УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ВЫДАЧИ РАСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ 3D-ПРИНТЕРА

Полезная модель относится к технологии аддитивной печати, в частности, к расходному материалу для 3D-принтера, предназначенному для хранения и выдачи филамента.
3D-печать и аддитивные технологии испытывают очень быстрый рост и постоянные технологические изменения. Растет область применения – прототипирование, печать металлами, специальными пластиками, в том числе электропроводящими, керамикой, биотехнологии, строительство, протезирование, промышленное производство мелкосерийных и конструктивно сложных деталей.
Быстрое развитие технологии 3D-печати приводит к появлению большого количества новых видов пластиков для 3D-печати. Многоцветная 3D-печать пока не получила широкого распространения, поэтому 3D-печать осуществляется с использованием большого количества расходных материалов с филаментом разных цветов, что вынуждает производителя выпускать расходные материалы в чрезвычайно широком ассортименте. Обычно этот ассортимент представляет собой матрицу видов пластиков (от 3 до 10) и их цветов (более 10). К этому можно добавить еще сохраняющиеся вариации толщины филамента для некоторых видов систем и форматы/веса катушек с филаментом. Все это делает очень затратным для производителей выпуск и поддержание такого сложного ассортимента.
Кроме того, возникают сложности с созданием и поддержанием достаточной представленности на полках таких сложных ассортиментов, с производством и логистикой.
Делаются попытки выпускать картриджи в пластиковых литых корпусах. Такие корпуса скорее предназначены для «закрытых» систем и снабжаются чипами по аналогии с лазерными или струйными принтерами. Сейчас эти попытки мало соответствуют скорости развития технологии и чаще всего приводят к задержкам в инновациях и не дают конкурентного преимущества.
«Открытые системы» в условиях конкретной рыночной и технологической ситуации выглядят более соответствующие настоящему моменту. Вместе в тем, используемые в «открытых» системах традиционные катушки (обычно весом 1 кг нетто, см., например, филамент для 3D печати Nova ABS-GF17, https://novaprint3d.ru/nova_absgf17) имеют множество недостатков:
– крупные катушки довольно тяжелые, неудобные в манипуляциях и имеют высокую розничную цену;
– многие пластики, используемые при производстве филамента для 3D-печати, гигроскопичны, что может привести к сложностям при печати;
– филамент также может загрязняться, загрязняя канал печати, что может привести к обгоранию и забивании экструдера или сопла;
– материал собственно катушек часто оказывается хрупким, что приводит в процессе эксплуатации к сколам и опасности зацепления филамента за сколы;
– филамент большинства пластиков толщиной 1,75 мм является довольно упругим, а в процессе наматывания он приобретает характерную «привычную» форму катушки. Поэтому если оператор печати отпускает конец филамента, он зачастую стремиться вернуться на поверхность катушки и может попасть в гущу распущенных предыдущих витков, попасть под них и образовать петлю. Это впоследствии приводит к затруднению хода, остановке и дефектам печати и даже потенциально к пожарным ситуациям.
Этих недостатков лишены картриджи в пластиковых литых корпусах для «закрытых» систем.
Например, картридж da Vinci PLA диаметром нити 1.75 мм (XYZPrinting) (https://3dtool.ru/product/kartridzh-da-vinci-pla-diametrom-niti-1-75-mm-xyzprinting/), принятый в качестве ближайшего аналога полезной модели, содержит катушку с намотанным на нее филаментом, расположенную в жестком кожухе с отверстием для прохода филамента.
Такой расходный материал для 3D-принтера обеспечивает защиту от загрязнений и от воздействия света или УФ-излучения, а также удобен при манипуляциях, например, при замене вида используемого пластика или цвета.
Однако такой расходный материал подходит только для принтеров da Vinci компании XYZPrinting, и ему присущи все недостатки «закрытых» систем.
Таким образом, существует проблема в создании расходного материала для 3D-принтера, позволяющего совместить преимущества «открытых» систем с точки зрения стоимости производства и широты ассортимента с положительными качествами «закрытых» систем, обеспечивающих лучшую по сравнению с «открытыми» системами защиту филамента и большее удобство пользования.
Эта проблема решается за счет того, что в расходном материале для 3D-принтера, содержащем катушку с намотанным на нее филаментом, расположенную в кожухе с отверстием для прохода филамента, согласно полезной модели кожух выполнен в виде гибкой оболочки.
Техническим результатом, достигаемым при использовании такого расходного материала для 3D-принтера, является упрощение изготовления, снижение материалоемкости и, как следствие, в силу своей «открытости» такие расходные материалы подходят для большого числа систем как существующих, так и перспективных, что в условиях быстро развивающегося рынка очень важно.
Использование гибкой оболочки вместо жесткого картриджа с литым корпусом позволяет быстрее и более гибко выпускать новые модификации, в частности расходные материалы могут выпускаться меньшими тиражами, так как не связаны с производством пресс-форм и их окупаемостью. Кроме того, оболочки можно производить из более экологически приемлемых видов пластика (например, биоразлагаемых или натуральных).
Предпочтительно, гибкая оболочка выполнена из воздухо- и влагонепроницаемого материала, что способствует увеличению срока хранения филамента без ухудшения его свойств.
По меньшей мере часть гибкой оболочки может быть выполнена прозрачной, что позволяет контролировать расход филамента в процессе эксплуатации.
На гибкую оболочку может быть нанесена информация о филаменте.
Предпочтительно, гибкая оболочка выполнена в виде пакета, одна из сторон которого содержит разъемное герметичное соединение. При этом желательно, чтобы разъемное герметичное соединение было выполнено на стороне, через которую проходит филамент. Это позволяет обеспечить доступ к катушке при возникновении нештатных ситуаций.
Предпочтительно, в отверстии корпуса установлена трубка из эластичного материала, через которую проходит филамент, свободный конец которого выступает из этой трубки. Наличие такой трубки позволяет исключить возможность «проваливания» свободного конца филамента внутрь оболочки и/или предотвратить потенциальную возможность запутывания витков филамента внутри оболочки.
Желательно, чтобы трубка была выполнена из материала, имеющего низкий коэффициент трения, например, из фторопласта.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фигуре схематично изображен расходный материал для 3D-принтера согласно полезной модели, вид в разрезе.
Расходный материал для 3D-принтера содержит катушку 1 с намотанным на нее филаментом 2, расположенную в кожухе в виде гибкой оболочки 3 с отверстием для прохода филамента. Оболочка 3 выполнена, предпочтительно, из воздухо- и влагонепроницаемого материала, обеспечивая защиту филамента от воздействия окружающей среды. Гибкая оболочка 3 или ее часть может быть выполнена прозрачной, обеспечивая возможность контролировать количество филамента 2 на катушке 1. На гибкую оболочку 3 может быть нанесена информация о филаменте и/или его изготовителе. Предпочтительно, гибкая оболочка 3 выполнена в виде пакета, одна из сторон которого, в частности, сторона, через которую проходит филамент, может содержать разъемное герметичное соединение 4, например, в виде замка «Zip-lock». В указанном отверстии установлена трубка 5 из эластичного материала, через которую проходит филамент 2, свободный конец 6 которого выступает из этой трубки. Предпочтительно, трубка 5 выполнена из материала, имеющего низкий коэффициент трения, например, из фторопласта.
Кроме того, конструкция расходного материала может дополнительно содержать колпачок, надеваемый на свободный конец трубки 5, и средство для установки расходного материала на 3D-принтере, например, в виде крючков или герметизированного кольца со сквозным отверстием в оболочке (на фигуре не показаны).
Приобретенный расходный материал готов к использованию. Процесс подготовки его к установке на 3D-принтере сводится к снятию колпачка (в случае его наличия) и заправке филамента в экструдер. При этом расходный материал может быть установлен на рабочей поверхности вблизи корпуса 3D-принтера или, при наличии указанного выше средства для установки расходного материала на 3D-принтере, подвешен на подходящем элементе 3D-принтера. Возможно использование специального дополнительного держателя.
После окончания процесса печати устройство может быть заменено на другое аналогичное с другим типом пластика или цветом или на стандартную катушку.
Использование гибкой оболочки вместо жесткого картриджа с литым корпусом и подобных видов хранения и эксплуатации имеет ряд преимуществ:
1. В силу своей «открытости» подходят для большого числа систем как существующих, так и перспективных, что в условиях быстро развивающегося рынка очень важно.
2. Позволяют быстрее и более гибко выпускать новые модификации. Могут выпускаться меньшими тиражами, так как не связаны с производством пресс-форм и их окупаемостью.
3. Оболочки имеют более привлекательный вид, могут быть исполнены в многоцветном красочном исполнении.
4. Оболочка делает продукт более удобным для потребителя, дает возможность размещать больше информации о продукте и в более наглядном и красочном виде.
5. Оболочки легче сделать прозрачными, что упрощает процесс контроля степени расходования материала, его состояния и более точное опознавание цвета пластика.
6. Стоимость оболочек ниже литых и подобных им видов упаковки.
7. Оболочки имеют меньший вес и удобней в манипуляциях.
8. Оболочка может быть исполнена из многослойных материалов, что дает возможности для развития сложных и комплексных свойств оболочки как физического, практического, тактильного, маркетингового или визуального характера.
9. Оболочки можно производить из более экологически приемлемых видов пластика (например, биоразлагаемых или натуральных).