RU184284U1 - Устройство теплоизоляции рабочего стола аддитивной машины - Google Patents

Устройство теплоизоляции рабочего стола аддитивной машины Download PDF

Info

Publication number
RU184284U1
RU184284U1 RU2017146288U RU2017146288U RU184284U1 RU 184284 U1 RU184284 U1 RU 184284U1 RU 2017146288 U RU2017146288 U RU 2017146288U RU 2017146288 U RU2017146288 U RU 2017146288U RU 184284 U1 RU184284 U1 RU 184284U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
channel
additive
coolant
holes
Prior art date
Application number
RU2017146288U
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Сергеевич Фефелов
Петр Александрович Москвин
Валерий Сергеевич Дылдин
Алексей Геннадьевич Меркушев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2017146288U priority Critical patent/RU184284U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU184284U1 publication Critical patent/RU184284U1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/364Conditioning of environment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Предлагается полезная модель, обеспечивающая отвод избытков тепла из рабочего пространства под столом аддитивной машины при создании объектов трехмерной печати. Технический результат направлен на повышение эффективности теплоизоляции пространства под рабочим столом аддитивной машины. Предлагаемое средство теплоотвода, содержащее алюминиевую плиту с точками подвода (8) и отвода (9) охлаждающей жидкости, отверстиями для подвода электропитания (10) к нагревательному элементу (2) и термодатчику (7), а также отверстиями для крепежных элементов, содержит внутренний канал для охлаждающей жидкости (6), при этом указанный внутренний канал имеет готическую конусообразную форму поперечного сечения, благодаря чему происходит преимущественный отвод тепла от зон рабочего стола, ближе расположенных к части канала с большим поперечным сечением (см. Фиг. 1), а зоны с меньшим поперечным сечением внутреннего канала способствуют градиенту тепла, обеспечивающему активную теплоизоляцию и теплоотвод из рабочего пространства аддитивной машины.

Description

Заявленное техническое решение относится к области аддитивных технологий, в частности к промежуточным устройствам, использующим способы селективного послойного сплавления порошков и более конкретно к средствам теплообмена, теплоизоляции и охлаждения рабочего пространства при создании объектов трехмерной печати.
Уровень техники
В процессе изготовления трехмерного объекта технологиями трехмерной печати методом селективного лазерного сплавления поверхность рабочего стола нагревают до высокой температуры выше 200°C.
Такая высокая температура должна сохраняться только над поверхностью стола, а пространство вокруг стола и под ним должно иметь температуру окружающей среды.
Обычно под нагревательным элементом предусмотрена термоизоляция, которая выполняет функцию сдерживающего фактора и временно препятствует повышению температуры в пространстве под столом.
Известно устройство для изготовления трехмерного объекта [DE 19939616 Ф1]. В этом устройстве согласно уровню техники, строительное пространство обычно нагревается до температуры 100-150°C во время процесса лазерного сплавления.
Недостатком устройства для изготовления трехмерного объекта является то, что внешнее нагревание до более высоких температур невозможно из-за большой термической нагрузки.
Известны теплообменные аппараты (патент РФ 2535187) с неподвижными плоскими или пластинчатыми каналами для двух теплоносителей, изготовленные методами аддитивных технологий.
Поскольку указанные теплообменники изготавливают способом аддитивных технологий, они позволяют избежать трудоемких сборочных операций при их изготовлении, но не обеспечивают необходимой тепловой изоляции рабочего пространства под столом.
Известен 3D принтер с охлаждающим устройством (заявка CN 201510338912 А, опубликована 11 января 2017 №106313544 А), который может быть выбран в качестве прототипа предлагаемой полезной модели. Охлаждающее устройство известного 3D принтера установлено у дна рабочего стола. При этом охлаждающее устройство представляет собой S-образную трубку, а подача охлаждающей жидкости реализована с использованием управляющего устройства и питающего устройства, при этом охлаждающая жидкость может протекать через S-образную трубку, поглощая тепло от создаваемого объекта так, что объект можно формировать быстро, добиваясь охлаждающего эффекта и повышая качество печати.
Недостатком указанного охлаждающего устройства является наличие S-образной трубки равномерного сечения, не обеспечивающего необходимого градиента теплоотвода.
Для отвода избытков тепла из пространства под столом предлагается установить средство теплоизоляции и теплоотвода. Предлагается полезная модель, обеспечивающая теплоизоляцию и отвод тепла из пространства под рабочим столом аддитивной машины, которая помогает решить указанные выше проблемы, является простым в эксплуатации и повышает технологичность и качество процессов трехмерной печати.
Описание полезной модели
Задача предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении отвода избытков тепла из рабочего пространства под столом аддитивной машины при создании объектов трехмерной печати. Технический результат направлен на повышение эффективности теплоизоляции пространства под рабочим столом аддитивной машины.
Технический результат достигается тем, что предлагаемое средство теплоотвода, содержаще еалюминиевую плиту сточками подвода/отвода охлаждающей жидкости, отверстиями для подвода электропитания к нагревательному элементу (2) и термодатчику (7), а также отверстиями для крепежных элементов, содержит внутренний канал для охлаждающей жидкости, при этом указанный внутренний канал имеет готическую конусообразную форму поперечного сечения, благодаря чему происходит преимущественный отвод тепла от зон рабочего стола, ближе расположенных к части канала с большим поперечным сечением (см. Фиг. 1), а зоны с меньшим поперечным сечением внутреннего канала способствуют градиенту тепла, обеспечивающему активную теплоизоляцию и теплоотвод из рабочего пространства аддитивной машины.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 Рабочий стол аддитивной установки в разрезе.
1 - платформа построения изделия
2 - нагревательный элемент
3 - термоизоляция
4 - рабочий стол
5 - средство теплоотвода
6 - канал для охлаждающей жидкости (вода) конусообразной готической формы
7 - термодатчик.
Фиг. 2 Схема средства теплоотвода рабочего стола аддитивной машины
6 - канал для охлаждающей жидкости (вода)
7 - термодатчик
8 - точка ввода охлаждающей жидкости (вода)
9 - точка отвода охлаждающей жидкости (вода)
10 - точка подвода электропитания к нагревательному элементу.
Фиг. 3 Схема внутреннего канала конусообразной готической формы теплоотводящего средства
Система активной теплоизоляции и теплоотвода представляет собой устройство (плиту) с внутренним каналом(6)для охлаждающей жидкости, точками подвода(8) отвода (9) охлаждающей жидкости, отверстиями для подвода электропитания (10) к нагревательному элементу (2) и термодатчику (7), а также отверстиями для крепежных элементов.
Размер внутреннего канала подбирают, исходя из конструкции аддитивной машины, наличия крепежных отверстий, прочностных характеристик стола, скорости и давления охлаждающей жидкости. Активная теплоизоляция рабочего стола представляет собой алюминиевую плиту с внутренним каналом готической конусообразной формы в поперечном сечении, проходящим под всей поверхностью днища рабочего стола. Расположение канала по площади охлаждения зависит от наличия и расположения отверстий для крепежных изделий, а также отверстий для прокладки электрических проводов к нагревателю и термодатчику. Теплоизоляция получается активной, поскольку позволяет автоматически менять температуру и скорость протекания жидкости, в зависимости от температуры рабочего стола в процессе сплавления изделия.
Так как плиту теплоизоляции устанавливают между рабочим столом и механизмом перемещения стола, то для крепления плиты к рабочему столу и механизму перемещения требуются винты (крепежные изделия) для крепления плиты к столу и механизму перемещения. Для этого в плите делают резьбовые отверстия, которые необходимо обойти, выполняя внутренний канал для прохождения охлаждающей жидкости.
Перевернутая конусообразная готическая форма канала обеспечивает максимальную площадь поверхности соприкосновения с днищем рабочего стола в своей широкой части, что способствует улучшенному отбору тепла, а уменьшение сечения канала внизу обеспечивает увеличение прочности конструкции и лучшему сопротивлению вертикальным нагрузкам от рабочего стола, за счет расширения стенки канала внизу, что позволяет сделать стенки канала в верхней части менее 2 мм.
Криволинейные боковые стенки канала способствуют лучшему перемешиванию холодной и горячей охлаждающей жидкости внутри канала (турбулентности потока жидкости), что повышает теплоотдачу.
Кривизна канала, радиус поворота, скорость потока жидкости моделируют и оптимизируют в графическом пакете SolidWorks (модуль FlowSimulation), а затем полученную CAD-модель печатают на аддитивной машине EOSINTM280 (Германия, EOS). Изготовить такую теплоизоляцию по традиционной технологии невозможно.
Система работает следующим образом:
При нагреве поверхности нагревательного элемента (2) до заданной температуры, термодатчик (7) дает команду на включение насоса системы охлаждения, который подает охлаждающую жидкость (воду), через точку ввода (8) в каналы для охлаждающей жидкости (6). Жидкость, проходя по каналам, отбирает излишнее тепло от рабочего стола (4) и выходит через точку отвода (9) в систему охлаждения жидкости (стандартный чиллер).
Изготовление такого устройства с множеством отверстий разной величины и внутренним каналом сложного конусообразного сечения для прохождения жидкости очень сложно, трудоемко и дорого. Кроме того, наличие внутреннего канала предполагает изготовление такого устройства по меньшей мере из двух частей с абсолютно точным расположением всех отверстий, что не только удорожает изготовление такого устройства, но и делает его менее прочным и надежным, так как любое соединение требует уплотнения (герметизации), дополнительных крепежных отверстий и т.д.
Исходя из вышесказанного, предлагается изготовить это устройство по аддитивной технологии, так как эта технология позволяет сплавлять изделия с внутренними каналами. Таким образом, в результате мы получим устройство из цельного металла не имеющее разъемов, не требующее дополнительных уплотнений и с минимальным количеством отверстий для крепежных элементов. А готическая конусообразная форма канала способствует лучшему теплообмену при более высокой прочности изделия, что очень сложно выполнить по традиционной технологии.
Форму и размер внутреннего канала подбирают, исходя из конструкции устройства, наличия крепежных отверстий, прочностных характеристик материала, скорости и давления охлаждающей жидкости.
Для изготовления предлагаемой полезной модели создают цифровую (CAD) трехмерную модель устройства, которую передают в аддитивную машину модели EOSINT М280 (EOS, Германия) для последующего сплавления устройства из алюминиевого порошка.
Пример реализации полезной модели
Оператором аддитивной машины устанавливают технологические режимы сплавления устройства охлаждения, в частности:
- величину сплавляемого слоя порошка (30-60 мкм);
- мощность источника лазерного излучения (250-400 Вт);
- величину фокусного пятна источника лазерного излучения на поверхности порошка (50-100 мкм);
- скорость и траекторию перемещения лазерного луча (до 2 м/сек);
- температуру подогрева платформы (120°C).
После чего, оператор запускает программу изготовления устройства.
По окончании изготовления оператор очищает устройство от остатков порошка, включая внутренний канал, нарезает резьбу для входного и выходного отверстий подводов охлаждающей жидкости.

Claims (7)

1. Устройство теплоизоляции рабочего стола аддитивной машины, содержащее алюминиевую плиту с отверстиями для крепежа и для подвода электропитания (10) к нагревательному элементу (2), имеющую канал для охлаждающей жидкости (6), термодатчик (7), точку подвода (8) и точку отвода (9) тепла, отличающееся тем, что указанный канал выполнен по технологии селективного лазерного сплавления и имеет сечение готической конусообразной формы, как это изображено на фиг. 3.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что при выполнении его по технологии селективного сплавления используют следующие параметры:
- толщина сплавляемого слоя порошка 30-60 мкм;
- мощность источника лазерного излучения 250-400 Вт;
- величина фокусного пятна источника лазерного излучения на поверхности порошка 50-100 мкм;
- скорость перемещения лазерного луча до 2 м/с;
- температура подогрева платформы 120°С.
RU2017146288U 2017-12-27 2017-12-27 Устройство теплоизоляции рабочего стола аддитивной машины RU184284U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017146288U RU184284U1 (ru) 2017-12-27 2017-12-27 Устройство теплоизоляции рабочего стола аддитивной машины

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017146288U RU184284U1 (ru) 2017-12-27 2017-12-27 Устройство теплоизоляции рабочего стола аддитивной машины

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU184284U1 true RU184284U1 (ru) 2018-10-22

Family

ID=63923192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017146288U RU184284U1 (ru) 2017-12-27 2017-12-27 Устройство теплоизоляции рабочего стола аддитивной машины

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU184284U1 (ru)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690392C1 (ru) * 2018-12-28 2019-06-03 Акционерное общество "Федеральный центр ядерной и радиационной безопасности" (АО ФЦЯРБ) Уплотнение между неподвижными относительно друг друга поверхностями
RU191248U1 (ru) * 2018-12-26 2019-07-31 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Система активной теплоизоляции рабочей зоны сплавления аддитивной машины
RU2710821C1 (ru) * 2018-11-28 2020-01-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Устройство для получения изделий из высокотемпературных полимеров методом селективного лазерного спекания
RU2710822C1 (ru) * 2018-11-28 2020-01-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Устройство для получения изделий из высокотемпературных полимеров методом селективного лазерного спекания
RU2710823C1 (ru) * 2019-01-22 2020-01-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Устройство для получения изделий из высокотемпературных полимеров методом селективного лазерного спекания
RU2744917C1 (ru) * 2020-02-28 2021-03-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Устройство для получения изделий из высокотемпературных полимеров методом селективного лазерного спекания
WO2021061125A1 (en) * 2019-09-26 2021-04-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Printing and curing binder agent

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5121329A (en) * 1989-10-30 1992-06-09 Stratasys, Inc. Apparatus and method for creating three-dimensional objects
DE4300478C2 (de) * 1993-01-11 1998-05-20 Eos Electro Optical Syst Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE19939616C5 (de) * 1999-08-20 2008-05-21 Eos Gmbh Electro Optical Systems Vorrichtung zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objektes
RU2535187C1 (ru) * 2013-06-03 2014-12-10 Константин Владимирович Белев Пластинчатый теплообменник с шахматным расположением каналов
CN106313544A (zh) * 2015-06-17 2017-01-11 成都金采科技有限公司 一种带降温装置的3d打印机

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5121329A (en) * 1989-10-30 1992-06-09 Stratasys, Inc. Apparatus and method for creating three-dimensional objects
DE4300478C2 (de) * 1993-01-11 1998-05-20 Eos Electro Optical Syst Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE19939616C5 (de) * 1999-08-20 2008-05-21 Eos Gmbh Electro Optical Systems Vorrichtung zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objektes
RU2535187C1 (ru) * 2013-06-03 2014-12-10 Константин Владимирович Белев Пластинчатый теплообменник с шахматным расположением каналов
CN106313544A (zh) * 2015-06-17 2017-01-11 成都金采科技有限公司 一种带降温装置的3d打印机

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2710821C1 (ru) * 2018-11-28 2020-01-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Устройство для получения изделий из высокотемпературных полимеров методом селективного лазерного спекания
RU2710822C1 (ru) * 2018-11-28 2020-01-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Устройство для получения изделий из высокотемпературных полимеров методом селективного лазерного спекания
RU191248U1 (ru) * 2018-12-26 2019-07-31 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Система активной теплоизоляции рабочей зоны сплавления аддитивной машины
RU2690392C1 (ru) * 2018-12-28 2019-06-03 Акционерное общество "Федеральный центр ядерной и радиационной безопасности" (АО ФЦЯРБ) Уплотнение между неподвижными относительно друг друга поверхностями
RU2710823C1 (ru) * 2019-01-22 2020-01-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Устройство для получения изделий из высокотемпературных полимеров методом селективного лазерного спекания
WO2021061125A1 (en) * 2019-09-26 2021-04-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Printing and curing binder agent
RU2744917C1 (ru) * 2020-02-28 2021-03-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Устройство для получения изделий из высокотемпературных полимеров методом селективного лазерного спекания

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU184284U1 (ru) Устройство теплоизоляции рабочего стола аддитивной машины
CN203919729U (zh) 用于快速成型打印机上的喷头装置
US10286448B2 (en) High-performance tool cooling system
US8230713B2 (en) Elevated temperature forming die apparatus
US9638477B1 (en) Sealless cooling device having manifold and turbulator
CN105598448B (zh) 一种金属材料激光3d打印原位预热温度的控制方法
CN106738914A (zh) 一种有效解决拉丝现象的3d打印头
Sharma et al. The heat transfer characteristics and rewetting behavior of hot horizontal downward facing surface by round water jet impingement
CN208245631U (zh) 一种模具的循环利用冷却***
CN103322541A (zh) 一种基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器及其加工方法
CN110113913A (zh) 一种车内热源器件的液冷结构及液冷***
CN103116677A (zh) 一种面向有源相控阵天线的微通道冷板设计方法
CN108108515B (zh) 一种用于雷达恒温箱tec选型的热设计方法
CN103957682B (zh) 散热装置及具有该散热装置的电子设备
Shen et al. Thermofluids performances on innovative design with multi-circuit nested loop applicable for double-layer microchannel heat sinks
CN103929932B (zh) 一种预埋金属管压铸散热腔体
CN100411750C (zh) 涂布装置
CN105103431B (zh) 热电发电装置及使用该热电发电装置的热电发电方法
Maddox et al. Liquid jet impingement with an angled confining wall for spent flow management for power electronics cooling with local thermal measurements
CN205853287U (zh) 一种不等壁厚塑料制品模具的温控装置
Yameen et al. Modified manifold-microchannel heat exchangers fabricated based on additive manufacturing: Experimental characterization
Yi et al. Thermal performance and flow pattern of an immersion spray array cooling vapor chamber
CN209424471U (zh) 一种快速散热的冷锻模具
CN208400947U (zh) 燃料电池用散热器结构
Hosseinirad et al. Analysis of entropy generation and thermal–hydraulic of various plate-pin fin-splitter heat recovery systems using Al2O3/H2O nanofluid