WO2015107309A1 - Device for three-dimensional printing of a part - Google Patents

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WO2015107309A1
WO2015107309A1 PCT/FR2015/050116 FR2015050116W WO2015107309A1 WO 2015107309 A1 WO2015107309 A1 WO 2015107309A1 FR 2015050116 W FR2015050116 W FR 2015050116W WO 2015107309 A1 WO2015107309 A1 WO 2015107309A1
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WO
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printing
nozzle
produced
printing nozzle
dimensional
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Application number
PCT/FR2015/050116
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Etienne WILLMANN
Romain LEGLAND
Laurent GOULE
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Eder Numero 1
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    • B29C2035/1616Cooling using liquids

Definitions

  • the invention relates to a device for three-dimensional printing of a workpiece from a given material or set of materials.
  • a high performance heating cartridge can heat up to 750 ° C.
  • the melting temperature of the metals varies between 700 ° C. and 2300 ° C., see more.
  • An object of the invention is to provide a three-dimensional printing device which makes it possible to produce a part in any material that can be melted in a simple manner.
  • a device for printing in three dimensions a part to be produced comprising a printing nozzle comprising a first die, an inductive means for heating the printing nozzle and a means for supplying the die with printing material, the device being arranged to implement a method of printing the part to be produced by deposition of molten filament of printing material, and the printing nozzle comprising an element made of ferromagnetic material arranged to cooperate with the inductive means for heating the printing nozzle, the printing nozzle further comprising a chamber arranged in an outer peripheral wall, the chamber comprising the element made of ferromagnetic material.
  • a printing nozzle comprising an element made of ferromagnetic material makes it possible, by cooperation with an inductive means, to heat up all the printing material in a simple and effective manner, the chamber making it possible to confine the element made of ferromagnetic material whatever its solid or liquid state.
  • the device according to the invention comprises at least one of the following additional technical characteristics:
  • the element made of ferromagnetic material is in contact with an external peripheral surface of the printing nozzle,
  • the printing nozzle comprises at least one second die extending parallel to the first die
  • the device comprises two or more printing nozzles
  • the device comprises as many inductive heating means as printing nozzles, each of the printing nozzles being associated with a dedicated inductive heating means,
  • the inductive heating means comprises an induction coil comprising a single turn or several turns,
  • the device comprises a magnetic shield means located between the inductive heating means and a printing end of the printing nozzle,
  • the device further comprises machining means arranged so as to perform a finish on the molten filament deposited by the printing nozzle, after cooling said molten filament,
  • the device further comprises means for cooling the inductive heating element and / or the printing material supplying means,
  • the device comprises a system for supplying fiber or yarn so as to produce a part to be made of composite material,
  • the device comprises means for diffusing an inert gas arranged so as to create a controlled atmosphere around the printing nozzle and the part to be produced,
  • the device further comprises means for measuring a temperature at the output of the printing nozzle,
  • the device comprises second means for measuring a temperature of a zone of the part to be produced on which the molten filament will be deposited by the printing nozzle,
  • the device comprises second means for heating an area of the part to be produced on which the molten filament will be deposited by the printing nozzle,
  • the device comprises a system for preheating a portion already made of the part to be produced and comprising in particular a plate heated by an induction system, and
  • the device comprises a printing enclosure delimiting a volume around the part to be produced, during operation, the temperature and / or atmosphere of which are controlled and controlled.
  • FIG. 1 is a three-dimensional view of an embodiment of a three-dimensional printing device according to the invention.
  • FIG. 2 is a three-dimensional partial view of the device of FIG. 1 comprising a first embodiment of a printing nozzle;
  • FIG. 3 is a side view of a second embodiment of a printing nozzle that can be used on the device of FIG. 1;
  • FIGS. 4A and 4B are partial three-dimensional views of two embodiments of inductive means that can be used with the device of FIG. 1;
  • Figs. 5A to 5C are side views illustrating a third embodiment of a printing nozzle for a three-dimensional printing device according to the invention;
  • Figure 6 is a partial side view of a first embodiment of a three-dimensional printing device according to the invention.
  • Figure 7 is a top view of Figure 6;
  • Figure 8 is a partial three-dimensional view of the device of Figures 6 and 7;
  • FIG. 9 is a three-dimensional view of a second variant embodiment of a three-dimensional printing device according to the invention.
  • Figure 10 is a three-dimensional exploded view of an alternative embodiment of the printing nozzle of Figure 3;
  • FIG. 11 is a three-dimensional partial view of an embodiment variant of the three-dimensional printing device according to the invention.
  • Figure 12 is a three-dimensional partial of another alternative embodiment of the three-dimensional printing device according to the invention.
  • Figure 12A is an example of a part obtained with the device of Figure 12;
  • Figure 13 is a schematic three-dimensional view of a heating plate for receiving a workpiece for a three-dimensional printing device according to the invention.
  • Fig. 14 is a three-dimensional view of an embodiment of a printing enclosure for a three-dimensional printing device according to the invention.
  • FIG. 15 is a three-dimensional partial view of another embodiment of a three-dimensional printing device according to the invention.
  • the three-dimensional printing device 1 according to the invention comprises a printing head 4 of generally cylindrical shape, in particular cylindrical of revolution. From an upper end to a lower end, the print head is traversed longitudinally by a material supply duct 41 and optionally by at least one conduit for supplying a gas 42 which is inert with respect to the material used to the impression.
  • the head comprises two conduits for supplying a gas 42.
  • the print head 4 may comprise cooling means comprising an inlet 43 and an outlet 44 of coolant. These cooling means may be in the form of a peripheral chamber partially surrounding the printing head 4.
  • the print head 4 comprises several material supply ducts 41, for example between two and four material supply ducts 41. This makes it possible to produce, with a single three-dimensional printing device 1 according to the invention, a piece from several different materials.
  • the three-dimensional printing device 1 comprises an inductive means 3, 5 comprising an induction heating head 5 and an indication coil 3 connected to this induction heating head 5.
  • the induction coil 3 comprises a loop 33 and two connectors 31 and 32 located at each end of the loop 33 and connecting the latter to the induction heating head 5.
  • the loop 33 surrounds a printing nozzle 2 which is mounted on the lower end of the print head 4.
  • the printing nozzle 2 comprises a nozzle body 21 which is connected to the lower end of the print head 4, via connection means, at the material supply duct 41.
  • the nozzle further comprises a nozzle head 22.
  • the printing nozzle 2 is further traversed longitudinally by a die which extends when the printing nozzle 2 is mounted on the lower end of the printing head. 4, the conduit feed 41 to one end of the nozzle head 22 at which the die opens.
  • the nozzle body 21 comprises an element of ferromagnetic material 23 which here is located on an outer periphery of the nozzle body 21 and partially surrounds it. Once the printing nozzle is mounted on the print head 4, the ferromagnetic material element extends coaxially with respect to and away from the inside of the loop 33 of the induction coil 3.
  • the magnetic material member 23 is a ring attached to the nozzle body 21 and in contact with a peripheral surface of the nozzle body 21.
  • the three-dimensional printing device 1 comprises a confinement element 7 which is mounted on the lower end of the print head 4.
  • This confinement element delimits a volume around the printing nozzle in which the opening or ducts for supplying a gas 42.
  • the confinement element 7 comprises a system for capturing the gases resulting from the melting of the printing material used to produce the part, as well as the gas injected by the gas supply ducts. The capture system cooperates with filtration and recycling means in order to eliminate the gases resulting from the melting of the injected gas for reuse of the latter via the gas supply pipes 42.
  • the quality of the controlled atmosphere is improved within the volume placed under this controlled atmosphere and delimited by the confinement element 7.
  • the three-dimensional printing device 1 further comprises means for controlling and regulating an ejection temperature 6.8 at an outlet of the nozzle head 22.
  • the means method for controlling and regulating a temperature comprises a laser aiming pyrometer 6, forming a first temperature sensor, mounted on a carrier arm 8 extending centrifugally from the print head 4 of the printing device in three dimensions 1 according to the invention.
  • the laser aiming pyrometer is mounted outside a zone printing device and is connected to the three-dimensional printing device according to the invention via communication means such as an optical fiber for example.
  • This variant makes it possible to load less masses onto the printing head of the three-dimensional printing device according to the invention.
  • FIG. 15 Such an alternative embodiment is illustrated in FIG. 15, where the laser aiming pyrometer is not shown, the measurement being carried out through an optical fiber 60 of which a free end 61 is oriented towards the nozzle head.
  • a support 45 provided on the print head 4 keeps in place the optical fiber 60.
  • the means for controlling and regulating a temperature comprise a thermocouple.
  • the means for controlling and regulating a temperature act, on the one hand, on the operation of the induction heating head 5 of the inductive means which pilot a magnetic field emitted by the induction coil 3 and, secondly, the operation of the cooling means of the three-dimensional printing device 1 according to the invention.
  • the means for controlling and regulating a temperature comprise a second temperature sensor 575, 576, such as a laser aiming pyrometer, a signal of which can be transmitted to the printing device in three dimensions according to the invention by an optical fiber 575.
  • This second temperature sensor is arranged so as to be able to record a temperature of the previous layer of the part to be made at a place which will receive molten material ejected by the nozzle of impression 2 for producing the next layer of the part to be produced. This temperature reading at this point of the previous layer will make it possible to control a delta-T temperature difference between the previous layer already produced and the next layer being produced in order to optimize a weld between these two layers.
  • this second temperature sensor is removably mounted on the three-dimensional printing device 1 according to the invention.
  • the second sensor of temperature comprises a remote laser aiming pyrometer and not shown which raises a temperature at a given point of the previous layer already made 51 1 through an optical fiber 575, mounted on the support 45 of the print head and one end free 576 is oriented towards the zone of the previous layer already made 51 1 whose temperature is to be recorded.
  • the three-dimensional printing device comprises a second heating system 570 of inductive nature (as illustrated in FIG. 15) or resistive, arranged so as to allow the previous layer to be preheated. already carried out 51 1 at a desired temperature.
  • This second heating system can be positioned in the same way as the second temperature sensor 575, 576 in order to have a "time" ahead of the print head 4, like the second temperature sensor.
  • the second heating system 570 is similar in structure to the preceding inductive means 3, 5. It therefore comprises an induction heating head, not shown but which may be the previous heating head 5, and an indication coil 570 connected to this induction heating head.
  • the induction coil 570 comprises a loop 571 and two connectors 572 and 573 located at each end of the loop 571 and connecting the latter. at the induction heating head.
  • the loop 571 extends facing and near an area to be preheated of the previous layer 51 1.
  • the three-dimensional printing device comprises a plate 550 on which, during a printing, the part to be produced is made.
  • This plate 550 comprises heating means 551, 552 of inductive type to form an induction plate, for example.
  • the heating means comprise an induction coil 551 located on the plate 550 and connected to a control box 552.
  • the three-dimensional printing device comprises a printing enclosure 560 delimiting a volume 566 in which the part to be produced is printed, during a operation of the three-dimensional printing device according to the invention.
  • This printing enclosure 560 makes it possible to control and control the temperature of said volume in the manner of a rotary heat oven known per se.
  • the conduits for supplying a gas 42 open into the printing chamber 560 to control and control the atmosphere.
  • the printing enclosure 560 includes one or more heating resistors 561 of the volume 566 as well as means 565 for mixing the atmosphere of the volume 566, such as one or more mixing fans 565.
  • the resistors 561 and the fans 565 are placed in a ventilation and heating box 563 located on one side of the printing chamber 560 and for directing the part of the atmosphere sucked by the fans 565 to and through the resistors 562 before reinjection into the 566.
  • 562 output and 564 input temperature control are provided on the 563 cabinet.
  • the printing nozzle 200 comprises a nozzle body 210 and a nozzle head 220.
  • the printing nozzle is traversed by a die 214 extending longitudinally from a first end 21 1 to a second end opposite 221.
  • the nozzle body 210 has a first portion 212 having connection means with the end of the print head 4 of the three-dimensional printing device 1. These connection means comprise, here, a thread.
  • This first portion 212 is extended towards the nozzle head 220, here by a second intermediate portion which comprises a conduit 213 oriented radially and opening, on one side, in the die 214 and, on the other side, at the level of a radially outer periphery of the second part.
  • a second intermediate portion which comprises a conduit 213 oriented radially and opening, on one side, in the die 214 and, on the other side, at the level of a radially outer periphery of the second part.
  • the second part of the nozzle body 210 extends, always in the direction of the nozzle head 220, by a third portion which comprises a chamber 230 which is arranged so as to surround a portion of the die 214. This chamber 230 is made in a thickness of the third part surrounding the die 214.
  • the chamber 230 is annular and coaxial with the die 214.
  • the chamber 230 is hermetic, once the printing nozzle 200 is constituted.
  • An element made of ferromagnetic material is positioned in this chamber 230.
  • Such an arrangement makes it possible to no longer be held by the melting temperature of the ferromagnetic material used to produce this element, unlike the embodiment of the printing nozzle illustrated in FIGS. and 2.
  • the element made of ferromagnetic material is confined in the chamber 230 whether it is in the solid state or in the liquid state. It then possible to use any printing material, in particular those which have melting temperatures higher than that of the ferromagnetic material used to make the element.
  • the nozzle head 220 On the third part of the nozzle body 210, is positioned the nozzle head 220 in which the die 214 extends to the second end 221 and where the molten material in the third part is ejected to make a layer in progress of the piece to realize. It should be noted that the printing nozzle 200 which has just been described is adaptable to all the embodiments of the three-dimensional printing device according to the invention which are described in this description text.
  • FIG. 10 An embodiment variant 400 of this printing nozzle 200 is illustrated in FIG. 10.
  • the printing nozzle 400 comprises two parts 410 and 420 connected to one another by connecting means 423, here in the form a thread.
  • the upper part 410 comprises the first end 41 1 of the printing nozzle 400 as well as the connection means 412 to the print head 4 of the three-dimensional printing device 1 according to the invention.
  • the lower part 420 has the second end 421 at the nozzle head.
  • the portion 420 further comprises a chamber 430 arranged in a thickness of the portion 420 coaxially with the die 414.
  • a radially transverse wall 435 intersects the chamber 430.
  • the chamber 430 is open at an upper end of 420.
  • This arrangement of the chamber 430 makes it possible to introduce, when the printing nozzle 400 is mounted, an element made of ferromagnetic material 431 in the form of a split ring longitudinally by a slot 433.
  • the closure of the Chamber 430 is then carried out by a sealing ring 432 which is semi-slotted longitudinally by a slot 434 which extends along a generatrix on a part of a side wall of said sealing ring 432.
  • the slots 433 of the ferromagnetic material member and 434 of the sealing ring are arranged to receive the transverse wall 435 during mounting of the printing nozzle 400.
  • the printing nozzle 250 is in two parts: a nozzle head 270 and a nozzle body 260.
  • the particularity of this printing nozzle 250 is the presence of two dies 264 and 265 extending longitudinally through the nozzle. minus the nozzle body 260.
  • This printing nozzle 250 is for a print head 4 having two feed conduits 41 of printing material.
  • the nozzle body 260 comprises connecting means 262 on the print head 4 of the three-dimensional printing device according to the invention, here in the form of a thread.
  • the nozzle body 260 comprises a cavity 261 having an internal thread and into which the dies 264 and 265 open.
  • the nozzle body 260 can receive an element of ferromagnetic material similar to the printing nozzle 2 of Figures 1 and 2.
  • a chamber similar to the chamber 230 or the chamber 430 is arranged in the thickness of the wall of the body of nozzle 260 surrounding cavity 261.
  • the nozzle head 240 comprises, at an upper end, an external thread 273 intended to cooperate with the thread of the cavity 261 of the nozzle body 260 and an internal volume 272, here of frustoconical shape, with a bottom extended by a spinneret. single outlet 274 at one end 271 of ejection of molten material.
  • Such an arrangement makes it possible to print a part to be produced using two different printing materials, and one and the same printing nozzle 250, or else to prepare in the melting chamber a composite material composed of the two materials introduced via the dies 264 and 265 in order to produce a piece of composite material.
  • the printing nozzle 250 which has just been described is adaptable to all the embodiments of the three-dimensional printing device according to the invention which are described in this description text.
  • the set of parts, apart from the element made of ferromagnetic material, forming the various printing nozzles 3, 200, 250, 400 that have just been described is made of non-ferromagnetic material, possibly of refractory type.
  • non-ferromagnetic material possibly of refractory type.
  • it may be silicon nitride, boron carbide, molybdenum or tungsten, etc.
  • the printing material may be in the form of wire or powder. .
  • the induction coil 3 comprises a single-turn loop 33 connected to input connector 31 and output 32 elements of the loop 33 at the Induction heating head 5.
  • the induction coil 300 comprises a loop 330 multi turns (here numbering 2.5) connected to the input connector elements 310 and output 320 of the loop 330 to the induction heating head 5.
  • the loop 33, respectively 330, and the connector elements 31, 32, respectively 310,320 are made using hollow tubes of any section in which a circulation R of cooling fluid of the induction coil 3, respectively 300, is carried out if necessary.
  • the section of the hollow tubes is circular.
  • the shape of the turns is here circular. In variants, the shape of the turns is rectangular, or oval, or polygonal, if any. It should be noted that the induction coil 3,300 which has just been described is adaptable to all modes of embodiment of the three-dimensional printing device according to the invention which are described in this description text.
  • the latter comprises magnetic shield means positioned between the loop of the induction coil and the previous layers of the part to be made already deposited.
  • An exemplary embodiment of these magnetic shield means is illustrated in Figure 1 1. They are here in the form of a circular disc 9 of ferromagnetic material mounted on the printing nozzle 2, downstream of the nozzle head 22. A plane of the disc 9 is perpendicular to a longitudinal axis of the nozzle In addition, it has a diameter which is greater than or equal to a diameter of a circle in which the loop 33 of the induction coil 3 fits.
  • the inductive magnetic field generated by the induction coil does not affect the previous layers, and in particular the last previous layer, already made.
  • the disk 9 makes it possible to heat the last previous layer already produced by thermal radiation without the inductive magnetic field generated by the induction coil disturbing the assembly of the layer being deposited by the printing nozzle and from the last previous layer already performed.
  • the three-dimensional printing device according to the invention comprises an induction coil 3 as previously described and a series 280 of printing nozzles 2 positioned on a support 281 made of ferromagnetic material.
  • the series 280 of nozzles 2, here four in number, is positioned regularly or randomly on the support 281 which then serves as an element of ferromagnetic material.
  • Each of the nozzles 2 of the series 280 has its own die 24. They are mounted on the lower end of the printhead 4 of the three-dimensional printing device according to the invention, which then comprises as many ducts. 41 power supply than print nozzles of the 280 series, here four.
  • Each of the supply ducts 41 is connected to a die 24 of a printing nozzle 2 of the 280 series.
  • Such an arrangement makes it possible to produce three-dimensional impressions of parts to be produced by deposition of melt using simultaneously or alternatively several different materials, as well as printing nozzles 2 in the 280 series.
  • FIG 9 is illustrated another embodiment of a three-dimensional printing device according to the invention.
  • the three-dimensional printing device 100 comprises a support plate 101 on which are mounted an induction heating head 102, on the one hand, and, on the other hand, a series of printing heads 4, here in number four.
  • Each print head 4 has at its lower end a printing nozzle 2 associated with an induction coil 3.
  • Each assembly consisting of a print head 4, its printing nozzle 2 and its coil of Associated induction 3 is similar to the three-dimensional printing device 1 previously described in FIGS. 1 and 2.
  • the induction coils 3 are connected to the induction heating head 102 which has a function similar to the heating head by induction 5 previously described.
  • the number of print heads 4 may vary as well as their arrangement on the support plate 101.
  • the embodiment of FIG. 9 makes it possible to produce three-dimensional impressions of parts to be produced by depositing melt using simultaneously or alternatively several different materials, as well as nozzles. 2 in the 280 series. Thus, it is possible to make a composite part or a piece composed of different materials and colors.
  • the three-dimensional printing device according to the invention comprises a system for supplying thread or fibers 500. Equipped with such a system, the printing device in three dimensions according to the invention makes it possible to manufacture and to produce composite materials such as that illustrated in FIG. 12A.
  • the wire or the fibers 510 brought by the delivery system 500 is deposited on the previous layer 51 1 of printing material and then covered by the current layer 512 made by ejection of molten printing material by the printing nozzle 2.
  • the deposition of the wire or fibers 510 can be done in all directions by superimposing or not (rectilinear deposit, crossed, twisted, etc.).
  • the delivery system 500 includes a housing 501 including drive means 505 of the wire or fibers 510 through the housing 501.
  • the drive means 505 are here in the form of drive rollers.
  • the delivery system 500 comprises at the output of wire or fibers 510 cutting means, here in the form of a cutting blade 502, wire or fibers length.
  • the delivery system 500 comprises means for guiding and depositing the wire or fibers 510 on the previous layer 51 1.
  • These guiding and depositing means here comprise a roller 504 that can guide the wire or the fibers 510 mounted on the end of an arm 503.
  • the roller 504 is positioned opposite the printing nozzle 2.
  • the system 500 supply can be multiplied on a same three-dimensional printing device according to the invention to allow the realization of parts with several types of wire or different fibers 510 at the same time, if necessary.
  • the use of a three-dimensional printing device according to the invention which has just been described to the possibility of manufacturing batteries or super capacitors from graphene or with suitable composite materials for this type of embodiment.
  • machining means may comprise a milling machine. This allows for a better finish and a better precision of the piece to be made.
  • the production of the part alternates the deposition of a layer of molten printing material and the machining of this layer. In a variant, machining is performed on the finished part.
  • the three-dimensional printing device which has just been described can be used with the various existing three-axis printers: either a printer displacing the printing nozzle (s) on the x and y axes, and the plate support of the part to be made on the z axis (said vertical); a printer moving the printing nozzle or nozzles on the z axis (said vertical), and the support plate of the part to be made on the x and y axes; either the support plate of the part to be produced is fixed, and the printing nozzle or nozzles move on the three axes (x, y and z); either or the printing nozzles are fixed, and the support plate of the workpiece to move on the three axes (x, y and z).
  • the three-dimensional printing device which has just been described can also be used on as many working axes as possible from the moment the start of the workpiece has a fixed point. It can be mounted on the end of a multi-axis robot arm.
  • the part to be produced can be prepared by the three-dimensional printing device according to the invention by using a support material made of silica which serves as a support for the constrained parts of the part to be produced.
  • a support material made of silica which serves as a support for the constrained parts of the part to be produced.
  • the brittle nature of the silica allows easy removal of the support once the printing of the part to be completed.
  • the part to be produced can be made from a polymer material loaded with fine particles or fibers made of ferromagnetic elements (iron nickel and cobalt, for example).
  • ferromagnetic elements iron nickel and cobalt, for example.

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Abstract

The invention relates to a device for three-dimensional printing (1) of a part to be made, wherein said device comprises a printer nozzle (2) with a first spinneret, a means for inductively heating (3, 5) the printer nozzle and a means for supplying (41) the printing material for the spinneret, wherein said device is arranged to implement a method for printing the part to be made by deposition of molten filaments of printing material, and the printer nozzle comprises a ferromagnetic component (23) arranged to interact with the means for inductively heating the printer nozzle.

Description

DISPOSITIF D'IMPRESSION EN TROIS DIMENSIONS D'UNE PIECE  DEVICE FOR PRINTING IN THREE DIMENSIONS OF A PIECE
L'invention concerne un dispositif d'impression en trois dimensions d'une pièce à partir d'un matériau ou d'un ensemble de matériaux donnés. The invention relates to a device for three-dimensional printing of a workpiece from a given material or set of materials.
Aujourd'hui, la plupart des imprimantes tridimensionnelles utilisent un procédé de dépôt de filament fondu. Elles sont commercialisées et développée pour le prototypage rapide de pièces ou d'ensemble de pièces. De ce fait, elles n'utilisent qu'une panoplie très restreinte de matériaux. Elles utilisent finalement que des matériaux plastiques simples d'utilisation tels que le PLA (acide polyactique) et l'ABS (acrylonitrile butadiène styrène) par exemple. Ces matériaux fondent à des températures comprises entre 200 °C et 400 °C. Today, most three-dimensional printers use a molten filament deposition process. They are marketed and developed for rapid prototyping of parts or sets of parts. As a result, they use only a very limited range of materials. Finally, they use only simple plastic materials such as PLA (polyacetic acid) and ABS (acrylonitrile butadiene styrene) for example. These materials melt at temperatures between 200 ° C and 400 ° C.
Afin de faire fondre ces matériaux plastiques, il est utilisé des cartouches chauffantes. Une cartouche chauffante de hautes performances peut chauffer jusqu'à 750 °C. Or la température de fusion des métaux varie entre 700 °C et 2300 °C, voir plus. Par exemple, il est très difficile d'atteindre la température de fusion de l'aluminium, de l'ordre de 700 °C, en utilisant un tel système lorsqu'est pris en compte les pertes énergétiques du dispositif. In order to melt these plastic materials, it is used heating cartridges. A high performance heating cartridge can heat up to 750 ° C. However, the melting temperature of the metals varies between 700 ° C. and 2300 ° C., see more. For example, it is very difficult to achieve the melting temperature of aluminum, of the order of 700 ° C, using such a system when the energy losses of the device are taken into account.
Un but de l'invention est de fournir un dispositif d'impression en trois dimensions qui permette de réaliser une pièce dans n'importe quel matériau pouvant être fondu de manière simple. An object of the invention is to provide a three-dimensional printing device which makes it possible to produce a part in any material that can be melted in a simple manner.
A cette fin, il est prévu, selon l'invention, un dispositif d'impression en trois dimensions d'une pièce à réaliser comportant une buse d'impression comprenant une première filière, un moyen inductif de chauffage de la buse d'impression et un moyen d'alimentation en matériau d'impression de la filière, le dispositif étant agencé pour mettre en œuvre un procédé d'impression de la pièce à réaliser par dépôt de filament fondu de matériau d'impression, et la buse d'impression comportant un élément en matériau ferromagnétique agencé de sorte à coopérer avec le moyen inductif pour chauffer la buse d'impression, la buse d'impression comportant en outre une chambre aménagée dans une paroi périphérique externe, la chambre comportant l'élément en matériau ferromagnétique. For this purpose, according to the invention, there is provided a device for printing in three dimensions a part to be produced comprising a printing nozzle comprising a first die, an inductive means for heating the printing nozzle and a means for supplying the die with printing material, the device being arranged to implement a method of printing the part to be produced by deposition of molten filament of printing material, and the printing nozzle comprising an element made of ferromagnetic material arranged to cooperate with the inductive means for heating the printing nozzle, the printing nozzle further comprising a chamber arranged in an outer peripheral wall, the chamber comprising the element made of ferromagnetic material.
Ainsi l'utilisation d'une buse d'impression comportant un élément en matériau ferromagnétique permet, par coopération avec un moyen inductif, de chauffer jusqu'à la fusion tout matériau d'impression de manière simple et effective, la chambre permettant de confiner l'élément en matériau ferromagnétique quelque soit son état solide ou liquide. Thus, the use of a printing nozzle comprising an element made of ferromagnetic material makes it possible, by cooperation with an inductive means, to heat up all the printing material in a simple and effective manner, the chamber making it possible to confine the element made of ferromagnetic material whatever its solid or liquid state.
Avantageusement, mais facultativement, le dispositif selon l'invention comprend au moins l'une des caractéristiques techniques additionnelles suivantes : Advantageously, but optionally, the device according to the invention comprises at least one of the following additional technical characteristics:
• l'élément en matériau ferromagnétique est en contact avec une surface périphérique externe de la buse d'impression, The element made of ferromagnetic material is in contact with an external peripheral surface of the printing nozzle,
• la buse d'impression comporte au moins une deuxième filière s'étendant de manière parallèle à la première filière,  The printing nozzle comprises at least one second die extending parallel to the first die,
• le dispositif comporte deux ou plusieurs buses d'impression, The device comprises two or more printing nozzles,
• le dispositif comporte autant de moyens inductifs de chauffage que de buses d'impression, chacun des buses d'impression étant associée à un moyen inductif de chauffage dédié, The device comprises as many inductive heating means as printing nozzles, each of the printing nozzles being associated with a dedicated inductive heating means,
• le moyen inductif de chauffage comprend une bobine d'induction comportant une seule spire ou plusieurs spires,  The inductive heating means comprises an induction coil comprising a single turn or several turns,
• le dispositif comporte un moyen formant bouclier magnétique situé entre le moyen inductif de chauffage et une extrémité d'impression de la buse d'impression,  The device comprises a magnetic shield means located between the inductive heating means and a printing end of the printing nozzle,
• le dispositif comprend en outre des moyens d'usinage agencés de sorte à réaliser une finition sur le filament fondu déposé par la buse d'impression, après refroidissement dudit filament fondu,  The device further comprises machining means arranged so as to perform a finish on the molten filament deposited by the printing nozzle, after cooling said molten filament,
• le dispositif comporte en outre des moyens de refroidissement de l'élément inductif de chauffage et/ou du moyen d'alimentation en matériau d'impression,  The device further comprises means for cooling the inductive heating element and / or the printing material supplying means,
• le dispositif comprend un système d'apport de fibre ou de fil de sorte à produire une pièce à réaliser en matériau composite, • le dispositif comporte des moyens de diffusion d'un gaz inerte agencés de sorte à créer une atmosphère contrôlée autour de la buse d'impression et de la pièce à réaliser, The device comprises a system for supplying fiber or yarn so as to produce a part to be made of composite material, The device comprises means for diffusing an inert gas arranged so as to create a controlled atmosphere around the printing nozzle and the part to be produced,
• le dispositif comprend en outre des moyens de mesure d'une température en sortie de la buse d'impression,  The device further comprises means for measuring a temperature at the output of the printing nozzle,
• le dispositif comporte des deuxièmes moyens de mesure d'une température d'une zone de la pièce à réaliser sur laquelle le filament fondu va être déposé par la buse d'impression,  The device comprises second means for measuring a temperature of a zone of the part to be produced on which the molten filament will be deposited by the printing nozzle,
• le dispositif comporte des deuxièmes moyens de chauffage d'une zone de la pièce à réaliser sur laquelle le filament fondu va être déposé par la buse d'impression,  The device comprises second means for heating an area of the part to be produced on which the molten filament will be deposited by the printing nozzle,
• le dispositif comporte un système de préchauffage d'une partie déjà réalisée de la pièce à réaliser et comportant notamment un plateau chauffé par un système à induction, et  The device comprises a system for preheating a portion already made of the part to be produced and comprising in particular a plate heated by an induction system, and
• le dispositif comprend une enceinte d'impression délimitant un volume autour de la pièce à réaliser, lors d'un fonctionnement, dont la température et/ou l'atmosphère sont contrôlés et maîtrisés.  The device comprises a printing enclosure delimiting a volume around the part to be produced, during operation, the temperature and / or atmosphere of which are controlled and controlled.
D'autres caractéristiques et avantage de l'invention apparaîtront lors de la description ci-après de modes de réalisations. Aux dessins annexés : Other features and advantages of the invention will become apparent in the following description of embodiments. In the accompanying drawings:
- La figure 1 est un vue tridimensionnelle d'un mode de réalisation d'un dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention ;FIG. 1 is a three-dimensional view of an embodiment of a three-dimensional printing device according to the invention;
- La figure 2 est vue partielle tridimensionnelle du dispositif de la figure 1 comportant un premier mode de réalisation d'une buse d'impression ; FIG. 2 is a three-dimensional partial view of the device of FIG. 1 comprising a first embodiment of a printing nozzle;
- La figure 3 est une vue de côté d'un deuxième mode de réalisation d'une buse d'impression utilisable sur le dispositif de la figure 1 ; FIG. 3 is a side view of a second embodiment of a printing nozzle that can be used on the device of FIG. 1;
- Les figures 4A et 4B sont des vues partielles tridimensionnelles de deux mode de réalisation d'un moyen inductif utilisable avec le dispositif de la figure 1 ; Les figures 5A à 5C sont des vues de côté illustrant un troisième mode de réalisation d'une buse d'impression pour un dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention ; FIGS. 4A and 4B are partial three-dimensional views of two embodiments of inductive means that can be used with the device of FIG. 1; Figs. 5A to 5C are side views illustrating a third embodiment of a printing nozzle for a three-dimensional printing device according to the invention;
La figure 6 est une vue latérale partielle d'une première variante de réalisation d'un dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention ; Figure 6 is a partial side view of a first embodiment of a three-dimensional printing device according to the invention;
La figure 7 est une vue de dessus de la figure 6 ;  Figure 7 is a top view of Figure 6;
La figure 8 est une vue tridimensionnelle partielle du dispositif des figures 6 et 7 ;  Figure 8 is a partial three-dimensional view of the device of Figures 6 and 7;
La figure 9 est une vue tridimensionnelle d'une deuxième variante de réalisation d'un dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention ;  FIG. 9 is a three-dimensional view of a second variant embodiment of a three-dimensional printing device according to the invention;
La figure 10 est une vue éclatée tridimensionnelle d'une variante de réalisation de la buse d'impression de la figure 3 ;  Figure 10 is a three-dimensional exploded view of an alternative embodiment of the printing nozzle of Figure 3;
La figure 1 1 est une vue partielle tridimensionnelle d'une variante de réalisation du dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention ; FIG. 11 is a three-dimensional partial view of an embodiment variant of the three-dimensional printing device according to the invention;
La figure 12 est une partielle tridimensionnelle d'une autre variante de réalisation du dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention ;  Figure 12 is a three-dimensional partial of another alternative embodiment of the three-dimensional printing device according to the invention;
La figure 12A est un exemple de pièce obtenu avec le dispositif de la figure 12 ;  Figure 12A is an example of a part obtained with the device of Figure 12;
La figure 13 est une vue tridimensionnelle schématique d'un plateau chauffant destiné à recevoir une pièce à réaliser pour un dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention ;  Figure 13 is a schematic three-dimensional view of a heating plate for receiving a workpiece for a three-dimensional printing device according to the invention;
La figure 14 est une vue tridimensionnelle d'un mode de réalisation d'une enceinte d'impression pour un dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention ; et, Fig. 14 is a three-dimensional view of an embodiment of a printing enclosure for a three-dimensional printing device according to the invention; and,
La figure 15 est une vue partielle tridimensionnelle d'une autre mode de réalisation d'un dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention. En référence à la figure 1 , nous allons décrire un mode de réalisation d'un dispositif d'impression en trois dimensions 1 selon l'invention. Le dispositif d'impression en trois dimensions 1 selon l'invention comporte une tête d'impression 4 de forme générale cylindrique, en particulier cylindrique de révolution. Depuis une extrémité supérieure jusqu'à une extrémité inférieure, la tête d'impression est traversée longitudinalement par un conduit d'alimentation en matériau 41 et éventuellement par au moins un conduit d'amenée d'un gaz 42 inerte au regard du matériau utilisé pour l'impression. Ici, la tête comporte deux conduits d'amenée d'un gaz 42. D'autre part, la tête d'impression 4 peut comprendre des moyens de refroidissement comportant une entrée 43 et une sortie 44 de liquide de refroidissement. Ces moyens de refroidissement peuvent se présenter sous la forme d'une chambre périphérique entourant en partie la tête d'impression 4. FIG. 15 is a three-dimensional partial view of another embodiment of a three-dimensional printing device according to the invention. Referring to Figure 1, we will describe an embodiment of a three-dimensional printing device 1 according to the invention. The three-dimensional printing device 1 according to the invention comprises a printing head 4 of generally cylindrical shape, in particular cylindrical of revolution. From an upper end to a lower end, the print head is traversed longitudinally by a material supply duct 41 and optionally by at least one conduit for supplying a gas 42 which is inert with respect to the material used to the impression. Here, the head comprises two conduits for supplying a gas 42. On the other hand, the print head 4 may comprise cooling means comprising an inlet 43 and an outlet 44 of coolant. These cooling means may be in the form of a peripheral chamber partially surrounding the printing head 4.
Selon une variante de réalisation, la tête d'impression 4 comporte plusieurs conduits d'alimentation en matériau 41 , par exemple entre deux et quatre conduits d'alimentation en matériau 41 . Cela permet de réaliser, avec un seul dispositif d'impression en trois dimensions 1 selon l'invention, une pièce à partir de plusieurs matériaux différents. According to an alternative embodiment, the print head 4 comprises several material supply ducts 41, for example between two and four material supply ducts 41. This makes it possible to produce, with a single three-dimensional printing device 1 according to the invention, a piece from several different materials.
D'autre part, le dispositif d'impression en trois dimensions 1 selon l'invention comporte un moyen inductif 3, 5 comportant une tête de chauffe par induction 5 et une bobine d'indiction 3 connectée à cette tête de chauffe par induction 5. La bobine d'induction 3 comporte une boucle 33 ainsi que deux connecteurs 31 et 32 située à chacune des extrémités de la boucle 33 et connectant celle-ci à la tête de chauffe par induction 5. La boucle 33 entoure une buse d'impression 2 qui est montée sur l'extrémité inférieure de la tête d'impression 4. On the other hand, the three-dimensional printing device 1 according to the invention comprises an inductive means 3, 5 comprising an induction heating head 5 and an indication coil 3 connected to this induction heating head 5. The induction coil 3 comprises a loop 33 and two connectors 31 and 32 located at each end of the loop 33 and connecting the latter to the induction heating head 5. The loop 33 surrounds a printing nozzle 2 which is mounted on the lower end of the print head 4.
La buse d'impression 2 comporte un corps de buse 21 qui est connecté à l'extrémité inférieure de la tête d'impression 4, via des moyens de connexion, au niveau du conduit d'alimentation en matériau 41 . La buse comporte en outre une tête de buse 22. La buse d'impression 2 est, en outre, traversée longitudinalement par une filière qui prolonge, lorsque la buse d'impression 2 est montée sur l'extrémité inférieure de la tête d'impression 4, le conduit d'alimentation 41 jusqu'à l'une extrémité de la tète de buse 22 au niveau de laquelle la filière débouche. Le corps de buse 21 comprend un élément en matériau ferromagnétique 23 qui ici est situé sur une périphérie externe du corps de buse 21 et entoure en partie celui-ci. Une fois la buse d'impression montée sur la tête d'impression 4, l'élément en matériau ferromagnétique s'étend coaxialement en regard et à distance à l'intérieur de la boucle 33 de la bobine d'induction 3. Ici, l'élément en matériau magnétique 23 est une bague rapportée sur le corps de buse 21 et en contact avec une surface périphérique du corps de buse 21 . The printing nozzle 2 comprises a nozzle body 21 which is connected to the lower end of the print head 4, via connection means, at the material supply duct 41. The nozzle further comprises a nozzle head 22. The printing nozzle 2 is further traversed longitudinally by a die which extends when the printing nozzle 2 is mounted on the lower end of the printing head. 4, the conduit feed 41 to one end of the nozzle head 22 at which the die opens. The nozzle body 21 comprises an element of ferromagnetic material 23 which here is located on an outer periphery of the nozzle body 21 and partially surrounds it. Once the printing nozzle is mounted on the print head 4, the ferromagnetic material element extends coaxially with respect to and away from the inside of the loop 33 of the induction coil 3. Here, the magnetic material member 23 is a ring attached to the nozzle body 21 and in contact with a peripheral surface of the nozzle body 21.
D'autre part, le dispositif d'impression en trois dimensions 1 selon l'invention comprend un élément de confinement 7 qui est monté sur l'extrémité inférieure de la tête d'impression 4. Cet élément de confinement délimite un volume autour de la buse d'impression dans le quel débouche le ou les conduits d'amenée d'un gaz 42. Cela permet d'établir un volume mis sous atmosphère contrôlée pour le dépôt de matériau en filament fondu qui va constituer la pièce à réaliser. Dans une variante de réalisation, l'élément de confinement 7 comporte un système de captation des gaz issus de la fusion du matériau d'impression utilisé pour réaliser la pièce, ainsi que du gaz injecté par les conduits d'amenée d'un gaz 42. Le système de captation coopère avec des moyens de filtration et de recyclage afin d'éliminer les gaz issus de la fusion du gaz injecté pour réutilisation de ce dernier via les conduits d'amenée d'un gaz 42. Ainsi la qualité de l'atmosphère contrôlée est améliorée au sein du volume mis sous cette atmosphère contrôlée et délimité par l'élément de confinement 7. On the other hand, the three-dimensional printing device 1 according to the invention comprises a confinement element 7 which is mounted on the lower end of the print head 4. This confinement element delimits a volume around the printing nozzle in which the opening or ducts for supplying a gas 42. This makes it possible to establish a controlled atmosphere volume for the deposition of molten filament material which will constitute the part to be produced. In an alternative embodiment, the confinement element 7 comprises a system for capturing the gases resulting from the melting of the printing material used to produce the part, as well as the gas injected by the gas supply ducts. The capture system cooperates with filtration and recycling means in order to eliminate the gases resulting from the melting of the injected gas for reuse of the latter via the gas supply pipes 42. Thus the quality of the controlled atmosphere is improved within the volume placed under this controlled atmosphere and delimited by the confinement element 7.
Le dispositif d'impression en trois dimensions 1 selon l'invention comprend en outre des moyens de contrôle et de régulation d'une température 6,8 d'éjection au niveau d'une sortie de la tête de buse 22. Ici, les moyens de contrôle et de régulation d'une température comprennent un pyromètre à visée laser 6, formant un premier capteur de température, monté sur un bras porteur 8 s'étendant de manière centrifuge depuis la tête d'impression 4 du dispositif d'impression en trois dimensions 1 selon l'invention. Dans une variante, le pyromètre à visée laser est monté en dehors d'une zone d'impression et est relié au dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention via des moyens de communications tels qu'une fibre optique par exemple. Cette variante permet d'embarquer moins de masses sur la tête d'impression du dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention. Une telle variante de réalisation est illustrée en figure 15 où le pyromètre à visée laser n'est pas représenté, la mesure est effectuée à travers une fibre optique 60 dont une extrémité libre 61 est orientée vers la tête de buse. Un support 45 prévu sur la tête d'impression 4 permet de maintenir en place la fibre optique 60. The three-dimensional printing device 1 according to the invention further comprises means for controlling and regulating an ejection temperature 6.8 at an outlet of the nozzle head 22. Here, the means method for controlling and regulating a temperature comprises a laser aiming pyrometer 6, forming a first temperature sensor, mounted on a carrier arm 8 extending centrifugally from the print head 4 of the printing device in three dimensions 1 according to the invention. In a variant, the laser aiming pyrometer is mounted outside a zone printing device and is connected to the three-dimensional printing device according to the invention via communication means such as an optical fiber for example. This variant makes it possible to load less masses onto the printing head of the three-dimensional printing device according to the invention. Such an alternative embodiment is illustrated in FIG. 15, where the laser aiming pyrometer is not shown, the measurement being carried out through an optical fiber 60 of which a free end 61 is oriented towards the nozzle head. A support 45 provided on the print head 4 keeps in place the optical fiber 60.
En variante de réalisation, les moyens de contrôle et de régulation d'une température comprennent un thermocouple. Afin de réguler la température d'éjection de matériau fondu destiné à réaliser la pièce, les moyens de contrôle et de régulation d'une température agissent, d'une part, sur le fonctionnement de la tête de chauffe par induction 5 du moyen inductif qui pilote un champ magnétique émis par la bobine d'induction 3 et, d'autre part, sur le fonctionnement des moyens de refroidissement du dispositif d'impression en trois dimensions 1 selon l'invention. In an alternative embodiment, the means for controlling and regulating a temperature comprise a thermocouple. In order to regulate the temperature of ejection of molten material intended to produce the part, the means for controlling and regulating a temperature act, on the one hand, on the operation of the induction heating head 5 of the inductive means which pilot a magnetic field emitted by the induction coil 3 and, secondly, the operation of the cooling means of the three-dimensional printing device 1 according to the invention.
Dans une autre variante de réalisation, comme illustré en figure 15, les moyens de contrôle et de régulation d'une température comprennent un deuxième capteur de température 575,576, comme un pyromètre à visée laser dont un signal peut être transmis vers le dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention par une fibre optique 575. Ce deuxième capteur de température est agencé de sorte à pouvoir relever une température de la couche précédente de la pièce à réaliser à un endroit qui va recevoir du matériau fondu éjecté par la buse d'impression 2 pour la réalisation de la couche suivante de la pièce à réaliser. Ce relevé de température à cet endroit de la couche précédente va permettre de maîtriser une différence de température delta-T entre la couche précédente déjà réalisée et la couche suivante en cours de réalisation afin d'optimiser une soudure entre ces deux couches. Cela permet d'ajuster la température d'éjection de matériau fondu par la buse d'impression 2 (donc d'ajuster une température de chauffe de ladite buse d'impression 2), éventuellement d'ajuster une quantité d'apport de gaz inerte vis-à-vis du matériau d'impression utilisé (via les conduits d'amenée 42) ou encore de faire varier la quantité de matériau d'impression fondu éjecté par la buse d'impression et déposé sur la couche précédente afin d'obtenir une adhésion couche à couche optimale et identique sur toute la pièce à réaliser. Dans un mode de réalisation, ce deuxième capteur de température est monté de manière amovible sur le dispositif d'impression en trois dimensions 1 selon l'invention. Il est piloté, d'autre part, en fonction d'un déplacement de la tête d'impression 4, donc en fonction d'un déplacement de la buse d'impression 2, de manière à avoir un « temps » d'avance sur celle-ci, pour relever la température à un endroit de la couche précédente, juste avant que cet endroit ne reçoive une quantité de matériau fondu éjecté par la buse d'impression 2. Dans le mode de réalisation de la figure 15, le deuxième capteur de température comporte une pyromètre à visée laser déporté et non représenté qui relève une température en un point donnée de la couche précédente déjà réalisée 51 1 à travers une fibre optique 575, montée sur le support 45 de la tête d'impression et dont une extrémité libre 576 est orientée vers la zone de la couche précédente déjà réalisée 51 1 dont une température est à relever. In another variant embodiment, as illustrated in FIG. 15, the means for controlling and regulating a temperature comprise a second temperature sensor 575, 576, such as a laser aiming pyrometer, a signal of which can be transmitted to the printing device in three dimensions according to the invention by an optical fiber 575. This second temperature sensor is arranged so as to be able to record a temperature of the previous layer of the part to be made at a place which will receive molten material ejected by the nozzle of impression 2 for producing the next layer of the part to be produced. This temperature reading at this point of the previous layer will make it possible to control a delta-T temperature difference between the previous layer already produced and the next layer being produced in order to optimize a weld between these two layers. This makes it possible to adjust the temperature of ejection of molten material by the printing nozzle 2 (thus to adjust a heating temperature of said printing nozzle 2), possibly to adjust a quantity of input inert gas vis-à-vis the printing material used (via the supply ducts 42) or to vary the amount of molten printing material ejected by the printing nozzle and deposited on the previous layer so to obtain an optimal and identical layer-to-layer adhesion throughout the part to be made. In one embodiment, this second temperature sensor is removably mounted on the three-dimensional printing device 1 according to the invention. It is controlled, on the other hand, according to a displacement of the print head 4, therefore according to a displacement of the printing nozzle 2, so as to have a "time" ahead of this, to raise the temperature at a place of the previous layer, just before this place receives a quantity of molten material ejected by the printing nozzle 2. In the embodiment of Figure 15, the second sensor of temperature comprises a remote laser aiming pyrometer and not shown which raises a temperature at a given point of the previous layer already made 51 1 through an optical fiber 575, mounted on the support 45 of the print head and one end free 576 is oriented towards the zone of the previous layer already made 51 1 whose temperature is to be recorded.
Dans un autre mode de réalisation, le dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention comporte un deuxième système de chauffage 570, de nature inductif (comme illustré en figure 15) ou résistif, agencé de sorte à permettre de préchauffer la couche précédente déjà réalisée 51 1 à une température souhaitée. Ce deuxième système de chauffage peut être positionné de la même manière que le deuxième capteur de température 575,576 afin d'avoir un « temps » d'avance sur la tête d'impression 4, comme le deuxième capteur de température. Ici, le deuxième système de chauffage 570 est similaire dans sa structure au moyen inductif 3, 5 précédent. Il comporte donc une tête de chauffe par induction, non représentée mais qui peut être la tête de chauffe 5 précédente, et une bobine d'indiction 570 connectée à cette tête de chauffe par induction. La bobine d'induction 570 comporte une boucle 571 ainsi que deux connecteurs 572 et 573 située à chacune des extrémités de la boucle 571 et connectant celle-ci à la tête de chauffe par induction. La boucle 571 s'étend en regard et à proximité d'une zone à préchauffer de la couche précédente 51 1 . In another embodiment, the three-dimensional printing device according to the invention comprises a second heating system 570 of inductive nature (as illustrated in FIG. 15) or resistive, arranged so as to allow the previous layer to be preheated. already carried out 51 1 at a desired temperature. This second heating system can be positioned in the same way as the second temperature sensor 575, 576 in order to have a "time" ahead of the print head 4, like the second temperature sensor. Here, the second heating system 570 is similar in structure to the preceding inductive means 3, 5. It therefore comprises an induction heating head, not shown but which may be the previous heating head 5, and an indication coil 570 connected to this induction heating head. The induction coil 570 comprises a loop 571 and two connectors 572 and 573 located at each end of the loop 571 and connecting the latter. at the induction heating head. The loop 571 extends facing and near an area to be preheated of the previous layer 51 1.
Dans un mode de réalisation supplémentaire, illustré en figure 13, le dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention comporte un plateau 550 sur lequel est réalisée, au cours d'une impression, la pièce à réaliser. Ce plateau 550 comporte des moyens de chauffage 551 ,552 de type inductif afin de former une plaque à induction, par exemple. Ainsi, cela permet de préchauffer la partie déjà réalisée de la pièce à réaliser, en particulier les couches précédentes réalisées afin d'optimiser la soudure entre les différentes couches de la pièce à réaliser tout le long de l'impression de la pièce à réaliser par le dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention. Les moyens de chauffage comportent une bobine d'induction 551 située sur le plateau 550 et connectée à un boîtier de commande 552. In a further embodiment, illustrated in FIG. 13, the three-dimensional printing device according to the invention comprises a plate 550 on which, during a printing, the part to be produced is made. This plate 550 comprises heating means 551, 552 of inductive type to form an induction plate, for example. Thus, this makes it possible to preheat the part already made of the part to be produced, in particular the preceding layers made in order to optimize the welding between the different layers of the part to be produced all along the printing of the part to be produced by the three-dimensional printing device according to the invention. The heating means comprise an induction coil 551 located on the plate 550 and connected to a control box 552.
Dans un autre mode de réalisation supplémentaire, illustré en figure 14, le dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention comporte une enceinte d'impression 560 délimitant un volume 566 au sein duquel la pièce à réaliser est imprimée, lors d'un fonctionnement du dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention. Cette enceinte d'impression 560 permet de contrôler et de maîtriser la température dudit volume à la manière d'un four à chaleur tournante connu en soi. Au surplus, les conduits d'amenée d'un gaz 42 débouchent dans l'enceinte d'impression 560 afin d'en contrôler et maîtriser l'atmosphère. Ici, l'enceinte d'impression 560 comporte une ou plusieurs résistances de chauffage 561 du volume 566 ainsi que des moyens de brassage 565 de l'atmosphère du volume 566, comme un ou plusieurs ventilateurs de brassage 565. Les résistances 561 et les ventilateurs 565 sont placés dans un coffret de ventilation et de chauffage 563 situé sur un coté de l'enceinte d'impression 560 et permettant de diriger la partie de l'atmosphère aspirée par les ventilateurs 565 vers et à travers les résistances 562 avant réinjection dans le volume 566. Au surplus, des moyens de contrôle de la température de sortie 562 et d'entrée 564 sont prévu sur le coffret 563. In another additional embodiment, illustrated in FIG. 14, the three-dimensional printing device according to the invention comprises a printing enclosure 560 delimiting a volume 566 in which the part to be produced is printed, during a operation of the three-dimensional printing device according to the invention. This printing enclosure 560 makes it possible to control and control the temperature of said volume in the manner of a rotary heat oven known per se. In addition, the conduits for supplying a gas 42 open into the printing chamber 560 to control and control the atmosphere. Here, the printing enclosure 560 includes one or more heating resistors 561 of the volume 566 as well as means 565 for mixing the atmosphere of the volume 566, such as one or more mixing fans 565. The resistors 561 and the fans 565 are placed in a ventilation and heating box 563 located on one side of the printing chamber 560 and for directing the part of the atmosphere sucked by the fans 565 to and through the resistors 562 before reinjection into the 566. In addition, 562 output and 564 input temperature control are provided on the 563 cabinet.
En référence maintenant à la figure 3, nous allons décrire un deuxième mode de réalisation d'une buse d'impression du dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention. Selon ce mode de réalisation, la buse d'impression 200 comporte un corps de buse 210 et une tête de buse 220. La buse d'impression est traversée par une filière 214 s'étendant longitudinalement depuis une première extrémité 21 1 jusqu'à une deuxième extrémité opposée 221 . Le corps de buse 210 comporte une première partie 212 comportant des moyens de connexion avec l'extrémité de la tête d'impression 4 du dispositif d'impression en trois dimensions 1 . Ces moyens de connexion comprennent, ici, un filetage. Cette première partie 212 se prolonge vers la tête de buse 220, ici par une deuxième partie intermédiaire qui comporte un conduit 213 orienté radialement et débouchant, d'un coté, dans la filière 214 et, de l'autre coté, au niveau d'une périphérie radialement externe de la deuxième partie. Cela permet, en présence d'un volume sous atmosphère contrôlée autour de la buse d'impression 200, un apport en gaz inerte pour la matériau d'impression utilisé depuis ce volume vers la filière 214. Ensuite, la deuxième partie du corps de buse 210 se prolonge, toujours en direction de la tête de buse 220, par une troisième partie qui comporte une chambre 230 qui est agencée de sorte à entourée une partie de la filière 214. Cette chambre 230 est réalisée dans une épaisseur de la troisième partie entourant la filière 214. Ici, la chambre 230 est annulaire et coaxiale à la filière 214. Au surplus, la chambre 230 est hermétique, une fois la buse d'impression 200 constituée. Un élément en matériau ferromagnétique est positionné dans cette chambre 230. Une telle disposition permet de ne plus être tenu par la température de fusion du matériau ferromagnétique utilisé pour réaliser cet élément, contrairement au mode de réalisation de la buse d'impression illustré aux figures 1 et 2. L'élément en matériau ferromagnétique est confiné dans la chambre 230 qu'il soit à l'état solide ou à l'état liquide. Il alors possible d'utiliser n'importe quel matériau d'impression, en particulier ceux qui présentent des températures de fusion supérieures à celle du matériau ferromagnétique utilisé pour réaliser l'élément. Sur la troisième partie du corps de buse 210, est positionnée la tête de buse 220 dans laquelle s'étend la filière 214 jusqu'à la deuxième extrémité 221 et par où le matériau fondu dans la troisième partie est éjectée pour réaliser une couche en cours de la pièce à réaliser. Il est à noter que la buse d'impression 200 qui vient d'être décrite est adaptable sur tous les modes de réalisation du dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention qui sont décrit dans ce texte de description. Referring now to Figure 3, we will describe a second embodiment of a printing nozzle of the three-dimensional printing device according to the invention. According to this embodiment, the printing nozzle 200 comprises a nozzle body 210 and a nozzle head 220. The printing nozzle is traversed by a die 214 extending longitudinally from a first end 21 1 to a second end opposite 221. The nozzle body 210 has a first portion 212 having connection means with the end of the print head 4 of the three-dimensional printing device 1. These connection means comprise, here, a thread. This first portion 212 is extended towards the nozzle head 220, here by a second intermediate portion which comprises a conduit 213 oriented radially and opening, on one side, in the die 214 and, on the other side, at the level of a radially outer periphery of the second part. This allows, in the presence of a controlled atmosphere volume around the printing nozzle 200, a supply of inert gas for the printing material used from this volume to the die 214. Then, the second part of the nozzle body 210 extends, always in the direction of the nozzle head 220, by a third portion which comprises a chamber 230 which is arranged so as to surround a portion of the die 214. This chamber 230 is made in a thickness of the third part surrounding the die 214. Here, the chamber 230 is annular and coaxial with the die 214. In addition, the chamber 230 is hermetic, once the printing nozzle 200 is constituted. An element made of ferromagnetic material is positioned in this chamber 230. Such an arrangement makes it possible to no longer be held by the melting temperature of the ferromagnetic material used to produce this element, unlike the embodiment of the printing nozzle illustrated in FIGS. and 2. The element made of ferromagnetic material is confined in the chamber 230 whether it is in the solid state or in the liquid state. It then possible to use any printing material, in particular those which have melting temperatures higher than that of the ferromagnetic material used to make the element. On the third part of the nozzle body 210, is positioned the nozzle head 220 in which the die 214 extends to the second end 221 and where the molten material in the third part is ejected to make a layer in progress of the piece to realize. It should be noted that the printing nozzle 200 which has just been described is adaptable to all the embodiments of the three-dimensional printing device according to the invention which are described in this description text.
Une variante de réalisation 400 de cette buse d'impression 200 est illustrée à la figure 10. La buse d'impression 400 comporte deux parties 410 et 420 reliées l'une à l'autre par des moyens de liaison 423, ici sous la forme d'un filetage. La partie haute 410 comporte la première extrémité 41 1 de la buse d'impression 400 ainsi que les moyens de connexion 412 à la tête d'impression 4 du dispositif d'impression en trois dimensions 1 selon l'invention. La partie basse 420 comporte la deuxième extrémité 421 au niveau de la tête de buse. La partie 420 comporte en outre une chambre 430 aménagée dans une épaisseur de la partie 420 de manière coaxiale avec la filière 414. Une paroi 435 radialement transversale coupe la chambre 430. Enfin, la chambre 430 est ouverte au niveau d'une extrémité supérieure de la partie 420. Cette disposition de la chambre 430 permet d'introduire, au montage de la buse d'impression 400, un élément en matériau ferromagnétique 431 sous la forme d'une bague de fendue longitudinalement par une fente 433. La fermeture de la chambre 430 est ensuite effectuée par une bague d'étanchéité 432 qui est semi fendue longitudinalement par une fente 434 qui s'étend selon une génératrice sur une partie d'une paroi latérale de ladite bague d'étanchéité 432. Les fentes 433 de l'élément en matériau ferromagnétique et 434 de la bague d'étanchéité sont agencées de sorte à recevoir la paroi transversale 435 lors d'un montage de la buse d'impression 400. De nouveau, il est à noter que la buse d'impression 400 qui vient d'être décrite est adaptable sur tous les modes de réalisation du dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention qui sont décrit dans ce texte de description. An embodiment variant 400 of this printing nozzle 200 is illustrated in FIG. 10. The printing nozzle 400 comprises two parts 410 and 420 connected to one another by connecting means 423, here in the form a thread. The upper part 410 comprises the first end 41 1 of the printing nozzle 400 as well as the connection means 412 to the print head 4 of the three-dimensional printing device 1 according to the invention. The lower part 420 has the second end 421 at the nozzle head. The portion 420 further comprises a chamber 430 arranged in a thickness of the portion 420 coaxially with the die 414. A radially transverse wall 435 intersects the chamber 430. Finally, the chamber 430 is open at an upper end of 420. This arrangement of the chamber 430 makes it possible to introduce, when the printing nozzle 400 is mounted, an element made of ferromagnetic material 431 in the form of a split ring longitudinally by a slot 433. The closure of the Chamber 430 is then carried out by a sealing ring 432 which is semi-slotted longitudinally by a slot 434 which extends along a generatrix on a part of a side wall of said sealing ring 432. The slots 433 of the ferromagnetic material member and 434 of the sealing ring are arranged to receive the transverse wall 435 during mounting of the printing nozzle 400. Again, it should be noted that the printing nozzle 400 which has just been described is adaptable to all the embodiments of the three-dimensional printing device according to the invention which are described in this description text.
En référence aux figures 5A à 5C, nous allons décrire un troisième mode de réalisation d'une buse d'impression d'un dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention. Selon ce mode de réalisation, la buse d'impression 250 est en deux parties : une tête de buse 270 et un corps de buse 260. La particularité de cette buse d'impression 250 est la présence de deux filières 264 et 265 traversant longitudinalement au moins le corps de buse 260. Cette buse d'impression 250 est destinée à une tête d'impression 4 comportant deux conduits d'alimentation 41 en matériau d'impression. Le corps de buse 260 comporte des moyens de connexion 262 sur la tête d'impression 4 du dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention, ici sous la forme d'un filetage. Au niveau d'une extrémité basse, le corps de buse 260 comporte une cavité 261 comportant un filetage interne et dans laquelle débouchent les filières 264 et 265. Sur une paroi externe 263 entourant au moins cette cavité 261 , le corps de buse 260 peut recevoir un élément en matériau ferromagnétique de manière similaire à la buse d'impression 2 des figures 1 et 2. En variantes de réalisation, une chambre similaire à la chambre 230 ou à la chambre 430 est aménagée dans l'épaisseur de la paroi du corps de buse 260 entourant la cavité 261 . With reference to FIGS. 5A to 5C, we will describe a third embodiment of a printing nozzle of a three-dimensional printing device according to the invention. According to this embodiment, the printing nozzle 250 is in two parts: a nozzle head 270 and a nozzle body 260. The particularity of this printing nozzle 250 is the presence of two dies 264 and 265 extending longitudinally through the nozzle. minus the nozzle body 260. This printing nozzle 250 is for a print head 4 having two feed conduits 41 of printing material. The nozzle body 260 comprises connecting means 262 on the print head 4 of the three-dimensional printing device according to the invention, here in the form of a thread. At a low end, the nozzle body 260 comprises a cavity 261 having an internal thread and into which the dies 264 and 265 open. On an outer wall 263 surrounding at least this cavity 261, the nozzle body 260 can receive an element of ferromagnetic material similar to the printing nozzle 2 of Figures 1 and 2. In alternative embodiments, a chamber similar to the chamber 230 or the chamber 430 is arranged in the thickness of the wall of the body of nozzle 260 surrounding cavity 261.
La tête de buse 240 comporte, à une extrémité supérieure, un filetage 273 externe destiné à coopérer avec le filetage de la cavité 261 du corps de buse 260 et un volume interne 272, ici de forme tronconique, dons un fond se prolonge par une filière unique 274 débouchante au niveau d'une extrémité 271 d'éjection de matériau fondu. Une fois la tête de buse 270 montée sur le corps de buse 260, la cavité 261 et le volume interne 272 définissent une chambre de fusion dans laquelle débouchent les filières 264 et 265, d'une part, et, d'autre part, la filière 274. La chambre de fusion est alors entourée par l'élément en matériau ferromagnétique. Une telle disposition permet d'imprimer une pièce à réaliser en utilisant deux matériaux d'impression différents, et une seule et même buse d'impression 250, ou bien de préparer dans la chambre de fusion un matériau composite composé des deux matériaux introduits via les filières 264 et 265 afin de réaliser une pièce en matériau composite. Il est à noter que la buse d'impression 250 qui vient d'être décrite est adaptable sur tous les modes de réalisation du dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention qui sont décrit dans ce texte de description. The nozzle head 240 comprises, at an upper end, an external thread 273 intended to cooperate with the thread of the cavity 261 of the nozzle body 260 and an internal volume 272, here of frustoconical shape, with a bottom extended by a spinneret. single outlet 274 at one end 271 of ejection of molten material. Once the nozzle head 270 is mounted on the nozzle body 260, the cavity 261 and the internal volume 272 define a melting chamber in which the dies 264 and 265 open, on the one hand, and the second, the die 274. The melting chamber is then surrounded by the element made of ferromagnetic material. Such an arrangement makes it possible to print a part to be produced using two different printing materials, and one and the same printing nozzle 250, or else to prepare in the melting chamber a composite material composed of the two materials introduced via the dies 264 and 265 in order to produce a piece of composite material. It should be noted that the printing nozzle 250 which has just been described is adaptable to all the embodiments of the three-dimensional printing device according to the invention which are described in this description text.
L'ensemble des pièces, en dehors de l'élément en matériau ferromagnétique, formant les différentes buses d'impression 3, 200, 250, 400 qui viennent d'être décrites est réalisé en matériau non ferromagnétique, éventuellement de type réfractaire. Par exemple, ce peut être du nitrure de silicium, du carbure de bore, du molybdène ou du tungstène, etc .. Le matériau d'impression peut se présenter sous la forme de fil ou de poudre. . The set of parts, apart from the element made of ferromagnetic material, forming the various printing nozzles 3, 200, 250, 400 that have just been described is made of non-ferromagnetic material, possibly of refractory type. For example, it may be silicon nitride, boron carbide, molybdenum or tungsten, etc. The printing material may be in the form of wire or powder. .
En référence à la figure 4A et à la figure 4B, nous allons décrire maintenant un mode de réalisation d'une bobine d'induction 3, et d'une variante de réalisation 300, d'un dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention. Dans le mode de réalisation de la figure 4B, visible aussi sur les figures 1 et 2, la bobine d'induction 3 comporte une boucle 33 mono spire reliée à des éléments connecteurs d'entrée 31 et de sortie 32 de la boucle 33 à la tête de chauffe par induction 5. En variante de réalisation illustrée à la figure 4A, la bobine d'induction 300 comporte une boucle 330 multi spires (ici au nombre de 2,5) reliée à des éléments connecteurs d'entrée 310 et de sortie 320 de la boucle 330 à la tête de chauffe par induction 5. Dans les deux cas, la boucle 33, respectivement 330, et les éléments connecteurs 31 ,32, respectivement 310,320, sont réalisés à l'aide de tubes creux de section quelconque dans lesquelles une circulation R de fluide de refroidissement de la bobine d'induction 3, respectivement 300, est réalisée si nécessaire. Ici, la section des tubes creux est circulaire. La forme des spires est ici circulaire. En variantes, la forme des spires est rectangulaire, ou ovale, ou polygonale, voire quelconque. Il est à noter que la bobine d'induction 3,300 qui vient d'être décrite est adaptable sur tous les modes de réalisation du dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention qui sont décrit dans ce texte de description. With reference to FIG. 4A and FIG. 4B, we will now describe an embodiment of an induction coil 3, and an embodiment variant 300, of a three-dimensional printing device according to FIG. 'invention. In the embodiment of FIG. 4B, also visible in FIGS. 1 and 2, the induction coil 3 comprises a single-turn loop 33 connected to input connector 31 and output 32 elements of the loop 33 at the Induction heating head 5. As an alternative embodiment illustrated in Figure 4A, the induction coil 300 comprises a loop 330 multi turns (here numbering 2.5) connected to the input connector elements 310 and output 320 of the loop 330 to the induction heating head 5. In both cases, the loop 33, respectively 330, and the connector elements 31, 32, respectively 310,320, are made using hollow tubes of any section in which a circulation R of cooling fluid of the induction coil 3, respectively 300, is carried out if necessary. Here, the section of the hollow tubes is circular. The shape of the turns is here circular. In variants, the shape of the turns is rectangular, or oval, or polygonal, if any. It should be noted that the induction coil 3,300 which has just been described is adaptable to all modes of embodiment of the three-dimensional printing device according to the invention which are described in this description text.
Afin de protéger du champ magnétique inductif généré par la boucle de la bobine d'induction les couches précédentes déjà déposées de la pièce à réaliser par la buse d'impression du dispositif d'impression n trois dimensions selon l'invention, ce dernier comporte des moyens formant bouclier magnétique positionnés entre la boucle de la bobine d'induction et les couches précédentes de la pièce à réaliser déjà déposées. Un exemple de réalisation de ces moyens formant bouclier magnétique est illustré en figure 1 1 . Ils se présentent, ici, sous la forme d'un disque circulaire 9 en matériau ferromagnétique monté sur la buse d'impression 2, en aval de la tête de buse 22. Un plan du disque 9 est perpendiculaire à un axe longitudinal de la buse d'impression 2. En outre il présente un diamètre qui est supérieure ou égal à un diamètre d'un cercle dans lequel s'inscrit la boucle 33 de la bobine d'induction 3. En fonctionnement du dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention, le champ magnétique inductif généré par la bobine d'induction n'affecte pas les couches précédentes, et en particulier la dernière couche précédente, déjà réalisées. Toutefois, le disque 9 permet de chauffer la dernière couche précédente déjà réalisée par rayonnement thermique sans que le champ magnétique inductif généré par la bobine d'induction ne vienne perturber l'assemblage de la couche en cours de dépôt par la buse d'impression et de la dernière couche précédente déjà réalisée. In order to protect the inductive field generated by the loop of the induction coil from the already deposited layers of the part to be produced by the printing nozzle of the three-dimensional printing device according to the invention, the latter comprises magnetic shield means positioned between the loop of the induction coil and the previous layers of the part to be made already deposited. An exemplary embodiment of these magnetic shield means is illustrated in Figure 1 1. They are here in the form of a circular disc 9 of ferromagnetic material mounted on the printing nozzle 2, downstream of the nozzle head 22. A plane of the disc 9 is perpendicular to a longitudinal axis of the nozzle In addition, it has a diameter which is greater than or equal to a diameter of a circle in which the loop 33 of the induction coil 3 fits. In operation of the three-dimensional printing device according to the invention, the inductive magnetic field generated by the induction coil does not affect the previous layers, and in particular the last previous layer, already made. However, the disk 9 makes it possible to heat the last previous layer already produced by thermal radiation without the inductive magnetic field generated by the induction coil disturbing the assembly of the layer being deposited by the printing nozzle and from the last previous layer already performed.
Maintenant, en référence aux figures 6 à 8, nous allons décrire une variante de réalisation du dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention. Dans cette variante de réalisation, le dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention comporte une bobine d'induction 3 comme précédemment décrit et une série 280 de buses d'impressions 2 positionnées sur un support 281 réalisé en matériau ferromagnétique. La série 280 de buses d'impression 2, ici au nombre de quatre, est positionnée de manière régulière ou de manière aléatoire sur le support 281 qui fait alors office d'élément en matériau ferromagnétique. Chacune des buses d'impression 2 de la série 280 comporte sa propre filière 24. Elles sont montées sur l'extrémité inférieure de la tête d'impression 4 du dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention, qui comprend alors autant de conduits d'alimentation 41 que de buses d'impressions de la série 280, ici quatre. Chacun des conduits d'alimentation 41 est connecté à une filière 24 d'une buse d'impression 2 de la série 280. Une telle disposition permet de réaliser des impressions en trois dimensions de pièces à réaliser par dépôt de matière fondue en utilisant simultanément ou alternativement plusieurs matériaux différents, autant que de buses d'impression 2 dans la série 280. Ainsi, il est possible de réaliser une pièce en composites ou une pièce composée de matériaux et de couleurs différents. Now, with reference to FIGS. 6 to 8, we will describe an alternative embodiment of the three-dimensional printing device according to the invention. In this variant embodiment, the three-dimensional printing device according to the invention comprises an induction coil 3 as previously described and a series 280 of printing nozzles 2 positioned on a support 281 made of ferromagnetic material. The series 280 of nozzles 2, here four in number, is positioned regularly or randomly on the support 281 which then serves as an element of ferromagnetic material. Each of the nozzles 2 of the series 280 has its own die 24. They are mounted on the lower end of the printhead 4 of the three-dimensional printing device according to the invention, which then comprises as many ducts. 41 power supply than print nozzles of the 280 series, here four. Each of the supply ducts 41 is connected to a die 24 of a printing nozzle 2 of the 280 series. Such an arrangement makes it possible to produce three-dimensional impressions of parts to be produced by deposition of melt using simultaneously or alternatively several different materials, as well as printing nozzles 2 in the 280 series. Thus, it is possible to produce a composite part or a piece composed of different materials and colors.
A la figure 9 est illustré un autre mode de réalisation d'un dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention. Le dispositif d'impression en trois dimensions 100 comporte une platine support 101 sur laquelle sont montées une tête de chauffe par induction 102, d'une part, et, d'autre part, une série de têtes d'impression 4, ici au nombre de quatre. Chaque tête d'impression 4 comporte à son extrémité inférieure une buse d'impression 2 associée à une bobine d'induction 3. Chaque ensemble formé d'une tête d'impression 4, de sa buse d'impression 2 et de sa bobine d'induction 3 associée est similaire au dispositif d'impression en trois dimensions 1 décrit précédemment aux figures 1 et 2. Les bobines d'induction 3 sont connectées à la tête de chauffe par induction 102 qui a une fonction similaire à la tête de chauffe par induction 5 précédemment décrit. Le nombre de têtes d'impression 4 peut varier ainsi que leur disposition sur la platine support 101 . Comme pour le mode de réalisation des figures 6 à 8, le mode de réalisation de la figure 9 permet de réaliser des impressions en trois dimensions de pièces à réaliser par dépôt de matière fondue en utilisant simultanément ou alternativement plusieurs matériaux différents, autant que de buses d'impression 2 dans la série 280. Ainsi, il est possible de réaliser une pièce en composites ou une pièce composée de matériaux et de couleurs différents. En référence à la figure 12, selon une variante, le dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention comporte un système d'apport de fil ou de fibres 500. Equipé d'un tel système, le dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention permet de fabriquer et de réaliser des matériaux composites comme celui qui est illustré en figure 12A. Le fil ou les fibres 510 apportés par le système d'apport 500 est déposé sur la couche précédente 51 1 de matériau d'impression puis recouvert par la couche en cours 512 réalisée par éjection de matériau d'impression fondu par la buse d'impression 2. Le dépôt du fil ou des fibres 510 peut se faire dans toutes les directions en se superposant ou non (dépôt rectiligne, croisé, torsadé, etc .). Le système d'apport 500 comporte un boîtier 501 comprenant des moyens d'entraînement 505 du fil ou des fibres 510 à travers le boîtier 501 . Les moyens d'entraînement 505 se présentent ici sous la forme de galets d'entraînement. Le système d'apport 500 comporte en sortie de fil ou de fibres 510 des moyens de coupe, ici sous la forme d'une lame de coupe 502, du fil ou des fibres à longueur. Enfin, le système d'apport 500 comporte des moyens de guidage et de dépôt du fil ou des fibres 510 sur la couche précédente 51 1 . Ces moyens de guidage et de dépôt comprennent ici un galet 504 pouvant guider le fil ou les fibres 510 monté sur l'extrémité d'un bras 503. Le galet 504 est positionné en regard de la buse d'impression 2. Le système d'apport 500 peut être démultiplié sur un même dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention afin de permettre le réalisation de pièces avec plusieurs types de fil ou de fibres 510 différents en même temps, si nécessaire. L'utilisation d'un dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention qui vient d'être décrit à la possibilité de fabriquer des batteries ou des super condensateurs à partir de graphène ou avec des matériaux composites adéquates pour ce genre de réalisation. In Figure 9 is illustrated another embodiment of a three-dimensional printing device according to the invention. The three-dimensional printing device 100 comprises a support plate 101 on which are mounted an induction heating head 102, on the one hand, and, on the other hand, a series of printing heads 4, here in number four. Each print head 4 has at its lower end a printing nozzle 2 associated with an induction coil 3. Each assembly consisting of a print head 4, its printing nozzle 2 and its coil of Associated induction 3 is similar to the three-dimensional printing device 1 previously described in FIGS. 1 and 2. The induction coils 3 are connected to the induction heating head 102 which has a function similar to the heating head by induction 5 previously described. The number of print heads 4 may vary as well as their arrangement on the support plate 101. As for the embodiment of FIGS. 6 to 8, the embodiment of FIG. 9 makes it possible to produce three-dimensional impressions of parts to be produced by depositing melt using simultaneously or alternatively several different materials, as well as nozzles. 2 in the 280 series. Thus, it is possible to make a composite part or a piece composed of different materials and colors. With reference to FIG. 12, according to one variant, the three-dimensional printing device according to the invention comprises a system for supplying thread or fibers 500. Equipped with such a system, the printing device in three dimensions according to the invention makes it possible to manufacture and to produce composite materials such as that illustrated in FIG. 12A. The wire or the fibers 510 brought by the delivery system 500 is deposited on the previous layer 51 1 of printing material and then covered by the current layer 512 made by ejection of molten printing material by the printing nozzle 2. The deposition of the wire or fibers 510 can be done in all directions by superimposing or not (rectilinear deposit, crossed, twisted, etc.). The delivery system 500 includes a housing 501 including drive means 505 of the wire or fibers 510 through the housing 501. The drive means 505 are here in the form of drive rollers. The delivery system 500 comprises at the output of wire or fibers 510 cutting means, here in the form of a cutting blade 502, wire or fibers length. Finally, the delivery system 500 comprises means for guiding and depositing the wire or fibers 510 on the previous layer 51 1. These guiding and depositing means here comprise a roller 504 that can guide the wire or the fibers 510 mounted on the end of an arm 503. The roller 504 is positioned opposite the printing nozzle 2. The system 500 supply can be multiplied on a same three-dimensional printing device according to the invention to allow the realization of parts with several types of wire or different fibers 510 at the same time, if necessary. The use of a three-dimensional printing device according to the invention which has just been described to the possibility of manufacturing batteries or super capacitors from graphene or with suitable composite materials for this type of embodiment.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention qui vient d'être décrit comporte des moyens d'usinage de la couche qui vient d'être réalisée avant que ne commence le dépôt de la couche suivante. Ces moyens d'usinage peuvent comporter une fraiseuse. Cela permet d'obtenir une meilleure finition et une meilleure précision de la pièce à réaliser. A cette fin la réalisation de la pièce alterne le dépôt d'une couche de matériau d'impression fondu puis l'usinage de cette couche. Dans une variante, l'usinage est réalisé sur la pièce finie. According to another embodiment, the three-dimensional printing device according to the invention which has just been described comprises machining means for the layer which has just been produced before the deposition of the next layer begins. . These machining means may comprise a milling machine. This allows for a better finish and a better precision of the piece to be made. For this purpose, the production of the part alternates the deposition of a layer of molten printing material and the machining of this layer. In a variant, machining is performed on the finished part.
Le dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention qui vient d'être décrit peut être utilisé avec les différentes imprimantes trois axes existantes : soit une imprimante déplaçant la ou les buses d'impression sur les axes x et y, et le plateau support de la pièce à réaliser sur l'axe z (dit vertical) ; soit une imprimante déplaçant la ou les buses d'impressions sur l'axe z (dit vertical), et le plateau support de la pièce à réaliser sur les axes x et y ; soit le plateau support de la pièce à réaliser est fixe, et la ou les buses d'impression se déplacent sur les trois axes (x, y et z) ; soit la ou les buses d'impression sont fixes, et le plateau support de la pièce à réaliser se déplace sur les trois axes (x, y et z). The three-dimensional printing device according to the invention which has just been described can be used with the various existing three-axis printers: either a printer displacing the printing nozzle (s) on the x and y axes, and the plate support of the part to be made on the z axis (said vertical); a printer moving the printing nozzle or nozzles on the z axis (said vertical), and the support plate of the part to be made on the x and y axes; either the support plate of the part to be produced is fixed, and the printing nozzle or nozzles move on the three axes (x, y and z); either or the printing nozzles are fixed, and the support plate of the workpiece to move on the three axes (x, y and z).
Le dispositif d'impression en trois dimensions qui vient d'être décrit peut également être utilisé sur autant d'axes de travail que possibles à partir du moment où le démarrage de la pièce a un point fixe. Il peut être monté sur l'extrémité d'un bras de robot multiaxe. The three-dimensional printing device which has just been described can also be used on as many working axes as possible from the moment the start of the workpiece has a fixed point. It can be mounted on the end of a multi-axis robot arm.
D'autre part, la pièce à réaliser peut être élaborée par le dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention en utilisant un matériau support réalisé en silice qui sert de support pour les parties en contrainte de la pièce à réaliser. Le caractère cassant de la silice permet un retrait facile du support une fois l'impression de la pièce à réaliser terminée. On the other hand, the part to be produced can be prepared by the three-dimensional printing device according to the invention by using a support material made of silica which serves as a support for the constrained parts of the part to be produced. The brittle nature of the silica allows easy removal of the support once the printing of the part to be completed.
D'autre part, la pièce à réaliser peut être élaborée à partir d'un matériau polymère chargé en particules fine ou fibres constituées d'éléments ferromagnétiques (fer nickel et cobalt par exemple). De ce fait, le deuxième système de chauffage de la couche précédente déjà réalisée permet de préchauffer à une température souhaitée cette couche précédente afin d'obtenir la meilleure adhésion possible entre cette couche précédente et la couche en cours de dépôt par le dispositif d'impression en trois dimensions selon l'invention. Bien entendu, il est possible d'apporter à l'invention de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. On the other hand, the part to be produced can be made from a polymer material loaded with fine particles or fibers made of ferromagnetic elements (iron nickel and cobalt, for example). As a result, the second heating system of the preceding layer already produced makes it possible to preheat this previous layer to a desired temperature in order to obtain the best possible adhesion between this previous layer and the layer being deposited by the printing device. in three dimensions according to the invention. Of course, it is possible to bring to the invention many modifications without departing from the scope thereof.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif d'impression en trois dimensions (1 ;100) d'une pièce à réaliser comportant une buse d'impression (2;200;250;400) comprenant une première filière (24;264,265,174;414), un moyen inductif de chauffage (3,5;102;300) de la buse d'impression, un moyen d'alimentation (41 ) en matériau d'impression de la filière et un élément en matériau ferromagnétique (23 ;230;281 ;433) agencé de sorte à coopérer avec le moyen inductif pour chauffer la buse d'impression, le dispositif étant agencé pour mettre en œuvre un procédé d'impression de la pièce à réaliser par dépôt de filament fondu de matériau d'impression, caractérisé en ce que la buse d'impression (200;400) comporte une chambre (230;430) aménagée dans une paroi périphérique externe, la chambre comportant l'élément en matériau ferromagnétique. 1. Three-dimensional printing device (1; 100) of a workpiece comprising a printing nozzle (2; 200; 250; 400) comprising a first die (24; 264,265,174; 414), inductive heating means (3,5; 102; 300) of the printing nozzle, feeding means (41) of printing material of the die and a ferromagnetic material member (23; 230; 281; 433) arranged so to cooperate with the inductive means for heating the printing nozzle, the device being arranged to implement a method of printing the part to be produced by deposition of molten filament of printing material, characterized in that the nozzle of printing (200; 400) comprises a chamber (230; 430) formed in an outer peripheral wall, the chamber comprising the element made of ferromagnetic material.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'élément en matériau ferromagnétique (23;281 ) est en contact avec une surface périphérique externe (263) de la buse d'impression. 2. Device according to claim 1, characterized in that the element of ferromagnetic material (23; 281) is in contact with an outer peripheral surface (263) of the printing nozzle.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la buse d'impression (250) comporte au moins une deuxième filière (264,265) s'étendant de manière parallèle à la première filière. 3. Device according to one of claims 1 to 2, characterized in that the printing nozzle (250) comprises at least a second die (264,265) extending parallel to the first die.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux ou plusieurs buses d'impression (2;280). 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises two or more printing nozzles (2; 280).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte autant de moyens inductifs de chauffage (3) que de buses d'impression (2), chacun des buses d'impression étant associée à un moyen inductif de chauffage dédié. 5. Device according to claim 4, characterized in that it comprises as many inductive heating means (3) as printing nozzles (2), each of the printing nozzles being associated with an inductive heating means dedicated.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen inductif de chauffage comprend une bobine d'induction (3;300) comportant une seule spire (33) ou plusieurs spires (330). 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the inductive heating means comprises an induction coil (3; 300) having a single turn (33) or several turns (330).
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen formant bouclier magnétique (9) situé entre le moyen inductif de chauffage et une extrémité d'impression de la buse d'impression. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a magnetic shield means (9) between the inductive heating means and a printing end of the printing nozzle.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'usinage agencés de sorte à réaliser une finition sur le filament fondu déposé par la buse d'impression, après refroidissement dudit filament fondu. 8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that it further comprises machining means arranged so as to achieve a finish on the molten filament deposited by the printing nozzle, after cooling said filament. molten.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de refroidissement (43,44, R) de l'élément inductif de chauffage et/ou du moyen d'alimentation en matériau d'impression. 9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that it further comprises cooling means (43,44, R) of the inductive heating element and / or the material supply means printing.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un système d'apport de fibre ou de fil (500) de sorte à produire une pièce à réaliser en matériau composite. 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises a fiber supply system or wire (500) so as to produce a part to be made of composite material.
1 1 . Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de diffusion d'un gaz inerte (7,42) agencés de sorte à créer une atmosphère contrôlée autour de la buse d'impression et de la pièce à réaliser. 1 1. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises means for diffusing an inert gas (7,42) arranged so as to create a controlled atmosphere around the print nozzle and the part to be made.
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de mesure d'une température (6;60,61 ) en sortie de la buse d'impression. 12. Device according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that it further comprises means for measuring a temperature (6; 60,61) at the outlet of the printing nozzle.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte des deuxièmes moyens de mesure d'une température (575,576) d'une zone de la pièce à réaliser sur laquelle le filament fondu va être déposé par la buse d'impression. 13. Device according to claim 12, characterized in that it comprises second means for measuring a temperature (575.576) of an area of the part to be produced on which the molten filament will be deposited by the printing nozzle .
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte des deuxièmes moyens de chauffage (570) d'une zone de la pièce à réaliser sur laquelle le filament fondu va être déposé par la buse d'impression. 14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that it comprises second heating means (570) of a zone of the part to be produced on which the molten filament will be deposited by the nozzle of impression.
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte un système de préchauffage (550) d'une partie déjà réalisée de la pièce à réaliser et comportant notamment un plateau chauffé par un système à induction. 15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that it comprises a preheating system (550) of a portion already made of the part to be produced and comprising in particular a heated plate by an induction system.
16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte d'impression (560) délimitant un volume (566) autour de la pièce à réaliser, lors d'un fonctionnement, dont la température et/ou l'atmosphère sont contrôlés et maîtrisés. 16. Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that it comprises a printing chamber (560) defining a volume (566) around the part to be produced, during operation, whose temperature and / or the atmosphere are controlled and controlled.
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