Устройство автоматического снятия и извлечения напечатанных изделий из камеры 3D принтера

Полезная модель относится к узлам FDM 3D принтера, в частности это дополнительное устройство, которое снимает напечатанное изделие с печатной поверхности, и применимо в любом 3D принтере. Полезная модель найдет применение в мелкосерийном производстве изделий методом FDM 3D печати при автоматическом изготовлении серии однородных или разнородных напечатанных изделий.
Известно устройство, которое состоит из печатной поверхности 3D принтера, выполненной в виде транспортной ленты с двумя роликами. Транспортная лента совершает линейные движения за счет вращения роликов. Устройство работает следующим образом: после окончания печати транспортная лента начинает движение в одном направлении до тех пор, пока напечатанная деталь не сделает оборот вокруг ролика и за счет деформации печатной поверхности напечатанная деталь отклеивается от поверхности печати.
Недостатком данного устройства является сложность подогрева печатной поверхности, что приведет к уменьшению производительности печати, так как потребуется дополнительное время для нагрева. Также такой способ снятия изделий не подходит при печати плоских деталей и деталей небольшого размера, поскольку есть вероятность повреждения или не отклеивания детали при прохождении печатной поверхности через ролик. (Instructables workshop [Электронный ресурс] – Режим доступа : https://www.instructables.com/id/Turn-Your-3D-Printer-Into-a-Factory-Automatically)
Известен патент (United States Patent № US 2014/0220168 A1, кл. B29C 67/00 Aug. 7, 2014) в котором описаны несколько устройств для автоматического снятия и извлечения напечатанных изделий из камеры 3D принетера.
Известно устройство, которое состоит из печатного стола 3D принтера, под которым находится множество выталкивающих штифтов. Под штифты предусмотрены отверстия в печатном столе. Устройство работает следующим образом: после окончания печати, либо печатный стол опускается на штифты, либо сами выталкивающие штифты поднимаются, проходят сквозь печатный стол и поднимают напечатанное изделие.
Данное устройство способно только снимать напечатанное изделие с печатного стола, а его извлечение для продолжения дальнейшей печати не предусмотрено. Конструкция данного изобретения увеличивает габариты печатного стола, поскольку такое устройство крепится непосредственно на печатный стол, изделие может быть повреждено во время снятия, перфорированный печатный стол приводит к необходимости использования «рафта» (подложки) при печати, что повышает время печати и расход материала.
Известно устройство, которое состоит из печатной поверхности, в которой имеется отверстие. Через отверстие подается сжатый воздух под напечатанное изделие, давление воздуха поднимает изделие и снимает его с печатной поверхности.
Данное устройство крепится непосредственно на печатную поверхность, что будет мешать основному процессу и печати и увеличивать габариты внутреннего пространства 3D принтера. Также такой способ автоматического снятия и извлечения напечатанных изделий не подходит при печати деталей небольшого размера и деталей с отверстиями.
Близким по технической сущности является устройство, которое состоит из лезвия, пневматического поршня и электромагнитного клапана. Шток пневматического двигателя жестко соединен в центре с лезвием, которое прижато к печатному столу 3D принтера. Устройство работает следующим образом: сжатый воздух из компрессора поступает в пневматический двигатель через электромагнитный клапан, управляющий его работой, шток пневматического двигателя  толкает лезвие в горизонтальном направлении, лезвие в свою очередь снимает и удаляет изделие с печатного стола принтера. Движущая сила лезвия подбирается такой, чтобы исключить повреждение напечатанного изделия.
Механизм крепления штока двигателя к лезвию такого устройства не обеспечивает достаточной жесткости конструкции, что может привести к тому, что лезвие будет изменять свое положение в процессе снятия изделия, что приведет к неполадкам во время работы устройства и существенно увеличит время печати, а сложность конструкции приводит к тому, что в неактивном состоянии она будет мешать печатному столу, и будет существенно увеличивать размеры камеры 3D принтера, увеличивая время прогрева камеры перед печатью и размеры самого 3D принтера, что в целом значительно снижает производительность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство, согласно патенту, содержащий ходовой винт, лезвие, печатную поверхность стола 3D принтера, две направляющие каретки и барьерную щетку. Устройство работает следующим образом: после того как закончится печать, лезвие осуществляет скользящее движение по печатному столу 3D принтера и срезает напечатанное изделие, далее лезвие толкает изделие по печатной поверхности, после чего изделие упирается в барьерную щетку и перекатывается через лезвие, которое своим обратным ходом выталкивает напечатанное изделие с поверхности печати. Лезвие крепится с двух сторон в направляющие каретки, закрепленные на гайках, установленные с возможностью перемещения по ходовым винтам, по которым данная конструкция совершает линейное движение.
В данном устройстве лезвие крепится через направляющие каретки к одному ходовому винту, что приводит к несимметричному процессу снятия напечатанного изделия, что может привести к неполадкам в процессе работы устройства и соответственно снижению производительности печати.
Техническим результатом заявленного устройства является повышение производительности FDM 3D принтера.
Технический результат достигается тем, что устройство автоматического снятия и извлечения напечатанных изделий из 3D принтера, состоящее из двух ходовых винтов, на которых закреплены лезвие и шкивы приводного ремня, причем снабжено электроприводом вращения, связанным с одним из двух ходовых винтов, закрепленных с помощью подшипников в опорах, которые закреплены на основании 3D принтера, и соединенных между собой приводным ремнем, проходящим через шкивы, при этом ходовые винты снабжены гайками с закрепленным на них с помощью креплений лезвием, над которым смонтирован ограничивающий короб с выполненными в нем пазами, препятствующий отскоку напечатанного изделия в процессе снятия и обеспечивающий оставление напечатанного изделия позади лезвия после его прямого прохода, позволяя на обратном проходе лезвия убрать напечатанное изделие с печатного стола принтера, при этом электропривод вращения соединен с платой управления, обеспечивающей включение электропривода и движение лезвия на заданное расстояние в прямом направлении и последующий возврат его в исходное состояние.
Соединение одного из ходовых винтов с электроприводом вращения с последующей передачей вращающего момента на второй ходовой винт при помощи приводного ремня, проходящего через шкивы, позволяет сделать возможным движение лезвия плавным и без перекосов, что приведет к надежной и автономной работе всего устройства, повышая производительность FDM 3D принтера. Также использование только одного электропривода позволяет уменьшить возможные габариты устройства и позволяет не изменять геометрию внутреннего пространства 3D принтера.
Установка гаек на ходовых винтах позволяет упростить конструкцию, повышая надежность устройства, что исключает возможные неполадки в работе и повышает производительность FDM 3D принтера.
Установка лезвия при помощи креплений на гайки позволит упростить конструкцию, что приведет к ремонтоспособности и взаимозаменяемости отдельных элементов устройства, что исключает возможность незапланированного выхода устройства из работы, повышая тем самым производительность.
Закрепление ходовых винтов при помощи подшипников в опорах, закрепленных на основании 3D принтера, делает конструкцию устойчивой к динамическим нагрузкам, что приводит к увеличению производительности, а также повышению надежности работы устройства.
Использование смонтированного над лезвием ограничивающего короба с выполненными  в нем пазами, препятствующий отскоку напечатанного изделия в процессе снятия и обеспечивающий оставление напечатанного изделия позади лезвия после его прямого прохода, позволяя на обратном проходе лезвия убрать напечатанное изделие с печатного стола принтера, позволяет существенно повысить производительность, так как делает возможным извлечение напечатанных изделий из печатной камеры 3D принтера, а также исключает возможный вылет напечатанного изделия в процессе снятия с печатной поверхности, что может привести к нарушению основной работы 3D принтера и остановке печати.
На чертеже представлен общий вид устройства автоматического снятия и извлечения напечатанных изделий из камеры 3D принтера.
Устройство автоматического снятия и извлечения напечатанных изделий из камеры 3D принтера (на чертеже не показан) состоит из двух ходовых винтов 1, на которых с помощью гаек 2 установлены два устройства крепления 3 лезвия 4, установленного под наклоном. Устройства крепления 3 с помощью приводного ремня 5, муфты 6 и двух шкивов 7 соединены с электроприводом вращения 8. Ходовые винты 1 закреплены с помощью подшипников 9, которые установлены в опоры 10, которые закреплены на основании 12 3D принтера. Электропривод 8 подключается к стандартной плате расширения 3D принтера. Для того, чтобы в процессе снятия напечатанное изделие не отскочило в сторону, над лезвием 4 смонтирован ограничивающий короб 11, в котором выполнены пазы 13, позволяющие печатному столу 3D принтера перемещаться в вертикальном направлении. Ограничивающий короб 11 крепится к задней стенке 3D принтера.
Устройство работает следующим образом.
В разрабатываемом программно-аппаратном комплексе после окончания печати, принтер запускает подпрограмму снятия и извлечения напечатанного изделия. В соответствии с ней на электропривод 8, закрепленный в корпусе принтера, со стандартной платы расширения подается напряжение, инициализирующее вращение электропривода 8. Крутящий момент от электропривода 8 передается через муфту 6 и через приводной ремень 5 на ходовые винты 1, на которых расположены гайки 2, на которых установлены  крепления 3 лезвия 4, в которых под наклоном установлено лезвие 4. Лезвие 4 пододвигается к печатному столу, который при этом поднимается до плотного соприкосновения с лезвием 4, которое скользящим движением срезает напечатанное изделие, при этом изделие оказывается позади лезвия 4 благодаря ограничивающему коробу 11, который смонтирован над лезвием 4 для предотвращения отскока напечатанного изделия в процессе снятия. Вертикальное перемещение печатного стола возможно благодаря  выполненным в ограничивающем коробе 11 пазам 13. Затем обратным ходом лезвие 4 цепляет напечатанное изделие и выносит его за пределы рабочей камеры 3D принтера, становясь на прежнее место и ожидая последующего сигнала для работы.
Таким образом, снабжение электроприводом вращения 8, связанным с одним из двух ходовых винтов 1, закрепленных с помощью подшипников 9 в опорах 10, которые закреплены на основании 12 3D принтера, и соединенных между собой приводным ремнем 5, проходящим через шкивы 7, и при этом ходовые винты 1 снабжены гайками 2 с закрепленным на них с помощью креплений 3 лезвием 4, над которым смонтирован ограничивающий короб 11, в котором выполнены пазы 13, препятствующий отскоку напечатанного изделия в процессе снятия и обеспечивающий оставление напечатанного изделия позади лезвия 4 после его прямого прохода, позволяя на обратном проходе лезвия 4 убрать напечатанное изделие с печатного стола принтера, при этом электропривод вращения 8 соединен с платой управления, обеспечивающей включение электропривода вращения 8 и движение лезвия 4 на заданное расстояние в прямом направлении и последующий возврат его в исходное состояние, повышает надежность процесса снятия и извлечения напечатанных изделий из камеры FDM 3D принтера, что в целом позволит увеличить производительность путем автономной работы устройства при неизменных габаритах.