ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЙ 3D-ПРИНТЕР

Полезная модель относится к области аддитивных технологий и может быть использована для изготовления деталей методом трехмерной печати для применения в различных отраслях промышленности.
Аналогом полезной модели является техническое решение компании "Autodesk, Inc." (США) по патенту на изобретение US 20180253080 A1 (кл. В29С 64/118, опубл. 06.09.2018), включающее: платформу построения; двух печатающих устройств, предназначенных для совместного изготовления детали по секциям при помощи изготавливающего инструмента.
Описанное техническое решение обладает следующими недостатками: трехмерная печать детали осуществляется только в области над столом, что не позволяет эффективно использовать весь объем построения, определяемый столом; в конструкции содержатся два печатающих устройства, которые совместно изготавливают деталь по секциям в области над столом, что усложняет процесс управления согласованным движением печатающих устройств.
Другим аналогом полезной модели является техническое решение компании "MarkForged, Inc." (США) по патенту на изобретение US 20140328963 A1 (кл. В29С 67/00, опубл. 06.11.2014), содержащее: узел подачи композитного волокна, подвижную платформу построения, печатающую головку, а также исполнительные органы, обеспечивающие перемещение печатающей головки и платформы построения относительно друг друга в трех степенях свободы.
Описанное техническое решение обладает следующими недостатками: в конструкции содержится стол, который не позволяет изготавливать деталь под разными углами в разных плоскостях; 3D-принтер содержит одно печатающее устройство, что не позволяет многократно повысить производительность процесса трехмерной печати; трехмерная печать детали осуществляется только в области над столом, что не позволяет эффективно использовать весь объем построения, определяемый столом.
Также известно техническое решение компании "Stratasys, Inc." (США) по патенту на изобретение US 20180222110 A1 (кл. В29С 64/112, опубл. 09.08.2018), содержащее: платформу построения, подвижную печатающую головку, режущий инструмент в виде источника излучения (эксимерного лазера).
Описанное техническое решение обладает следующими недостатками: 3D-принтер содержит стол, который не позволяет изготавливать деталь под разными углами в разных плоскостях; 3D-принтер содержит одно печатающее устройство, что не позволяет многократно повысить производительность процесса трехмерной печати; трехмерная печать детали осуществляется только в области над столом, что не позволяет эффективно использовать весь объем построения, определяемый столом.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели, принятым за прототип, является техническое решение ООО "Воплощение" (RU) по патенту на полезную модель № RU 186514 U1 (кл. В29С 64/20, опубл. 22.01.2019 Бюл. №3): 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, при этом стол выполнен наклонно-поворотным с возможностью вращения, а его столешница - из стекла с нагревательным элементом.
Описанное техническое решение обладает существенными недостатками: ЗБ-принтер содержит одно печатающее устройство, что не позволяет многократно повысить производительность процесса трехмерной печати; трехмерная печать детали осуществляется только в области над столом, что не позволяет эффективно использовать весь объем построения, определяемый столом.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является изготовление деталей методом трехмерной печати.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение производительности процесса изготовления деталей методом трехмерной печати и уменьшение времени изготовления деталей.
Это достигается использованием в 3D-принтере второго печатающего устройства, которое расположено симметрично первому печатающему устройству относительно стола и обеспечивает совместно с первым печатающим устройством формирование детали на ее заготовке.
Указанный технический результат также достигается выполнением заготовки в форме сферы или многогранника с габаритными размерами не менее 5×5×5 мм, а также снабжением печатающей головки расходным материалом в твердой форме в виде порошка, или гранул, или проволоки.
Из уровня техники известно, что время, затрачиваемое на изготовление детали методом трехмерной печати, в общем, прямо пропорционально объему детали и обратно пропорционально произведению скорости перемещения печатающей головки на ширину и высоту дорожки укладываемого материала. Следовательно, для увеличения производительности 3D-принтера необходимо: увеличить количество печатающих устройств; распределить объем изготавливаемой детали между печатающими устройствами; оптимизировать параметры трехмерной печати.
Полезная модель поясняется чертежами:
Фиг. 1 - Высокопроизводительный 3D-принтер, общий вид;
Фиг. 2 - Высокопроизводительный 3D-принтер, вид справа (в разрезе);
Фиг.3 - Высокопроизводительный 3D-принтер, вид слева (в разрезе).
В одном из возможных вариантов исполнения 3D-принтер имеет корпус (1), который изготавливается из прочного и легкого материала, например из алюминия. Внутри корпуса установлен стол (2). Стол расположен на плоскости, которая делит объем построения детали пополам. На столе расположена заготовка (3) детали. Заготовка может иметь форму сферы или многогранника с габаритными размерами не менее 5×5×5 мм. Для удержания заготовки в процессе формирования детали стол содержит фиксирующие захваты (4). Для обеспечения возможности вращения заготовки в трех степенях свободы стол содержит поворотное устройство (5), один главный приводной механизм (6), приводящий в движение поворотное устройство, и дополнительные приводные механизмы (7), расположенные равномерно на столе в виде кругового массива из четырех штук. Дополнительные приводные механизмы приводят во вращение фиксирующие захваты (4). Таким образом, стол обеспечивает вращение заготовки в трех степенях свободы и позволяет сориентировать заготовку детали в пространстве так, чтобы последующие элементы детали печатались послойно поверх заготовки. На корпусе (1) равномерно расположены и закреплены четыре пары направляющих стержней (8). На направляющих стержнях при помощи подшипников (9) установлены первое и второе основания (10, 11), на которых размещаются первое и второе печатающие устройства (12, 13). Второе печатающее устройство (13) располагается симметрично первому печатающему устройству (12) относительно стола (2). Линейное перемещение верхнего и нижнего оснований (10, 11) вдоль направляющих стержней (8) осуществляется за счет использования передачи винт-гайка (14), состоящей из гайки (15) и ходового винта (16), приводимого во вращение шаговым двигателем (17). Первое и второе печатающие устройства (12, 13) включают печатающую головку (18) с узлом подачи расходного материала (19). В зависимости от технологии трехмерной печати расходный материал может быть выполнен в форме порошка, гранул, или проволоки. Печатающая головка может быть размещена на каретке (20). Каретка с рабочим инструментом может быть установлена на портале (21). Каретка может перемещаться при помощи ремня (22), приводимого в движение парой шаговых двигателей (23), а портал может быть расположен на направляющих рельсах (24), закрепленных на первом и втором основаниях (10, 11). Ограничение перемещения подвижных конструктивных элементов 3D-принтера осуществляется при помощи концевых датчиков (не показаны). Управление перемещениями подвижных конструктивных элементов 3D-принтера и режимами работы печатающих устройств осуществляется при помощи управляющего компьютера (не показан).