RU2775993C1 - Method and apparatus for additive article manufacture - Google Patents
Method and apparatus for additive article manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775993C1 RU2775993C1 RU2021120666A RU2021120666A RU2775993C1 RU 2775993 C1 RU2775993 C1 RU 2775993C1 RU 2021120666 A RU2021120666 A RU 2021120666A RU 2021120666 A RU2021120666 A RU 2021120666A RU 2775993 C1 RU2775993 C1 RU 2775993C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- components
- time
- component
- print head
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract 6
- 230000000996 additive Effects 0.000 title abstract 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 title abstract 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 4
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 abstract 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 abstract 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способам изготовления изделий с применением аддитивных технологий (3Д-печати) и устройствам для изготовления изделий с применением аддитивных технологий (3Д-принтерам). Изобретение может применяться во многих областях промышленности, народного хозяйства и в личных целях, везде где необходимо изготовление деталей сложной формы из полимерных материалов, в частности в машиностроении, авиации, станкостроении, электроэнергетике, космонавтике, медицине, строительстве, дизайне, моделировании, в домашнем хозяйстве и в других областях.The invention relates to methods for manufacturing products using additive technologies (3D printing) and devices for manufacturing products using additive technologies (3D printers). The invention can be used in many areas of industry, the national economy and for personal purposes, wherever it is necessary to manufacture parts of complex shape from polymeric materials, in particular in mechanical engineering, aviation, machine tool building, electric power, astronautics, medicine, construction, design, modeling, in the household and in other areas.
В настоящее время известно большое множество способов и устройств для аддитивного производства изделий. В отдельную категорию можно вынести способы печати многокомпонентными химически отверждаемыми полимерными материалами, например, двухкомпонентной эпоксидной смолой, полиэфирной смолой, винилэфирной смолой, полиуретаном, силиконом и пр. В подобных способах смешивают два или более изначально жидких компонентов, которые твердеют, вступая в реакцию.Currently, a large number of methods and devices for the additive manufacturing of products are known. Printing methods with multicomponent chemically cured polymeric materials, for example, two-component epoxy resin, polyester resin, vinyl ester resin, polyurethane, silicone, etc., can be placed in a separate category. In such methods, two or more initially liquid components are mixed, which harden by reacting.
Например, известен состав композитных чернил для 3D-печати, содержащий: не отверждённую полимерную смолу, частицы наполнителя и скрытый отвердитель, причем состав композиционных чернил имеет вязкость, зависящую от скорости деформации, и значение плато модуля накопления упругости G', составляющее по меньшей мере примерно 103 Па (см. патент US20160346997A1 от 2014-02-10). Известный состав композитных чернил обладает важным преимуществом – высокой адгезией между слоями, возникающей из-за эффекта «сшиваемости» слоев – слои материала, в процессе отверждения, вступают в химическую реакцию друг с другом, что обеспечивает высокую прочность между слоями, близкую к прочности самого материала. В то же время известный состав обладает существенным недостатком, так как он готовится заранее, и печать выполняется уже смешенным составом, его отверждение во время печати невозможно и конструкция сохраняет форму исключительно за счет вязкости неотвержденной смолы, что не позволяет создавать сложные формы.For example, a composite 3D printing ink formulation is known comprising: an uncured polymer resin, filler particles, and a latent curing agent, wherein the composite ink formulation has a strain rate dependent viscosity and a storage modulus G' plateau value of at least about 103 Pa (see patent US20160346997A1 dated 2014-02-10). The well-known composition of composite ink has an important advantage - high adhesion between the layers, which occurs due to the effect of "crosslinking" of the layers - the layers of the material, during the curing process, enter into a chemical reaction with each other, which ensures high strength between the layers, close to the strength of the material itself . At the same time, the known composition has a significant drawback, since it is prepared in advance, and printing is carried out with an already mixed composition, its curing during printing is impossible, and the design retains its shape solely due to the viscosity of the uncured resin, which does not allow creating complex shapes.
Частично указанный недостаток устранен в известном способе аддитивного производства для формирования компонента на послойной основе, включающем: перекачивание первого материала из первого насоса в смеситель; перекачивание второго материала из второго насоса в смеситель; смешивание первого материала и второго материала в смесителе с образованием термореактивной смолы; а также экструдирование термореактивной смолы через сопло для нанесения термореактивной смолы по заданному шаблону с образованием слоя компонента (см. патент EP2955004A1 от 2014-06-09) и в известном способе изготовления трехмерной структуры, включающем: подачу первого компонента из термореактивной смолы из первого контейнера в узел сопла, при этом узел сопла включает в себя смесительный узел; подачу второго компонента из термореактивной смолы из второго контейнера в узел сопла; объединение первого компонента термореактивной смолы и второго компонента термореактивной смолы со смесительным узлом для создания многокомпонентной термореактивной смолы; экструдирование первого слоя многокомпонентной термореактивной смолы из узла сопла на строительную платформу; а также экструдирование второго слоя многокомпонентной термореактивной смолы из узла сопла на платформу для сборки (см. патент WO2016191329A1 от 2015-05-22), в известных способах состав готовится непосредственно перед печатью, что позволяет использовать составы с более коротким временем жизни (временем в течение которого состав остается жидким), в таком случае только часть создаваемого изделия представляет собой неотвержденный состав и сохраняет форму исключительно за счет вязкости неотвержденной смолы, что позволяет усложнить форму создаваемых изделий.Partially this disadvantage is eliminated in the known method of additive manufacturing for forming a component on a layer-by-layer basis, including: pumping the first material from the first pump into the mixer; pumping the second material from the second pump to the mixer; mixing the first material and the second material in a mixer to form a thermosetting resin; and extruding the thermosetting resin through a thermosetting resin application nozzle in a predetermined pattern to form a component layer (see patent EP2955004A1 dated 2014-06-09) and in a known method for manufacturing a three-dimensional structure, including: supplying a first thermosetting resin component from a first container to a nozzle assembly, wherein the nozzle assembly includes a mixing assembly; supplying a second thermosetting resin component from the second container to the nozzle assembly; combining the first thermoset resin component and the second thermoset resin component with a mixing unit to form a multi-component thermoset resin; extruding a first layer of multi-component thermosetting resin from the nozzle assembly onto a building platform; as well as extruding a second layer of multi-component thermosetting resin from the nozzle assembly onto the build platform (see patent WO2016191329A1 dated 2015-05-22), in known methods, the composition is prepared immediately before printing, which allows the use of compositions with a shorter lifetime (time during which the composition remains liquid), in this case, only part of the created product is an uncured composition and retains its shape solely due to the viscosity of the uncured resin, which makes it possible to complicate the shape of the created products.
В еще большей степени указанный недостаток решен в известном способе изготовления трехмерных (3D) объектов, включающий: экструдирующее термореактивное печатающее устройство, содержащее: экструзионное сопло для доставки термореактивного продукта из него для формирования трехмерного объекта, смесительную камеру для приема и смешивания по меньшей мере первого реактивного компонента, второго реактивного компонента и третьего реактивного компонента для получения термореактивного продукта и дозирующее устройство для управления по меньшей мере количеством и скоростью потока первого реактивного компонента, второго реактивного компонента и третьего реактивного компонента, поступающих в смесительную камеру (см. патент WO2019113364A1 от 06.12.2017). В описании к известному способу в разделе 0013 вводится понятие «минимальное время слоя» - время, в течение которого используемый материал частично отверждается и теряет свойства жидкости (так же называется временем гелеобразования), т.е. в известном способе скорость печати подобрана таким образом, что нанесенный материал успевает частично отвердеть до нанесения следующего слоя, что позволяет создавать изделия сложной формы, так как в известном способе не выполняется построение на слоях неутверждённого состава. В то же время известный способ обладает недостатком, связанным с особенностями используемых материалов. Возникающий при печати эффект сшиваемости связан с тем, что отверждение материала происходит постепенно и характеризуется двумя величинами: временем гелеобразования (частичного отверждения) – временем с момента смешивания компонентов до их предварительного отверждения и превращения в гелеобразное вещество (фактически временем фазового перехода, после которого смола перестает быть жидкостью, а ее вязкость значительно увеличивается) и временем «отверждения» – временем, в течение которого материал остается химически активным и способен прореагировать с новым слоем. Для получения качественного изделия важно, чтобы скорость печати была согласована со временем гелеобразования, так как наносить следующий слой возможно только после частичного отверждения первого, и временем отверждения, так что бы вся деталь получила однородную структуру с высокой адгезией между слоями. В то время как в известном способе время отверждения не учитывается, а согласование происходит только по времени гелеобразования, что может привести к снижению адгезии и некачественной печати при создании больших изделий, использовании сверхбыстрых составов или очень медленных скоростей, так как в таких случаях наносимый слой полностью отвердеет и не прореагируют со следующим слоем. Способ, описанный в WO2019113364A1, является наиболее близким техническим решением и принят в настоящей заявке за прототип.To an even greater extent, this disadvantage is solved in a known method for manufacturing three-dimensional (3D) objects, including: an extruding thermoset printing device, containing: an extrusion nozzle for delivering a thermosetting product from it to form a three-dimensional object, a mixing chamber for receiving and mixing at least the first reactive component, the second reactive component and the third reactive component to obtain a thermosetting product and a dosing device for controlling at least the amount and flow rate of the first reactive component, the second reactive component and the third reactive component entering the mixing chamber (see patent WO2019113364A1 dated 06.12.2017 ). In the description of the well-known method in section 0013, the concept of "minimum layer time" is introduced - the time during which the material used partially cures and loses its liquid properties (also called the gelation time), i.e. in the known method, the printing speed is selected in such a way that the applied material has time to partially harden before applying the next layer, which makes it possible to create products of complex shape, since the known method does not build on layers of an unapproved composition. At the same time, the known method has a disadvantage associated with the characteristics of the materials used. The crosslinking effect that occurs during printing is due to the fact that the material cures gradually and is characterized by two values: gelation time (partial curing) - the time from the moment the components are mixed until they are pre-cured and turned into a gel-like substance (in fact, the phase transition time, after which the resin stops become a liquid, and its viscosity increases significantly) and the "cure" time - the time during which the material remains chemically active and is able to react with a new layer. To obtain a quality product, it is important that the printing speed be consistent with the gelation time, since the next layer can be applied only after the first has partially cured, and the curing time, so that the entire part would receive a uniform structure with high adhesion between layers. While in the known method, the curing time is not taken into account, and the coordination occurs only in terms of gelation time, which can lead to a decrease in adhesion and poor-quality printing when creating large products, using ultra-fast compositions or very slow speeds, since in such cases the applied layer is completely will harden and will not react with the next layer. The method described in WO2019113364A1 is the closest technical solution and is adopted in this application as a prototype.
Задачами, решаемыми настоящим изобретением, являются повышение качества и механических свойств изделий, изготовленных из многокомпонентных химически отверждаемых материалов с применением аддитивных технологий, обеспечение возможности изготовления изделий с более сложной геометрией, изделий больших размеров, повышение удобства использования технологии и эксплуатации устройства.The tasks solved by the present invention are to improve the quality and mechanical properties of products made from multicomponent chemically curable materials using additive technologies, to enable the manufacture of products with more complex geometry, products of large sizes, to improve the usability of the technology and the operation of the device.
Технический результат в предлагаемом изобретении достигается за счет применения способа аддитивного производства, в котором изделие создается из послойно наносимого, многокомпонентного, химически отверждаемого материала, включающего в себя подачу компонентов в печатающую головку по отдельным каналам, их смешивание перед соплом и нанесение послойно, отличающегося тем, что время нанесения одного слоя больше времени гелеобразования используемого материала и меньше времени отверждения используемого материала. Использование многокомпонентного, химически отверждаемого материала позволяет получить изделие с высокой прочностью, высокой адгезией между слоями и низкой анизотропией. Подача компонентов в печатающую головку по отдельным каналам, их смешивание перед соплом позволяет использовать материалы с малым временем жизни и создавать детали сложной формы, так как в процессе печати нанесенный материал отверждается. Выполнение условия - время нанесения одного слоя больше времени гелеобразования используемого материала, позволяет создавать детали сложной формы и избегать их деформации, так как несущий слой (предыдущий слой) к моменту нанесения текущего слоя уже частично отвержден и не является жидкостью. Выполнение условия - время нанесения одного слоя меньше времени отверждения используемого материала позволяет создавать детали с высокой прочностью, высокой адгезией между слоями и низкой анизотропией, так как не полное отверждение к моменту нанесения следующего слоя является условием образования химических связей между слоями и их «сшиваемости», что будет способствовать повышению качества и механических свойств изделий, изготовленных из многокомпонентных химически отверждаемых материалов с применением аддитивных технологий, и обеспечению возможности изготовления изделий с более сложной геометрией, изделий больших размеров.The technical result in the proposed invention is achieved through the use of an additive manufacturing method in which the product is created from a layer-by-layer applied, multi-component, chemically curable material, which includes the supply of components to the print head through separate channels, their mixing in front of the nozzle and applying in layers, characterized in that that the application time of one layer is longer than the gelation time of the material used and less than the curing time of the material used. The use of a multicomponent, chemically curable material makes it possible to obtain a product with high strength, high adhesion between layers and low anisotropy. The supply of components to the print head through separate channels, their mixing in front of the nozzle allows the use of materials with a short lifetime and the creation of complex-shaped parts, since the applied material is cured during the printing process. The fulfillment of the condition - the time of applying one layer is longer than the gelation time of the material used, allows you to create parts of complex shape and avoid their deformation, since the carrier layer (previous layer) is already partially cured by the time the current layer is applied and is not a liquid. Fulfillment of the condition - the time of applying one layer is less than the curing time of the material used allows you to create parts with high strength, high adhesion between layers and low anisotropy, since incomplete curing by the time the next layer is applied is a condition for the formation of chemical bonds between the layers and their "crosslinking", which will improve the quality and mechanical properties of products made from multicomponent chemically cured materials using additive technologies, and provide the possibility of manufacturing products with more complex geometry, products of large sizes.
Возможно исполнение способа, когда время нанесения одного слоя (t), время гелеобразования (tг) и время отверждения (tо) удовлетворяют условию (1.05…2)*tг ≤ t ≤ (0.01…0.9)*tо. Выполнение указанного условия позволит получить оптимальные значения скорости печати для всех основных материалов, с сохранением всех описанных выше преимуществ, что будет способствовать повышению удобства использования технологии и эксплуатации устройства.It is possible to execute the method when the time of applying one layer (t), the gelation time (tg) and the curing time (to) satisfy the condition (1.05…2)*tg ≤ t ≤ (0.01…0.9)*to. The fulfillment of this condition will allow obtaining optimal printing speeds for all basic materials, while maintaining all the advantages described above, which will improve the usability of the technology and the operation of the device.
Возможно исполнение способа, в котором многокомпонентный, химически отверждаемый материал армирован волокнами или нитью, армирование, введенное в один из компонентов материала или в их смесь, позволит повысить механические свойства создаваемых изделий.It is possible to execute the method in which the multicomponent, chemically curable material is reinforced with fibers or thread, the reinforcement introduced into one of the material components or into their mixture will improve the mechanical properties of the created products.
Технический результат в предлагаемом изобретении так же достигается за счет создания устройства для аддитивного производства изделий, в котором изделие создается из послойно наносимого, многокомпонентного, химически отверждаемого материала, включающего в себя отдельные емкости для хранения каждого из компонентов, отдельные насосы для подачи каждого из компонентов, печатающую головку, с каналами для каждого из компонентов, совмещенную со смесителем и соплом, механизм перемещения печатающей головки, область построения изделия, компьютер и программное обеспечение, управляющие всеми перечисленными элементами, отличающееся тем, что компьютер и программное обеспечение обеспечивают время нанесения одного слоя больше времени гелеобразования используемого материала и меньше времени отверждения используемого материала. Использование многокомпонентного, химически отверждаемого материала позволяет получить изделие с высокой прочностью, высокой адгезией между слоями и низкой анизотропией. Подача компонентов в печатающую головку из отдельных емкостей для хранения каждого из компонентов, с помощью отдельных насосов для подачи каждого из компонентов, через каналы для каждого из компонентов, позволяет использовать материалы с малым временем жизни и создавать детали сложной формы, так как в процессе печати нанесенный материал отверждается. Специальная программа, обеспечивающая выполнение условия - время нанесения одного слоя больше времени гелеобразования используемого материала, позволяет создавать детали сложной формы и избегать их деформации, так как несущий слой (предыдущий слой) к моменту нанесения текущего слоя уже частично отвержден и не является жидкостью. Специальная программа, обеспечивающая выполнение условия - время нанесения одного слоя меньше времени отверждения используемого материала позволяет создавать детали с высокой прочностью, высокой адгезией между слоями и низкой анизотропией, так как не полное отверждение к моменту нанесения следующего слоя является условием образования химических связей между слоями и их «сшиваемости», что будет способствовать повышению качества и механических свойств изделий, изготовленных из многокомпонентных химически отверждаемых материалов с применением аддитивных технологий, и обеспечению возможности изготовления изделий с более сложной геометрией, изделий больших размеров.The technical result in the proposed invention is also achieved by creating a device for additive manufacturing of products, in which the product is created from a layer-by-layer applied, multicomponent, chemically curable material, which includes separate containers for storing each of the components, separate pumps for supplying each of the components, a print head, with channels for each of the components, combined with a mixer and a nozzle, a mechanism for moving the print head, an area for building a product, a computer and software that controls all of the listed elements, characterized in that the computer and software provide the application time for one layer more time gelation of the material used and less curing time of the material used. The use of a multicomponent, chemically curable material makes it possible to obtain a product with high strength, high adhesion between layers and low anisotropy. The supply of components to the print head from separate containers for storing each of the components, using separate pumps for supplying each of the components, through channels for each of the components, allows the use of materials with a short life time and the creation of complex-shaped parts, since the applied material is cured. A special program that ensures the fulfillment of the condition - the time of application of one layer is longer than the gelation time of the material used, allows you to create parts of complex shape and avoid their deformation, since the carrier layer (previous layer) is already partially cured by the time the current layer is applied and is not a liquid. A special program that ensures the fulfillment of the condition - the time of applying one layer is less than the curing time of the material used allows you to create parts with high strength, high adhesion between layers and low anisotropy, since incomplete curing by the time the next layer is applied is a condition for the formation of chemical bonds between the layers and their "crosslinkability", which will improve the quality and mechanical properties of products made from multicomponent chemically cured materials using additive technologies, and provide the possibility of manufacturing products with more complex geometry, products of large sizes.
Возможно исполнение устройства, в котором как минимум в одной емкости для хранения компонентов установлена система перемешивания, система перемешивания позволит достичь однородности состава компонента, предотвратить расслоение компонента и выпадение осадка, что позволить обеспечить более высокие механические свойства изделий и повысит удобство использования технологии и эксплуатации устройства.It is possible to design the device in which at least one container for storing components has a mixing system installed, the mixing system will make it possible to achieve uniformity of the composition of the component, prevent separation of the component and precipitation, which will ensure higher mechanical properties of products and increase the convenience of using the technology and operating the device.
Возможно исполнение устройства, в котором печатающая головка оснащена клапанами для каждого из компонентов, клапана позволят перекрывать подачу компонентов во время холостых перемещений и не допускать подтекания смеси, что будет способствовать повышению качества изделий, обеспечению возможности изготовления изделий с более сложной геометрией, изделий больших размеров, повышению удобства использования технологии и эксплуатации устройства.It is possible to design a device in which the print head is equipped with valves for each of the components, the valves will allow shutting off the supply of components during idle movements and preventing leakage of the mixture, which will improve the quality of products, ensure the possibility of manufacturing products with more complex geometry, products of large sizes, improving the usability of the technology and operation of the device.
Возможно исполнение устройства, в котором дополнительно установлена система рециркуляции компонентов, система рециркуляции позволит достичь однородности состава компонентов, предотвратить расслоение компонентов и выпадение осадка, что позволить обеспечить более высокие механические свойства изделий и повысит удобство использования технологии и эксплуатации устройства.It is possible to design the device in which a component recirculation system is additionally installed, the recirculation system will allow achieving a uniform composition of the components, preventing component separation and precipitation, which will ensure higher mechanical properties of products and increase the convenience of using the technology and operating the device.
Возможно исполнение устройства, в котором как минимум один из компонентов представляет собой смесь компонента с армирующими волокнами и исполнение устройства, в котором дополнительно установлена система подачи армирующей нити, армирование, введенное в один из компонентов материала или в их смесь, позволит повысить механические свойства создаваемых изделий.It is possible to design a device in which at least one of the components is a mixture of a component with reinforcing fibers and a design of a device in which a reinforcing thread supply system is additionally installed, reinforcement introduced into one of the material components or into their mixture will improve the mechanical properties of the created products .
Возможно исполнение устройства, в котором дополнительно установлена система термостатирования, система термостатирования позволяет поддерживать температуру компонентов и смеси в заданном диапазоне, что способствует повышению механических свойств создаваемых изделий и обеспечивает повышение удобства использования технологии и эксплуатации устройства.It is possible to design the device in which a temperature control system is additionally installed, the temperature control system allows maintaining the temperature of the components and the mixture in a given range, which improves the mechanical properties of the created products and provides an increase in the ease of use of the technology and operation of the device.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и изображениями, где:The essence of the invention is illustrated by the following description and images, where:
Фиг.1 - принципиальная схема, описывающая предлагаемый способ;Fig.1 is a schematic diagram describing the proposed method;
Фиг.2 - схема предлагаемого устройства;Fig.2 - diagram of the proposed device;
Фиг.3 - внешний вид предлагаемого устройства.Figure 3 - the appearance of the proposed device.
Предлагаемый способ (Фиг.1) предполагает создание изделия (1) из послойно наносимого, многокомпонентного, химически отверждаемого материала (2) и включает в себя подачу компонентов в печатающую головку (3) по отдельным каналам (4), их смешивание перед соплом (5) и нанесение послойно. Способ отличается тем, что время нанесения одного слоя (t) больше времени гелеобразования (tг) используемого материала и меньше времени отверждения (tо) используемого материала, т.е. tг < t < tо. Частным случаем предлагаемого способа является выполнение условия: (1.05…2)*tг ≤ t ≤ (0.01…0.9)*tо.The proposed method (Figure 1) involves the creation of a product (1) from a layer-by-layer applied, multi-component, chemically curable material (2) and includes the supply of components to the print head (3) through separate channels (4), mixing them before the nozzle (5 ) and applying in layers. The method differs in that the application time of one layer (t) is longer than the gelation time (tg) of the material used and less than the curing time (to) of the material used, i.e. tg < t < to. A special case of the proposed method is the fulfillment of the condition: (1.05…2)*tg ≤ t ≤ (0.01…0.9)*to.
Устройство для аддитивного производства изделий (Фиг.2, Фиг.3), в котором изделие (1) создается из послойно наносимого, многокомпонентного, химически отверждаемого материала (2), включающее в себя отдельные емкости для хранения каждого из компонентов (6), отдельные насосы для подачи каждого из компонентов (7), печатающую головку (3), с каналами (8) для каждого из компонентов, совмещенную со смесителем (9) и соплом (10), механизм перемещения печатающей головки (11), область построения изделия (12), компьютер (13) и программное обеспечение, управляющие всеми перечисленными элементами. Устройство отличается тем, что компьютер и программное обеспечение обеспечивают время нанесения одного слоя (t) больше времени гелеобразования (tг) используемого материала и меньше времени отверждения (tо) используемого материала.A device for additive manufacturing of products (Figure 2, Figure 3), in which the product (1) is created from a layer-by-layer applied, multicomponent, chemically curable material (2), including separate containers for storing each of the components (6), separate pumps for supplying each of the components (7), a print head (3), with channels (8) for each of the components, combined with a mixer (9) and a nozzle (10), a print head movement mechanism (11), a product construction area ( 12), a computer (13) and software that controls all of the listed elements. The device is characterized in that the computer and software provide the application time of one layer (t) is longer than the gelation time (tg) of the material used and less than the curing time (to) of the material used.
Предлагаемый способ и устройство работают следующим образом: компоненты материала хранятся в емкостях, при начале изготовления изделия, компоненты подаются насосами в печатающую головку, по отдельным каналам, на выходе печатающей головки компоненты попадают в смеситель, где происходит их смешение и после в сопло, через которое смесь наносится на изделие. Сопло, как правило, в сборе со смесителем и печатающей головкой, реже в сборе с насосами и емкостями, перемещается относительно области построения изделия с помощью системы перемещения, возможна обратная ситуация, когда область построения перемещается относительно сопла, или их комбинации, кода по некоторым координатам перемещается сопло, а по некоторым область построения. Все параметры, как минимум подача отдельных компонентов в правильных пропорциях и с нужной скоростью и перемещение сопла управляются компьютером и программой, при этом программа, контролируя скорость перемещения сопла и расход компонентов и обеспечивает выполнение условия tг < t < tо.The proposed method and device work as follows: the material components are stored in containers, at the beginning of the manufacture of the product, the components are pumped into the print head, through separate channels, at the exit of the print head, the components enter the mixer, where they are mixed and then into the nozzle, through which the mixture is applied to the product. The nozzle, as a rule, assembled with a mixer and a print head, less often assembled with pumps and containers, moves relative to the product construction area using a movement system, the reverse situation is possible when the construction area moves relative to the nozzle, or their combination, code along some coordinates the nozzle moves, and for some the construction area. All parameters, at least the supply of individual components in the correct proportions and at the required speed, and the movement of the nozzle are controlled by the computer and the program, while the program, controlling the speed of movement of the nozzle and the flow rate of the components, ensures that the condition tg < t < tо is met.
В случае если устройство оснащено системой перемешивания компонентов в емкостях, то эта система используется для перемешивания отдельных компонентов перед их подачей насосами в печатающую головку. Перемешивание компонентов необходимо для обеспечения их однородности и предотвращения выпадения осадка.If the device is equipped with a container mixing system, then this system is used to mix the individual components before they are pumped into the print head. Mixing of the components is necessary to ensure their uniformity and to prevent precipitation.
В случае если печатающая головка оснащена клапанами для каждого из компонентов, то эти клапана открываются и закрываются в соответствии с командами, поступающими от программы, при закрытых клапанах выполняются холостые хода и вспомогательные перемещения, клапана обеспечивают отсутствие подтеканий материала из сопла. При открытых клапанах выполняется печать. Система клапанов выполняет функцию аналогичную «ретракту» в классической fdm печати.If the printhead is equipped with valves for each of the components, then these valves open and close in accordance with the commands coming from the program, when the valves are closed, idle strokes and auxiliary movements are performed, the valves ensure that there is no leakage of material from the nozzle. When the flaps are open, printing is performed. The valve system performs a function similar to the "retract" in classic fdm printing.
В случае если установлена система рециркуляции компонентов, в момент подготовки к печати насос выполняет покачивание материалов по всем элементам устройства, по кругу, из бака в бак, что обеспечивает перемешивание компонента, и предотвращает выпадение осадка и расслоение компонентов в элементах устройства.If a component recirculation system is installed, at the time of preparation for printing, the pump pumps materials around all the elements of the device, in a circle, from tank to tank, which ensures mixing of the component, and prevents precipitation and separation of components in the elements of the device.
В случае если один из компонентов представляет собой смесь компонента с армирующими волокнами или установлена система подачи армирующей нити выполняется создание изделия с армированием.If one of the components is a mixture of a component with reinforcing fibers or a reinforcing thread supply system is installed, a product with reinforcement is created.
В случае если установлена система термостатирования, обеспечивается поддержание заданной температуры компонентов, смеси и области построения во время создания модели.If a temperature control system is installed, the specified temperature of the components, mixture and construction area is maintained during the creation of the model.
В прототипе устройства, созданного по предлагаемому описанию, используются поршневые насосы с приводом от шагового электродвигателя, через винтовую передачу, так как поршневой насос позволяет обеспечить качественное уплотнение рабочей полости с применением материалов обладающей необходимой химической стойкостью, а примененная схема, в целом обеспечивает высокую точность дозирования и удобство управления. В то же время могут использоваться шестеренчатые, перисталические, винтовые, лопастные и др. насосы с различными приводами, в том числе серводвигателями различных конструкций, поршневыми или гидравлическими приводами, с применением различных передач, в том числе ШВП, зубчатых, ременных, цепных, реечных и др. В прототипе устройства используются емкости из полиэтилена высокого давления, так как они отличаются удобством и обладают достаточной химической стойкостью для длительного хранения компонентов, в то же время емкости могут быть изготовлены из нержавеющей стали, конструкционной стали с качественным покрытием, алюминия, фторопласта, СВМПЭ и других материалов, в отдельных случаях емкости могут быть совмещены с насосом. В прототипе устройства в качестве смесителя используется одноразовый статический миксер, в то же время могут использоваться многоразовые миксеры или динамические системы смешивания. Диаметр сопла может составлять от 0,1 до 10 мм и более, наиболее рационально использовать сопла диаметром 0,3 0,5 и 1 мм. В прототипе используется компьютер на базе процессора ARM и управляющая программа, разработанная на базе программы Marlin, в то же время могут использоваться любые компьютеры с достаточной производительностью и любое программное обеспечение, выполняющее необходимые функции. В печатающей головке прототипа используются клапана с электромагнитным приводом, в то же время могут использоваться любые другие клапана, пневматические, гидравлические, механические и пр. Прототип устройства был испытан на двухкомпонентном полиуретане и двухкомпонентном силиконе, в ходе испытаний экспериментально получен рекомендованный диапазон (1.05…2)*tг ≤ t ≤ (0.01…0.9)*tо. В то же время предлагаемые способ и устройство могут быть использованы для печати другими двух и более компонентными материалами, в частности эпоксидными смолами, полиэфирныи смолами, винилэфирными смолами и пр.The prototype of the device, created according to the proposed description, uses piston pumps driven by a stepper motor, through a screw gear, since the piston pump allows for high-quality sealing of the working cavity using materials with the necessary chemical resistance, and the applied scheme generally provides high dosing accuracy and ease of management. At the same time, gear, peristalic, screw, vane and other pumps with various drives, including servomotors of various designs, piston or hydraulic drives, using various gears, including ball screws, gear, belt, chain, rack and pinion and others. In the prototype of the device, containers made of high-pressure polyethylene are used, since they are convenient and have sufficient chemical resistance for long-term storage of components, while containers can be made of stainless steel, structural steel with a high-quality coating, aluminum, fluoroplastic, UHMWPE and other materials, in some cases the tanks can be combined with the pump. In the prototype device, a disposable static mixer is used as a mixer, while reusable mixers or dynamic mixing systems can be used. The nozzle diameter can be from 0.1 to 10 mm or more, it is most rational to use nozzles with a diameter of 0.3, 0.5 and 1 mm. The prototype uses an ARM processor-based computer and a control program developed on the basis of the Marlin program, while any computers with sufficient performance and any software that performs the necessary functions can be used. The prototype print head uses valves with an electromagnetic drive, while any other valves, pneumatic, hydraulic, mechanical, etc., can be used. The prototype device was tested on two-component polyurethane and two-component silicone, during the tests the recommended range (1.05 ... 2 )*tg ≤ t ≤ (0.01…0.9)*to. At the same time, the proposed method and device can be used for printing with other two or more component materials, in particular epoxy resins, polyester resins, vinyl ester resins, etc.
Claims (8)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2775993C1 true RU2775993C1 (en) | 2022-07-12 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2816587C1 (en) * | 2023-07-04 | 2024-04-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые аддитивные технологии" | Method for additive manufacturing of articles (versions) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016191329A1 (en) * | 2015-05-22 | 2016-12-01 | Georgia-Pacific Chemicals Llc | Apparatus and methods for multicomponent thermoset resin systems in additive manufacturing |
| RU179153U1 (en) * | 2017-07-27 | 2018-04-28 | Глеб Алексеевич Ноздрин | Printhead of building 3D printer |
| EP2955004B1 (en) * | 2014-06-09 | 2018-11-14 | United Technologies Corporation | Two-part thermosetting resin additive manufacturing system and additive manufacturing method |
| 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 |
| RU2682188C2 (en) * | 2013-07-04 | 2019-03-15 | Сафран Эркрафт Энджинз | Process for additive manufacturing of parts by melting or sintering particles of powder using high-energy beam with powders adapted to targeted process/material pair |
| RU2690436C2 (en) * | 2014-12-16 | 2019-06-03 | Ксавье РОШЕ | Device and method for layer-by-layer manufacturing of three-dimensional structures |
| WO2019113364A1 (en) * | 2017-12-06 | 2019-06-13 | Chromatic 3D Materials Inc. | Three-dimensional printing control |
| RU2706322C1 (en) * | 2017-09-27 | 2019-11-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный университет" | Device for production of polymer cross-linked three-dimensional prototypes |
| RU2715224C1 (en) * | 2016-06-30 | 2020-02-26 | 3М Инновейтив Пропертиз Компани | Printable compositions which include high-viscosity components and methods of making 3d articles from said compositions |
| RU2746721C1 (en) * | 2020-08-04 | 2021-04-19 | Петр Владимирович Соболь | Method for creating volumetric images from building mixtures by 3d printing |
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2682188C2 (en) * | 2013-07-04 | 2019-03-15 | Сафран Эркрафт Энджинз | Process for additive manufacturing of parts by melting or sintering particles of powder using high-energy beam with powders adapted to targeted process/material pair |
| EP2955004B1 (en) * | 2014-06-09 | 2018-11-14 | United Technologies Corporation | Two-part thermosetting resin additive manufacturing system and additive manufacturing method |
| RU2690436C2 (en) * | 2014-12-16 | 2019-06-03 | Ксавье РОШЕ | Device and method for layer-by-layer manufacturing of three-dimensional structures |
| WO2016191329A1 (en) * | 2015-05-22 | 2016-12-01 | Georgia-Pacific Chemicals Llc | Apparatus and methods for multicomponent thermoset resin systems in additive manufacturing |
| RU2715224C1 (en) * | 2016-06-30 | 2020-02-26 | 3М Инновейтив Пропертиз Компани | Printable compositions which include high-viscosity components and methods of making 3d articles from said compositions |
| RU179153U1 (en) * | 2017-07-27 | 2018-04-28 | Глеб Алексеевич Ноздрин | Printhead of building 3D printer |
| RU2706322C1 (en) * | 2017-09-27 | 2019-11-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный университет" | Device for production of polymer cross-linked three-dimensional prototypes |
| 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 |
| WO2019113364A1 (en) * | 2017-12-06 | 2019-06-13 | Chromatic 3D Materials Inc. | Three-dimensional printing control |
| RU2746721C1 (en) * | 2020-08-04 | 2021-04-19 | Петр Владимирович Соболь | Method for creating volumetric images from building mixtures by 3d printing |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2816587C1 (en) * | 2023-07-04 | 2024-04-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые аддитивные технологии" | Method for additive manufacturing of articles (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| He et al. | 3D printing of continuous fiber-reinforced thermoset composites | |
| EP1512519B1 (en) | A method and a system for solid freeform fabrication using non-reactive powder | |
| JP7137909B2 (en) | Multi-liquid mixed paint supply method using multi-liquid mixed paint supply system | |
| CN104998798B (en) | AB dispenser plastic emitting screw rod injection valves | |
| JP2003519022A (en) | How the model is formed | |
| US11623191B2 (en) | System for applying a building material with multiple mixers and movement device | |
| Mohr et al. | Theory of mixing in the single-screw extruder | |
| CN102985245B (en) | Mold-runner system having independently controllable shooting-pot assemblies | |
| CN1775514A (en) | Injection apparatus for resin transfer moulding technology | |
| RU2775993C1 (en) | Method and apparatus for additive article manufacture | |
| US3794301A (en) | Method and apparatus for mixing and dispensing | |
| EP3711921A1 (en) | Pumping system and method for 3d printing | |
| DE10309814B3 (en) | Process for the production of components with a compact polyurethane (PUR) sealing layer | |
| US20230064628A1 (en) | Devices, systems, and methods for three-dimensional printing of continuous fiber-reinforced thermoset composites | |
| US20060209623A1 (en) | Process and an apparatus for the production of articles from reactive components | |
| EP1415793A1 (en) | Method of manufacturing fibre reinforced composite structural elements | |
| KR102182425B1 (en) | Mixing head for in-mold coating based on two-component polyurethane with a high difference in mixing ratio | |
| KR20180023764A (en) | injection molding apparatus and method for lump prevention of pearl | |
| US6390661B1 (en) | Rapid discharge multiple material delivery system | |
| Karaduman et al. | Various fabrication methods employed in fiber reinforced composites | |
| Berg | Process development for the reactive injection moulding of caprolactam intermediates | |
| RU221079U1 (en) | Print head for additive manufacturing | |
| KR102519004B1 (en) | Materials forming device | |
| DE19521450C2 (en) | Method and device for reactive injection molding of molded parts with thermoset properties | |
| RU2770942C1 (en) | Method for producing and applying spheroplast on pipes and a device for its production in a continuously cyclic way |