Устройство контроля печати первого слоя на 3D принтере Российский патент 2020 года по МПК B41J2/00 B33Y30/00 

Изобретение относится к области технологий синтеза, т.е. изготовления трехмерных физических объектов добавочным нанесением (наслоением) с использованием, в частности, полимерных материалов, а точнее к технологиям струйной 3D печати, вспомогательным операциям указанных технологий и оборудованию для осуществления вспомогательных операций, а именно к способу контроля печати первого слоя на 3D принтере.

Из уровня техники известно устройство для обнаружения дефицита материала и блокировки материала для 3D-принтера на основе FDM контроля печати, которое может быть выбрано в качестве наиболее близкого аналога заявленного устройства (см. CN 106079449 A, 09.11.2016). Схема обнаружения недостатка материала и блокировки материала содержит устройство обнаружения дефицита материала и устройство блокировки материала, в котором устройство обнаружения дефицита материала и устройства блокировки материала содержит шаговый двигатель, фотоэлектрический датчик, трубку, материал проволоки и сопло и дополнительно содержит схему обнаружения аномалий и одночиповый микрокомпьютер.

Недостатком указанного системы является то, что она имеет жесткую, не гибкую логику работы, так как на выходе системы имеется только два значения логический ноль( при возникновении ошибки принтер прекращает работу и переходит в режим ожидания оператора) и логическая единица (принтер работает в нормальном режиме). Система, описанная в наиболее близком аналоге, не обеспечивает возможности разделения ошибок, а только фиксирует их, также система не предназначена для самостоятельной стабилизации работы. И главное, указанная в качестве наиболее близкого аналога система не предназначена для контроля первого слоя печати, который обеспечивает достижение его максимальной адгезии не только исключением дефицита нити, но и исключением ситуации, когда нить будет подаваться в чрезмерном количестве.

Заявленный технический результат достигается посредством создания устройства контроля печати первого слоя на 3D принтере содержащего блок контроля нити, который выполнен в виде энкодера, модуль управления 3D принтером, что модуль управления имеет по меньшей мере три уставки: уставку свободной подачи, уставку затруднительной подачи и уставку частичной блокировки, при этом энкодер обеспечивает измерение параметров проходящей через него нити и передает их в модуль управления 3D принтером, где измеренные параметры сравнивают с номинальным значением параметра, вычисленного для того же промежутка времени, а модуль управления обеспечивает соответственное уставкам увеличение, уменьшение или сохранение прежнего значения зазора между соплом и рабочим столом 3D принтера.

В частном варианте выполнения модуль управления 3D принтером имеет уставку полной блокировки подачи, которую применяют при отсутствии подачи пластика.

В частном варианте выполнения энкодер выполнен в виде контактного колеса, обеспечивающего максимальное трение с пластиковой нитью для печати и датчика отсчета количества нити, выполненного в виде фотодатчика.

В другом частном варианте выполнения энкодер выполнен в виде магнитного диска колеса и датчика отсчета нити, выполненного в виде датчика магнитного поля.

В частном варианте выполнения в качестве параметра, измеряемого блоком контроля нити, может быть выбрано количество импульсов выдавленного пластика или длина пройденного пластика.

Заявленное изобретение проиллюстрировано следующими рисунками: Заявленное изобретение проиллюстрировано следующими рисунками:

Фиг. 1 - общая схема элементов 3D принтера;

Фиг. 2 - схема элементов печатающей головки;

Фиг. 3 - схема моделирования процесса, при которой пластиковая нить подается на верной высоте для обеспечения необходимой адгезии материала;

Фиг. 4 - схема моделирования процесса, при которой пластиковая нить подается на слишком низкой высоте;

Фиг. 5 - схема моделирования процесса, при которой сопло находится слишком высоко над рабочей платформой.

На фиг. 1-5.

1 - Блок энкодера

2 - Механизм подачи материала (подающие шестерни или ролики)

3 - Термоизолятор (термобарьер)

4 - Нагревательный блок

5 - Сопло подачи материала

6 - Пластиковая нить (материал для печати)

7 - Фотодатчик

8 - Диск энкодера с контактным колесом.

9 - Печатающая головка.

10 - Направляющая рельса, по которой перемещается печатающая головка.

11 - Рабочий стол.

12 - Катушка рабочего материала.

Контроль высоты печати первого слоя реализуется посредством устройства, содержащего блок энкодера 1, который состоит из диска энкодера с контактным колесом 8 для создания максимального трения с пластиковой нитью. Так же блок энкодера может быть построен на магнитном диске и специальном датчике определения положения этого магнитного диска(так же с контактным колесом).

Механизм подачи материала 2 подает пластик в процессе печати. Пластиковая нить 6 проходит по каналу через термоизолятор 3, нагревается в нагревательном блоке 4 и продавливается через сопло подачи материала 5 образуя на выходе из сопла тонкую нить и которой в результате строится печатаемая модель.

В процессе печати, пластиковая нить 6 проходит через блок энкодера 1 и, в нем, соприкасается с диском энкодера 8. В результате плотного соприкосновения и максимального трения с контактным колесом, поступательное движение пластиковой нити преобразуется в вращательное движение диска энкодера 8. Фотодатчик 7 отслеживает вращение диска 8, в результате чего система отсчитывает, сколько пластиковой нити прошло через нее.

В процессе печати 3D принтере первого слоя возможно несколько вариантов событий:

Пластиковая нить подается на верной высоте для обеспечения необходимой адгезии материала (фиг. 3).

Пластиковая нить подается на слишком низкой высоте (фиг. 4), в результате чего сопло находится слишком близко к рабочей платформе и пластиковая нить из сопла не может подаваться или подается в слишком малом количестве. В результате чего может произойти блокировка (забивание) печатающей головки.

Сопло находится слишком высоко над рабочей платформой (фиг. 5), в результате чего пластиковая нить не касается рабочей платформы и не имеет необходимой адгезии к ней. В результате чего печатаемая модель не может сформировать требуемую геометрию.

В каждой печатающей головке блок энкодера калибруется и исходя из полученных данных, возможно определить все три ситуации и среагировать на них корректировкой высоты первого слоя.

Блок контроля может отсчитывать количество импульсов за N мм (настраиваемое значение, которое определяет чувствительность системы ) выдавленного пластика или рассчитывая длину пройденного пластика (количества, обьема, и. т.д или их производных). Далее количество импульсов делится на номинальное значение за тот же промежуток времени, получая при этом значение коэффициент соотношения измеренной и номинальной величин, который передается в модуль управления.

В качестве примера можно привести систему, где модуль управления имеет 3 уставки:

1. Уставка свободной подачи.

2. Уставка затруднительной подачи.

3. Уставка частичной блокировки подачи.

Сравнивая коэффициент соотношения с уставками, модуль принимает решение о увеличении, уменьшении или сохранении прежнего значения зазора между соплом и рабочим столом 3 D принтера.

Модуль управления 3D принтером может иметь уставку полной блокировки подачи, которую применяют при отсутствии подачи пластика.

Вышеописанный пример алгоритма может меняться от системы к системе.

В каждой печатающей головке блок энкодера калибруется и исходя из полученных данных, возможно определить все три ситуации и среагировать на них корректировкой высоты первого слоя.

Контроль равномерности калибровки рабочего стола обеспечивает возможность пользователю полностью в автоматическом режиме произвести тест калибровки равномерности стола, для достижения максимальной адгезии по всей поверхности стола. В результате этой проверки, в случае успеха, можно стартовать печать, либо дать рекомендации пользователю, что необходимо произвести выравнивание рабочего стола относительно плоскости перемещения печатающей головки.

Контроль высоты печати первого слоя обеспечивает максимально верную адгезию (прижим или прилипание) первого слоя детали к столу. Данная функция обеспечивает стабильность получения положительного результата в результате печати. Если первый слой будет иметь недостаточную адгезию или слишком высокую, то либо в процессе печати деталь может отслоиться от рабочего стола и процесс печати будет испорчен, либо печатающая головка может забиться, в результате чего подача материала прекратиться и процесс печати будет также испорчен.

Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что заявленное устройство позволит посредством простых технических средств решить проблему контроля первого слоя печати от качества выполнения которого зависит качество выполнения всех остальных слоев.

Изобретение относится к области технологий синтеза, т.е. изготовления трехмерных физических объектов добавочным нанесением (наслоением) с использованием, в частности, полимерных материалов, а точнее к технологиям струйной 3D печати, вспомогательным операциям указанных технологий и оборудованию для осуществления вспомогательных операций, а именно к способу контроля печати первого слоя на 3D принтере. Устройство контроля печати первого слоя на 3D принтере содержит блок контроля нити, который выполнен в виде энкодера, модуль управления 3D принтером, модуль управления имеет по меньшей мере три уставки: уставку свободной подачи, уставку затруднительной подачи и уставку частичной блокировки, при этом энкодер обеспечивает измерение параметров проходящей через него нити и передает их в модуль управления 3D принтером, где измеренные параметры сравнивают с номинальным значением параметра, вычисленного для того же промежутка времени, а модуль управления обеспечивает соответственное уставкам увеличение, уменьшение или сохранение прежнего значения зазора между соплом и рабочим столом 3D принтера. Обеспечивается повышение гибкости настроек, обеспечение возможности регулирования процессом и достижение максимальной адгезии первого слоя печати. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство контроля печати первого слоя на 3D принтере, содержащее блок контроля нити, который выполнен в виде энкодера, модуль управления 3D принтером, отличающееся тем, что модуль управления имеет по меньшей мере три уставки: уставку свободной подачи, уставку затруднительной подачи и уставку частичной блокировки, при этом энкодер обеспечивает измерение параметров проходящей через него нити и передает их в модуль управления 3D принтером, где измеренные параметры сравнивают с номинальным значением параметра, вычисленного для того же промежутка времени, а модуль управления обеспечивает соответственное уставкам увеличение, уменьшение или сохранение прежнего значения зазора между соплом и рабочим столом 3D принтера.

2. Устройство контроля печати первого слоя на 3D принтере по п. 1, отличающееся тем, что модуль управления 3D принтером имеет уставку полной блокировки подачи, которую применяют при отсутствии подачи пластика.

3. Устройство контроля печати первого слоя на 3D принтере по п. 1, отличающееся тем, что энкодер выполнен в виде контактного колеса, обеспечивающего максимальное трение с пластиковой нитью для печати и датчика отсчета количества нити, выполненного в виде фотодатчика

4. Устройство контроля печати первого слоя на 3D принтере по п. 1, отличающееся тем, что энкодер выполнен в виде магнитного диска колеса и датчика отсчета нити, выполненного в виде датчика магнитного поля.

5. Устройство контроля печати первого слоя на 3D принтере по п. 1, отличающееся тем, что в качестве параметра, измеряемого блоком контроля нити, может быть выбрано количество импульсов выдавленного пластика или длина пройденного пластика.