УСТРОЙСТВО ОБЪЕМНОЙ ПЕЧАТИ МОДЕЛЕЙ

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к области быстрого прототипирования и может быть использована при изготовлении устройств для быстрого прототипирования.
Уровень техники.
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности является устройство объемной печати моделей, содержащее печатающую головку, платформу, электронный блок управления, блок питания и экструдер, содержащий нагревательный элемент и сопло (см. «Проект RepRap» - URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/RepRap. Дата обращения: 19.03.2012.).
Недостатками известного устройства объемной печати и экструдера являются низкая точность получаемой модели и малая производительность.
Указанные недостатки приводят к ограничению применения устройств быстрого прототипирования.
Раскрытие полезной модели.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении производительности устройств объемной печати моделей, повышении качества получаемых моделей, расширении применения устройств объемной печати моделей.
Технический результат заключается в повышении точности позиционирования печатающей головки, повышении скорости ее позиционирования.
Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков:
- устройство объемной печати моделей, содержащее печатающую головку, платформу, электронный блок управления, блок питания, отличающееся тем, что механизм позиционирования печатающей головки выполнен в виде 6-ти координатного гексапода.
Дополнительно к этому:
- приводы подач гексапода каждой из 6-ти управляемых координат выполнены в виде шаговых линейных двигателей - актуаторов.
Технический результат заключается в удержании в расплавленном состоянии наносимого текущего слоя пластика, а при остывании напечатанной модели в легкости ее отсоединения от платформы.
Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков:
- устройство объемной печати моделей, содержащее печатающую головку, платформу, электронный блок управления, блок питания, отличающееся тем, что платформа является неподвижной.
Дополнительно к этому:
- платформа нагрета;
- платформа имеет полиимидное покрытие.
Технический результат заключается в уменьшении размеров устройства, в повышении устойчивости устройства за счет более низкого расположения центра тяжести.
Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков:
- устройство объемной печати моделей, содержащее печатающую головку, платформу, электронный блок управления, блок питания, отличающееся тем, что электронный блок управления расположен в отсеке под платформой.
Дополнительно к этому:
- в качестве источника питания электронного блока управления и всего устройства используется стандартный блок питания персонального компьютера;
- блок питания расположен в отсеке под платформой.
Технический результат заключается в транспортировании материала из места его хранения к экструдеру, и его подаче в экструдер, в появлении возможности управления за подачей материала в экструдер, в повышении устойчивости устройства за счет более низкого расположения центра тяжести.
Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков:
- устройство объемной печати моделей, содержащее печатающую головку, платформу, электронный блок управления, блок питания, отличающееся тем, что печатающая головка состоит из экструдера и механизма подачи пруткового материала.
Дополнительно к этому:
- механизм подачи пруткового материала состоит из подающего блока, приемного блока, транспортного канала и датчиков наличия материала в приемном и подающем блоках;
- транспортный канал выполнен в виде полой гибкой трубы - шланга;
- приемный блок расположен в печатающей головке в непосредственной близости с экструдером;
- подающий блок расположен в отсеке под платформой.
Технический результат заключается в изменении фазового состояния материала, подаваемого на вход экструдера, из твердого состояния в жидкое на выходе; уменьшении предела минимальной толщины стенки печатаемой модели; увеличении скорости истечения расплавленного материала из экструдера; увеличении однородности истекаемого расплавленного материала.
Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков:
- экструдер, содержащий нагревательный элемент и сопло, отличающийся тем, что он оснащен жиклером, блоком охлаждения, датчиком температуры и подающим каналом.
Дополнительно к этому:
- жиклер и сопло соединены между собой посредством резьбового соединения;
- на входе экструдера установлена воронка;
- между соплом экструдера и воронкой установлена прокладка из тепло-изолирующего материала;
- конструкция сопла является цельной и содержит разделительную канавку;
- датчик температуры установлен в разделительной канавке сопла;
- нагревательный элемент расположен на сопле между жиклером и разделительной канавкой;
- блок охлаждения расположен на сопле между разделительной канавкой и прокладкой из теплоизолирующего материала;
- нагревательный элемент соединен с выходом электронного блока управления;
- датчик температуры, установленный в разделительной канавке сопла, соединен со входом электронного блока управления;
- подающий канал располагается по всему протяжению ствола сопла;
- подающий канал выполнен из фторопласта.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, и технический результат взаимосвязаны следующим образом:
Повышение точности позиционирования печатающей головки, повышение скорости ее позиционирования, удержание наносимого текущего слоя пластика в расплавленном состоянии, а при остывании напечатанной модели легкость ее отсоединения от платформы, уменьшение размеров устройства, повышение устойчивости устройства за счет более низкого расположения центра тяжести, транспортировка материала из места его хранения к экструдеру, подача материала в экструдер, появление возможности управления за подачей материала в экструдер, изменении фазового состояния материала, подаваемого на вход экструдера, из твердого состояния в жидкое на выходе, уменьшение предела минимальной толщины стенки печатаемой модели, увеличение скорости истечения расплавленного материала из экструдера, увеличение однородности истекаемого расплавленного материала приводит к повышению производительности устройств объемной печати моделей, повышению качества получаемых моделей, а это в свою очередь приводит к расширению применения устройств объемной печати моделей.
Краткое описание чертежей.
На Фиг.1 изображена модель компоновки устройства объемной печати моделей. На Фиг.2 изображена схема экструдера печатающей головки устройства объемной печати моделей.
Осуществление полезной модели.
Полезная модель может быть осуществлена следующим образом.
- у устройства объемной печати моделей, содержащего печатающую головку, платформу, электронный блок управления, блок питания, механизм позиционирования печатающей головки выполнен в виде 6-ти координатного гексапода.
Дополнительно к этому:
- приводы подач гексапода каждой из 6-ти управляемых координат выполнены в виде шаговых линейных двигателей - актуаторов.
- у устройства объемной печати моделей, содержащего печатающую головку, платформу, электронный блок управления, блок питания, платформа является неподвижной.
Дополнительно к этому:
- платформа нагрета;
- платформа имеет полиимидное покрытие.
- у устройства объемной печати моделей, содержащего печатающую головку, платформу, электронный блок управления, блок питания, электронный блок управления расположен в отсеке под платформой.
Дополнительно к этому:
- в качестве источника питания электронного блока управления и всего устройства используется стандартный блок питания персонального компьютера;
- блок питания расположен в отсеке под платформой.
- у устройства объемной печати моделей, содержащего печатающую головку, платформу, электронный блок управления, блок питания, печатающая головка состоит из экструдера и механизма подачи пруткового материала.
Дополнительно к этому:
- механизм подачи пруткового материала состоит из подающего блока, приемного блока, транспортного канала и датчиков наличия материала в приемном и подающем блоках;
- транспортный канал выполнен в виде полой гибкой трубы - шланга;
- приемный блок расположен в печатающей головке в непосредственной близости с экструдером;
- подающий блок расположен в отсеке под платформой.
- экструдер состоит из жиклера, сопла, нагревательного элемента, блока охлаждения, датчика температуры и подающего канала.
Дополнительно к этому:
- жиклер и сопло соединены между собой посредством резьбового соединения;
- на входе экструдера установлена воронка;
- между соплом экструдера и воронкой установлена прокладка из тепло-изолирующего материала;
- конструкция сопла является цельной и содержит разделительную канавку;
- датчик температуры установлен в разделительной канавке сопла.
- нагревательный элемент расположен на сопле между жиклером и разделительной канавкой;
- блок охлаждения расположен на сопле между разделительной канавкой и прокладкой из теплоизолирующего материала;
- нагревательный элемент соединен с выходом электронного блока управления;
- датчик температуры, установленный в разделительной канавке сопла, соединен со входом электронного блока управления;
- подающий канал располагается по всему протяжению ствола сопла;
- подающий канал выполнен из фторопласта.
Сведения, подтверждающие возможность получения при осуществлении полезной модели технического результата (причинно-следственная связь существенных признаков с указанным техническим результатом), состоят в следующем:
Выполнение устройства объемной печати моделей с механизмом позиционирования печатающей головки в виде 6-ти координатного гексапода; оснащение приводов подач гексапода каждой из 6-ти управляемых координат в виде шаговых линейных двигателей - актуаторов приводит к повышению точности позиционирования печатающей головки, повышению скорости ее позиционирования.
Выполнение у устройства объемной печати моделей платформы неподвижной, нагретой, с полиимидным покрытием, приводит к удержанию наносимого текущего слоя пластика в расплавленном состоянии, а при остывании напечатанной модели в легкости ее отсоединения от платформы.
Расположение у устройства объемной печати моделей электронного блока управления в отсеке под платформой; использование в качестве источника питания электронного блока управления и всего устройства стандартного блока питания персонального компьютера, его расположение в отсеке под платформой приводит к уменьшению размеров устройства, к повышению устойчивости устройства за счет более низкого расположения центра тяжести.
Выполнение печатающей головки устройства объемной печати моделей, состоящей из экструдера и механизма подачи пруткового материала, выполнение механизма подачи пруткового материала из подающего блока, приемного блока, транспортного канала и датчиков наличия материала в приемном и подающем блоках; выполнение транспортного канала в виде полой гибкой трубы-шланга; расположение приемного блока в печатающей головке в непосредственной близости с экструдером; расположение подающего блока в отсеке под платформой приводит к транспортировке материала из места его хранения к экструдеру, в подаче материала в экструдер, к появлению возможности управления за подачей материала в экструдер, к повышению устойчивости устройства за счет более низкого расположения центра тяжести.
Выполнение экструдера, состоящим из жиклера, сопла, нагревательного элемента, блока охлаждения, датчика температуры и подающего канала; соединение жиклера и сопла между собой посредством резьбового соединения; установка на входе экструдера воронки; установка между соплом экструдера и воронкой прокладки из теплоизолирующего материала; выполнение конструкции сопла цельной с разделительной канавкой; установка датчика температуры в разделительной канавке сопла; размещение нагревательного элемента на сопле между жиклером и разделительной канавкой; размещение блока охлаждения на сопле между разделительной канавкой и прокладкой из теплоизолирующего материала; соединение нагревательного элемента с выходом электронного блока управления; соединение датчика температуры, установленного в разделительной канавке сопла, со входом электронного блока управления; расположение подающего канала по всему протяжению ствола сопла; выполнение подающего канала из фторопласта приводит к изменении фазового состояния материала, подаваемого на вход экструдера, из твердого состояния в жидкое на выходе, к уменьшению предела минимальной толщины стенки печатаемой модели, к увеличению скорости истечения расплавленного материала из экструдера, у увеличению однородности истекаемого расплавленного материала.
Следовательно, совокупность существенных признаков достаточна для достижения обеспечиваемого полезной моделью технического результата.
Описание устройства объемной печати.
Устройство содержит печатающую головку (Фиг.1, поз.1), платформу (Фиг.1, поз.2), электронный блок управления (Фиг.2, поз.1), блок питания, механизм позиционирования печатающей головки, выполненный в виде 6-ти координатного гексапода.
Дополнительно к этому:
- приводы подач гексапода (Фиг.1, поз.3) каждой из 6-ти управляемых координат выполнены в виде шаговых линейных двигателей - актуаторов.
Платформа (Фиг.1, поз.2) устройства является неподвижной.
Дополнительно к этому:
- платформа (Фиг.1, поз.2) нагрета;
- платформа (Фиг.1, поз.2) имеет полиимидное покрытие.
Электронный блок управления (Фиг.2, поз.1) расположен в отсеке под платформой (Фиг.1, поз.2).
Дополнительно к этому:
- в качестве источника питания электронного блока управления (Фиг.2, поз.1) и всего устройства используется стандартный блок питания персонального компьютера;
- блок питания расположен в отсеке под платформой (Фиг.1, поз.2).
Печатающая головка устройства состоит из экструдера (Фиг.2) и механизма подачи пруткового материала.
Дополнительно к этому:
- механизм подачи пруткового материала состоит из подающего блока, приемного блока, транспортного канала и датчиков наличия материала в приемном и подающем блоках;
- транспортный канал выполнен в виде полой гибкой трубы - шланга;
- приемный блок расположен в печатающей головке (Фиг.1, поз.1) в непосредственной близости с экструдером (Фиг.2).
- подающий блок расположен в отсеке под платформой (Фиг.1, поз.2).
Экструдер (Фиг.2) состоит из жиклера (Фиг.2, поз.2), сопла (Фиг.2, поз.3), нагревательного элемента (Фиг.2, поз.4), блока охлаждения (Фиг.2, поз.5), датчика температуры (Фиг.2, поз.6) и подающего канала (Фиг.2, поз.7).
Дополнительно к этому:
- жиклер (Фиг.2, поз.2) и сопло (Фиг.2, поз.3) соединены между собой посредством резьбового соединения;
- на входе экструдера (Фиг 2) установлена воронка (Фиг 2, поз.8);
- между соплом (Фиг.2, поз.3) экструдера (Фиг.2) и воронкой (Фиг.2, поз.8) установлена прокладка (Фиг.2, поз.9) из теплоизолирующего материала;
- конструкция сопла (Фиг.2, поз.3) является цельной и содержит разделительную канавку (Фиг.2, поз.10);
- датчик температуры (Фиг.2, поз.6) установлен в разделительной канавке (Фиг.2, поз.10) сопла (Фиг.2, поз.3);
- нагревательный элемент (Фиг.2, поз.4) расположен на сопле (Фиг.2, поз.3) между жиклером (Фиг.2, поз.2) и разделительной канавкой (Фиг.2, поз.10);
- блок охлаждения (Фиг.2, поз.5) расположен на сопле (Фиг.2, поз.3) между разделительной канавкой (Фиг.2, поз.10) и прокладкой (Фиг.2, поз.9) из теплоизолирующего материала;
- нагревательный элемент (Фиг.2, поз.4) соединен с выходом электронного блока управления (Фиг.2, поз.1);
- датчик температуры (Фиг.2, поз.6), установленный в разделительной канавке (Фиг.2, поз.9) сопла (Фиг.2, поз.3), соединен со входом электронного блока управления (Фиг.2, поз.1);
- подающий канал (Фиг.2, поз.7) располагается по всему протяжению ствола сопла (Фиг.2, поз.3);
- подающий канал (Фиг.2, поз.7) выполнен из фторопласта.
Устройство объемной печати моделей функционирует следующим образом:
Пластик в виде прутка круглого сечения (пластиковой нити) поступает в подающий блок, который осуществляет его дальнейшую подачу в транспортный канал до приемного блока. Из приемного блока через воронку пластик поступает в экструдер, в котором в зоне расположения нагревательного элемента расплавляется до жидкого состояния. Воронка обеспечивает улавливание и правильное позиционирование конца пластиковой нити. Связная работа нагревательного элемента, электронного блока управления, датчика температуры и блока охлаждения обеспечивает поддержание жидкого состояния пластика в зоне нагревательного элемента, в фазе стеклования в зоне разделительной канавки, в твердом состоянии в зоне блока охлаждения (тепловой режим сопла). Наличие разделительной канавки в сопле обеспечивает снижение прохождения тепла из зоны нагревателя в зону блока охлаждения. Наличие теплоизолирующей прокладки обеспечивает дополнительную гарантию поддержания теплового режима сопла. Выполнение подающего канала из фторопласта по всему протяжению ствола сопла обеспечивает движение пластика в экструдере с минимальным коэффициентом трения без прилипания его к стенкам. Далее расплавленный пластик через отверстие в жиклере формирует слой создаваемой модели.
Перемещение печатающей головки осуществляется путем согласованного выдвижения и втягивания 6-ти приводов подач (актуаторов) гексапода.
Нанесение слоев расплавленного пластика происходит на неподвижную платформу. Платформа имеет полиимидное покрытие, которое позволяет избежать прилипания модели к платформе. Нагрев платформы позволяет обеспечить сцепление слоев модели между собой.
Таким образом, предлагаемая полезная модель, в отличие от прототипа, обеспечивает повышение производительности устройств объемной печати моделей, повышение качества получаемых моделей, расширение применения устройств объемной печати моделей.
Эффективность предлагаемого устройства объемной печати моделей обусловливается его конструкцией.