СТОЛ ПОСТРОЕНИЯ ДЛЯ ПЕЧАТИ МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО НАПЛАВЛЕНИЯ (FDM) 3D-ПРИНТЕРА КОНВЕЙЕРНОЙ КОМПОНОВКИ

Технология печати методом послойного наплавления (FDM) получила широкое распространение среди индивидуальных пользователей и небольших компаний благодаря широким возможностям, относительной простоте и хорошей ценовой доступности.
Полезная модель относится к области аддитивных технологий, в частности к технологии послойного наплавления (далее FDM) 3D-печати и предназначена для удержания и базирования печатаемой детали на поверхности стола. За счет конвейерной компоновки, подложка перемещается параллельно столу, обеспечивая непрерывную печать изделия вдоль оси Z. Полезная модель может быть использована в качестве альтернативного нагревательного стола для 3D-принтеров, работающих по технологии FDM 3D-печати конвейерной компоновки.
Известен патент (WO 2017209337 А1, дата публикации 07.12.2017), относящийся к устройству автоматической смены стола для непрерывной FDM 3D-печати. В соответствии с этим патентом устройство повышает производительность печати и эффективность работы 3D-принтера в результате автоматизации смены стола по завершению 3D-печати изделия и замены стола с готовым изделием на новый стол для продолжения цикла печати, тем самым обеспечивая непрерывную печать партии изделий. Перемещение, замена стола осуществляется за счет толкателя, который приводится в движение с помощью электродвигателя через приводной ремень. Движение толкателя осуществляется возвратно-поступательно вдоль стола. По завершении печати, толкатель передвигает новый стол через зазор между стопорной пластиной и корпусом принтера, затем соприкасается с установленным столом и сдвигает его вдоль оси движения толкателя, занимая место актуального стола.
Недостатком данного решения является подход к реализации непрерывной печати. Во-первых, так как сменные столы имеют конкретную площадь поверхности печати, размер печатаемого изделия ограничивается площадью поверхности стола и высотой рамы принтера. Во-вторых, непрерывная печать, осуществленная в данном решении, осуществляется заменой стола на новый, что требует затрат времени на смену и приводит к простою печатающей головки. В-третьих, для реализации непрерывной печати требуется два и более столов.
В патенте (US 20170190120 A1, дата публикации 06.07.2017) заявлено устройство стола FDM 3D-принтера. Стол принтера включает в себя первую пластину, на которой формируется трехмерный объект, вторую пластину, которая располагается ниже первой пластины с некоторым зазором. Вторая пластина имеет нагревательный элемент, тогда как первая пластина, отделенная зазором от второй, теплоизолирована. В первой пластине располагаются специальные отверстия, которые в начале печати заполняются филаментом. Таким образом, образуются штыри, которые при последующей печати удерживают деталь на столе. Вторая пластина играет роль укрепления штырей, а также служит для отделения детали от стола в конце печати. Это выполняется за счет нагрева второй пластины, приводя штыри в размягченное состояние, что приводит к упрощенному извлечению детали от стола.
В патенте (KR 101692146 В1, дата публикации 03.01.2017) заявлено устройство конвейерной ленты. Конвейер приводится в действие с помощью приводного устройства. Конвейерная лента покрывается тем материалом, который подходит при печати того или иного филамента. В конструкции предусмотрен ролик для отделения распечатанной детали, а также ролик для очистки от остаточного налипшего филамента. На поверхности ленты имеются канавки для обеспечения, в которых располагаются блоки.
Недостатком такого решения является усложненный способ нанесения материала в канавки. Перед печатью требуется нанести материал филамента в канавки для обеспечения адгезии между деталью и столом 3D-принтера. Это требует дополнительных временных затрат.
Известен патент (KR 20200084931 A, дата публикации 20.12.2018), в котором представлено устройство конвейерного 3D-принтера. В патенте указывается применяемый угол печати (45 градусов). Печать изделия осуществляется движением печатающей головки по порталу принтера, который находится под наклоном 45 градусов, а также движением конвейерной ленты. Основной акцент в патенте уделяется на описание кинематики принтера, когда как описания принципа нагрева и удержания детали на столе нет.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является патент US 8668859 B2, дата публикации 11.03.2014, в котором описывается устройство стола 3D-принтера конвейерного типа. Устройство представляется как механизм, предназначенный для поддержания последовательного построения (серийного) печатаемой детали, которая по мере продвижения по конвейеру самостоятельно открепляется от конвейерного стола. Отмечается, что устройство может быть использовано не только при печати технологией FDM, но и например при лазерном спекании. Конвейерная лента приводится в движение с помощью механизма-привода. Ее основание (плита) должно быть жестким для обеспечения стабильного прилегания ленты к столу. Лента может быть изготовлена из следующих материалов: сетчатый материал, полиамид, полиэтилентерефталат, полиимидная пленка, или любой достаточно прочный материал. Рабочая поверхность ленты может быть обработана различными способами, способствующими адгезии материала к столу или, наоборот, для упрощения снятия напечатанного изделия от стола (при высокой адгезии материала). Приводится пример возможной обработки поверхности ленты: обработка поверхности шлифованием или предание текстуры поверхности ленты (например, канавки, выступы и т.п.) для улучшения сцепления материала с поверхностью стола. Помимо механического способа обработки поверхности ленты, предлагается химический метод, заключающийся в нанесении вещества на поверхность конвейера: воск, клей, при этом можно наносить вещество на поверхность стола напылением. В альтернативном примере, конвейерная лента может выполняться из листа одноразового материала, который может подаваться из дозатора, при каждой последующей печати. Авторы отмечают, что могут быть разработаны несколько лент, предназначенных для различных материалов (различный материал поверхности, текстура и т.п.).
Недостатком такого решения является то, что кольцевая конфигурация ленты конвейера предопределяет этап отрыва ленты от печатаемого изделия при достижении края стола. Таким образом, в случае обеспечения высокой прочности закрепления детали на поверхности ленты, при отрыве будет происходить интенсивное изнашивание поверхности ленты, либо повреждение детали.
Технической задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является создание стола построения для печати методом послойного наплавления (FDM) 3D-принтера конвейерной компоновки (далее стол построения для FDM 3D-принтера конвейерной компоновки), конструкция которого обеспечивает качественный и стабильный процесс 3D-печати изделия, а именно сохраняет высокую адгезию изделия к столу построения принтера с возможностью неповреждающего отделения детали от поверхности последнего.
Для решения поставленной задачи предлагается стол построения для FDM 3D-принтера конвейерной компоновки, состоящий из рамы стола, опорной плиты, конвейерной ленты, механизмов привода, включающих шаговый двигатель и ведущие валы, натягивающие валы.
Отличительными конструктивными признаками предлагаемой полезной модели является то, что конвейерная лента является расходным материалом и выполнена в виде разомкнутой ленточной подложки, подача разомкнутой ленточной подложки идет за счет протаскивания ее между ведущими валами, приводимыми во вращение шаговым двигателем в задней части стола построения для FDM 3D-принтера конвейерной компоновки, натяжение разомкнутой ленточной подложки идет за счет натягивающих валов в передней части стола построения для FDM 3D-принтера конвейерной компоновки, а опорная плита имеет нагревательный элемент для подогрева первого слоя печатаемой детали.
Конструкция предлагаемой полезной модели позволяет использовать бумажную (с пропиткой или без таковой) или полимерную подложку в качестве расходной конвейерной ленты, что позволяет обеспечить надежное удержание печатаемого изделия из любого материала на столе построения с возможностью точного перемещения его вдоль оси Z в процессе печати. В зависимости от размера детали, при окончании печати изделия, подложка обрезается, оставаясь на детали. Затем подложка удаляется механическими методами (размачивание и отделение, шлифование поверхности, срезание).
Процесс печати основывается на конвейерной компоновке стола построения FDM 3D-принтера, когда экструдер движется по наклонному порталу вдоль условных осей X и Y, и в тоже время, деталь постепенно передвигается за счет движения конвейерной ленты, выполненной в виде разомкнутой ленточной подложки вдоль условной оси Z.
Поставленная задача решена применением в конструкции предлагаемой полезной модели разомкнутой ленточной подложки, которая играет роль конвейерной ленты. При этом съем детали с FDM 3D-принтера осуществляется непосредственно с подложкой. В процессе печати, разомкнутая ленточная подложка приводится в движение за счет протаскивания ее между ведущими валами, приводимыми во вращение шаговым двигателем в задней части стола построения для FDM 3D-принтера конвейерной компоновки. За счет протаскивания разомкнутой ленточной подложки между натягивающими валами в передней части стола для FDM 3D-принтера конвейерной компоновки, обеспечивается натяг разомкнутой ленточной подложки. Между натягивающими и ведущими валами располагается опорная плита, имеющая нагревательный элемент, по которой скользит в процессе печати разомкнутая ленточная подложка. Расходный материал для FDM 3D-печати наносится в разомкнутую ленточную подложку, и по мере выращивания изделия продвигается с ней вдоль оси Z (горизонтальная ось движения конвейера).
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На фиг. 1 представлен общий вид стола построения для FDM 3D-принтера конвейерной компоновки.
1 - рама стола построения;
2 - опорная плита;
3 - нагревательный элемент;
4 - разомкнутая ленточная подложка;
5 - рулон разомкнутой ленточной рулонной подложки;
6 - ведущие валы;
7 - шаговый двигатель;
8 - натягивающие валы.
Конструкция конвейерного стола построения 3D-принтера состоит из следующих элементов. Рама стола построения (1) является несущей конструкцией, на которую крепятся остальные элементы стола построения для FDM 3D-принтера конвейерной компоновки. Она может быть изготовлена из алюминиевого профиля. К раме стола построения (1) с помощью болтов крепится опорная плита (2), которая выступает в качестве жесткой плоской опоры, на которой размещается разомкнутая ленточная подложка (4). Поверх внутри опорной плиты (2) размещается нагревательный элемент стола построения (3) для подогрева нижних слоев детали при печати.
Разомкнутая ленточная подложка (4), представляется в виде рулона разомкнутой ленточной рулонной подложки (5). Разомкнутая ленточная подложка (4) приводится в движение с помощью ведущих валов (6), которые в свою очередь вращаются с помощью шагового двигателя (7). Ведущие валы (6) и шаговый двигатель (7) располагаются в конце стола построения, тем самым втягивая между валами разомкнутую ленточную подложку (4). Натягивающие валы (8), создают сопротивление движению разомкнутой ленточной подложки (4) с противоположного края стола (с передней части стола). Таким образом, за счет сопротивления натягивающих валов (8) и втягивания ведущих валов (6) разомкнутая ленточная подложка (4) натягивается и прижимается к основанию стола построения, принимая его плоскостность.
Полезная модель работает следующим образом. Разомкнутая ленточная подложка (4), выполненная в виде рулона разомкнутой ленточной подложки (5), подвешивается на кронштейны. Затем, разомкнутая ленточная подложка (4) протягивается из рулона разомкнутой ленточной подложки (5) между натягивающими валами (8) и протягивается вдоль стола построения, по поверхности опорной плиты (2). На конце опорной плиты (2) разомкнутая ленточная подложка (4) протягивается через ведущие валы (6) с некоторым вылетом конца разомкнутой ленточной подложки (4). Портал с печатающей головкой (в описании не указывается) начинает процесс печати с исходного положения, т.е. с передней части стола построения, в месте вхождения ленточной подложки (4) через натягивающие валы (8). По мере печати, т.е. нанесения слоев термопласта на разомкнутую ленточную подложку (4) и далее слой за слоем происходит процесс создания изделия. При работе FDM 3D-принтера разомкнутая ленточная подложка (4) перемещается вместе с выращиваемым изделием, поэтому одна из осей 3D-принтера располагается вдоль стола. Поэтому по мере печати, ленточная подложка (4) перемещается на некоторое расстояние с шагом, соответствующим программе G-кода FDM 3D-принтера.
Рассматривается два варианта съема детали после печати. Первый вариант может быть применен, когда печатается одно изделие. По завершении печати ленточная подложка (4) срезается. Срез в данном варианте осуществляется сразу после печати, а затем конец ленточной подложки (4) повторно протягивается между натягивающими валами (8).
Во втором случае, рассматривается вариант печати серии изделий. В таком случае изделия срезаются после прохождения в области натягивающих валов (8).
Опционально можно использовать различные виды покрытий и пропиток (например, на клеевой основе) для нанесения на ленточную подложку (4) перед печатью, либо использовать полимерную ленту. Результат должен отвечать задаче ПМ, все остальное написано в описании.
Технический результат состоит в том, что создан стол построения для FDM 3D-принтера конвейерной компоновки, конструкция которого обеспечивает качественный и стабильный процесс 3D-печати изделия, а именно сохраняет высокую адгезию изделия к столу построения принтера с возможностью неповреждающего отделения детали от поверхности последнего.