WO2021245319A1 - Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido para impresoras 3d - Google Patents

Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido para impresoras 3d Download PDF

Info

Publication number
WO2021245319A1
WO2021245319A1 PCT/ES2021/070414 ES2021070414W WO2021245319A1 WO 2021245319 A1 WO2021245319 A1 WO 2021245319A1 ES 2021070414 W ES2021070414 W ES 2021070414W WO 2021245319 A1 WO2021245319 A1 WO 2021245319A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
extruder
liquid additive
hopper
granule
additive dispenser
Prior art date
Application number
PCT/ES2021/070414
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Casas Alvarez JUAN
Original Assignee
Juan Casas Alvarez
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Juan Casas Alvarez filed Critical Juan Casas Alvarez
Priority to MX2022015312A priority Critical patent/MX2022015312A/es
Priority to US18/000,803 priority patent/US20230226761A1/en
Priority to EP21818249.1A priority patent/EP4163084A4/en
Publication of WO2021245319A1 publication Critical patent/WO2021245319A1/es

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/05—Filamentary, e.g. strands
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/314—Preparation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B29C64/329—Feeding using hoppers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/02—Small extruding apparatus, e.g. handheld, toy or laboratory extruders

Definitions

  • the present invention relates to a system of extruder and granule feeder, for example plastic or cement, and liquid additive dispenser for 3D printers.
  • the system guarantees constant and homogeneous extruded material flows thanks to the design of its components and the efficiency of the system in the supply of granule in a constant way and precise injection of liquid additive directly into the barrel.
  • the molten plastic deposition 3D printing process commonly employs spools of plastic filament or granules that are melted in an extruder just before being deposited layer after layer to form a three-dimensional object. It is also possible to perform extrusion from cement granules that are hydrated before deposition.
  • filament extruders offer precision in the extrusion of the resulting plastic due to the constant calibrated diameter of the supply while commonly the use of granule extruders shows less homogeneity in the extrusion flow due to the variable size of the granules and quantity introduced into the barrel.
  • the loss of flow in this type of extruder is also produced by factors such as granulometry (variable size), as well as the effectiveness of the system in the entrance of material to the screw where it is pressed and heated against the internal walls of the heated barrel. These losses can be compensated for with long screw lengths and better mix homogenization.
  • the characteristics of the material are determined by it.
  • the plastic filament can easily be supplied to the extrusion head continuously, pulling it while the spool remains fixed while rotating. Additionally, the weight of the components in these extruders is lower, making them lighter than screw extruders, resulting in faster movement movements.
  • the solution to obtain derived materials is to make homogeneous premixes, previously prepared in the appropriate proportions.
  • the present invention is a system of reduced size and high efficiency plastic granule extruder, granule raw material feeder device and additive dosing device for use in printers 30 that offers a solution to the aforementioned drawbacks of this extrusion technology and increases its benefits.
  • the invention consists of a system of extruder and granule feeder and liquid additive dispenser for 3D printers, according to the claims. Its different variants solve the problems outlined.
  • a conventional screw extruder requires a certain pressure of the weight of the granules in the chamber or feed hopper to achieve good material input, and exerts mostly axial shear forces on the mouth of the hopper for the introduction of the granule into its cavity.
  • Other methods to ensure abundant material input is the use of secondary feed screws.
  • the extruder object of the patent incorporates a drag blade at the end of the larger diameter screw as an extension of its fillet and whose lower face is inclined, while the neck of the barrel defines a funnel-shaped hopper and curvilinear grooves tangent to its mouth that collaborate with said blade, and exert new forces that facilitate the smooth entry of the granules from the hopper to the cavity of the screw avoiding shear stresses. Any granules below the sloping underside are pressed against the indentations in the hopper and directed into the cavity. That is, the thrust face of the blade is configured to exert at all times a pressing force on the granule downwards and centrifuges or radially on the hopper.
  • the extruder object of the patent allows the use of granule reserve tanks in its mobile hopper of reduced dimensions since it does not depend on the weight of the mass of granules on the screw for its homogeneous flow, resulting in less mass to be displaced and greater travel speeds.
  • the extruder object of the patent offers constant extrusion flows with short screw lengths and low torques used basically for compaction of the granule in intermediate areas of the barrel and not in the access area, thanks to the hopper / shovel system that achieves a constant input of granule to cavity.
  • the extruder hopper is kept full of material thanks to a level sensor and a filling program using a pressurized hose.
  • a power regulator of the air pump motor that pressurizes the hose to achieve higher air pressure and granule transport distance.
  • the additive dosing device that is the object of the invention allows the desired dosage of liquid additive by volume of base material, injecting directly into the barrel or neck of the extruder and obtaining homogeneous mixtures (additive / base material) of extruded material, being able also to have multiple connections of hoses before its entry to make premixes such as obtaining a secondary color from primary colors.
  • the extruder, feeder and additive dispenser system that is the object of the invention is versatile, powerful, reliable and light, ideal to be mounted on desktop or large format 3D printer heads.
  • the extruder can be made of plastic granules or other types of granules, such as cement that is hydrated with water as a liquid additive.
  • Figure 1 General perspective view of the extruder head and granule feeding system and liquid additive dosing for 3D printers.
  • Figure 2 Section of the extrusion head, according to a preferred example.
  • Figure 3 Section of the granule feeder dosing device.
  • Figure 4 A-D Different section views of the mobile hopper, the barrel and the screw, and of the collaboration between the elements according to the preferred example.
  • Figure 5 A-D Stages of the granule transit from the hopper to the interior of the extrusion barrel according to the preferred embodiment.
  • the embodiment (shown in figure 1) is a plastic granule (2) extrusion head (1) for 3D printers, connected to a feeding device (3) and storage tank (4) by means of a hose (5) or semi-rigid conduit, and to other tanks (6) and liquid additive dosing devices (7) with other auxiliary hoses (5 ').
  • the extrusion head is mounted on a carriage of a polar or Cartesian displacement system on guides or suspended by cables of a 3D printing machine.
  • the feeding device has one or more level sensors (8) located in a receptacle (9) or tank in the extrusion head (1) that indicate the start of the filling program. It doses and transports the amount of material required from the storage tank to the extrusion head (1) through a hose (5) fed by pressurized air.
  • a dosing unit shown in figure 3 that consists of a hopper (10) for receiving material, in the lower part of the storage tank, comprising a drum (11) inside with inlet (12) and outlet (13) grooves, and a wheel (14) with blades located inside the drum and of a width similar to it.
  • the rotation of the mentioned wheel (14) introduces the material in a controlled way to the pressurized conduit avoiding jams.
  • the use of a soft material in the wheel blades such as rubber prevents pinching with the granule and reduces the pressure loss of the system.
  • the extrusion head (shown in figure 2) consists of a mounting plate (15) and a rigid or flexible ball joint (16) for the connection of the hose (5) that allows it to rotate and tilt.
  • the extruder consists of a substantially vertical extrusion barrel (17) and a neck (18) which in its upper zone comprises a mobile hopper (10 ') for receiving the granule in the shape of a funnel, and a rotating inner screw (19) with a drag shovel (20) complementary to the mobile hopper (10 ') that introduces the granules into the cavity of the screw (19) where it is subsequently heated and compacted in the barrel (17), and noise from the nozzle (21) at the bottom.
  • the barrel (17) is heated by an electrical resistance or other means and comprises one or more temperature sensors.
  • the mobile hopper (10 ') of the extruder remains cooled by air currents or by a water cooling system so that the heat from the barrel (17) does not partially melt the granules.
  • Radiator fins (23) assist cooling as the fluid stream passes between them.
  • the joint between the neck (18) and the rest of the barrel (17) can be threaded, preferably with a discontinuous or interrupted thread and a heat washer (24) to reduce heat transfer.
  • the air pressure of the blower can be regulated by means of a potentiometer for the use of different lengths of supply hose (5) depending on the dimensions of the printer where it is installed.
  • the spindle can be seen in Figures 2, 3, and 4. It has a helical notch, as is usual in the art that forms its cavity (25) and fillets (26). However, in correspondence with the mobile hopper (10 ') it has a drag blade (20) that pushes the granules from outside the screw. Said blade (20) is an extension of the fillet and in a similar or complementary way to the mobile hopper (10 ') in the shape of a funnel, and has a lower face (27) for inclined thrust that connects with the cavity of the screw and presses the granules against the grooves (28) of the hopper (10 ') producing the dragging effect.
  • This solution makes the entrance of the granules to the screw independent of the pressure of the weight of material on the hopper (9 '), and ensures that there are no remains adhered to the fillet.
  • Figure 5 shows through multiple sections of the extruder, the transit of the granule from the mobile hopper (10) to the interior of the barrel (17) as it is captured by the thrust face of the blade (20).
  • the angle of incidence of the thrust face of the blade (20) on the granules directly influences the efficiency of the system.
  • the definition of this face exerts a force (P) on the granule at all times downwards and that describes acute angles with respect to the displacement vector (Dtg) tangent to the grooves.
  • the neck (18) additionally has one or more lateral inlets (30) for the connection of auxiliary hoses (5 ') or pipes for dosing liquid additives.
  • These lateral inlets (30) are arranged below the mobile hopper (10 ').
  • the incorporation of the liquid additive directly to the barrel offers speed in the change of material and better homogenization of the base material / additive mixture.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Sistema de extrusor y alimentador de gránalo y dosificador de aditivo líquido para impresoras 3D, que comprende un cabezal (1) de impresión móvil con un barril (17) de extrusión sustancialmente vertical y un cuello (18) que en su zona superior que comprende una tolva móvil (10') de recepción del gránalo (2) con forma de embudo, y un husillo (19) interior rotatorio. La tolva móvil (10') presenta hendiduras (28) curvilíneas que avanzan hacia adentro con el sentido de giro del husillo buscando la tangencia a la boca (29). El husillo (19) comprende como prolongación de su filete (26), una pala (20) de arrastre complementaria de la tolva móvil (10') con una cara (27) interna de empuje inclinada que enlaza con su cavidad (25) y arrastra ios gránalos contenidos en la tolva (10') hasta el interior a través de dichas hendiduras.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido para impresoras 3D
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se refiere a un sistema de extrusor y alimentador de gránulo, por ejemplo plástico o de cemento, y dosificador de aditivo líquido para impresoras 3D. El sistema garantiza flujos de material extruido constante y homogéneo gracias al diseño sus componentes y eficacia del sistema en el suministro de gránulo de forma constante e inyección precisa de aditivo liquido directamente al barril. ESTADO DE LA TÉCNICA
El proceso de impresión 3D mediante deposición de plástico fundido comúnmente emplea bobinas de filamento plástico o gránulos que son fundidos en un extrusor justo antes de ser depositados capa tras capa hasta formar un objeto tridimensional. También es posible realizar la extrusión a partir de gránulos de cemento que se hidratan antes de la deposición.
La utilización de extrusores de filamento ofrece precisión en la extrusión del plástico resultante por el diámetro calibrado constante del suministro mientras que comúnmente el uso de extrusores de gránulo muestra menos homogeneidad en el flujo de extrusión debido al tamaño variable de los gránulos y cantidad introducida en el barril.
Es común con extrusores de gránulo para impresoras 3D el uso de depósitos de gránulo únicos en el mismo cabezal de extrusión debido al inconveniente del transporte del material desde un depósito secundario de mayores dimensiones, esto conlleva a un aumento de la masa a desplazar.
Con husillos de extrusión convencionales las fuerzas ejercidas sobre los gránulos para su acceso son axiales al mismo husillo. Básicamente la tolva y el filete del husillo actúan ejerciendo fuerzas cortantes y presionando el gránulo en la dirección de su eje, resultando en torques elevados. También la presión del peso de los gránulos ubicados en el depósito y la tolva del extrusor es necesaria para lograr buena entrada de material y menos pérdidas de carga en el barril y consecuentes variaciones de flujo del material extruido resultante.
La pérdida de flujo en este tipo de extrusoras se produce también por factores como la granulometria (tamaño variable), así como la efectividad de sistema en la entrada de material al husillo donde es presionado y calentado contra las paredes intemas del barril calefactado. Estas pérdidas pueden compensarse con longitudes de husillo largas y mejor homogenización de la mezcla.
El uso de gránulos permite la incorporación a la mezcla de aditivos como colorantes, aunque cabe decir que al reducir el tamaño del sistema de extrusión resulta difícil obtener mezclas homogéneas (aditivo/material base) debido a la relación de las proporciones del sistema extrusor/gránulo.
Por el contrario, con extrusores de filamento las características del material (color...) vienen determinadas por éste. Al estar bobinado, el filamento de plástico puede ser suministrado con facilidad al cabezal de extrusión de forma continua, tirando de él mientras la bobina permanece fija rotando. Adicionalmente el peso de los componentes en estos extrusores es menor con lo que resultan más ligeros que los extrusores de husillo resultando movimientos de desplazamiento más veloces.
La solución para obtener materiales derivados es hacer premezclas homogéneas, preparadas previamente en las proporciones adecuadas.
La presente invención es un sistema de extrusor de granulo plástico de tamaño reducido y alta eficiencia, dispositivo alimentador de materia prima de gránulo y dispositivo de dosificación de aditivo para uso en impresoras 30 que ofrece solución a los mencionados inconvenientes de esta tecnología de extrusión e incrementa sus prestaciones.
El solicitante no conoce ningún equipo similar a la invención.
BREVE EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención consiste en un sistema de extrusor y alimentador de granulo y dosificad or de aditivo líquido para impresoras 3D, según las reivindicaciones. Sus diferentes variantes resuelven los problemas reseñados. Un extrusor de husillo convencional requiere de cierta presión del peso de los gránulos en la recámara o tolva de alimentación para lograr buena entrada de material, y ejerce mayormente fuerzas axiales cortantes sobre la boca de la tolva para la introducción del gránulo en su cavidad. Otros métodos para garantizar la abundante entrada de material es el uso de husillos secundarios de alimentación.
El extrusor objeto de la patente incorpora una pala de arrastre en el extremo del husillo de mayor diámetro como prolongación de su filete y cuya cara inferior está inclinada, mientras que el cuello del barril define una tolva con forma de embudo y hendiduras curvilíneas tangentes a su boca que colaboran con dicha pala, y ejercen nuevas fuerzas que facilitan la entrada suave de los gránulos de la tolva a la cavidad del husillo evitando esfuerzos cortantes. Cualquier gránulo que quede por debajo de la cara inferior inclinada es presionado contra las hendiduras de la tolva y dirigido hacia interior de la cavidad. Es decir, la cara de empuje de la pala está configurada para ejercer en todo momento una fuerza de presión sobre el gránulo hacia abajo y centrifuga o radial sobre la tolva.
El extrusor objeto de la patente permite el uso de depósitos de reserva de gránulos en su tolva móvil de reducidas dimensiones ya que no se depende del peso de la masa de gránulos sobre el husillo para su flujo homogéneo, resultando en menor masa a desplazar y mayores velocidades de desplazamiento.
El extrusor objeto de la patente ofrece flujos constantes de extrusión con longitudes de husillo cortas y torques bajos empleados básicamente para compactación del granulo en zonas intermedias del barril y no en la zona de acceso, gracias al sistema tolva/pala que logra una entrada constante de gránulo a la cavidad.
Mediante el dispositivo de alimentación de gránulos objeto comprendido en la invención se mantiene la tolva del extrusor colmada de material gracias a un sensor de nivel y a un programa de llenado mediante una manguera presurizada. Preferiblemente se dispone de un regulador de la potencia del motor de la bomba de aire que presuriza la manguera para alcanzar mayor presión de aire y distancia de transporte de gránulo.
Adicionalmente, el dispositivo de dosificación de aditivo objeto comprendido en la invención permite la dosificación deseada de aditivo líquido por volumen de material base, inyectando directamente en el barril o cuello del extrusor y obteniendo mezclas homogéneas (aditivo/material base) de material extruido, pudiendo disponer también de conexiones múltiples de mangueras antes de su entrada para hacer premezclas tales como la obtención de un color secundario a partir de colores primarios. Por estas razones el sistema de extrusor, alimentador y dosificador de aditivo objeto de la invención es versátil, potente, fiable y ligero, ideal para ser montado en cabezales de impresoras 3D de sobremesa o de gran formato.
La extrusora puede ser de gránulo plástico o de otro tipo de gránulos, como cemento que se hidrata con agua como aditivo líquido.
Otras variantes se aprecian en el resto de la memoria.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para una mejor comprensión de la invención, se incluyen las siguientes figuras.
Figura 1. Vista general en perspectiva cabezal del extrusor y sistema de alimentación de gránulo y dosificación de aditivo líquido para impresoras 3D.
Figura 2: Sección del cabezal de extrusión, según un ejemplo preferido.
Figura 3: Sección del dispositivo de dosificación del alimentador de gránulo. Figura 4 A-D: Diferentes vistas de sección de la tolva móvil, el barril y el husillo, y de la colaboración entre los elementos según el ejemplo preferido.
Figura 5 A-D: Etapas del tránsito del gránulo desde la tolva al interior del barril de extrusión según la realización preferida.
MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
A continuación se pasa a describir de manera breve un modo de realización de la invención, como ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta. La realización (mostrada en la figura 1) es un cabezal (1) de extrusión de gránulo (2) plástico para impresoras 3D, conectado a un dispositivo (3) de alimentación y deposito (4) de almacenamiento mediante una manguera (5) o conducto semirrígido, y a otros depósitos (6) y dispositivos (7) de dosificación de aditivo líquido con otras mangueras auxiliares (5’). El cabezal de extrusión se monta en un carro de un sistema de desplazamiento polar o cartesiano sobre guías o suspendido por cables de una máquina de impresión 3D.
El dispositivo de alimentación dispone de uno o varios sensores de nivel (8) ubicados en un receptáculo (9) o depósito en el cabezal (1) de extrusión que indican el inicio del programa de llenado. Éste dosifica y transporta la cantidad de material que se requiere desde el depósito de almacenamiento hasta el cabezal (1) de extrusión a través de una manguera (5) de alimentación mediante aire a presión. Esto se logra a través de una unidad de dosificación (mostrada en la figura 3) que consta de una tolva (10) de recepción de material, en la parte inferior del depósito de almacenamiento, que comprende un tambor (11) en su interior con ranuras de entrada (12) y salida (13), y una rueda (14) con palas ubicada en el interior del tambor y de anchura similar al mismo. El giro de la mencionada rueda (14) introduce el material de forma controlada al conducto presurizado evitando atascos. El uso de un material blando en las palas de la rueda tal como goma evita pinzamientos con el gránulo y reduce la perdida de presión del sistema.
El cabezal de extrusión (mostrado en la figura 2) consta de una placa (15) de montaje y una rotula (16) rigida o flexible para la conexión de la manguera (5) que le permite rotar y bascular. El extrusor consta de un barril (17) de extrusión sustancialmente vertical y un cuello (18) que en su zona superior que comprende una tolva móvil (10’) de recepción del gránulo con forma de embudo, y un husillo (19) interior rotatorio con una pala (20) de arrastre complementaria de la tolva móvil (10’) que introduce los gránulos al interior de la cavidad del husillo (19) donde posteriormente es calentado y compactado en el barril (17), y ext ruido por la boquilla (21) en la parte inferior. El barril (17) está calefactado por una resistencia eléctrica u otro medio y comprende uno o más sensores de temperatura. Generalmente está protegido por una cobertura exterior cerámica (22) o de otro tipo para reducir las pérdidas de calor y evitar quemaduras en la piel por contacto directo. La tolva móvil (10’) del extrusor permanece refrigerada por corrientes de aire o por un sistema de refrigeración por agua para que el calor proveniente del barril (17) no funda parcialmente los gránulos. Unas aletas (23) de radiador asisten a la refrigeración al pasar la corriente del fluido por entre ellas.
La unión entre el cuello (18) y el resto del barril (17) puede ser roscada, preferiblemente con una rosca discontinua o interrumpida y una arandela térmica (24) para reducir la transferencia de calor.
La presión de aire del soplador se puede regular mediante un potenciómetro para el uso de diferentes longitudes de manguera (5) de alimentación en función de las dimensiones de la impresora donde se instala.
El husillo se aprecia en las figuras 2, 3, y 4. Posee una muesca helicoidal, como es habitual en la técnica que forma su cavidad (25) y filetes (26). Sin embargo, en correspondencia con la tolva móvil (10’) posee una pala (20) de arrastre que empuja los gránulos desde el exterior del husillo. Dicha pala (20) es una prolongación del filete y de forma similar o complementaria a la tolva móvil (10’) con forma de embudo, y posee una cara (27) inferior de empuje inclinada que enlaza con la cavidad del husillo y presiona los gránulos contra las hendiduras (28) de la tolva (10’) produciendo el efecto de arrastre. Esta solución independiza la entrada de los gránulos al husillo de la presión del peso de material sobre la tolva (9’), y asegura que no quedan restos adheridos al filete.
En la figura 5 se aprecia mediante secciones múltiples del extrusor, el tránsito del gránulo desde la tolva móvil (10) al interior del barril (17) al ser captado por la cara de empuje de la pala (20). El ángulo de incidencia de la cara de empuje de la pala (20) sobre los gránulos influye directamente en la eficacia del sistema. La definición de esta cara ejerce una fuerza (P) sobre el gránulo en todo momento hacia abajo y que describe ángulos agudos con respecto de vector desplazamiento (Dtg) tangente a las hendiduras.
De esta forma la entrada de material granuloso al barril de extrusión es suave, abundante y constante, resultando en una extrusión homogénea y sin fluctuaciones. Gracias a este desplazamiento tangencial suave del gránulo hacia la boca (29) de la tolva móvil (10’) el torque de giro requerido es menor.
El cuello (18) adicionalmente posee una o más entradas (30) laterales para la conexión de mangueras auxiliares (5’) o tuberías para dosificación de aditivos líquidos. Estas entradas (30) laterales se disponen por debajo de la tolva móvil (10’). Preferiblemente se dispone una única entrada lateral con una conexión múltiple (31) anterior para premezclas de varios aditivos. La incorporación del aditivo liquido directamente al barril ofrece rapidez en el cambio de material y mejor homogeneización de la mezcla material base/aditivo.

Claims

REIVINDICACIONES
1- Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido para impresoras 3D, que comprende un cabezal (1) de impresión móvil con un barril (17) de extrusión sustancialmente vertical y un cuello (18) que en su zona superior que comprende una tolva móvil (10’) de recepción del gránulo (2) con forma de embudo, y un husillo (19) interior rotatorio, caracterizado por que dicha tolva móvil (10’) presenta hendiduras (28) curvilíneas que avanzan hacia adentro con el sentido de giro del husillo buscando la tangencia a la boca (29), y que dicho husillo (19) comprende como prolongación de su filete (26), una pala (20) de arrastre complementaria de la tolva móvil (10’) con una cara (27) interna de empuje inclinada que enlaza con su cavidad (25) y arrastra los gránulos contenidos en la tolva (10’) hasta el interior a través de dichas hendiduras.
2- Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido, según la reivindicación 1, caracterizado por que la cara (27) de empuje de la pala (20) está configurada para ejercer en todo momento una fuerza (P) de presión sobre el gránulo hacia abajo y radial sobre la tolva.
3- Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido, según la reivindicación 1, caracterizado por que las hendiduras (28) de la tolva móvil (10’) aumentan progresivamente de profundidad en el sentido de giro del husillo.
4- Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido, según la reivindicación 1, caracterizado por que el cuello (18) y/o el barril (17) de extrusión poseen una o más entradas laterales (30) por debajo de la boca de la tolva (10’) para la conexión de mangueras auxiliares (5’) de dosificación de aditivo líquido al interior del barril.
5- Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido, según la reivindicación 1, caracterizado por que el dispositivo de alimentación consta de una tolva (10) de recepción de gránulo y un tambor (11) en su parte inferior interior con unas ranuras de entrada (12) y de salida (13), y una rueda (14) de transporte complementaria a la tolva (10) y al tambor (11) con palas que se introducen en la tolva (10) por la abertura de entrada (12) configuradas para cargar el material mediante su giro, y descargarlo por la ranura de salida (13) a una manguera (5) de alimentación presurizada conectada con la tolva móvil (10’). 6- Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido, según la reivindicación 5, caracterizado por que la ranura de entrada (12) del tambor se encuentra ubicada en una cara convexa de la tolva (10). 7- Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido, según la reivindicación 5, caracterizado por que la rueda (14) con palas es de material blando.
8- Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido, según la reivindicación 1 , caracterizado por que la manguera (5) está unida al cabezal (1) de impresión en un acople con una rotula (16).
9- Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido, según la reivindicación 1, caracterizado por que el cuello (18) y la tolva móvil (10’) disponen de elementos de enfriamiento.
10- Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido, según la reivindicación 9, caracterizado por que el cuello (18) presenta aletas (23) de radiador.
11- Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido, según la reivindicación 1, caracterizado por que el barril (17) y el cuello (18) son dos piezas unidas mediante rosca interrumpida y arandela térmica (24).
12- Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido, según la reivindicación 4, caracterizado por disponer de conexiones múltiples (31) de mangueras auxiliares (5’) antes de las entradas laterales (30).
13- Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido, según la reivindicación 4, caracterizado por que comprende bombas de aditivo líquido del tipo peristáltico.
14- Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido, según reivindicación 5, caracterizado por que comprende una bomba de aire con un regulador de potencia.
PCT/ES2021/070414 2020-06-05 2021-06-07 Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido para impresoras 3d WO2021245319A1 (es)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MX2022015312A MX2022015312A (es) 2020-06-05 2021-06-07 Sistema de extrusor y alimentador de granulo y dosificador de aditivo liquido para impresoras 3d.
US18/000,803 US20230226761A1 (en) 2020-06-05 2021-06-07 Extruder, granule feed, and liquid additive dispenser system for 3d printers
EP21818249.1A EP4163084A4 (en) 2020-06-05 2021-06-07 EXTRUSION, PELLET FEEDING AND LIQUID ADDITIVE DOSING SYSTEM FOR 3D PRINTER

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES202030534A ES2884002B2 (es) 2020-06-05 2020-06-05 Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido para impresoras 3D
ESP202030534 2020-06-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021245319A1 true WO2021245319A1 (es) 2021-12-09

Family

ID=78820937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2021/070414 WO2021245319A1 (es) 2020-06-05 2021-06-07 Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido para impresoras 3d

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230226761A1 (es)
EP (1) EP4163084A4 (es)
ES (1) ES2884002B2 (es)
MX (1) MX2022015312A (es)
WO (1) WO2021245319A1 (es)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2965778A1 (es) * 2022-09-14 2024-04-16 Voxelcare Sl Equipo de impresión tridimensional mediante pellets

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016020150A1 (de) * 2014-08-05 2016-02-11 Starfort Des Stubenruss Moritz Granulatkörner/flüssigkeitsflusseinstellvorrichtung für von granulatkörnern und/oder flüssigkeiten gespeiste 3-d druckerköpfe
US20160347000A1 (en) * 2015-06-01 2016-12-01 Jkm Technologies, Llc Pellet-Based Fused Deposition Modeling 3-D Print Process for Production Manufacturing
US20170291364A1 (en) * 2016-04-11 2017-10-12 Timothy W. Womer Single screw micro-extruder for 3d printing
US20200130231A1 (en) * 2017-07-04 2020-04-30 Aim3D Gmbh Device and method for the extrusion of thermo-mechanically deformable materials in bulk form, and compact screw extruder

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1927067A1 (de) * 1969-05-28 1970-12-10 Barmag Barmer Maschf Schneckenpresse fuer thermoplastische Werkstoffe
US20190039310A1 (en) * 2017-02-27 2019-02-07 Voxel8, Inc. 3d printing methods using mixing nozzles
US20190070778A1 (en) * 2017-08-15 2019-03-07 Cincinnati Incorporated Additive manufacturing systems and process automation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016020150A1 (de) * 2014-08-05 2016-02-11 Starfort Des Stubenruss Moritz Granulatkörner/flüssigkeitsflusseinstellvorrichtung für von granulatkörnern und/oder flüssigkeiten gespeiste 3-d druckerköpfe
US20160347000A1 (en) * 2015-06-01 2016-12-01 Jkm Technologies, Llc Pellet-Based Fused Deposition Modeling 3-D Print Process for Production Manufacturing
US20170291364A1 (en) * 2016-04-11 2017-10-12 Timothy W. Womer Single screw micro-extruder for 3d printing
US20200130231A1 (en) * 2017-07-04 2020-04-30 Aim3D Gmbh Device and method for the extrusion of thermo-mechanically deformable materials in bulk form, and compact screw extruder

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4163084A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
ES2884002B2 (es) 2022-04-11
EP4163084A1 (en) 2023-04-12
ES2884002A1 (es) 2021-12-09
EP4163084A4 (en) 2024-10-16
MX2022015312A (es) 2023-01-16
US20230226761A1 (en) 2023-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2884002B2 (es) Sistema de extrusor y alimentador de gránulo y dosificador de aditivo líquido para impresoras 3D
ES2561721T3 (es) Dispositivo para pretratar materiales sintéticos
US3867079A (en) Apparatus for extruding polymeric material
CN208133209U (zh) 混凝土3d打印挤出头
CN107139452B (zh) 一种成品牢固的三维打印机
US3065502A (en) Screw-type extrusion press
CN202114908U (zh) 加料段机筒开螺旋槽的锥形挤出机
CN108381923A (zh) 一种成品整体性强的三维打印头
CN106956416A (zh) 一种薄膜挤出装置
CN216373271U (zh) 一种双螺旋塑料挤出机
CN206614777U (zh) 一种薄膜挤出装置
JP2002326715A (ja) 液体材料の吐出方法およびその装置
CN217169269U (zh) 一种带有防堵塞结构的塑料造粒机出料设备
CN208574496U (zh) 高速混合制粒机
CN105058794A (zh) 三维打蜡供料挤出一体化喷头结构
CN211807719U (zh) 一种用于挤出机的防堵型喂料装置
CN214266578U (zh) 塑料挤出机喂料斗自清洗及导向疏通防堵结构
CN111531824A (zh) 一种合成膜生产线
CN217777711U (zh) 一种用于pet片材生产的挤出系统
CN111957521A (zh) 点胶阀和点胶设备
CN213356290U (zh) 一种丸子机供料结构
RU2771476C1 (ru) Загрузочная горловина шнековых устройств
CN217594522U (zh) 一种固体液体结合式的料线加药设备
CN214598881U (zh) 一种用于有机肥生产的造粒装置
JP3086633U (ja) 押出成形機

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21818249

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202317001054

Country of ref document: IN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021818249

Country of ref document: EP

Effective date: 20230105