УСТРОЙСТВО ХРАНЕНИЯ И АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДАЧИ МАТЕРИАЛА ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ

Полезная модель относится к области аддитивных технологий и может быть использована для изготовления трехмерных (3D) деталей в автоматическом режиме.
Известна система выбора и смены нитей разных цветов и/или разных материалов для изготовления трехмерных деталей посредством FDM-печати (европейский патент №3542992, МПК B29C 64/118, 64/336, B33Y 30/00, дата публикации 25.09.2019 г.), в котором между устройством хранения для всех используемых нитей и экструдером расположены устройства выбора нити для каждой нити и разделительные блоки для разделения ранее использованной нити, и что каждая из используемых нитей имеет переключающее устройство, которое может дополнительно перемещать соответствующую нить в положение подачи для продвижения через приводной блок с определенной скоростью, чтобы нить могла беспрепятственно продвигаться, предпочтительно с помощью экструдера, при этом устройство выбора формирует участок конвейерного пути от устройства хранения к экструдеру, и переключающее устройство и приводной блок, по крайней мере, периодически регулируются таким образом, чтобы вновь используемая нить продвигалась за ранее используемой нитью с более высокой скоростью подачи, чем скорость подачи ранее использованной нити.
Существенным недостатком данной системы является отсутствие функции извлечения нити. Нить не извлекается при окончании, а проталкивается следующей нитью, причем с большей скоростью. Это может приводить к тому, что толкающая нить встанет в распорку с толкаемой нитью и застрянет, а подающий механизм ее перетрет, в результате чего подача прекратится. Также, в системе отсутствует синхронизация подачи нити экструдера и механизма подачи материала. Это означает, что материал, который допечатывается экструдером нужно либо продавить, либо он продавливается в процессе печати. Первое приводит к простою, а второе к ретрактам, при котором толкаемая нить подаётся в сторону толкающий нити, таким образом, нити могут расклинивать друг друга в трубке подачи.
Задачей заявляемой полезной модели является создание автоматизированного устройства с автоматической подачей, извлечением и сменой материала с возможностью многодневного серийного круглосуточного производства трехмерных деталей без необходимости присутствия оператора принтера.
Техническим результатом является повышение производительности и уменьшение трудозатрат за счет автоматизации подачи, извлечения и смены материала.
Технический результат достигается тем, что устройство хранения и автоматической подачи материала включает узел селективной подачи материала, механизм обрезки материала и блок хранения и сматывания материала на катушках, при этом узел селективной подачи материала содержит вал с шестернями, приводимый во вращение первым шаговым двигателем, механизм прижима с подшипниками, установленными с возможностью прижатия материала к шестерням для его перемещения, при этом механизм прижима включает подвижные плечи с магнитами, которые имеют возможность взаимодействия с передвижным магнитом, перемещаемым посредством второго шагового двигателя и ременной передачи для выбора заданного материала; механизм обрезки материала включает приводимый в действие третьим шаговым двигателем барабан с двумя диаметрально расположенными проточками для прохода материала и ножами для обрезки материала при обратном ходе; блок хранения и сматывания материала содержит механизм вращения катушки, состоящий из подвижной площадки, выполненной с возможностью продольного перемещения посредством четвертого шагового двигателя и ременной передачи к выбранной катушке, и двунаправленного колеса, установленного на валу пятого шагового двигателя, передний вал и задний вал с установленными на них роликами, служащими опорой для катушек, при этом ролики переднего вала выполнены с возможностью сопряжения с двунаправленным колесом для передачи вращательного движения двунаправленного колеса выбранной катушке для сматывания.
К преимуществам заявляемой полезной модели относятся сокращение времени операционных простоев, одновременная установка нескольких катушек различного материала разного цвета и разных типоразмеров и реализация сценариев печати серии изделий протяженностью в несколько десятков последовательных и отличающихся друг от друга управляющих программ.
Устройство хранения и автоматической подачи материала для 3D-печати поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 - вид сверху узла селективной подачи материала.
Фиг. 2 - вид сбоку в разрезе узла селективной подачи материала.
Фиг. 3 - вид сбоку механизма обрезки.
Фиг. 4 - вид сверху блока хранения и сматывания материала на катушках.
Фиг. 5 - вид сбоку блока хранения и сматывания материала на катушках.
Устройство хранения и автоматической подачи материала для 3D-печати включает узел селективной подачи материала, механизм обрезки материала и блок хранения и сматывания материала на катушках.
Узел селективной подачи материала расположен в верхней части устройства и предназначен для передачи материала в трубку подачи. Узел селективной подачи материала включает вал с шестернями (1), первый шаговый двигатель (2), обеспечивающий вращение вала с шестернями (1), механизм прижима материала подшипниками (3) к шестерням (1) для перемещения материала, входные каналы (4) для подведения материала к шестерням (1), и выходные каналы (5), объединяющиеся в один общий канал (6), ведущий к трубке подачи. На каждом входном канале (4) и выходном канале (5) установлены механические индуктивные концевые датчики (7, 8) наличия материала.
Механизм прижима включает подвижные плечи (9) с магнитами (10), которые имеют возможность взаимодействия с передвижным магнитом (11), перемещаемым посредством второго шагового двигателя (12) и ременной передачи (13) для выбора заданного материала. Для определения крайних положений передвижного магнита (11) установлены концевые датчики (14) крайних положений.
Для быстрого съема и удобства технического обслуживания узла селективной подачи материала на боковых панелях предусмотрены плунжеры (15).
Механизм обрезки материала включает барабан (16), третий шаговый двигатель (17), вращающий барабан (16) посредством ременной передачи (18), и емкость для сбора обрезков (не показан на чертеже). Барабан (16) выполнен с двумя диаметрально расположенными проточками для беспрепятственного прохода материала и ножами для обрезки материала при обратном ходе. После механизма обрезки материала перед трубкой подачи установлен механический индуктивный концевой датчик (19) наличия материала.
Блок хранения и сматывания материала на катушках расположен в нижней части устройства и выполнен с возможностью размещения одновременно несколько катушек с материалами разных типоразмеров и с возможностью многократного повторного извлечения и заправки материала.
Также блок хранения и сматывания материала служит для намотки извлечённого материала из каналов подачи узла селективной подачи обратно на катушку. Блок хранения и сматывания материала содержит механизм вращения катушки, состоящий из подвижной площадки (20), выполненной с возможностью продольного перемещения посредством четвертого шагового двигателя (21) и ременной передачи (22) к выбранной катушке, и двунаправленного колеса (23), установленного на валу пятого шагового двигателя (24), передний вал (25) и задний вал (26), и установленные на них ролики (27, 28), служащие опорой для катушек, при этом ролики (27) переднего вала  (25) выполнены с возможностью сопряжения с двунаправленным колесом (23) для передачи вращательного движения двунаправленного колеса (23) выбранной катушке для сматывания. Передние и задние ролики (27, 28) выполнены в силиконовой оболочке для повышения трения.
Количество роликов (27, 28) переднего и заднего вала в блоке хранения и сматывания материала, входных и выходных каналов (4, 5), шестерен (1), подшипников (3) и подвижных плеч (9) в узле селективной подачи соответствует количеству катушек.
Устройство работает следующим образом.
Оператор подводит кончик материала во входной канал (4) узла селективной подачи материала до срабатывания концевого датчика (7) наличия материала и вводит информацию о цвете и типе материала в программу. К подаче выбирается тот материал, который указан в задании на печать. Запускается второй шаговый двигатель (12), обеспечивающий движение передвижного магнита (11) к определенному магниту (10). Передвижной магнит (11), воздействуя на магнит (10), приподнимает плечо (9). Таким образом, в зависимости от положения передвижного магнита (11) поднимается только одно из подвижных плеч (9). Плечо (9) поджимается к подшипнику (3), материал прижимается к шестерне (1). Первый шаговый двигатель (2) вращает вал с шестернями (1) и выбранный материал проходит между подшипником (3) и шестерней (1), срабатывает концевой датчик (8) наличия материала узла селективной подачи. После идет спрямление каналов подачи в один общий канал (6) по центру и материал попадает в трубку подачи через механизм обрезки. В режиме выгрузки первый шаговый двигатель (2) запускается в обратном направлении и шестерни (1) вытягивают материал. Одновременно запускается механизм вращения катушки. При прохождении концевого датчика (19) наличия материала, расположенного перед трубкой подачи, движение материала прекращается и активируется механизм обрезки.
Механизм обрезки имеет два положения. В режиме подачи материала, материал проходит беспрепятственно через проточку барабана (16) механизма обрезки. При извлечении материала барабан (16) прокручивается на 180 градусов, деформированная часть материала отламывается и обрезается ножами в результате прокручивания барабана (16). После прокручивания барабана (16) запускается процесс извлечения и сматывания материала обратно на катушку. Четвертый шаговый двигатель (21) блока хранения и сматывания передвигает механизм вращения катушки посредством ременной передачи (22) к определенной катушке, пятый шаговый двигатель (24) механизма вращения вращает двунаправленное колесо (23), двунаправленное колесо (23) передает вращение определенному ролику (27) переднего вала (25). Благодаря трению между катушкой и роликом (27), катушка вращается, наматывая материал. При срабатывании концевого датчика (8) в узле селективной подачи процесс извлечения и сматывания останавливается. Конец материала остается на входном канале (4) узла селективной подачи, пока снова не потребуется заправить этот материал или пока оператор не уберет катушку с данным материалом из блока хранения и сматывания материала.
При отсутствии требуемого материала в блоке хранения и сматывания материала пользователю отправляется сообщение о невозможности запустить задание, и печать встает на паузу. В случае, когда материал на катушке закончился в процессе печати задания, срабатывает датчик (7) наличия материала на входном канале узла селективной подачи, печать встает на паузу, производится выгрузка остатка материала из зоны печати по маршруту, описанному выше, и начинается заправка с альтернативной ячейки, в которую уже заправлен требуемый материал. Ячейка, в которой сработал концевой датчик (7) с оповещением окончания материала, не используется, пока в нее не будет заправлен новый материал, несмотря на то, что фактически на входном канале (4) узла селективной подачи присутствует материал.