RU2800191C1 - 3d printer - Google Patents
3d printer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800191C1 RU2800191C1 RU2022131137A RU2022131137A RU2800191C1 RU 2800191 C1 RU2800191 C1 RU 2800191C1 RU 2022131137 A RU2022131137 A RU 2022131137A RU 2022131137 A RU2022131137 A RU 2022131137A RU 2800191 C1 RU2800191 C1 RU 2800191C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conveyor belt
- extruder
- printing
- layer
- frame
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к техническим решениям, используемым для крупногабаритной серийной послойной печати гранулой или флексой в таких отраслях как медицина (протезирование конечностей), авиакосмическая промышленность, автостроение, малое судостроение, строительство, рекламное производство, мебельное производство и других отраслях, где необходимо создание крупногабаритных полимерных объектов.The invention relates to technical solutions used for large-scale serial layer-by-layer printing with a granule or flex in such industries as medicine (prosthetic limbs), aerospace industry, automotive industry, small shipbuilding, construction, advertising production, furniture production and other industries where it is necessary to create large-sized polymer objects.
Известен ряд 3D-принтеров конвейерного типа для послойной печати трехмерного объекта под углом 45 градусов, в частности:A number of conveyor-type 3D printers are known for layer-by-layer printing of a three-dimensional object at an angle of 45 degrees, in particular:
Указанные принтеры позволяют печатать изделия сколь угодно большой длины, при этом поперечный размер изготавливаемых деталей (область печати) характеризуется небольшими параметрами: от 200×170 мм для Creality CR-30 до максимальных 400×430 мм для White Knight 3D printer. Кроме того, все из указанных аналогов печатают пластиковой нитью - филаментом, что отрицательно сказывается на производительности печати.These printers allow you to print products of arbitrarily long lengths, while the transverse size of the manufactured parts (printing area) is characterized by small parameters: from 200 × 170 mm for Creality CR-30 to a maximum of 400 × 430 mm for White Knight 3D printer. In addition, all of these analogues are printed with a plastic thread - filament, which adversely affects the printing performance.
В качестве прототипа выбран 3D-принтер BlackBelt (см., например: https://www.kickstarter.com/projects/814534542/blackbelt-3d-printer#). Вышеуказанный принтер защищен патентом CA3075602(A1) (МПК B29C 64/118; B29C 64/20; B29C 64/245; B33Y 10/00; B33Y 30/00; B33Y 80/00, приоритетный номер NL20172018728 2017.04.18, оп. 2018.10.25).A BlackBelt 3D printer was chosen as a prototype (see, for example: https://www.kickstarter.com/projects/814534542/blackbelt-3d-printer#). The above printer is protected by patent CA3075602(A1) (IPC B29C 64/118; B29C 64/20; B29C 64/245; B33Y 10/00; B33Y 30/00; B33Y 80/00, priority number NL20172018728 2017.04.18, op 2018.10.25).
Прототип относится к устройствам портального типа для послойной печати трехмерной заготовки с использованием расплавляемого материала (рабочего материала) и содержит, по меньшей мере, раму с XYZ-порталом; блок печатающей головки, соединенный с указанным XYZ-порталом; блок подачи рабочего материала в указанный блок печатающей головки и опорную платформу, на которой указанная трехмерная заготовка печатается послойно, указанная опорная платформа является частью указанного XYZ-портала и подвижна в Z-направлении.The prototype relates to portal-type devices for layer-by-layer printing of a three-dimensional workpiece using a meltable material (working material) and contains at least a frame with an XYZ portal; a printhead unit connected to said XYZ portal; a working material supply unit to said print head block and a support platform on which said three-dimensional workpiece is printed in layers, said support platform is part of said XYZ portal and is movable in the Z direction.
Согласно описанию и формуле изобретения из патента CA3075602(A1), блок печатающей головки перемещается в плоскости XY, наклоненной относительно направления Z, и при этом опорная платформа выполнена в виде бесконечной конвейерной ленты, ориентированной параллельно горизонтали.According to the description and claims of patent CA3075602(A1), the print head unit moves in the XY plane inclined with respect to the Z direction, and the support platform is made in the form of an endless conveyor belt oriented parallel to the horizontal.
В частном случае конвейерная лента изготовлена из волокнистой композитной ткани, и указанная волокнистая композитная ткань пропитана эпоксидной смолой. При этом получается устойчивая опорная зона, которая не только стабилизирует трехмерную заготовку во время ее послойного наращивания, но и достигается хорошее рассеивание тепла, что предотвращает ошибки печати из-за смятия или оседания печатаемого строительного материала.In a particular case, the conveyor belt is made of a fibrous composite fabric, and said fibrous composite fabric is impregnated with an epoxy resin. This results in a stable support zone, which not only stabilizes the 3D blank during its layering, but also achieves good heat dissipation, which prevents printing errors due to wrinkling or settling of the printed building material.
В другом варианте конвейерная лента изготовлена из металлического листа, в частности, из металлического сплава с физико-механическими свойствами низкой скорости теплового расширения, чтобы обеспечить плоскую ленту при нагревании или укладке горячего материала, и/или имеющую высокую жесткость, для обеспечения точного позиционирования и жесткого удержания заготовки для предотвращения ее неконтролируемых перемещений во время процесса печати, и/или имеющую свойство термостойкости, которая выше температуры строительного материала, во время процесса печати.In another embodiment, the conveyor belt is made of a metal sheet, in particular a metal alloy with physical and mechanical properties of a low rate of thermal expansion, to provide a flat belt when heated or laying hot material, and/or having a high rigidity, to ensure accurate positioning and rigid holding of the workpiece to prevent its uncontrolled movements during the printing process, and/or having the property of heat resistance, which is higher than the temperature of the building material, during the printing process.
Чтобы избежать нежелательного смещения на опорной платформе трехмерной заготовки во время ее послойного наращивания, конвейерная лента снабжена непостоянным клеевым покрытием.To avoid unwanted movement on the support platform of the three-dimensional workpiece during its layer-by-layer build-up, the conveyor belt is provided with a non-permanent adhesive coating.
В другом примере указанная опорная платформа, кроме того, содержит всасывающие элементы для создания вакуума или давления между опорной платформой и трехмерной заготовкой, подлежащей печати. При этом также не исключено нежелательное смещение на опорной платформе трехмерной заготовки во время ее послойного наращивания.In another example, said support platform further comprises suction elements for creating a vacuum or pressure between the support platform and the 3D workpiece to be printed. In this case, undesirable displacement of the three-dimensional workpiece on the support platform during its layer-by-layer build-up is also not ruled out.
Кроме того, чтобы избежать нежелательной деформации, такой как трещины, разрывы или деформации трехмерной заготовки из-за неконтролируемого охлаждения печатаемого рабочего материала во время его послойного наращивания, опорная платформа дополнительно содержит нагревательные элементы, расположенные в направлении Z для нагрева бесконечной конвейерной ленты.In addition, in order to avoid undesirable deformation such as cracks, tears or deformations of the 3D workpiece due to uncontrolled cooling of the printed work material during its layering, the support platform further comprises heating elements located in the Z direction for heating the endless conveyor belt.
В еще одном частном варианте указанная опорная платформа (конвейерная лента) дополнительно содержит охлаждающие элементы, расположенные в направлении Z для охлаждения бесконечной конвейерной ленты. При этом можно быстро и в больших количествах изготавливать трехмерные заготовки небольших размеров, при этом заготовки меньшего размера сами по себе требуют быстрого охлаждения, что позволяет быстро снимать их с опорной платформы для дальнейшей последующей обработки, такой как упаковка и транспортировка.In yet another particular embodiment, said support platform (conveyor belt) further comprises cooling elements located in the Z direction for cooling the endless conveyor belt. In this way, small 3D workpieces can be produced quickly and in large quantities, while the smaller workpieces themselves require rapid cooling, allowing them to be quickly removed from the support platform for further post-processing such as packaging and transport.
Указанное охлаждающее средство может содержать один или несколько охлаждающих вентиляторов, расположенных над опорной платформой и направленных на изделие, печатаемое на опорной платформе. Таким образом, создается охлаждающий поток воздуха, который направляется к печатаемому изделию.Said coolant may comprise one or more cooling fans positioned above the support platform and directed towards the article to be printed on the support platform. Thus, a cooling air flow is created, which is directed towards the printed product.
XY-рама (плоскость) может шарнирно вращаться относительно опорной платформы. Таким образом, угол наклона между XY-рамой и направлением Z портала XYZ, образованным опорной платформой, может быть установлен между 1° и 89°, в зависимости от геометрии обрабатываемой детали, с предпочтительным диапазоном углов от 15° до 50°, при этом наиболее предпочтительный и простой вариант - нерегулируемый фиксированный угол 45°.The XY-frame (plane) can pivot relative to the support platform. Thus, the angle of inclination between the XY-frame and the Z-direction of the XYZ gantry formed by the support platform can be set between 1° and 89°, depending on the geometry of the workpiece, with a preferred angle range of 15° to 50°, with the most preferred and simple option being a non-adjustable fixed angle of 45°.
У известного 3D-принтера существует ряд недостатков в составе конструкции конвейерной части аналога прототипа, а именно: при увеличении области печати в ширину конвейерная лента теряет поперечную жесткость и деталь при печати начнет раскачиваться вместе с лентой по оси X, что даёт неровную поверхность печатаемой детали, кривизну геометрии детали и погрешность в размерах детали; конвейерную ленту необходимо нагревать для увеличения адгезии (прилипания) между лентой и деталью печати, а также охлаждать при отделении напечатанной детали от конвейерной ленты, что увеличивает время печати и энергоресурсы.The well-known 3D printer has a number of shortcomings in the design of the conveyor part of the analogue of the prototype, namely: with an increase in the print area in width, the conveyor belt loses lateral rigidity and the part during printing will begin to swing along with the tape along the X axis, which gives an uneven surface of the printed part, the curvature of the part geometry and the error in the size of the part; the conveyor belt must be heated to increase adhesion (sticking) between the tape and the print part, and cooled when the printed part is separated from the conveyor belt, which increases printing time and energy consumption.
Из метода печати пластиковой проволокой у аналогов и прототипа понятно, что печать производится только нитеобразным материалом, намотанным на подающую катушку. На практике оказалось, что нельзя напечатать стенку проволочным материалом из пластика за один процесс выдавливания расплавленной массы через сопло шире диаметра подаваемой проволоки, т.е. ширина печати линии за один процесс ограничена диаметром подаваемой проволоки и диаметром сопла, диаметры которых в лучшем случае будут равны.From the method of printing with plastic wire in analogs and the prototype, it is clear that printing is done only with a filamentous material wound on a supply reel. In practice, it turned out that it is impossible to print a wall with plastic wire material in one process of extruding the molten mass through a nozzle wider than the diameter of the wire being fed, i.e. the width of the printed line in one process is limited by the diameter of the fed wire and the diameter of the nozzle, the diameters of which will be equal at best.
Для реализации крупногабаритной печати необходимо добиться технического результата максимальной поперечной устойчивости и жесткости конструкции рамы принтера, реализация которой не описана в уровне техники, а также обеспечить возможность использования рабочего материала в виде гранулы и флексы.To implement large-scale printing, it is necessary to achieve the technical result of maximum lateral stability and structural rigidity of the printer frame, the implementation of which is not described in the prior art, as well as to ensure the possibility of using working material in the form of granules and flex.
Задача изобретения - повышение эксплуатационных характеристик 3D-принтера с устранением вышеуказанных недостатков прототипа.The objective of the invention is to improve the performance of a 3D printer with the elimination of the above disadvantages of the prototype.
Указанная задача решается 3D-принтером крупногабаритной трехмерной конвейерной печати портального типа для послойной печати трехмерного объекта под острым углом (предпочтительно под фиксированным углом 45 градусов) гранулой или флексой, содержащим, по меньшей мере, XY-раму с XYZ-порталом, блок печатающей головки, установленный на XY-раме, подвижный по осям X и Y, блок подачи рабочего материала в указанный блок печатающей головки и подвижную в Z-направлении опорную платформу - конвейерную ленту, на которой указанный трехмерный объект печатается послойно, указанная опорная платформа является частью указанного XYZ-портала и подвижна в Z-направлении, в котором, согласно предложению блок печатающей головки и блок подачи рабочего материала представляют собой экструдер (для печати гранулой или флексой) с соплом, с бункером автоматической подачи гранулы или флексы и гибкий гофроканал, транспортирующий гранулу в экструдер, который перемещается в плоскости XY. Конвейерная лента выполнена из тканевой основы с полиуретановым покрытием. Такие ленты применяются в пищевой промышленности для транспортировки продуктов питания на производствах (см., например: https://drivebeltsystem.ru/catalog/konveyernye-lenty/pishchevye-konveyernye-lenty/pishchevye-lenty-nitta/2-lrfp-02-w2-im-1-4/), и оказалось что полиуретановые конвейерные ленты могут применяться в конвейерных 3D-принтерах, при этом получается устойчивая опорная зона, которая не только стабилизирует трехмерную деталь во время ее послойного наращивания, но и достигается хорошая адгезия без необходимости прогрева зоны печати, что предотвращает ошибки печати из-за отслаивания и деформации печатаемого объекта разными полимерами. При испытаниях выяснилось что полиуретановая лента с рабочим диапазоном температур от -20 до +100 градусов и кратковременном повышении до +140 градусов (из характеристик типовых конвейерных лент; эти признаки могут незначительно отличаться в зависимости от производителя) способна приклеивать на себя расплавленные полимеры и в конце зоны печати легко отделять напечатанный объект от конвейерной ленты с диапазоном температуры расплава от +190 градусов до +260 градусов при соблюдении минимального расстояния от вершины сопла до поверхности конвейерной ленты этот диапазон равен от 0,3 мм до 0,5 мм с постоянным двух контурным охлаждением зоны соприкосновения сопла с конвейерной лентой. Например, полимерные гранулы и вторичная флекса c рекомендованной температурой экструзии печати акрилонитрилбутадиенстирол (ABS, АБС) от +210 до +245 градусов, полилактид (PLA, ПЛА) от +190 до +230 градусов, полиэтилентерефталат (PET, ПЭТ) или модифицированный ПЭТ - PETG от +215 до +245 градусов, ударопрочный полистирол (HIPS) от +210 до +245 градусов, акрилстирол-акрилонитрил (ASA) от +220 до +270 градусов, нейлон (Neylon) от +235 до +260 градусов, полиэтилен высокой плотности (HPDE) от +230 до +320 градусов, полипропилен (PP) от +220 до +250 градусов, стирол-бутадиеновый сополимер (SBS) от +220 до +240 градусов, термопластичный полиуретан (TPU, Flex) от +220 до +240 градусов, поливиниловый спирт (PVA) от +190 до +240 градусов, полиацеталь (POM) от +220 до +250 градусов (список является открытым), обладают хорошей адгезией при печати и при этом хорошо отделяются от полиуретановой конвейерной ленты при завершении печати (см., например: https://top3dshop.ru/blog/podrobnyj-gid-po-vyboru-plastika-dlja-3d-pechati.html)This task is solved by a portal-type large-size 3D conveyor-type 3D printer for layer-by-layer printing of a three-dimensional object at an acute angle (preferably at a fixed angle of 45 degrees) with a granule or flex, containing at least an XY frame with an XYZ portal, a print head unit mounted on the XY frame, movable along the X and Y axes, a working material supply unit into the specified print head unit and a support movable in the Z direction. platform - a conveyor belt on which the specified three-dimensional object is printed in layers, the specified support platform is part of the specified XYZ portal and is movable in the Z-direction, in which, according to the proposal, the print head unit and the working material supply unit are an extruder (for printing with a granule or flex) with a nozzle, with an automatic granule or flex feed bin and a flexible corrugated channel transporting the granule to the extruder, which moves in the XY plane. The conveyor belt is made of a fabric base with a polyurethane coating. Such belts are used in the food industry for transporting food products in factories (see, for example: https://drivebeltsystem.ru/catalog/konveyernye-lenty/pishchevye-konveyernye-lenty/pishchevye-lenty-nitta/2-lrfp-02-w2-im-1-4/), and it turned out that polyurethane conveyor belts can be used in conveyor 3D printers, while obtaining a stable support zone, which not only stabilizes the three-dimensional part during its layer-by-layer build-up, but also achieves good adhesion without the need to warm up the print area, which prevents printing errors due to peeling and deformation of the printed object by different polymers. During the tests, it turned out that a polyurethane tape with a working temperature range from -20 to +100 degrees and a short-term increase to +140 degrees (from the characteristics of typical conveyor belts; these features may vary slightly depending on the manufacturer) is able to stick melted polymers on itself and at the end of the printing zone it is easy to separate the printed object from the conveyor belt with a melt temperature range from +190 degrees to +260 degrees, while observing the minimum distance from the top of the nozzle to the surface of the conveyor belt, this range is equal to 0, 3 mm to 0.5 mm with constant two-circuit cooling of the zone of contact between the nozzle and the conveyor belt. For example, polymer granules and secondary flex with the recommended printing extrusion temperature acrylonitrile butadiene styrene (ABS) from +210 to +245 degrees, polylactide (PLA, PLA) from +190 to +230 degrees, polyethylene terephthalate (PET, PET) or modified PET - PETG from +215 to +245 degrees, high-impact polystyrene (HIPS) from +210 to +245 degrees, acrylstyrene-acrylonitrile (ASA) from +220 to +270 degrees, nylon (Neylon) from +235 to +260 degrees, high density polyethylene (HPDE) from +230 to +320 degrees, polypropylene (PP) from +220 to +250 degrees, styrene-butadiene copolymer (SBS) from +220 to +240 degrees, thermoplastic polyurethane (TPU, Flex) from +220 to +240 degrees, polyvinyl alcohol (PVA) from +190 to +240 degrees, polyacetal (POM) from +220 to +250 degrees (the list is open), they have good adhesion during printing and at the same time they are well separated from the polyurethane conveyor belt at the end of printing (see, for example: https://top3dshop.ru/blog/podrobnyj-gid-po-vyboru-pla stika-dlja-3d-print.html)
Перед зоной соприкосновения сопла с конвейером установлена балка прижима (прижимная балка) конвейерной ленты, которая представляет собой профиль квадратного или прямоугольного сечения соединенный с планками регулировки по высоте и фиксации на торцах, которые крепятся на боковых профилях конвейерного опорного стола оси Z. За счет прижимной балки конвейера к опорному столу достигается поперечная жесткость конвейера для предотвращения раскачивания объекта во время печати вдоль оси X, применение прижимной балки особенно актуально при увеличении области печати до 2000 мм. Кроме того, этой балкой за счет крепежных пластин регулируется зазор между конвейером и самой прижимной балкой для использования кассетной конвейерной печати.In front of the zone of contact between the nozzle and the conveyor, a clamping beam (pressure beam) of the conveyor belt is installed, which is a profile of a square or rectangular section connected to height adjustment and fixation strips at the ends, which are mounted on the side profiles of the conveyor support table of the Z axis. . In addition, this beam, due to the mounting plates, adjusts the gap between the conveyor and the clamping beam itself for the use of cassette conveyor printing.
Также в 3D-принтере может быть реализовано использование опорного блока с выступом по высоте, имеющим место для крепления XY-рамы, предпочтительно под углом 45 градусов, с опорным подшипником для оси приводного вала конвейерной части, представляющего собой полукруглый объект, имеющий толщину, равную толщине бокового профиля опорной платформы, с выступом по высоте, равной толщине применяемых кассет и выступом под углом 45 градусов относительно горизонтальной плоскости крепления к торцу бокового профиля. Опорный блок служит для крепления рамы XY, а также в качестве опорного подшипника для приводного вала конвейера и заглушки торца профиля опорного стола.Also, in a 3D printer, it can be implemented to use a support block with a protrusion in height, which takes place for fastening the XY-frame, preferably at an angle of 45 degrees, with a support bearing for the axis of the drive shaft of the conveyor part, which is a semicircular object having a thickness equal to the thickness of the side profile of the support platform, with a protrusion in height equal to the thickness of the used cassettes and a protrusion at an angle of 45 degrees relative to the horizontal plane of attachment to the end of the side profile. The support block is used to mount the XY frame, as well as a support bearing for the conveyor drive shaft and end cap of the support table profile.
Соответственно в 3D-принтере реализована возможность печати на составных кассетах, которые могут быть выполнены из одноименного листового материала, что и гранула или флекса для печати, или составного материала такого как стекло, картон, дерево, металл, композитные материалы. Кассеты могут иметь форму многогранника (квадрата, прямоугольника и т.д.), ширина которого не превышает ширину конвейерной ленты, а длина может иметь неограниченный размер. Данный функционал позволяет применять 3D-принтер в составе конвейерной линии производства. При таком методе можно печатать тугоплавкими полимерами с высокой температурой печати до 450 градусов например поликарбонат (PC), от +270 до +310 градусов, полиэфирэфиркетон (PEEK), от +360 до 410 градусов, при этом конвейерная лента будет защищена от высокой температуры расплава.Accordingly, the 3D printer has the ability to print on composite cassettes, which can be made of the same sheet material as a granule or flex for printing, or a composite material such as glass, cardboard, wood, metal, composite materials. The cassettes may have the shape of a polyhedron (square, rectangle, etc.), the width of which does not exceed the width of the conveyor belt, and the length may have an unlimited size. This functionality allows you to use a 3D printer as part of a conveyor production line. With this method, it is possible to print refractory polymers with a high printing temperature of up to 450 degrees, such as polycarbonate (PC), from +270 to +310 degrees, polyetheretherketone (PEEK), from +360 to 410 degrees, while the conveyor belt will be protected from the high temperature of the melt.
В 3D-принтере реализовано применение системы печати гранулой или флексой, имеющей бункер-гранулоприемник с автоматической шнековой подачей гранулы в канал (предпочтительно, гофрированный - гофороканал), транспонирующий гранулу или флексу в экструдер, и имеющий датчик содержания (наличия) гранулы или флексы в бункере, который сигнализирует электронике принтера о том, что гранула или флекса в бункере закончилась, а также датчик наличия гранулы в гофроканале для автоматического наполнения гранулой или флексы гофроканала, что особенно актуально при печати высоких объектов, когда экструдер находится в самой верхней точки печати по оси Y и естественная подача гранулы из бункера в экструдер по наклонной плоскости затруднена. Бункер представляет собой многогранную емкость с горловиной для гофроканала с полостью у основания для шнекового забора гранулы или флексы, шнек, мотор-редуктор, муфту соединения мотор-редуктора и хвостовика шнека, модуль уровня гранулы или флексы в гофроканале и модуль уровня гранулы или флексы в емкости бункера, гофроканал представляет собой полый эластичный цилиндр, имеющий гладкую структуру стенки внутри для лучшей транспонировки гранулы до экструдера и гофрированную структуру снаружи для лучшей гибкости.The 3D printer implements the use of a system for printing with a granule or flex, which has a granule receiving hopper with automatic screw feeding of the granule into a channel (preferably a corrugated channel), transposing the granule or flex into the extruder, and having a sensor for the content (presence) of the granule or flex in the hopper, which signals to the printer electronics that the granule or flex in the hopper is over, as well as a sensor for the presence of a granule in the corrugated channel for automatic filling with granules or flexes of the corrugated channel, which is especially important when printing tall objects, when the extruder is at the highest point of printing along the Y axis and the natural supply of the granule from the hopper to the extruder along the inclined plane is difficult. The bunker is a multifaceted container with a neck for a corrugated channel with a cavity at the base for auger intake of granules or flexes, an auger, a gear motor, a coupling for connecting a gear motor and a screw shank, a granule or flex level module in the corrugated channel and a granule or flex level module in the hopper tank, the corrugated channel is a hollow elastic cylinder with a smooth wall structure inside for better transposition of the granule to the exposition truder and corrugated structure on the outside for better flexibility.
Экструдер представляет собой нагреваемый блок из цветных сплавов таких как бронза, или латунь, или медь, или алюминий, или дюраль, или керамика с полостью по центру оси, в которую установлен полый цилиндр из нержавеющей стали, или закаленной стали, или керамики, представляющий собой камеру расплава для полимерной гранулы или флексы. Экструдер также включает подающий гранулу или флексу стержень имеющий витки по спирали с равным шагом и центральной осью в виде конуса уменьшающего диаметр от начала стержня до хвостовика крепления к муфте мотора, камеру приемник с горловиной для полимерной гранулы или флексы, защитный кожух с крепежной планкой, которая осуществляет крепление экструдера без использования метизов, в кожухе имеются отверстия теплоотводы и вентилятор охлаждения радиаторной части нагревательного блока. В экструдере также установлены цилиндрические нагреватели в количестве от 1 до 5 шт., в зависимости от тугоплавкости полимерного материала, температурный датчик для определения температуры расплава, муфта соединяющая подающий стержень с осью шагового мотора, шаговый мотор, ШИМ-регулятор постоянного тока типа N-MOS (см., например: https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.2530154a-63713680-e47c00ca-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/N-MOS) для подключения до 5 нагревателей на одну управляемую линию питания нагревателей; цифровой трехосевой модуль наклона ускорения и гравитации для определения блока печатающей головки в пространстве по осям XYZ и определения колебаний экструдера; датчик автоматического выравнивания экструдера по отношению к столу, который представляет из себя датчик типа BLtouch (см., например: https://3dprintstory.org/datchik-bltouch-dlya-3d-printera-vse-chto-vam-nuzhno-znat#:~:text=Что%20такое%20датчик%20BLTouch%3F.%20Согла сно,металл%2C%20стекло%2C%20дерево%20и%20другие).The extruder is a heated block made of non-ferrous alloys such as bronze, or brass, or copper, or aluminum, or duralumin, or ceramics with a cavity in the center of the axis, in which a hollow cylinder made of stainless steel, or hardened steel, or ceramics is installed, which is a melt chamber for polymer granules or flexes. The extruder also includes a rod supplying a granule or flex, having turns in a spiral with equal pitch and a central axis in the form of a cone reducing the diameter from the beginning of the rod to the shank of fastening to the motor coupling, a receiver chamber with a neck for a polymer granule or flex, a protective casing with a mounting plate that mounts the extruder without the use of hardware, the casing has holes for heat sinks and a fan for cooling the radiator part of the heating block. The extruder also has 1 to 5 cylindrical heaters, depending on the infusibility of the polymer material, a temperature sensor for determining the melt temperature, a coupling connecting the feed rod to the axis of the stepper motor, a stepper motor, an N-MOS type PWM DC controller (see, for example: https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.2530154a-6371368 0-e47c00ca-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/N-MOS) for connecting up to 5 heaters to one controlled heater supply line; digital three-axis acceleration and gravity tilt module to determine the block of the print head in space along the XYZ axes and determine the vibration of the extruder; sensor for automatic alignment of the extruder with respect to the table, which is a BLtouch type sensor (see, for example: https://3dprintstory.org/datchik-bltouch-dlya-3d-printera-vse-chto-vam-nuzhno-znat#:~:text=What%20is%20sensor%20BLTouch%3F.%20Accordingly, metal%2C%20glass%2C%20wood o%20and%20others).
Для обеспечения охлаждения зоны соприкосновения сопла с конвейерной лентой целесообразно устанавливать двухконтурное охлаждение, которое представляет из себя установленные по бокам экструдера, напротив друг друга два турбинных вентилятора типа «улитка» с раструбом имеющим на конце, около сопла, прямоугольную вытянутую форму для выхода воздуха, зазор которого может быть от 0,3 мм до 1 мм для интенсивного охлаждения зоны соприкосновения сопла с конвейерной лентой.To ensure cooling of the zone of contact between the nozzle and the conveyor belt, it is advisable to install dual-circuit cooling, which consists of two turbine fans of the “snail” type installed on the sides of the extruder, opposite each other, with a socket having at the end, near the nozzle, a rectangular elongated shape for air outlet, the gap of which can be from 0.3 mm to 1 mm for intensive cooling of the zone of contact between the nozzle and the conveyor belt.
Также в 3D-принтере, при конструировании рамы конструкции выяснилось что профиль XY-рамы необходим прямоугольного сечения и XY-рама должна иметь прямоугольную форму с соединением профиля в углах по наименьшей толщине профиля образуя плоскую раму прямоугольной формы, такая конструкция рамы дает стабильность, максимальную поперечную устойчивость и жесткость конструкции позволяя печатать 3D- принтеру на высокой скорости свыше 100 мм/с даже при области печати до 2000 мм в ширину и 2000 мм в высоту.Also in the 3D printer, when designing the frame of the structure, it turned out that the XY-frame profile needs a rectangular section and the XY-frame should have a rectangular shape with a profile connection in the corners along the smallest thickness of the profile forming a flat rectangular frame, such a frame design provides stability, maximum lateral stability and rigidity of the structure, allowing the 3D printer to print at a high speed of over 100 mm / s even with a print area of up to 2000 mm in width and 200 0 mm high.
3D-принтер крупногабаритной конвейерной печати портального типа для послойной печати трехмерного объекта поясняется чертежами.A portal-type large-size conveyor-type 3D printer for layer-by-layer printing of a three-dimensional object is illustrated by drawings.
На фиг. 1 показан общий вид 3D-принтера.In FIG. 1 shows a general view of a 3D printer.
На фиг. 2 показан предпочтительный вариант сборки XY-рамы.In FIG. 2 shows the preferred XY frame assembly.
На фиг. 3 показан вариант с подачей кассет для печати.In FIG. 3 shows the cassette feeding option.
На фиг. 4 показан узел установки XY-рамы на опорную платформу (узел 2).In FIG. 4 shows the installation site of the XY-frame on the support platform (node 2).
На фиг. 5 показана конструкция бункера подачи гранулы или флексы.In FIG. 5 shows the design of the granule or flex feed hopper.
На фиг. 6 показана конструкция экструдера.In FIG. 6 shows the design of the extruder.
XY-рама 13 (профили 13.1 и 13.2) прямоугольной формы состоит из профиля прямоугольного сечения, причем угловое место соединения 1 профилей 13.1 и 13.2 соединены по наименьшей части как указано на фиг. 2, что многократно увеличивает поперечное сечение по осям X-Y, даже при увеличении области печати до 2000 мм в ширину и 2000 мм в высоту, и не позволяет раскачивать раму по оси X при больших скоростях печати свыше 100 мм/с.The XY-frame 13 (profiles 13.1 and 13.2) of rectangular shape consists of a profile of rectangular cross section, with the corner junction 1 of the profiles 13.1 and 13.2 connected in the smallest part as shown in FIG. 2, which greatly increases the cross section along the X-Y axes, even when the print area is increased to 2000 mm wide and 2000 mm high, and does not allow the frame to swing along the X axis at high print speeds over 100 mm/s.
Полиуретановая конвейерная лента 3 позволяет печатать без прогрева опорного стола при комнатной температуре от +18 до +28 градусов различными полимерами в широком температурном диапазоне рекомендованной экструзии от +50 до +260 градусов непосредственно на поверхности конвейерной ленты 3 при соблюдении зазора между соплом 16 и поверхностью конвейерной ленты 3 в диапазоне от 0,3 до 0,5 мм, при интенсивном двухконтурном охлаждении вентиляторами 17 типа «улитка», нагнетанием воздуха через раструб 18, имеющий на конце выходной канал прямоугольной формы с толщиной зазора от 0,3 до 1 мм для увеличения интенсивности охлаждения. Вентиляторы быстро охлаждают расплавленную массу гранулы или флексы на поверхности конвейерной ленты позволяя закрепиться на ней, но при этом легко открепиться при окончании печати. Балка прижима 5 конвейерной ленты 3 с торцевыми пластинами 4 позволяет плотно прижать конвейерную ленту 3 к опорному столу (платформе) 3.1, который представляет собой, предпочтительно, дюралюминиевую плиту прямоугольной формы, образуя при этом жёсткую зону соприкосновения конвейерной ленты 3 с опорной платформой 3.1 по всей области перемещения оси X препятствуя раскачиванию объекта во время печати из стороны в сторону по оси X. Жёсткость достигается также прижимным блоком 48, который за счет конструкции выступа 48.1 позволяет поднять XY-раму 13 над уровнем конвейерной ленты на высоту до 15 мм совместно с прижимной балкой и торцевыми пластинами 4, а также позволяет прижимать составные листы 46 материала, следующие друг за другом, которые представляют собой многоугольник (прямоугольник, квадрат и т.д.) с шириной, не больше ширины конвейерной ленты 3 и неограниченной длинны, образуя составные кассеты как показанные на фиг. 3, которые могут быть выполнены из различных типов материалов, таких как стекло, дерево, картон и композитные материалы для возможности печати материалами высокотемпературного расплава до 450 градусов, не повредив конвейерную ленту. Данный метод особенно применим при использовании 3D-принтера в конвейерной линии 47 производства. Блок 48 также включает также опорный подшипник для приводного вала 12, устройства крепления рамы 13 под углом (45 градусов) и в качестве торцевой заглушки профиля 6 опорной платформы.Polyurethane conveyor belt 3 allows you to print without heating the support table at room temperature from +18 to +28 degrees with various polymers in a wide temperature range of recommended extrusion from +50 to +260 degrees directly on the surface of the conveyor belt 3, while maintaining the gap between the nozzle 16 and the surface of the conveyor belt 3 in the range from 0.3 to 0.5 mm, with intensive dual-circuit cooling by fans 17 of the “snail” type, forcing air through socket 18, having at the end a rectangular outlet channel with a gap thickness of 0.3 to 1 mm to increase the cooling intensity. Fans quickly cool the molten mass of granules or flakes on the surface of the conveyor belt, allowing them to stick to it, but at the same time easily come off at the end of printing. The pressure beam 5 of the conveyor belt 3 with end plates 4 allows you to tightly press the conveyor belt 3 to the support table (platform) 3.1, which is preferably a rectangular duralumin plate, while forming a rigid zone of contact between the conveyor belt 3 and the support platform 3.1 over the entire area of movement of the X axis, preventing the object from swinging from side to side along the X axis during printing. Rigidity is also achieved by the pressure block ohm 48, which, due to the design of the protrusion 48.1, allows you to raise the XY-frame 13 above the level of the conveyor belt to a height of up to 15 mm, together with the pressure beam and end plates 4, and also allows you to press composite sheets 46 of material following one after another, which are a polygon (rectangle, square, etc.) with a width not exceeding the width of the conveyor belt 3 and unlimited length, forming composite cassettes as shown in Fig. 3, which can be made from various types of materials such as glass, wood, cardboard and composite materials to be able to print high temperature melt materials up to 450 degrees without damaging the conveyor belt. This method is especially applicable when using a 3D printer in a production line 47. The block 48 also includes also a support bearing for the drive shaft 12, a frame 13 attachment device at an angle (45 degrees) and as an end cap profile 6 of the support platform.
Система печати гранулой или флексой представляет собой бункер 10 автоматической подачи гранулы или флексы, гофроканала 9 для транспортирования гранулы или флексы в экструдер 7, бункер 10 автоматической подачи гранулы или флексы состоит из накопителя 32 гранулы или флексы, в который засыпается гранула или флекса, после чего датчик 35 сигнализирует электронике принтера о том, что накопитель бункера с материалом полон. После этого двигатель 33 приводит во вращательное движение через муфту 34 шнек 36, который подает гранулу или флексу по камере 37 в горловину 38 гофроканала, далее гранула или флекса попадает в гофроканал 9, который представляет из себя цилиндрическую трубку с гладкой внутренней стенкой внутри для лучшего скольжения при транспортировки гранулы или флексы и гофрированную снаружи для лучшей гибкости, наполняя его до срабатывания датчика 39, который располагается в горловине 40 корпуса 23 экструдера. После этого принудительная подача гранулы прекращается и под собственным весом по наклонной плоскости гранула попадает в камеру-приемник 41, после чего мотор 24 управляемый электроникой принтера создает вращательное движение через муфту 25 стержня 26 из нержавеющей стали или закаленной стали имеющего витки по спирали с равным шагом и центральной осью в виде конуса уменьшающего диаметр от начала стержня 26 до хвостовика крепления к муфте 25 мотора 24; гранула попадает между витков в камеру расплава 42 в виде полого цилиндра из нержавеющей стали или закаленной стали или керамики, который размещен в осевой полости нагревательного блока 20, который нагревается пальчиковыми нагревателями 22 в количестве от 1 до 5 шт., в зависимости от необходимой производительности температуры расплава полимерной гранулы или флексы. Контролируется нагрев температурным датчиком 21. Затем размягченная гранула или флекса за счет расширения осевой части стержня 26 подачи еще ближе прижимается к стенкам нагретой камеры 42 расплава, после этого гранула или флекса преобразуются в пластичную массу, которая проходит через полую часть сопла 16 и выдавливается через вершину сопла 16, для управления нагревателями 22 в экструдере 7 расположен ШИМ-регулятор 27 постоянного тока типа N-MOS, который позволяет подключать к себе до 5 нагревателей и управлять ими от одной линии питания электроники, без необходимости создавать сразу 5 линий питания нагревателей 3D-принтера. Экструдер 7 содержит корпус-кожух 23, на который крепится вентилятор охлаждения нагревательного блока 19, который препятствует перегреву верхней части нагревательного блока 20 и передачи тепла муфте 25 и мотору 24. Для обеспечения охлаждения зоны соприкосновения сопла 16 с конвейерной лентой 3 установлено двухконтурное охлаждение, которое представляет из себя два вентилятора 17 типа «улитка» с раструбом 18, имеющим на конце около сопла прямоугольную вытянутую форму для выхода воздуха зазор которого может быть от 0,3 мм до 1 мм для интенсивного охлаждения зоны соприкосновения сопла 16 с конвейерной лентой 3. Также для определения и выставления положения экструдера 7 в пространстве по осям XYZ и определение колебаний экструдера 7 в 3D-принтере установлен цифровой трехосевой модуль наклона ускорения и гравитации 28. Также для точного автоматического выравнивания экструдера 7 по отношению к опорному столу 3.1 и конвейерной ленте 3 на на экструдере 7 размещен датчик касания 29 типа BLtouch. Также корпус кожух 23 экструдера 7 имеет в своем составе быстросъемный механизм 31 для быстрого крепления или съема экструдера 7 с рамы оси X.The granule or flex printing system is a hopper 10 for automatic feeding of granules or flex, a corrugated channel 9 for transporting granules or flexes to the extruder 7, the hopper 10 for automatic feeding of granules or flex consists of a granule or flex accumulator 32, into which the granule or flex is poured, after which the sensor 35 signals to the printer electronics that the hopper with material is full. After that, the engine 33 drives the screw 36 through the clutch 34, which feeds the granule or flex through the chamber 37 into the neck 38 of the corrugated channel, then the granule or flex enters the corrugated channel 9, which is a cylindrical tube with a smooth inner wall inside for better sliding when transporting the granule or flex and corrugated outside for better flexibility, filling it until the sensor 39 is triggered, which is located in the mountains. bottom 40 of the body 23 of the extruder. After that, the forced supply of the granule stops and, under its own weight, along the inclined plane, the granule enters the receiving chamber 41, after which the motor 24, controlled by the printer's electronics, creates a rotational movement through the sleeve 25 of the rod 26 made of stainless steel or hardened steel, which has turns in a spiral with equal pitch and a central axis in the form of a cone reducing the diameter from the beginning of the rod 26 to the shank of the attachment to the sleeve 25 of the motor 24; the granule falls between the turns into the melt chamber 42 in the form of a hollow cylinder made of stainless steel or hardened steel or ceramics, which is placed in the axial cavity of the heating block 20, which is heated by finger-type heaters 22 in an amount of 1 to 5 pieces, depending on the required productivity of the melt temperature of the polymer granule or flex. The heating is controlled by the temperature sensor 21. Then, the softened granule or flex, due to the expansion of the axial part of the feed rod 26, is pressed even closer to the walls of the heated melt chamber 42, after which the granule or flex is converted into a plastic mass, which passes through the hollow part of the nozzle 16 and is squeezed out through the top of the nozzle 16, to control the heaters 22 in the extruder 7 there is a PWM controller 27 DC type N -MOS, which allows you to connect up to 5 heaters and control them from one electronics power line, without the need to create 5 power lines for 3D printer heaters at once. The extruder 7 contains a housing-casing 23, on which a cooling fan of the heating block 19 is mounted, which prevents overheating of the upper part of the heating block 20 and heat transfer to the coupling 25 and the motor 24. To ensure cooling of the zone of contact of the nozzle 16 with the conveyor belt 3, a dual-circuit cooling is installed, which consists of two fans 17 of the "snail" type with a socket 18, which has a rectangular elongated shape at the end near the nozzle for air outlet, the gap of which can be from 0.3 mm to 1 mm for intensive cooling of the zone of contact of the nozzle 16 with the conveyor belt 3. Also, to determine and set the position of the extruder 7 in space along the XYZ axes and determine the oscillations of the extruder 7, a digital three-axis acceleration and gravity tilt module 28 is installed in the 3D printer. Also for precise automatic alignment of the extruder 7 with respect to the support table 3.1 and conveyor belts e 3 on the extruder 7 there is a touch sensor 29 of the BLtouch type. Also, the housing casing 23 of the extruder 7 incorporates a quick-detachable mechanism 31 for quick attachment or removal of the extruder 7 from the X-axis frame.
Опытный образец 3D-принтера подготовлен для опытной эксплуатации.A prototype 3D printer has been prepared for trial operation.
Claims (7)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2800191C1 true RU2800191C1 (en) | 2023-07-19 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2487779C1 (en) * | 2012-05-11 | 2013-07-20 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) | Plant for making parts by layer-by-layer synthesis |
| US10144174B2 (en) * | 2016-04-07 | 2018-12-04 | Xyzprinting, Inc. | Three dimensional printing apparatus and printing head module |
| US20200047411A1 (en) * | 2017-04-18 | 2020-02-13 | Blackbelt Holding B.V. | A gantry-type three dimensional printing apparatus for printing a three dimensional work piece in a layer wise manner |
| CN111016166A (en) * | 2019-12-18 | 2020-04-17 | 浙江理工大学 | Multi-functional 3D printer of double-end |
| US11014297B2 (en) * | 2017-02-11 | 2021-05-25 | Jared Robert | Printing assembly for three-dimensional prototyping |
| RU209858U1 (en) * | 2021-10-22 | 2022-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "СКАНИ" | 3D PRINTING TABLE DEVICE WITH AUTOMATIC PART REMOVAL CONVEYOR SYSTEM |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2487779C1 (en) * | 2012-05-11 | 2013-07-20 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) | Plant for making parts by layer-by-layer synthesis |
| US10144174B2 (en) * | 2016-04-07 | 2018-12-04 | Xyzprinting, Inc. | Three dimensional printing apparatus and printing head module |
| US11014297B2 (en) * | 2017-02-11 | 2021-05-25 | Jared Robert | Printing assembly for three-dimensional prototyping |
| US20200047411A1 (en) * | 2017-04-18 | 2020-02-13 | Blackbelt Holding B.V. | A gantry-type three dimensional printing apparatus for printing a three dimensional work piece in a layer wise manner |
| CN111016166A (en) * | 2019-12-18 | 2020-04-17 | 浙江理工大学 | Multi-functional 3D printer of double-end |
| RU209858U1 (en) * | 2021-10-22 | 2022-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "СКАНИ" | 3D PRINTING TABLE DEVICE WITH AUTOMATIC PART REMOVAL CONVEYOR SYSTEM |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NL2018728B1 (en) | A gantry-type three dimensional printing apparatus for printing a three dimensional work piece in a layer wise manner. | |
| US20220040924A1 (en) | Multiple axis robotic additive manufacturing system and methods | |
| EP3055122B1 (en) | Method for extrusion-based additive manufacturing using consumable filaments having reversible reinforcement | |
| KR100384135B1 (en) | Transfer Type Variable Lamination Manufacturing by using Linear Heat Cutting System And Apparatus Thereof | |
| JP3995933B2 (en) | High temperature model production equipment | |
| EP3002113A1 (en) | Apparatus and method for producing objects utilizing three-dimensional printing | |
| US20160236408A1 (en) | Three-dimensional printer systems and methods | |
| JP5961255B2 (en) | Apparatus for producing a three-dimensional object | |
| KR20210151076A (en) | Method and apparatus for fabrication of 3D integrated composite structures | |
| CN107322922B (en) | 3D printing method and device for double-layer co-extrusion foaming material | |
| EP3595871B1 (en) | Printer unit for a 3d-printing apparatus and method | |
| ES2901802T3 (en) | 3D Fused Deposition Modeling Printer | |
| KR101719245B1 (en) | The material feeding device and method for 3d printer | |
| CN209381385U (en) | FDM3D printer extruder assembly with friction-driven | |
| RU2800191C1 (en) | 3d printer | |
| JP7193795B2 (en) | Unvulcanized rubber composition for three-dimensional modeling printer by hot melt lamination method, method for producing three-dimensional modeled object using unvulcanized rubber composition as modeling raw material | |
| KR20160125614A (en) | Temperature adjustment apparatus of 3D printer extruder | |
| CN109203471A (en) | A kind of multi-head printer structure of 3D printer | |
| CN205800210U (en) | A kind of three-dimensional printer printhead cluster system | |
| CN209869406U (en) | Additive manufacturing system with extended print volume | |
| KR20160061003A (en) | Extruder for 3-dimentional printer having anti-adhesion function | |
| KR101642408B1 (en) | Raw material pressure device for a 3D printer and 3D printer using it | |
| CN109203472A (en) | A kind of two head printers structure of 3D printer | |
| RU2745944C1 (en) | 3d printer extruder with convection heating | |
| CN114734634A (en) | Melt extrusion additive manufacturing spray head and additive manufacturing equipment |