Brevet FR3162161A1 — publié le 20251121

Une tête d’impression pour une machine d’impression à matière fondue comporte un corps (1) destiné à être monté sur la machine, une vis d’extrusion (2) montée rotative dans une chemise (3), un orifice de buse (61) à une extrémité de la chemise (3) pour recevoir une buse (4) par laquelle une matière fondue est extraite, des moyens d’entraînement (5) pour entraîner la vis d’extrusion (2) en rotation dans un sens d’extrusion et des moyens de distribution (6) pour obturer ou ouvrir l’orifice de buse (61) entre respectivement une position d’obturation et une position ouverte. La tête comporte des moyens de commande (7) pour commander les moyens de distribution (6) vers la position d’obturation en inversant le sens de rotation de la vis d’extrusion (2). Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Tête d’impression de matière fondue L’invention concerne l’impression volumique de pièce en matière fondue telle que de la matière thermoplastique. Elle concerne plus particulièrement une tête d’impression comportant une vis d’extrusion. Différentes techniques de fabrication additive en trois dimensions sont apparues récemment. Parmi ces techniques, on trouve en particulier la technique d’impression par l’utilisation d’un fil fondu. De la matière thermoplastique et d’abord préparée sous la forme d’un fil, par exemple avec un diamètre de l’ordre de un à deux millimètres, puis ce fil est entraîné dans une tête d’impression qui comporte une chambre de mise en température dans laquelle le fil est poussé. Le fil font alors et la matière fondue peut sortir par une buse en déplacement par rapport à un plateau sur laquelle la pièce est construite. Bien que ce procédé de fabrication ait trouvé son domaine d’application, il reste limité en termes de productivité, c’est-à-dire en termes de volume de matière qu’il est possible de déposer par unité de temps. Dans le document EP 3 081 364 A1, il a été proposé une tête d’impression pour un ce type d’application dans laquelle une vis d’extrusion permet de préparer la matière fondue. Afin de commander la sortie de la matière en fonction de l’impression qui est en cours, il est proposé de prévoir une tige de commande de l’ouverture de la buse, cette tige étant mobile axialement en traversant la vis par son axe. La mobilité axiale de la tige permet d’ouvrir ou de fermer le passage de matière fondue depuis une chambre d’extrusion dans laquelle la vis extrusion est montée rotative vers la buse, puis sur la pièce en cours de fabrication. Cette technique nécessite de prévoir un dispositif de commande spécifique pour obtenir le déplacement de la tige. L’invention vise à fournir une tête d’impression munie d’une vis d’extrusion permettant d’obtenir sur commande le passage de la matière fondue avec une simplification des moyens pour un obtenir cette commande. Avec ses objectifs en vue, l’invention a pour objet une tête d’impression pour une machine d’impression à matière fondue, la tête d’impression comportant un corps destiné à être monté sur la machine, une vis d’extrusion montée rotative dans une chemise, un orifice de buse à une extrémité de la chemise pour recevoir une buse par laquelle une matière fondue est extraite, des moyens d’entraînement pour entraîner la vis en rotation dans un sens d’extrusion et des moyens de distribution pour obturer ou ouvrir l’orifice de buse entre respectivement une position d’obturation et une position ouverte, la tête étant caractérisée en ce qu’elle comporte des moyens de commande pour commander les moyens de distribution vers la position d’obturation en inversant le sens de rotation de la vis. Les dispositifs actuels de commande des imprimantes par fusion de fil ne comportent en général pas de moyens directs d’obturation de la buse. Le moyen utilisé est celui d’une inversion du mouvement du fil afin de libérer la pression qui règne dans la chambre de fusion. En effet c’est le mouvement du fil qui détermine la pression à l’intérieur de la chambre de fusion. Pour cela lorsque le système de commande de l’imprimante considère qu’il faut stopper la sortie de la matière fondue, il commande un léger retrait du fil par une inversion du mouvement. Avec les moyens de l’invention, on peut commander directement la tête d’impression avec les moyens de commande utilisant le même principe d’inversion du mouvement au moment où on souhaite l’arrêt de la sortie de la matière fondue. On obtient ainsi une obturation de la buse sans modifier le dispositif qui commande l’imprimante. Selon un premier mode de réalisation, la chemise est montée pivotante sur le corps autour de l’axe de la vis, les moyens de commande comportant un dispositif de roue-libre entre la vis et la chemise configurés pour autoriser la rotation de la vis dans le sens d’extrusion et pour lier la rotation de la vis et de la chemise dans le sens opposé au sens d’extrusion, l’orifice de buse étant ménagé dans un palier fixé par rapport au corps, les moyens de distribution étant commandés par le pivotement relatif de la chemise et du palier. En connectant le moteur d’entraînement de la vis au dispositif de sortie de la commande de l’imprimante, la vis est entraînée lorsqu’elle doit fournir de la matière fondue, mais elle retourne en arrière lorsqu’on souhaite obtenir à l’arrêt. Par ce mouvement inversé, on utilise le dispositif de roue libre pour entraîner la chemise et commander ainsi la fermeture de l’orifice de la buse. Dans le sens normal d’entraînement de la vis, le dispositif de roue libre autorise cette rotation. Il n’est ainsi pas nécessaire de prévoir un dispositif spécifique de commande de ce type de tête d’impression. Selon une disposition constructive, la chemise comporte un orifice de commande qui est aligné avec l’orifice de buse quand les moyens de distribution sont en position ouverte et qui est décalé de l’orifice de buse lorsque les moyens de distribution sont en position d’obturation. Le pivotement de la chemise par rapport à la buse permet de déterminer la position de l’orifice de commande soit en regard de l’orifice de buse, soit à côté, ce qui détermine la possibilité de passage de la matière fondue vers la buse. Selon un perfectionnement, les moyens de commande comportent des moyens de limitation pour limiter le débattement en pivotement de la chemise par rapport au corps entre la position d’obturation et la position ouverte. Les moyens de limitation permettent de déterminer précisément la position de la chemise qui permet de commander l’obturation ou l’ouverture et d’aligner l’orifice de commande et l’orifice de buse. Les moyens de limitation limitent par exemple le débattement sur un angle compris entre 15 et 20 °. Selon un perfectionnement, les moyens de commande comportent en outre des moyens de rappel élastiques de la position d’obturation vers la position ouverte. Depuis la position d’obturation lorsque la vis est entraînée en rotation la roue libre permet de libérer la position de la chemise et les moyens de rappel élastiques ramènent la chemise vers la position d’ouverture. Selon une disposition constructive, la tête d’impression comporte une trémie pour recevoir de la matière en granulés à l’extrémité de la vis opposée à l’orifice de buse. La trémie permet ainsi d’alimenter la vis d’extrusion avec de la matière en forme de granulés afin que la vis puisse faire fondre cette matière et la mettre sous pression afin de la délivrer par la buse. Selon une disposition constructive, la tête d’impression comporte au moins un élément chauffant disposé autour de la chemise pour faire fondre la matière à injecter. La chemise est ainsi chauffée pour que la matière poussée par la vis d’extrusion soit fondue, en complément de l’énergie apportée directement par la vis. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : la FIG. 1 est une vue en coupe longitudinale d’une tête d’impression conforme à un mode de réalisation de l’invention ; la FIG. 2 est une vue en perspective et en coupe de la tête de la FIG. 1 ; la FIG. 3 est une vue en coupe transversale des moyens de distribution en position ouverte ; la FIG. 4 est une vue similaire à la FIG. 3 en position d’obturation. Description détaillée Une tête d’impression pour une machine d’impression à matière fondue conforme à un mode de réalisation de l’invention est montrée sur les figures 1 à 4. La tête d’impression est destinée à faire partie d’une machine d’impression en trois dimensions, non représentée, dans laquelle la tête d’impression dépose un cordon de matière thermoplastique à l’état fondu d’abord sur un plateau de support, puis sur la pièce en cours de construction. La machine commande des déplacements relatifs entre la tête d’impression et le plateau, ce qui détermine la géométrie de la pièce. La machine commande également la fourniture ou l’arrêt de la fourniture du cordon de matière fondue. La tête comporte un corps 1 destiné à être monté sur la machine, une vis d’extrusion 2 montée rotative dans une chemise 3, un orifice de buse 61 à une extrémité de la chemise 3 pour recevoir une buse 4 par laquelle une matière fondue est extraite, des moyens d’entraînement 5 pour entraîner la vis d’extrusion 2 en rotation dans un sens d’extrusion et des moyens de distribution 6 pour obturer ou ouvrir l’orifice de buse 61 entre respectivement une position d’obturation et une position ouverte. Les moyens d’entraînement 5 comportent un moteur électrique comportant un stator 50 fixé sur le corps 1 et logé à l’intérieur de celui-ci, ainsi qu’un rotor 51 monté rotatif coaxialement avec le stator 50. Le rotor 51 est lié en outre à la vis d’extrusion 2 qui s’étend au-delà du rotor 51 de manière coaxiale. La tête comporte en outre des moyens de commande 7 pour commander les moyens de distribution 6 vers la position d’obturation en inversant le sens de rotation de la vis d’extrusion 2. Pour cela, la chemise 3 est montée pivotante sur le corps 1 autour de l’axe de la vis d’extrusion 2 en étant logé dans une coupelle 10 issue du corps 1. La chemise 3 est retenue dans la coupelle 10 par un pion 81 vissé radialement sur la chemise 3 et traversant une lumière 80 de la coupelle 10. Un roulement à bille 70 est interposé entre la vis d’extrusion 2 et la chemise 3 à proximité du moteur 5. Les moyens de commande 7 comportent à côté du roulement à billes 70 un dispositif de roue-libre 71 entre la vis d’extrusion 2 et la chemise 3 configurés pour autoriser la rotation de la vis d’extrusion 2 dans le sens d’extrusion et pour lier la rotation de la vis d’extrusion 2 et de la chemise 3 dans le sens opposé au sens d’extrusion. La chemise 3 comporte en outre, successivement depuis la coupelle 10, une première zone de radiateur 31 au niveau du roulement à bille 70 et du dispositif de roue-libre 71, une trémie 33, une deuxième zone de radiateur 32, une zone de chauffe 34 et se termine par une surface de guidage cylindrique 35. La surface de guidage cylindrique 35 reçoit un palier 9 qui est monté fixe par rapport au corps 1, par l’intermédiaire d’un support non représenté. Le palier 9 comporte l’orifice de buse 61. Les moyens de distribution 6 sont commandés par le pivotement relatif de la chemise 3 et du palier 9. La chemise 3 comporte un orifice de commande 60 qui est aligné avec l’orifice de buse 61 quand les moyens de distribution 6 sont en position ouverte et qui est décalé de l’orifice de buse 61 lorsque les moyens de distribution 6 sont en position d’obturation. Les moyens de commande 7 comportent en outre des moyens de limitation 8 pour limiter le débattement en pivotement de la chemise 3 par rapport au corps 1 entre la position d’obturation et la position ouverte. Ces moyens de limitation 8 comportent le pion 81 qui se débat dans la lumière 80 sur une portion angulaire, de l’ordre de 15 à 20°. Les moyens de commande 7 comportent en outre des moyens de rappel élastiques de la position d’obturation vers la position ouverte, non représentés. La zone de chauffe 34 de la chemise 3 est entourée par un élément chauffant 340, par exemple par une résistance électrique de forme hélicoïdale. De manière classique, l’orifice de buse 61 reçoit une buse 4 interchangeable, par exemple par vissage, par laquelle la matière sort pour être déposée sur la pièce en cours de fabrication. Le fonctionnement de la tête d’impression va maintenant être décrit. La tête est installée sur une machine d’impression volumique en fixant le corps 1 et le palier 9, la trémie 33 étant orientée pour servir de réceptacle à des granulés de matière thermoplastique. Lors de la mise en service, la température à l’intérieur de la chemise 3 est augmentée et régulée par l’élément chauffant 340. Lorsqu’on souhaite obtenir le dépôt d’un cordon de matière, le moteur 5 est alimenté et entraîne la vis d’extrusion 2 dans un sens tel que le mouvement est autorisé par le dispositif de roue libre 71. Les moyens de rappel font pivoter la chemise 3 vers la position ouverte, telle que montrée sur la FIG. 3 , jusqu’à une position déterminée par les moyens de limitation 8. La rotation de la vis d’extrusion 2 entraîne des granulés depuis la trémie 33 vers l’orifice de buse 61, et ceux-ci fondent pour former de la matière fondue qui est mise sous pression par la vis d’extrusion 2. La matière fondue peut alors traverser l’orifice de commande 60 puis l’orifice de buse 61 et être déposée sur la pièce en cours de formation. Lorsque le dépôt de matière doit être interrompu, le moteur 5 est commandé pour qu’il inverse d’abord son mouvement de rotation puis s’arrête. En inversant son mouvement de rotation, le dispositif de roue libre 71 entre en action et couple la chemise 3 avec la vis d’extrusion 2. La chemise 3 pivote alors vers la position d’obturation à l’encontre des moyens de rappel, jusqu’à ce que les moyens de limitation 8 bloquent le pivotement. L’orifice de commande 60 se décale par rapport à l’orifice de buse 61 et la matière ne peut plus être extraite. Pour reprendre le dépôt de matière, il suffit de reprendre la rotation de la vis d’extrusion 2. Les moyens de rappel remettent la chemise 3 dans la position ouverte et l’extraction de la matière peut reprendre. L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d’être décrits à titre d’exemple. À la place d’une roue libre, on pourrait utiliser un système de friction permanente. Tête d’impression pour une machine d’impression à matière fondue, la tête d’impression comportant un corps (1) destiné à être monté sur la machine, une vis d’extrusion (2) montée rotative dans une chemise (3), un orifice de buse (61) à une extrémité de la chemise (3) pour recevoir une buse (4) par laquelle une matière fondue est extraite, des moyens d’entraînement (5) pour entraîner la vis d’extrusion (2) en rotation dans un sens d’extrusion et des moyens de distribution (6) pour obturer ou ouvrir l’orifice de buse (61) entre respectivement une position d’obturation et une position ouverte, la tête étant caractérisée en ce qu’elle comporte des moyens de commande (7) pour commander les moyens de distribution (6) vers la position d’obturation en inversant le sens de rotation de la vis d’extrusion (2). Tête d’impression selon la revendication 1, dans laquelle la chemise (3) est montée pivotante sur le corps (1) autour de l’axe de la vis d’extrusion (2), les moyens de commande (7) comportant un dispositif de roue-libre (71) entre la vis d’extrusion (2) et la chemise (3) configurés pour autoriser la rotation de la vis d’extrusion (2) dans le sens d’extrusion et pour lier la rotation de la vis d’extrusion (2) et de la chemise (3) dans le sens opposé au sens d’extrusion, l’orifice de buse (61) étant ménagé dans un palier (9) fixé par rapport au corps (1), les moyens de distribution (6) étant commandés par le pivotement relatif de la chemise (3) et du palier (9). Tête d’impression selon la revendication 2, dans laquelle la chemise (3) comporte un orifice de commande (60) qui est aligné avec l’orifice de buse (61) quand les moyens de distribution (6) sont en position ouverte et qui est décalé de l’orifice de buse (61) lorsque les moyens de distribution (6) sont en position d’obturation. Tête d’impression selon l’une des revendications 2 ou 3, dans laquelle les moyens de commande (7) comportent des moyens de limitation (8) pour limiter le débattement en pivotement de la chemise (3) par rapport au corps (1) entre la position d’obturation et la position ouverte. Tête d’impression selon la revendication 4, dans laquelle les moyens de limitation (8) limitent le débattement sur un angle compris entre 15 et 20 °. Tête d’impression selon l’une des revendications 2 à 5, dans laquelle les moyens de commande (7) comportent en outre des moyens de rappel élastiques de la position d’obturation vers la position ouverte. Tête d’impression selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte une trémie (33) pour recevoir de la matière en granulés à l’extrémité de la vis d’extrusion (2) opposée à l’orifice de buse (61). Tête d’impression selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un élément chauffant (340) disposé autour de la chemise (3) pour faire fondre la matière à injecter.