УСТРОЙСТВО СТОЛА ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОНВЕЙЕРНОЙ СИСТЕМОЙ СЪЕМА ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к области аддитивных технологий и может быть использована для изготовления трехмерных (3D) деталей методом послойного наплавления (FDM/FFF) в автоматическом режиме.
Известен стол устройства для трехмерной печати (заявка на изобретение США № 20200047411, МПК B29C 64/245, B29C 64/25, опубл.13.02.2020г.), содержащий опорную платформу, два конвейерных ролика внутри опорной платформы, средства вакуумирования, охлаждающие вентиляторы, средства нагрева. Первый и второй конвейерные ролики выполнены с возможностью размещения бесконечной конвейерной ленты. Изобретение обеспечивает послойную печать трехмерных деталей, обладающих более сложными или детализированными признаками.
Однако в данном решении детали печатаются непосредственно на ленту, и в отличие от пленки, для прилипания деталей к конвейерной ленте на нее наносят адгезив. Так как детали зачастую отлипают прямо с адгезивом на них, то при следующей протяжке ленты снова необходимо нанести адгезив. Таким образом, требуется участие оператора для нанесения адгезива после одного или двух полных проходов ленты. Более того, далеко не все термопласты прилипают к ленте, даже с использованием адгезива, что ограничивает перечень возможных материалов. Также необходимо отметить то, что использование только охлаждающих вентиляторов недостаточно для точного и полного удаления деталей от пленки.
Известен стол устройства для трехмерной печати (изобретение США № 8994592, МПК B29C 67/00, B22F 3/105, опубл. 31.03.2015 г.), содержащий опорную платформу, два ролика с крепежными элементами, средство вакуумирования, средства охлаждения, слой-основание. К преимуществам данного технического решения относятся более быстрое удаление слоя-основания из камеры построения аппарата аддитивного производства, минимизация повреждения готового объекта при его удалении. Однако изобретение предполагает ручное удаление готового изделия от пленки, не обеспечивается автономность печати. К тому же, крепежные элементы роликов затрудняют их съем.
В качестве ближайшего аналога выбрано устройство (Европейский патент №2934859B1, МПК B29C 67/00, опубл. 28.10.2015 г.), используемое в автоматизированной системе аддитивного производства для печати и удаления трехмерных деталей, и включающее стол, выполненный с возможностью удержания и вытягивания пленки, и опорную раму головки, выполненную с возможностью удержания печатающей головки для печати трехмерных деталей на удерживаемой пленке. Узел стола включает часть платформы, удерживающий кронштейн, выполненный с возможностью зацепления с поверхностью части платформы для удержания пленки между ними и отсоединения от поверхности для высвобождения пленки. Также устройство снабжено блоком удаления, выполненным с возможностью вытягивания пленки с напечатанной трехмерной деталью из узла стола и отрезания вытянутой пленки.
Существенными недостатками данного изобретения являются неэкономичный расход пленки, так как отработанная пленка не используется повторно, проматывается на всю длину рабочей области независимо от размера детали и отрезается, и временные затраты на съем отработанной пленки с готовых деталей вручную оператором.
Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение стола для 3D-печатисерийных изделий по технологии FDM/FFF круглосуточно без участия оператора в съеме деталей.
Техническим результатом является исключение ручного съема деталей и возможность повторного использования пленки.
Технический результат достигается тем, что стол для 3D-печати с автоматической конвейерной системой съема деталей содержит опорную раму, узел подачи пленки с бобиной, вакуумный стол, систему нагрева, датчики телеметрии, последовательно установленные узел охлаждения, узел съема деталей с ножом для отделения готовой детали от пленки, и узел сматывания пленки, содержащий бобину со шпинделем, приводимым в движение шаговым двигателем с редуктором, и рычагом для регулирования диаметра вращающегося вала бобины.
Далее полезная модель поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1. Вид сверху стола для 3D-печати.
Фиг. 2. Вид сбоку стола для 3D-печати.
Фиг. 3. Вид бобины в разрезе.
Устройство стола для 3D-печати содержит:
опорную раму;
узел подачи пленки;
узел сматывания пленки;
вакуумный стол;
узел нагрева;
узел охлаждения;
узел съема;
датчики телеметрии.
Опорная рама образована платформой (1) и четырьмя кронштейнами (2)-(5), удерживающими платформу (1) и бобины (6, 7). Кронштейны (2)-(5) выполнены с горизонтальной площадкой для размещения платформы (1) и каналами для размещения бобин (6, 7) ниже поверхности платформы (1). Под платформой (1) имеется кронштейн (8) с прижимной пластиной (9) для установки концевого датчика.
Узел подачи пленки включает бобину (6), шаговый двигатель с редуктором (10), управляющий торможением бобины (6), и прижимной ролик (11) для зажима бобины (6) во время вращения. Шаговый двигатель с редуктором (10) и прижимной ролик (11) установлены на кронштейны (2, 3) опорной рамы в задней части устройства.
Узел сматывания пленки включает бобину (7), шаговый двигатель с редуктором (12), управляющий вращением бобины (7), и прижимной ролик (13) для зажима бобины (7) во время вращения. Шаговый двигатель с редуктором (12) и прижимной ролик (13) установлены на кронштейны (4, 5) опорной рамы в передней части устройства.
Бобины узла подачи (6) и узла сматывания (7) имеют одинаковую конструкцию и являются взаимозаменяемыми и быстросъемными.
Бобина представляет собой вал (14) с боковыми стенками (15), одна из которых является съемной. Боковые стенки бобин (15) обеспечивают дополнительную фиксацию пленки на столе. Бобина с одной стороны содержит шпиндель (16), воспринимающий вращательное движение от шагового двигателя с редуктором, а с другой стороны  рычаг (17) для увеличения или уменьшения диаметра вала (14) бобины. Вал (14) состоит из двух полуцилиндров, один из которых выполнен с возможностью перемещения вверх-вниз для увеличения или уменьшения диаметра вала (14). К внутренней поверхности подвижного полуцилиндра жестко присоединена площадка (18), воспринимающая возвратно-поступательные движения от толкателя (19). Толкатель (19) представляет собой удлиненный элемент на ножках со скошенными краями. Скошенный край левой ножки находится в сопряжении с упором (20), а скошенный край правой ножки - с плунжером (21). Упор (20) установлен неподвижно. Толкатель (19) выполнен с возможностью перемещения вверх и вниз в ответ на возвратно-поступательное движение плунжера (21), сообщаемое с помощью рычага (17). По бокам бобины имеется два прижимных элемента (22) для прижатия пленки. В положении зажима и во время сматывания вал (14) имеет больший диаметр. В положении съема пленки вал (14) имеет уменьшенный диаметр.
Вакуумный стол (23) представляет собой рабочий стол с пазами, установленный на четырех латунных опорах, которые в свою очередь крепятся винтами к платформе (1) опорной рамы. Латунные опоры и прорези на платформе выполняют функцию терморазвязки конструкции во избежание искривления поверхности вакуумного стола(23) при термическом расширении. Латунные опоры снижают теплопотери за счет уменьшения площади контактной поверхности. Специальные пазы на вакуумном столе (23) позволяют столу расширяться при нагреве, предотвращая искривления.
На нижней поверхности вакуумного стола (23) имеется прорезь со сквозными отверстиями для создания вакуума в каналах на верхней поверхности вакуумного стола (23) и прижатия пленки к вакуумному столу (23). Прорезь накрыта деталью, на которой установлен штуцер вакуумной системы для распределения вакуума и обеспечения хорошего прижима пленки к вакуумному столу (23). К штуцеру присоединен вакуумный шланг, сообщающийся с вакуумной системой. Вакуумная система находится в корпусе всей установки и состоит из вакуумного насоса, ресивера, датчика определения уровня вакуума и соленоидного клапана для откачки воздуха (не представлены на чертеже).
Для дополнительной фиксации пленки на поверхности вакуумного стола имеется четыре ограничителя пленки (24). Внешние углы, образованные между кронштейнами (2)-(5) и вакуумным столом (23), обеспечивают прилипание пленки к столу без вакуумирования.
На нижней поверхности вакуумного стола (23) расположен узел нагрева, состоящий из двух быстросъемных гибких нагревательных силиконовых пластин, изоляционного материала и решетки (не представлены на чертеже). В каждую нагревательную пластину встроены позисторные термисторы для контроля нагрева вакуумного стола (23). На нижней поверхности вакуумного стола (23) выполнено углубление для укладки нагревательных пластин, изоляционного материала и решетки. Решетка прикреплена к внутренней части вакуумного стола (23) болтами для обеспечения быстрого доступа к нагревательным пластинами их легкой замены в случае выхода из строя.
Узел охлаждения включает канал спрямления потока (25), установленный на кронштейны (4, 5) опорной рамы, и осевой вентилятор с линией таходатчика (не представлены на чертеже), установленный на входе канала спрямления потока (25) для резкого локального охлаждения пленки и нижнего слоя детали. Таходатчик вентилятора выполняет контроль за вращением вентилятора. Вместо одного вентилятора со ступенчатой системой спрямления потока возможно использование нескольких вентиляторов без использования ступенчатой системы спрямления потока. Помимо воздушного типа охлаждения, узел охлаждения может быть реализован с компрессорным типом охлаждения с трубкой со сжатым воздухом или водяным охлаждением, посредством размещения трубки подачи охлаждающей жидкости под пленкой вместо канала спрямления.
Узел съема деталей включает последовательно установленные роликовый вал (26) с подшипниками и нож (27). Роликовый вал (26) обеспечивает равномерное направление пленки с готовыми деталями к ножу (27). Нож (27) представляет собой удлиненную пластину, установленную по всей ширине вакуумного стола (23) под углом по отношению к каналу спрямления потока (25) узла охлаждения, таким образом, чтобы поддевать деталь и полностью отделять ее от пленки. Узел съема установлен на кронштейны (4, 5) опорной рамы, при этом нож (27) прикреплен к кронштейнам (4, 5) барашками (28).
Помимо позисторных термисторов и таходатчиков вентилятора, сбор телеметрии стола включает концевой датчик и датчики плоскостности (не представлены на чертеже). Концевой датчик предусмотрен для определения нулевого положения стола. Четыре датчика плоскостности служат для проверки плоскостности стола по четырем точкам и обеспечивают более высокое качество первого слоя и всей печати.
Включение и выключение шаговых двигателей, открытие и закрытие клапанов вакуумной системы, управление нагревателями и вентилятором производится системой управления по сигналу соответствующих датчиков.
Стол для 3D-печати с автоматической конвейерной системой съема деталей работает следующим образом. Перед запуском работы производят калибровку плоскости стола датчиками плоскостности стола по четырем точкам. При наличии отклонений могут быть внесены необходимые корректировки в управляющую программу.
Определяют нулевое положение стола с помощью концевого датчика.
Устанавливается бобина (6) с новой пленкой в узел подачи. Протягивают пленку через вакуумный стол (23) к бобине (7) узла сматывания. Проводят пленку между прижимами (22) и валом (14) бобины (7) узла сматывания. Для зажима пленки увеличивают диаметр вала (14) отведением рычага (17) назад. Рычаг (17) воздействует на плунжер (21). Толкатель (19) в ответ на линейное движение плунжера (21) поднимает вверх площадку (18) вместе с одним из полуцилиндров. Таким образом, полуцилиндры размыкаются и зажимают пленку.
Далее создается прижимающий пленку вакуум через откачку воздуха между вакуумным столом (23) и пленкой через вакуумный шланг, который идет от вакуумного стола (23) к вакуумной системе. Датчик передает информацию об уровне вакуума в систему управления и в зависимости от заданного значения система управления регулирует открытие или закрытие соленоидного клапана. После того, как пленка прижата и все системы готовы к запуску процесса, начинается печать изделий по заранее заданной программе. Печать изделий ведется на пленке. По команде системы управления нагреватели прогревают стол до заданной температуры. Позисторные термисторы с рабочей температурой до 250°С передают данные на плату управления для контроля нагрева стола. Когда детали напечатаны, вакуум сбрасывается по команде системы управления соленоидному клапану. Даже при прекращении подачи вакуума пленка не отлипается от стола за счет внешних углов, образованных между кронштейнами (2)-(5) и вакуумным столом (23).
Далее запускается узел сматывания пленки вместе с деталями на ней к узлу охлаждения. В узле охлаждения со ступенчатой системой спрямления потока пленка и нижний слой детали резко охлаждаются. Благодаря прямому потоку и мощному воздушному вентилятору обеспечивается резкий перепад температур. За счет резкого перепада температур деталь отлипает от пленки. Данное явление основано на физических свойствах пленок некоторых полимеров - работать с повышенной адгезией к термопластам при повышении температуры, а при охлаждении - терять адгезию. Таким образом, печать производится на горячей пленке, которая резко охлаждается перед сбросом готового изделия со стола принтера в контейнер. После узла охлаждения перед сматыванием пленки на бобину (7) нож (27) поддевает деталь, чтобы деталь точно и полностью отделилась от пленки. Таким образом, исключается ручная постобработка в виде отделения детали от пленки.
Далее пленка сматывается на бобину (7), готовые детали падают в контейнер для сбора деталей и процесс повторяется. Таким образом, пленка, на которой идет печать, в процессе перематывается с одной бобины на другую. Когда один рулон пленки полностью промотался, отработанная пленка используется повторно, бобина ставится в начало и снова перематывается. При необходимости использованную пленку легко снять с бобины (7). Для этого уменьшают диаметр вала (14) бобины (7) при помощи рычага (17). Плунжер (21), свободный от воздействия рычага (17), движется обратно, толкатель (19) опускается, полуцилиндры замыкаются. Далее снимается боковая стенка (15) вала (14) и затем сама пленка.