3D-принтер с гибридной компоновкой

Полезная модель относится к оборудованию для получения изделий последовательным экструзионным наращиванием слоев материала и может быть использована для производства объемных изделий практически любой формы сложности.
Известен 3D-принтер для послойного изготовления объемных деталей, включающий корпус, печатающую головку, расположенную в корпусе, закрепленную на каретке и снабженную модулем ее перемещения в плоскости XY; рабочий стол, выполненный с возможностью подогрева рабочей поверхности, закрепленный на основании и снабженный модулем перемещения по оси Z; контроллер, выполненный с возможностью управления процессом послойного изготовления (выращивания) объемных деталей; катушку (картридж) с проволочным расходным материалом, выполненную с возможностью подачи расходного материала в печатающую головку; рабочий стол закреплен на каретке основания на валу поворота рабочего стола вокруг оси Z, имеет возможность поворота вокруг оси Х посредством вала поворота каретки основания вокруг оси Х, шестерен поворота каретки основания вокруг оси Х, ремня поворота каретки основания вокруг оси Х, двигателя поворота каретки основания вокруг оси Х; имеет возможность вращения вокруг оси Z посредством вала поворота рабочего стола вокруг оси Z, шестерен поворота рабочего стола относительно оси Z, ремня поворота рабочего стола относительно оси Z, двигателя поворота рабочего стола относительно оси Z. (патент на полезную модель РФ № 198 006, МПК B41F 17/00, опубликовано 11.06.2020).
Недостатком полезной модели является необходимость одновременного управления шестью шаговыми двигателями для обеспечения пяти степеней свободы и подачи материала при создании изделий сложных геометрических форм: двумя - для перемещения рабочего инструмента вдоль осей X, Y, одним - для перемещения стола вдоль оси Z, двумя - для наклона и поворота стола, одним - для подачи материала.
Известен 3D-дельта-принтер, содержащий корпус, соединенный с верхним и нижним основаниями, на которых вертикально расположены направляющие стержни, на которых установлены каретки, стол, печатающее устройство, включающее рабочий инструмент в виде головки и соединительную деталь, поводки, каждый из которых одним концом присоединен к соединительной детали, а вторым концом - шарнирно к каретке, питатель для автоматической подачи материала приводные механизмы кареток, блок управления; стол выполнен наклонно-поворотным с возможностью вращения, а его столешница - из стекла с нагревательным элементом (патент на полезную модель РФ № 186 514, МПК B29C 64/20, B41F 17/00, опубликовано 22.01.2019).
Недостатком полезной модели является необходимость одновременного управления шестью шаговыми двигателями для обеспечения пяти степеней свободы и подачи материала при создании изделий сложных геометрических форм: тремя - для перемещения рабочего инструмента вдоль осей X, Y, Z, двумя - для наклона и поворота стола, одним - для подачи материала.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является 3D-принтер с гибридной компоновкой, содержащий корпус, соединенный с верхним и нижним основаниями, на которых вертикально расположены направляющие стержни, на которых установлены каретки, стол, печатающее устройство, включающее рабочий инструмент в виде головки и соединительную деталь, поводки, одни из концов которых закреплены шарнирно к угловым точкам основания рабочего стола, а вторые - шарнирно к кареткам, питатель для автоматической подачи материала приводные механизмы кареток, блок управления; печатающее устройство является закрепленным жестко на верхнем основании через соединительную деталь, а стол имеет возможность перемещения по пяти координатам за счет изменения угла наклона поводков, а также вращения стола, обеспечиваемого шаговыми двигателями, питатель выполнен с возможностью подачи жесткого расходного материала (патент на полезную модель РФ № 200 698, МПК B41F 17/00, B33Y 30/00, опубликовано 05.11.2020).
Недостатком полезной модели является необходимость одновременного управления шестью шаговыми двигателями для обеспечения пяти степеней свободы и подачи материала при создании изделий сложных геометрических форм: четырьмя - для перемещения вдоль осей X, Y, Z и наклона стола, одним - для поворота стола, одним - для подачи материала.
Технической задачей является снижение количества одновременно управляемых шаговых двигателей без потери степеней свободы при создании изделий сложных геометрических форм.
Технический результат достигается за счет того, что 3D-принтер с гибридной компоновкой содержит стол, выполненный с возможностью поворота вокруг оси Z; основание рабочего стола; направляющие стержни, жестко закрепленные на раме; две каретки, установленные на вертикальных направляющих стержнях, имеющие возможность перемещения вдоль оси Z; одну каретку, установленную на горизонтальных направляющих стержнях, имеющую возможность перемещения вдоль оси Y; приводные механизмы кареток, выполненные в виде передач типа винт-гайка, приводимые в движение шаговыми двигателями; рабочий инструмент, выполненный в виде устройства для автоматической подачи проволочного материала; поводки, одни из концов которых закреплены шарнирно к угловым точкам основания рабочего стола, а вторые закреплены шарнирно к кареткам; блок управления.
Посредством блока управления осуществляется одновременное управление пятью шаговыми двигателями: управление двумя шаговыми двигателями, перемещающими каретки вдоль оси Z, изменяя наклон поводков, обеспечивая столу перемещение вдоль осей X, Z и поворот вокруг оси X, придавая столу три степени свободы; управление шаговым двигателем, перемещающим каретку вдоль оси Y, придавая столу одну степень свободы; управление шаговым двигателем, обеспечивающим поворот стола вокруг оси Z, придавая столу одну степень свободы; управление шаговым двигателем, обеспечивающим подачу проволочного материала рабочим инструментом. Таким образом, обеспечивается пять степеней свободы при создании изделий сложных геометрических форм.
Техническая сущность и принцип действия полезной модели поясняются фиг. 1 - общий вид 3D-принтера с гибридной компоновкой.
3D-принтер с гибридной компоновкой включает в себя стол 1, выполненный с возможностью поворота вокруг оси Z посредством шагового двигателя 12; вертикальные направляющие стержни 3 и горизонтальные направляющие стержни 4, закрепленные на раме 5; каретки 6, установленные на направляющих стержнях 3, имеющие возможность перемещения вдоль оси Z; приводные механизмы кареток 6, выполненные в виде передач типа винт-гайка, приводимых в движение шаговыми двигателями 10; каретку 7, установленную на направляющих стержнях 4, имеющую возможность перемещения вдоль оси Y; приводной механизм каретки 7, выполненный в виде передачи типа винт-гайка, приводимой в движение шаговым двигателем 11; закрепленный на каретке 7 рабочий инструмент 8, выполненный в виде устройства для автоматической подачи проволочного материала посредством шагового двигателя 13; поводки 9, одни из концов которых закреплены шарнирно к угловым точкам основания стола 2, а вторые закреплены шарнирно к кареткам 6; блок управления 14.
Полезная модель работает следующим образом: блок управления 14 передает управляющие команды шаговым двигателям 10, 11, 12, 13, причем шаговые двигатели 10 перемещают каретки 6, изменяя угол наклона поводков 9, обеспечивая столу 1 перемещение вдоль осей X, Z и поворот вокруг оси X; шаговый двигатель 11 перемещает каретку 7, обеспечивая рабочему инструменту 8 перемещение вдоль оси Y; шаговый двигатель 12 обеспечивает поворот стола вокруг оси Z; шаговый двигатель 13 обеспечивает подачу проволочного материала рабочим инструментом 8.
Таким образом, 3D-принтер с гибридной компоновкой позволяет снизить количество одновременно управляемых шаговых двигателей с шести до пяти без потери степеней свободы при создании изделий сложных геометрических форм.