Устройство для изготовления трехмерных прототипов с использованием высоконаполненных армированных полимерных материалов

Полезная модель относится к области трехмерного прототипирования, в частности к устройствам для создания трехмерных прототипов.
Известно устройство для изготовления трехмерных прототипов, включающее устройство подачи полимера и армирующей нити, которая перемещается в трехмерных координатах по заранее заданному алгоритму [патент США №9579851, кл. В29С 67/00, В29С 70/20, B29L 9/00; опубл. 17.07.2014].
К недостаткам данного устройства для изготовления трехмерных прототипов следует отнести невозможность осуществления построения трехмерных прототипов с использованием высоконаполненных полимерных материалов и отсутствие системы блокировки выхода расплава полимера.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для изготовления трехмерных прототипов, основанное на технологии полтрузии - формирования армированных полимерных материалов. Армированные полимерные материалы получают путем наполнения расплава полимера непрерывными армирующими волокнами, и формирования из наполненного расплава трехмерных прототипов [патент США №9616623, кл. В29С 70/52, В29С 51/14, В29С 51/20, В29С 51/26, В29С 51/42, В29С 51/46, Е04В 1/32, G05B 19/4099; опубл. 11.04.2017].
Недостатком этого устройства для изготовления трехмерных прототипов является отсутствие механизма принудительной блокировки выхода расплава полимера, что значительно ухудшает качество конечных трехмерных прототипов, а также невозможность армирования высоконаполненных полимерных материалов.
Целью предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно: создание устройства для изготовления трехмерных прототипов, способного осуществлять создание трехмерных прототипов с использованием в качестве расходного материала наполненных и высоконаполненных полимерных композиций с возможностью введения в состав полимера непрерывного армирующего наполнителя и включение в состав устройства для создания трехмерных прототипов механизм принудительной блокировки выхода расплава полимера.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для изготовления трехмерных прототипов содержит, термокамеру, устройство позиционирования в трехмерных координатах, нагревательную платформу, микроконтроллерный блок управления, который содержит устройство экструзии и армирования полимера. Специальное устройство экструзии и армирования полимера включает в себя бобину армирующей нити, бункер для полимерного гранулята, шаговый двигатель шнекового экструдера, редуктор шнекового экструдера, цилиндр экструдера, механизм принудительной блокировки выхода расплава полимера, устройство подачи армирующей нити, термопланку экструдера, сопло, линию подачи армирующей нити, и шаговый двигатель бобины армирующей нити. Устройство экструзии и армирования полимера позволяет использовать в качестве полимерного материала для создания трехмерных прототипов полимеры, наполненные и высоконаполненные полимерные композиции.
На фиг. 1 показано устройство для изготовления трехмерных прототипов (изометрия); фиг. 2 - устройство экструзии и армирования полимера; фиг. 3 - алгоритм генерирования G-кода; табл. 1 - перечень перерабатываемых с помощью устройства трехмерного прототипирования полимеров, полимерных композиций и непрерывных армирующих материалов.
Устройство для изготовления трехмерных прототипов включает в себя термокамеру - 1, устройство позиционирования в трехмерных координатах - 2, нагревательную платформу - 3, бобину армирующей нити - 4, микроконтроллерный блок управления - 5, бункер для полимерного гранулята - 6.
Устройство для изготовления трехмерных прототипов (фиг. 1) работает следующим образом. В микроконтроллерный блок управления 5 загружается G-код, в соответствии с которым устройство позиционирования в трехмерных координатах 2 перемещает нагревательную платформу 3, на которой осуществляется построение полимерных трехмерных прототипов. Построение трехмерных прототипов осуществляется путем введения в состав расплава наполненных и высоконаполненных полимерных композиций, непрерывных армирующих нитей из бобины армирующей нити 4.
Устройство экструзии и армирования полимера (фиг. 2) включает в себя бункер для полимерного гранулята - 6, шаговый двигатель шнекового экструдера - 7, редуктор шнекового экструдера - 8, цилиндр экструдера - 9, механизм принудительной блокировки выхода расплава полимера - 10, устройство подачи армирующей нити - 11, термопланку экструдера - 12, сопло - 13, линию подачи армирующей нити - 14, бобину армирующей нити - 4, шаговый двигатель бобины армирующей нити - 15, зону плавления шнекового экструдера - 16.
Устройство экструзии и армирования полимера работает следующим образом: при поступлении в бункер для полимерного гранулята 6 шаговый двигатель шнекового экструдера 7 через редуктор шнекового экструдера 8 программируемо транспортирует полимерный гранулят из бункера для полимерного гранулята 6 в зону плавления шнекового экструдера 16. Расплавленный полимерный гранулят (полимерный расплав) проходит через термопланку экструдера 12, где происходит армирование полимерного расплава. Армирующая нить из бобины для армирующей нити 4 программируемо поступает через линию подачи армирующей нити 14 в устройство подачи армирующей нити 11. Устройство подачи армирующей нити программируемо дозирует армирующую нить в расплав полимера находящийся в термопланке 12. Далее расплав полимера, включающий армирующую нить, поступает в сопло 13. Расплав полимера в процессе построения трехмерных прототипов периодически блокируется для предотвращения не программируемого выхода из сопла с помощью механизма 10.
Алгоритм генерирования G-кода (фиг. 3) в программной среде протекает следующим образом. В специально разработанную программную оболочку загружается 3D модель, для которой задаются условия создания трехмерного прототипа: геометрические характеристики трехмерного прототипа; скорость печати; качество печати и др. В программной оболочке предусмотрена функция включения или отключения введения в состав полимерного расплава армирующей нити. Далее в соответствии с заданными условиями генерируется G-код, который передается в микроконтроллерный блок управления.
Таким образом, устройство для изготовления трехмерных прототипов содержит, термокамеру - 1, устройство позиционирования в трехмерных координатах - 2, нагревательную платформу - 3, микроконтроллерный блок управления - 5, который содержит устройство экструзии и армирования полимера. Устройство экструзии и армирования полимера включает в себя бобину армирующей нити - 4, бункер для полимерного гранулята - 6, шаговый двигатель шнекового экструдера - 7, редуктор шнекового экструдера - 8, цилиндр экструдера - 9, механизм принудительной блокировки выхода расплава полимера - 10, устройство подачи армирующей нити - 11, термопланку экструдера - 12, сопло - 13, линию подачи армирующей нити - 14 и шаговый двигатель бобины армирующей нити - 15. Устройство экструзии и армирования полимера позволяет использовать в качестве полимерного материала для создания трехмерных прототипов полимеры, наполненные и высоконаполненные полимерные композиции.
По сравнению с наиболее близким аналогом, использование предлагаемого устройства, включающего механизм принудительной блокировки выхода расплава полимера, для изготовления трехмерных прототипов позволяет осуществлять построение трехмерных прототипов с использованием в качестве расходного материала наполненных и высоконаполненных полимерных композиций с возможностью введения в состав расплава наполненного и высоконаполненного полимерного материала армирующей нити.