RU2816587C1 - Способ аддитивного производства изделий (варианты) - Google Patents
Способ аддитивного производства изделий (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2816587C1 RU2816587C1 RU2023117646A RU2023117646A RU2816587C1 RU 2816587 C1 RU2816587 C1 RU 2816587C1 RU 2023117646 A RU2023117646 A RU 2023117646A RU 2023117646 A RU2023117646 A RU 2023117646A RU 2816587 C1 RU2816587 C1 RU 2816587C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- print head
- volume
- suction cavity
- created
- fact
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 65
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001879 gelation Methods 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 12
- 238000007639 printing Methods 0.000 abstract description 10
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 23
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 8
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000009313 farming Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229920001567 vinyl ester resin Polymers 0.000 description 1
Abstract
Группа изобретений относится к области изготовления изделий с применением аддитивных технологий. Изобретения могут применяться во многих областях промышленности, где необходимо изготовление деталей сложной формы из полимерных материалов. Суть изобретения заключается в том, что изделие создают из текучего материала, который выходит из печатающей головки, при этом в печатающей головке создают всасывающую полость переменного объема, соединенную с выходом из печатающей головки, и обеспечивают ретракт материала за счет увеличения объема всасывающей полости. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к способам изготовления изделий с применением аддитивных технологий. 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.
В настоящее время известно множество способов аддитивного производства изделий. Большую группу составляют способы аддитивного производства, в основе которых лежит экструзия материла, например, технология FDM (fused deposition modeling). По этой технологии тонкую нить из термопластичного материала подают в зону сопла, расплавляют и наносят расплав, формируя изделие. К группе технологий, основанных на экструзии материала, также можно отнести способы печати двух- и многокомпонентными химически отверждаемыми полимерными материалами RDM (resin deposition modeling). Печать может выполняться, например, двухкомпонентной эпоксидной смолой, полиэфирной смолой, винилэфирной смолой, полиуретаном, силиконом и пр. В технологии RDM смешивают два или более изначально жидких компонента, смесь твердеет (идет процесс гелеобразования), за счет того, что компоненты вступают в химическую реакцию, и через время происходит полное отвердевание материала.
Например, известен способ аддитивного производства, в котором изделие создается из послойно наносимого, многокомпонентного, химически отверждаемого материала, включающий в себя подачу компонентов в печатающую головку по отдельным каналам, их смешивание перед соплом и нанесение послойно, отличающийся тем что время нанесения одного слоя больше времени гелеобразования используемого материала и меньше времени отверждения используемого материала. Для реализации способа, используют 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, при этом компьютер и программное обеспечение обеспечивают время нанесения одного слоя больше времени гелеобразования используемого материала и меньше времени отверждения используемого материала. (см. патент РФ на изобретение № 2775993).
Недостатком описанного способа является подтекание материала из сопла, так как печатающая головка не содержит клапанов. Проблема подтекания возникает при выполнении холостых ходов, т.е. таких ходов, во время которых материал не наносится, а головка перемещается, например, от одной части детали к другой.
Данная проблема характерна для всех технологий из группы экструзии, одним из вариантов ее решения является используемая в технологии FDM печатающая головка с пластиной - клапаном, например известна печатающая головка струйного 3D принтера, содержащая выполненную в едином корпусе подвижную платформу с размещенными на ней двумя соплами с нагревателями и механизм переключения сопел, положение которой определяется датчиком положения подвижной платформы и ограничивается позиционным ограничителем, отличающаяся тем, что печатающая головка струйного 3D принтера снабжена клапаном для сопел, выполненном с возможностью прогиба, обеспечивающим запирание одного из сопел и открывание другого при переключении сопел, при этом сопла выполнены с возможностью перемещения относительно клапана, который выполнен неподвижным. (см. патент на полезную модель РФ 161249).
Известное решение позволяет предотвратить подтекание при печати термопластичным материалом по технологии FDM, но такой подход не применим к технологии RDM, в которой требуется перекрытие канала каждого компонента по отдельности. Перекрытие выходного канала сопла приведет к проникновению одного из компонентов в полость другого компонента, за счет незначительных различий в вязкости, плотности и давлении, что приведет к аварийному отверждению смеси в канале одного из компонентов. Также в технологии RDM требуется более качественное уплотнение из-за существенно меньшей вязкости материала.
Обозначенная проблема может быть решена с применением другого способа, в котором использовано известное устройство - узел дозирования компонентов, подаваемых в смесительную камеру печатающей головки 3D-принтера, представляющий собой насос, включающий быстроразъемный корпус, первый полимерный вкладыш и второй полимерный вкладыш, замкнутые в корпусе и образующие рабочую камеру насоса с внутренним объемом 16-20 см3, в которой установлены ведущая шестерня и ведомая шестерня, шестерни установлены на осях, расположенных вдоль оси симметрии корпуса и зафиксированы через подшипники во вкладышах, при этом ось ведущей шестерни выходит за пределы корпуса насоса и соединена с валом шагового мотора, установленного в отсеке, закрепленном на корпусе, во вкладышах выполнены подводящий и отводящий каналы, а также канал перепуска из запираемых зон. (см. патент на полезную модель РФ 209314)
Описанный способ выбран заявителями в качестве прототипа. Этот способ технически обеспечивает «ретракт» материала, т.е. за счет изменения направления вращения шестерен засасывает назад небольшое количество материала, не допуская его подтекания, но описанный способ использует устройство достаточно большое и тяжелое для его размещения непосредственно на печатающей головке принтера, особенно учитывая, что таких устройств необходимо как минимум два, а при размещении на корпусе принтера длинные трубопроводы не позволят эффективно выполнять ретракт из-за большого объема.
Цели настоящего изобретения:
• повышение качества изделий, изготовленных с применением аддитивных технологий.
• повышение удобства и эффективности эксплуатации 3D принтеров.
• повышение технологических возможностей 3D печати и 3D принтеров.
• повышение надежности и упрощение конструкции 3D принтеров.
Технический результат в предлагаемом изобретении достигается за счет того, что изделие создают из текучего материала, который выходит из печатающей головки, при этом в печатающей головке создают всасывающую полость переменного объема, соединенную с выходом из печатающей головки, и обеспечивают ретракт материала за счет увеличения объема всасывающей полости.
Ретракт материала, то есть возврат (обратное движение) материала из смешивающего устройства в печатающую головку достигается за счет того, что при увеличении объема всасывающей полости эта полость заполняется материалом, поступающим из смешивающего устройства. Фактически в печатающей головке реализуется принцип действия объемного гидростатического насоса. В данном случае, обратное движение материала из смешивающего устройства во всасывающую полость происходит за счет гидростатического эффекта, при увеличении объема всасывающей полости, под воздействием на материал атмосферного давления на выходе материала в зону печати.
Сущность изобретения поясняется чертежами и схемами:
Фиг. 1 - печатающая головка, с минимальным объемом всасывающей полости.
Фиг. 2 - печатающая головка, с максимальным объемом всасывающей полости.
Осуществление заявляемого способа аддитивного производства, показано на примере, когда изделие создается из компонентного химически отверждаемого материала. Компоненты материала по отдельности подаются в печатающую головку. Компоненты забираются из соответствующих им баков и дозированно подаются в печатающую головку с помощью насосов. При этом, специальные устройства могут контролировать и поддерживать заданный расход и давление компонентов. На выходе из печатающей головки компоненты смешиваются в смешивающем устройстве и образовавшийся в смешивающем устройстве материал послойно формирует изделие (идет технологический процесс 3D печати). Материал, как правило, наносится через сопло на стол. Стол и/или печатающая головка с соплом перемещаются по заданной программе для построения необходимой геометрии изделия. В печатающей головке образована всасывающая полость переменного объема, которая обеспечивает ретракт материала из смешивающего устройства за счет увеличения объема. Изменение объема всасывающей полости обеспечивает подвижный золотник (фиг. 1 - 2).
После смешивания компонентов в смешивающем устройстве начинается химический процесс образования материала. При этом, некоторое время материал остается текучим и пригодным для 3D печати. Это время называется временем гелеобразования материала. По истечении этого времени, материал превращается в гель и уже не пригоден для 3D печати.
Вариант реализация способа, в котором время ретракта меньше времени гелеобразования материала, позволяет избежать отверждения материала смешивающего устройства с соплом, каналов и полостей печатающей головки, что упрощает обслуживание принтера.
Печатающая головка для осуществления заявляемого способа, изображенная на фиг. 1, включает в себя корпус (1). Корпус может быть выполнен цельным или составным. На фиг. 1,2 изображены варианты составного корпуса с каналами для печатающей головки, предназначенной для печати двухкомпонентными химически отверждаемыми материалами. Изображенный на фигурах вариант корпуса (1) выполнен с двумя профилированными каналами (2) с поверхностью в виде тел вращения с параллельными осями.
Каждый профилированный канал (2) соединен со входным (3) и соединительными каналами (4), содержит уплотняющую поверхность (5) и направляющую поверхность (6). Расположенный в профилированном канале (2) подвижный золотник (7), имеет уплотняющую поверхность (8), торцевую поверхность (9) и направляющую поверхность (10) и снабжен механизмом перемещения золотника (11). Тело золотника (7) может быть выполнено составным, например, с внешними уплотнениями. Механизм перемещения золотника (11) обозначен схематично. Тело корпуса (1), тело золотника (7), уплотняющая поверхность (5) профилированного канала (2), уплотняющая поверхность (8) золотника и торцевая поверхность (9) золотника в совокупности образуют всасывающую полость (12), объем которой (V1) зависит от положения золотника (7) в профилированном канале (2).
Всасывающая полость (12) соединена с соединительным каналом (4), который в свою очередь соединен с полым смешивающим устройством (13). Смешивающее устройство (13) соединено с соплом, в котором выполнен сужающийся выходной канал (14) для выхода материала в зону печати. Возможны варианты печатающей головки:
• сопло выполнено в виде отдельной съемной детали, закрепляемой на смешивающем устройстве.
• сопло выполнено, как неотъемлемая часть смешивающего устройства.
На фиг. 2 показан вариант печатающей головки (фиг.1), в котором золотники (7) находятся в верхнем положении, соответствующем максимальному объему (V1) всасывающей полости (12).
На фиг. 1 и 2 показан вариант печатающей головки, в котором на уплотняющих поверхностях (8) золотников установлены уплотнительные элементы (15).
На фиг. 1 и 2 показано полое смешивающее устройство (13), соединенное с соединительными каналами (4) и через объем V2 которого во время работы устройства проходит материал (как во время печати, так и во время ретракта).
Механизм перемещения золотников (11) изображенный на фиг. 1 и 2 может быть выполнен в виде пневмоцилиндра.
Способ осуществляется следующим образом - при открытых золотниках (7) выполняется печать (фиг.1). При этом каждый компонент материала подается во входной канал (3) и далее по профилированныму каналу (2) в корпусе (1) проходит до соединительного канала (4), из которого попадает в смешивающее устройство (13), В полости смешивающего устройства (13) компоненты смешиваются, происходит химическая реакция и образовавшийся материал подается через выходной канал (14) смешивающего устройства (13) в зону печати, формируя изделие.
При необходимости выполнить ретракт во время холостого хода, или ретракт не связанный с холостым ходом, золотники (7) закрываются (фиг.2). Закрытие происходит за счет вертикального перемещения золотников (7) с помощью механизма (11) в крайнее верхнее положение. При этом, за счет наличия уплотнительных поверхностей (5) и (8) соединительный канал (4) герметично запирается. Движение каждого компонента по входному каналу (3) и профилированному каналу (2) прекращается, поскольку соединительный канал (4) отделяется от профилированного канала (2) герметичным уплотнением поверхностей (5) и (8). Одновременно с движением золотников (7) вверх, всасывающая полость (12) увеличивается в объеме. Поскольку всасывающая полость (12), одновременно с увеличением объема, отделяется (герметично запирается) от профилированных каналов (2), во всасывающую полость (12) за счет гидростатического эффекта засасывается материал из полости смешивающего устройства (13), что обеспечивает ретракт материала и предотвращает его вытекание из смешивающего устройства (13) через выходной канал (14) в сопле, что в свою очередь повышает качество печати.
Возможны варианты осуществления способа и печатающей головки:
• оси всех профилированных каналов расположены под углом к вертикали, при этом перемещение золотников происходит также под углом к вертикали.
• оси профилированных каналов не параллельны, при этом движение по меньшей мере одного золотника происходит под углом к вертикали.
• ось по меньшей мере одного профилированного канала расположена горизонтально, при этом перемещение золотника происходит в горизонтальной плоскости.
При необходимости остановки принтера, золотники (7) закрываются (фиг.2) с помощью механизма (11), при этом за счет наличия уплотнительных поверхностей (5 и 8) соединительный канал (4) отделяется от профилированного канала (2), что предотвращает вытекание жидких компонентов материала из принтера через выходной канал (14), что в свою очередь упрощает обслуживание принтера.
Цели изобретения достигается за счет того, что:
• В печатающей головке создают всасывающую полость переменного объема, соединенную с выходом из печатающей головки, и обеспечивают ретракт материала за счет увеличения объема всасывающей полости.
• В корпусе печатающей головки создают всасывающую полость переменного объема, соединенную с выходным каналом, образованную телом корпуса и подвижным золотником, при этом, обеспечивают ретракт материала через выходной канал, путем увеличения объема всасывающей полости, посредством перемещения золотника.
• Используют термопластичный материал.
• Используют отверждаемый со временем материал.
• Используют компонентный материал.
• Используют химически отверждаемый материал.
• Используют материал, отверждаемый методом фотополимеризации.
• Задают время ретракта материала меньше времени гелеобразования материала.
• Ретракт материала осуществляется во время холостых ходов процесса производства изделия.
• Изделие формируют в жидкой среде, или в порошковой среде.
• Материал подают горизонтально, или под углом к вертикали.
За счет того, что Изделие формируют в жидкой среде и/или материал подают горизонтально или под углом к вертикали, появляется возможность печати изделий с «нависаниями», отрицательными углами.
Для обеспечения правильного режима работы устройства, при котором ретракт выполняется в достаточном для предотвращения подтеканий объеме, но не приводит к чрезмерному засасыванию воздуха в смешивающее устройство с соплом, необходим правильный выбор объема всасывающей полости V1. Необходимо соблюдать соотношение между минимальным объемом всасывающей полости V1 min и максимальным объемом всасывающей полости V1 max и объемом смешивающей полости V2:
0,5 * V2 ≥ V1 ≤ 25 * V2.
Claims (11)
1. Способ аддитивного производства, заключающийся в том, что изделие создают из текучего материала, который выходит из печатающей головки, при этом в печатающей головке создают всасывающую полость переменного объема, соединенную с выходом из печатающей головки, и обеспечивают ретракт материала за счет увеличения объема всасывающей полости.
2. Способ аддитивного производства, заключающийся в том, что изделие создают из текучего материала, который выходит из выходного канала печатающей головки, в корпусе печатающей головки создают всасывающую полость переменного объема, соединенную с выходным каналом, образованную телом корпуса и подвижным золотником, при этом обеспечивают ретракт материала через выходной канал, путем увеличения объема всасывающей полости, посредством перемещения золотника.
3. Способ по п. 1 или 2, заключающийся в том, что используют термопластичный материал.
4. Способ по п. 1 или 2, заключающийся в том, что используют отверждаемый со временем материал.
5. Способ по п. 1 или 2, заключающийся в том, что используют компонентный материал.
6. Способ по п. 1 или 2, заключающийся в том, что используют химически отверждаемый материал.
7. Способ по п. 1 или 2, заключающийся в том, что используют материал, отверждаемый методом фотополимеризации.
8. Способ по п. 1 или 2, заключающийся в том, что задают время ретракта материала меньше времени гелеобразования материала.
9. Способ по п. 1 или 2, заключающийся в том, что ретракт материала осуществляется во время холостых ходов процесса производства изделия.
10. Способ по п. 1 или 2, заключающийся в том, что изделие формируют в жидкой среде или в порошковой среде.
11. Способ по п. 1 или 2, заключающийся в том, что материал подают горизонтально или под углом к вертикали.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2816587C1 true RU2816587C1 (ru) | 2024-04-02 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU161249U1 (ru) * | 2015-09-04 | 2016-04-10 | Виктор Владимирович ИСУПОВ | Печатающая головка струйного 3d принтера |
RU167996U1 (ru) * | 2016-08-23 | 2017-01-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Неовакс" | Печатная головка 3D принтера |
WO2019113364A1 (en) * | 2017-12-06 | 2019-06-13 | Chromatic 3D Materials Inc. | Three-dimensional printing control |
RU209314U1 (ru) * | 2021-10-07 | 2022-03-15 | Общество с ограниченной ответственностью "ДЕРСОН" | Узел дозирования компонентов, подаваемых в смесительную камеру печатающей головки 3d-принтера |
RU2775993C1 (ru) * | 2021-07-13 | 2022-07-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые аддитивные технологии" | Способ и устройство для аддитивного производства изделий |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU161249U1 (ru) * | 2015-09-04 | 2016-04-10 | Виктор Владимирович ИСУПОВ | Печатающая головка струйного 3d принтера |
RU167996U1 (ru) * | 2016-08-23 | 2017-01-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Неовакс" | Печатная головка 3D принтера |
WO2019113364A1 (en) * | 2017-12-06 | 2019-06-13 | Chromatic 3D Materials Inc. | Three-dimensional printing control |
RU2775993C1 (ru) * | 2021-07-13 | 2022-07-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые аддитивные технологии" | Способ и устройство для аддитивного производства изделий |
RU209314U1 (ru) * | 2021-10-07 | 2022-03-15 | Общество с ограниченной ответственностью "ДЕРСОН" | Узел дозирования компонентов, подаваемых в смесительную камеру печатающей головки 3d-принтера |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2274862T3 (es) | Procedimiento para introducir aditivos. | |
RU2480329C2 (ru) | Применение устройства, обеспечивающего создание нити из пастообразного материала | |
US6682601B1 (en) | Electronic fluid dispenser | |
US10407234B2 (en) | Two component fluid metering and mixing system | |
EP3628033A1 (en) | Methods and system for mixing and dispensing viscous materials for the creation of additive structures | |
US4257992A (en) | Method and an apparatus for the production of articles which consist of filler-containing synthetic material, in particular of foam | |
US7828474B2 (en) | Shot pump and variable-speed-type two-liquid metering and mixing apparatus | |
RU2816587C1 (ru) | Способ аддитивного производства изделий (варианты) | |
CN114340868A (zh) | 递送用于模塑的添加剂的方法和系统 | |
CN100509361C (zh) | 用于制造具有一个致密的聚氨酯(pur)密封层的结构部件的方法和装置 | |
KR101719533B1 (ko) | 단연조 또는 다연조 구조의 피스톤과 온/오프 정밀 개폐식 작동밸브를 갖는 모터 가압형 플런저 구조의 고점도, 고필러 수지용 정량 혼합 토출장치 | |
US3794301A (en) | Method and apparatus for mixing and dispensing | |
RU2819913C1 (ru) | Способ и печатающая головка для аддитивного производства изделий | |
EP3711921A1 (en) | Pumping system and method for 3d printing | |
US3915438A (en) | Stream impingement mix head | |
RU221079U1 (ru) | Печатающая головка для аддитивного производства изделий | |
KR20190132824A (ko) | 접착제 혼합장치 | |
US6814110B2 (en) | Method of and apparatus for improved pressurized fluid dispensing for the guaranteed filling of cavities and/or the generating of guaranteed uniform gasket beads and the like | |
US11230054B1 (en) | Active valve for mixing and dispensing control | |
CN1166806A (zh) | 将液态多组分塑料中单种组分计量输送到混合头的装置 | |
KR20200124169A (ko) | 액상 물질 토출 장치 | |
KR102416774B1 (ko) | 스테틱믹서를 포함하는 믹싱헤드 | |
RU2417299C2 (ru) | Способ и устройство для введения нити пастообразного материала в промежуток между двумя стеклянными панелями теплоизоляционного стеклопакета | |
RU2775993C1 (ru) | Способ и устройство для аддитивного производства изделий | |
KR102202678B1 (ko) | 접착제 제조장치 |