimensional (3D) Printing |
RU207453U1 (ru) * | 2021-04-16 | 2021-10-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Экструдер с ультразвуковой формующей головкой |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2239557C1 (ru) * | 2003-07-28 | 2004-11-10 | Закрытое акционерное общество "Самарская кабельная компания" | Система автоматического регулирования температуры расплава и защиты электродвигателя экструдера от перегревания |
US9481132B2 (en) * | 2013-11-15 | 2016-11-01 | Makerbot Industries, Llc | Three-dimensional printer tool systems |
US20200047417A1 (en) * | 2017-09-22 | 2020-02-13 | Desktop Metal, Inc. | Method And Apparatus For Controlling Heat For Improved Extrudate Flow In Three-Dimensional (3D) Printing |
RU189216U1 (ru) * | 2019-04-08 | 2019-05-16 | Антон Дмитриевич Куракин | Экструдер для изготовления многоцветного трехмерного печатного изделия |
RU207453U1 (ru) * | 2021-04-16 | 2021-10-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Экструдер с ультразвуковой формующей головкой |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rauwendaal | Understanding extrusion | |
US11446865B2 (en) | Print head for a 3D printer, with improved control | |
US3410938A (en) | Method and apparatus for hot melt extrusion | |
PT98795A (pt) | Sistema de ar primario para um aparelho com matriz para moldacao por insuflacaode um material em fusao | |
EP0180571A2 (en) | Extrusion die arrangement and automatic centering extrusion method | |
GB2338923A (en) | Apparatus for extruding plastic multi-layer films, sheets or tubes | |
CN108817397B (zh) | 一种增材制造装置及方法 | |
RU222838U1 (ru) | Устройство мониторинга и управления расплавом полимерных композитных материалов при 3d-печати | |
EP0383418B1 (en) | Apparatus for adjusting die lips for extrusion molding | |
US3354250A (en) | Extrusion method and apparatus | |
CN106064477A (zh) | 一种可快速更换3d打印喷头 | |
CN1305658C (zh) | 用于在单螺杆脱气挤出机或级联挤出机中调节压力的方法与装置 | |
US6409491B1 (en) | Extrusion die assembly | |
US6516862B2 (en) | Method of fabricating a mold-cast porous metal structure | |
US20230249406A1 (en) | Additive manufacturing system and quality control system and method for an additive manufacturing system | |
US20210086427A1 (en) | System and method for extruding composite filament | |
JPS6140537B2 (ru) | ||
EP0474422A2 (en) | Restrictor bar and sealing arrangement for a melt blown die apparatus | |
US6273701B1 (en) | Heated die lips for controlling extruded polymer film thicknesses | |
JPH05104609A (ja) | ベント押出機 | |
US3308506A (en) | Process and apparatus for the continuous production of profiles from thermoplastics | |
SU674926A1 (ru) | Способ автоматического управлени экструзионным процессом изготовлени трубчатого издели из пластмассы | |
CN105189081A (zh) | 用于控制熔化物处理设备的方法 | |
CN214027157U (zh) | 带有水冷控温单元的改性塑料挤出机 | |
CN212795844U (zh) | 一种cpp薄膜生产用吹膜机 |