Brevet FR3022827A1 — publié le 20160101

Domaine technique Le domaine de l'invention est celui de l'impression d'objets en trois dimensions. L'invention porte plus particulièrement sur une cartouche d'alimentation en filament pour un système de modélisation tridimensionnelle par dépôt. Technique antérieure Généralement, les systèmes de modélisation tridimensionnelle par dépôt utilisent un filament en polymère thermoplastique comme matériau de fabrication. Ce filament est guidé depuis une cartouche d'alimentation vers une buse d'extrusion mobile en translation verticale et horizontale pour être liquéfié 15 et déposé sur une plate-forme de construction. Le filament en sortie de la buse d'extrusion se durcit en refroidissant sur la plate-forme de construction. Plusieurs couches peuvent ainsi être déposées par la buse d'extrusion dans des zones définies 20 à partir d'un modèle CAO afin de créer un objet solide tridimensionnel. On connaît du brevet US-2010/0096485 une cartouche d'alimentation en filament pour une imprimante 3D qui comporte un boitier de stockage définissant une chambre 25 destinée à loger le filament enroulé en bobine et présentant une ouverture pour le passage d'un brin du filament Lors du premier usage de la cartouche, le filament est initialement enroulé en bobine sous une forme 30 compactée. Une telle cartouche connue permet de protéger le filament des poussières et éventuellement si elle est étanche, de l'humidité de l'air. Elle permet aussi de facilement changer de filament dans le système d'impression 3D par substitution de cartouches. En cours d'utilisation, il arrive que le système d'entrainement du filament doive rembobiner le filament à l'intérieur de la cartouche par exemple pour libérer la buse d'extrusion afin de changer la couleur ou le matériau des objets imprimés. Or, comme le filament est en polymère flexible, il 10 tend à se déployer très largement dans la cartouche lorsqu'il est poussé à l'intérieur de celle-ci. Il y a donc des frottements du filament sur les parois intérieures de la cartouche, qui sont d'autant plus importants que la longueur du filament rétracté dans 15 la cartouche est importante. Il en résulte alors des risques de mauvais enroulage du filament autour de la bobine ce qui peut conduire au blocage ou au bourrage du filament à l'intérieur de la cartouche. 20 Exposé de l'invention Le but de l'invention est donc de remédier aux inconvénients ci-dessus et en particulier de proposer une cartouche d'alimentation en filament qui soit plus fiable et qui soit mieux adaptée à un rembobinage du filament 25 autour de la bobine. A cet effet, l'invention a pour objet une cartouche d'alimentation en filament pour un système de modélisation tridimensionnelle par dépôt, comprenant un boitier de stockage définissant une chambre pour loger 30 une bobine cylindrique de filament montée libre en rotation selon l'axe du cylindre dans la chambre, caractérisée en ce qu'elle comprend un tambour ayant une paroi annulaire qui entoure de manière coaxiale ladite bobine cylindrique et en ce que ledit tambour est solidaire en rotation avec ladite bobine dans la chambre du boitier de stockage. L'idée à la base de l'invention est de limiter l'espace libre autour de la bobine dans le boitier tout en diminuant le plus possible les frottements du filament sur les parois intérieures de la cartouche lors de son rembobinage ou ré-enroulement. La présence de ce tambour réduit les risques de voir le filament s'emmêler. La cartouche d'alimentation en filament selon l'invention peut présenter les particularités suivantes: - une rainure hélicoïdale de guidage du filament peut être prévue dans la chambre, cette rainure étant coaxiale 15 à ladite bobine de filament; - ladite rainure peut être formée dans le fond de la chambre et déboucher dans une ouverture du boitier par laquelle sort ledit filament à l'extérieur de la cartouche; 20 - la bobine peut être montée libre en rotation sur un pivot disposé dans le fond de la chambre. L'invention s'étend un système de modélisation tridimensionnelle comprenant une telle cartouche d'alimentation en filament. 25 Description sommaire des dessins La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée du mode de réalisation pris à titre d'exemple 30 nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement une vue en perspective de la cartouche d'alimentation en filament selon l'invention; - la figure 2 représente schématiquement une vue en perspective une partie du boitier de stockage selon l'invention ; - la figure 3 représente schématiquement une vue en perspective de la bobine selon l'invention ; - la figure 4 représente schématiquement une vue en perspective du tambour selon l'invention ; - la figure 5 représente schématiquement une vue en perspective une partie du boitier de stockage selon l'invention sur lequel est monté la bobine et le tambour. Description des modes de réalisation La cartouche selon l'invention peut avantageusement être utilisée dans un système de modélisation tridimensionnelle par extrusion appelée également Imprimante 3D, que se soit pour des dispositifs à application industrielle ou pour des dispositifs destinés au grand public. L'aspect extérieur d'une telle cartouche 1 d'alimentation en filament est illustré sur la figure 1. Cette cartouche 1 peut être réalisée en matière plastique moulée. Ici, elle comprend un boitier de stockage 2 en deux parties emboitables mutuellement, à savoir un couvercle 2A et un socle 2B. Le couvercle 2A avec le socle 2B définissent une chambre 4 (visible sur la figure 2) dans laquelle est logé un filament F enroulé autour d'une bobine. L'extrémité du filament F sortant du boitier est représentée sur la figure 1. La figure 2 montre plus en détail la partie supérieure du socle 2B avec le fond de la chambre 4 qui est délimité par une bordure circulaire 3. Avec le couvercle 2A, le socle 2B définit ici une chambre 4 de forme générale cylindrique. La chambre 4 sert donc à loger une bobine 5 de filament qui est illustrée sur la figure 3. Sur cette figure 3, on n'a pas représenté le filament F autour de la bobine 5. La bobine 5 comprend ici deux flasques 6 circulaires espacés axialement l'un de l'autre. La bobine 5 peut être réalisée en matière plastique moulée. Cette bobine 5 autour de laquelle est enroulé le filament F vient se poser sur un de ses deux flasques en 15 rotation selon l'axe du cylindre de la bobine dans le fond circulaire de la chambre 4. Comme illustré sur la figure 3, entre le socle 2B et le couvercle 2A, il est formé un canal 7 rectiligne à section cylindrique d'un diamètre légèrement plus grand 20 que celui du filament F pour amener l'extrémité libre du filament F vers l'extérieur du boitier 2. Ce canal 7 est ici formé dans une sorte de bec qui saille à partir d'une paroi frontale du boitier 2. Le canal 7 débouche à l'intérieur de la chambre 4 à 25 travers une ouverture 8 formée dans l'épaisseur de la bordure 3. Comme visible sur la figure 2, le canal 7 s'étend de manière tangentielle à la bordure circulaire 3. Selon l'invention, afin de permettre un 30 fonctionnement bidirectionnel optimisé de la cartouche 1, notamment quand le filament F est déroulé de la bobine 5 ou quand il est ré-enroulé autour de la bobine 5, la bobine 5 est entourée de manière coaxiale par un tambour 9 à paroi intérieure annulaire cylindrique montré sur la figure 3. Ce tambour 9 présente à son extrémité supérieure une bordure annulaire qui vient se poser sur le flasque supérieur 6 de la bobine quand elle est placée dans le boitier 2. Le tambour 9 est prévu amovible par rapport à la bobine 5 pour permettre par exemple le bobinage du filament F sur la bobine et il peut être agencé pour se 10 clipser sur l'un des deux flasques 6 de la bobine. Le tambour 9 a une extrémité inférieure cylindrique qui est prévue pour affleurer sans contact le dessus de la bordure circulaire 3 du socle 2B de sorte qu'il est solidaire en rotation libre avec la bobine 5 dans la 15 chambre 4. Le diamètre extérieur de ce tambour 9 doit être légèrement inférieur au diamètre intérieur du couvercle cylindrique 2A afin de permettre la rotation libre du tambour 9 avec la bobine 5. 20 La paroi annulaire du tambour 9 est de préférence conçue pour fermer le plus possible l'espace entre les deux flasques 6 tout en laissant la possibilité au filament F de sortir du boitier à travers l'ouverture 8 quand le couvercle 2A est posé sur le socle 2B. 25 Par ailleurs selon l'invention, une rainure hélicoïdale 10 de guidage du filament F est prévue dans la chambre 4, cette rainure hélicoïdale étant coaxiale à la bobine 5. Plus particulièrement, cette rainure 4 est prévue dans le fond de la chambre en étant formée dans la 30 surface annulaire intérieure de la bordure circulaire 3. Cette rainure hélicoïdale forme une sorte de rampe à environ une spire qui débouche à une extrémité dans l'ouverture 8 et à l'autre extrémité sur le bas de la surface annulaire intérieure cylindrique du tambour. Le diamètre extérieur de la rampe hélicoïdale 10 est strictement inférieur au diamètre intérieur du tambour 9. Le pas d'hélice de cette rampe 10 est nécessairement strictement supérieur au diamètre du filament F. La largeur de la rampe 10 est approximativement égale au diamètre du filament F. Ainsi, lorsque le filament F est poussé vers 1 10 intérieur du boitier de la cartouche 1, par exemple avant un changement de cartouche, il tend à remonter le long de la rampe en s'étendant en hélice et contre la surface intérieure du tambour 9 qui tourne avec bobine. Afin de limiter les frottements de rotation de la 15 bobine 5 dans la chambre 4, la bobine est montée en rotation libre sur la pointe d'un pivot 11 qui est cylindrique et dont l'extrémité est arrondie et qui est disposé coaxialement au centre du fond cylindrique de la chambre comme illustré sur la figure 2. 20 Le flasque circulaire inférieur 6 de la bobine 5 est muni d'un siège de réception de l'extrémité du pivot 11. On peut prévoir un autre siège indiqué par 12 sur la figure 5 pour recevoir un autre pivot qui serait disposé dans le couvercle 2B du boitier. 25 On a donc un contact quasi ponctuel entre la bobine 5 et le boitier 2 sur l'axe de rotation de la bobine sans utilisation de paliers à éléments roulants, ce qui limite les forces de frottement. Quand la cartouche 1 est insérée dans l'imprimante 30 3D, on aura de préférence la bobine 5 avec son axe de rotation qui s'étend verticalement dans la cartouche 1, REVENDICATIONS1. Cartouche (1) d'alimentation en filament pour un système de modélisation tridimensionnelle par dépôt, 5 comprenant un boitier de stockage (2) définissant une chambre (4) pour loger une bobine cylindrique (5) de filament montée libre en rotation selon l'axe du cylindre dans la chambre, caractérisée en ce qu'elle comprend un tambour (9) ayant une paroi annulaire qui entoure de 10 manière coaxiale ladite bobine cylindrique (5) et en ce que ledit tambour (9) est solidaire en rotation avec ladite bobine (5) dans la chambre du boitier de stockage. 2. Cartouche selon la revendication 1, caractérisée en ce 15 qu'elle comprend une rainure (10) hélicoïdale de guidage du filament dans la chambre qui est coaxiale à ladite bobine de filament. 3. Cartouche selon la revendication 2, caractérisée en ce 20 ladite rainure (10) est formée dans le fond de la chambre et débouche dans une ouverture (8) du boitier par laquelle sort ledit filament à l'extérieur de la cartouche. 25 4. Cartouche selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce la bobine (5) est monté libre en rotation sur un pivot (11) disposé dans le fond de la chambre. 30 5. Système de modélisation tridimensionnelle par dépôt, caractérisé en ce qu'il comprend une cartouche (1)d'alimentation en filament suivant l'une des revendications 1 à 4.