RU212451U1 - Hybrid layout 3D printer - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к оборудованию для получения изделий последовательным экструзионным наращиванием слоев материала и может быть использована для производства объемных изделий практически любой формы сложности. 3D-принтер с гибридной компоновкой содержит стол, выполненный с возможностью поворота вокруг оси Z; основание рабочего стола; направляющие стержни, жестко закрепленные на раме; две каретки, установленные на вертикальных направляющих стержнях, имеющие возможность перемещения вдоль оси Z; одну каретку, установленную на горизонтальных направляющих стержнях, имеющую возможность перемещения вдоль оси Y; приводные механизмы кареток, выполненные в виде передач типа винт-гайка, приводимые в движение шаговыми двигателями; рабочий инструмент, выполненный в виде устройства для автоматической подачи проволочного материала; поводки, одни из концов которых закреплены шарнирно к угловым точкам основания рабочего стола, а вторые закреплены шарнирно к кареткам; блок управления. 3D-принтер с гибридной компоновкой позволяет снизить количество одновременно управляемых шаговых двигателей с шести до пяти без потери степеней свободы при создании изделий сложных геометрических форм.

The utility model relates to equipment for producing products by successive extrusion build-up of material layers and can be used to produce three-dimensional products of almost any form of complexity. The hybrid layout 3D printer comprises a table rotatable about a Z-axis; desktop base; guide rods rigidly fixed to the frame; two carriages mounted on vertical guide rods that can move along the Z axis; one carriage mounted on horizontal guide rods, having the ability to move along the Y axis; drive mechanisms of carriages made in the form of gears of the screw-nut type, driven by stepper motors; a working tool made in the form of a device for automatic feeding of wire material; leashes, one of the ends of which is hinged to the corner points of the base of the desktop, and the second is hinged to the carriages; Control block. A 3D printer with a hybrid layout allows you to reduce the number of simultaneously controlled stepper motors from six to five without losing degrees of freedom when creating products of complex geometric shapes.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для получения изделий последовательным экструзионным наращиванием слоев материала и может быть использована для производства объемных изделий практически любой формы сложности.The utility model relates to equipment for producing products by successive extrusion build-up of material layers and can be used to produce three-dimensional products of almost any form of complexity.

Известен 3D-принтер для послойного изготовления объемных деталей, включающий корпус, печатающую головку, расположенную в корпусе, закрепленную на каретке и снабженную модулем ее перемещения в плоскости XY; рабочий стол, выполненный с возможностью подогрева рабочей поверхности, закрепленный на основании и снабженный модулем перемещения по оси Z; контроллер, выполненный с возможностью управления процессом послойного изготовления (выращивания) объемных деталей; катушку (картридж) с проволочным расходным материалом, выполненную с возможностью подачи расходного материала в печатающую головку; рабочий стол закреплен на каретке основания на валу поворота рабочего стола вокруг оси Z, имеет возможность поворота вокруг оси Х посредством вала поворота каретки основания вокруг оси Х, шестерен поворота каретки основания вокруг оси Х, ремня поворота каретки основания вокруг оси Х, двигателя поворота каретки основания вокруг оси Х; имеет возможность вращения вокруг оси Z посредством вала поворота рабочего стола вокруг оси Z, шестерен поворота рабочего стола относительно оси Z, ремня поворота рабочего стола относительно оси Z, двигателя поворота рабочего стола относительно оси Z. (патент на полезную модель РФ № 198 006, МПК B41F 17/00, опубликовано 11.06.2020).Known 3D printer for layer-by-layer manufacturing of three-dimensional parts, including a housing, a print head located in the housing, mounted on a carriage and equipped with a module for moving it in the XY plane; work table, made with the possibility of heating the working surface, fixed on the base and equipped with a module for moving along the Z axis; a controller configured to control the process of layer-by-layer manufacturing (growing) of three-dimensional parts; a coil (cartridge) with a wire consumable, configured to supply the consumable to the print head; the working table is fixed on the base carriage on the shaft of rotation of the desktop around the Z axis, has the ability to rotate around the X axis by means of the base carriage rotation shaft around the X axis, gears for rotation of the base carriage around the X axis, the belt for rotating the base carriage around the X axis, the base carriage rotation motor around the x-axis; has the ability to rotate around the Z axis by means of the desktop rotation shaft around the Z axis, the gears for rotating the desktop about the Z axis, the belt for rotating the desktop about the Z axis, the motor for rotating the desktop about the Z axis. (Utility model patent of the Russian Federation No. 198 006, IPC B41F 17/00, published 06/11/2020).

Недостатком полезной модели является необходимость одновременного управления шестью шаговыми двигателями для обеспечения пяти степеней свободы и подачи материала при создании изделий сложных геометрических форм: двумя - для перемещения рабочего инструмента вдоль осей X, Y, одним - для перемещения стола вдоль оси Z, двумя - для наклона и поворота стола, одним - для подачи материала.The disadvantage of the utility model is the need to simultaneously control six stepper motors to provide five degrees of freedom and material supply when creating products of complex geometric shapes: two - to move the working tool along the X, Y axes, one - to move the table along the Z axis, two - to tilt and turn the table, one - for the supply of material.

Известен 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; стол выполнен наклонно-поворотным с возможностью вращения, а его столешница - из стекла с нагревательным элементом (патент на полезную модель РФ № 186 514, МПК B29C 64/20, B41F 17/00, опубликовано 22.01.2019).A 3D delta printer is known, comprising a housing connected to the upper and lower bases, on which guide rods are located vertically, on which carriages are installed, a table, a printing device, including a working tool in the form of a head and a connecting part, leashes, each of which is one the end is attached to the connecting part, and the second end is hinged to the carriage, the feeder for automatic material supply, the drive mechanisms of the carriages, the control unit; the table is tilt-rotatable, and its tabletop is made of glass with a heating element (Utility Model Patent RF No. 186 514, IPC B29C 64/20, B41F 17/00, published on 01/22/2019).

Недостатком полезной модели является необходимость одновременного управления шестью шаговыми двигателями для обеспечения пяти степеней свободы и подачи материала при создании изделий сложных геометрических форм: тремя - для перемещения рабочего инструмента вдоль осей X, Y, Z, двумя - для наклона и поворота стола, одним - для подачи материала.The disadvantage of the utility model is the need to simultaneously control six stepper motors to provide five degrees of freedom and material supply when creating products of complex geometric shapes: three - to move the working tool along the X, Y, Z axes, two - to tilt and rotate the table, one - to supply of material.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является 3D-принтер с гибридной компоновкой, 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, одни из концов которых закреплены шарнирно к угловым точкам основания рабочего стола, а вторые - шарнирно к кареткам, питатель для автоматической подачи материала приводные механизмы кареток, блок управления; печатающее устройство является закрепленным жестко на верхнем основании через соединительную деталь, а стол имеет возможность перемещения по пяти координатам за счет изменения угла наклона поводков, а также вращения стола, обеспечиваемого шаговыми двигателями, питатель выполнен с возможностью подачи жесткого расходного материала (патент на полезную модель РФ № 200 698, МПК B41F 17/00, B33Y 30/00, опубликовано 05.11.2020).The closest in terms of essential features is a 3D printer with a hybrid layout, containing a housing connected to the upper and lower bases, on which guide rods are located vertically, on which carriages are installed, a table, a printing device that includes a working tool in the form of a head and a connecting part , leashes, one of the ends of which are hinged to the corner points of the base of the desktop, and the second - hinged to the carriages, a feeder for automatic material supply, carriage drive mechanisms, a control unit; the printing device is fixed rigidly on the upper base through the connecting part, and the table has the ability to move along five coordinates by changing the angle of inclination of the leashes, as well as the rotation of the table provided by stepper motors, the feeder is configured to supply a rigid consumable material (patent for a utility model of the Russian Federation No. 200 698, IPC B41F 17/00, B33Y 30/00, published 11/05/2020).

Недостатком полезной модели является необходимость одновременного управления шестью шаговыми двигателями для обеспечения пяти степеней свободы и подачи материала при создании изделий сложных геометрических форм: четырьмя - для перемещения вдоль осей X, Y, Z и наклона стола, одним - для поворота стола, одним - для подачи материала.The disadvantage of the utility model is the need to simultaneously control six stepper motors to provide five degrees of freedom and material supply when creating products of complex geometric shapes: four - to move along the X, Y, Z axes and tilt the table, one - to rotate the table, one - to feed material.

Технической задачей является снижение количества одновременно управляемых шаговых двигателей без потери степеней свободы при создании изделий сложных геометрических форм.The technical task is to reduce the number of simultaneously controlled stepper motors without losing degrees of freedom when creating products of complex geometric shapes.

Технический результат достигается за счет того, что 3D-принтер с гибридной компоновкой содержит стол, выполненный с возможностью поворота вокруг оси Z; основание рабочего стола; направляющие стержни, жестко закрепленные на раме; две каретки, установленные на вертикальных направляющих стержнях, имеющие возможность перемещения вдоль оси Z; одну каретку, установленную на горизонтальных направляющих стержнях, имеющую возможность перемещения вдоль оси Y; приводные механизмы кареток, выполненные в виде передач типа винт-гайка, приводимые в движение шаговыми двигателями; рабочий инструмент, выполненный в виде устройства для автоматической подачи проволочного материала; поводки, одни из концов которых закреплены шарнирно к угловым точкам основания рабочего стола, а вторые закреплены шарнирно к кареткам; блок управления.The technical result is achieved due to the fact that the 3D printer with a hybrid layout contains a table that can be rotated around the Z axis; desktop base; guide rods rigidly fixed to the frame; two carriages mounted on vertical guide rods that can move along the Z axis; one carriage mounted on horizontal guide rods, having the ability to move along the Y axis; drive mechanisms of the carriages, made in the form of gears of the screw-nut type, driven by stepper motors; a working tool made in the form of a device for automatic feeding of wire material; leashes, one of the ends of which is hinged to the corner points of the base of the desktop, and the second is hinged to the carriages; Control block.

Посредством блока управления осуществляется одновременное управление пятью шаговыми двигателями: управление двумя шаговыми двигателями, перемещающими каретки вдоль оси Z, изменяя наклон поводков, обеспечивая столу перемещение вдоль осей X, Z и поворот вокруг оси X, придавая столу три степени свободы; управление шаговым двигателем, перемещающим каретку вдоль оси Y, придавая столу одну степень свободы; управление шаговым двигателем, обеспечивающим поворот стола вокруг оси Z, придавая столу одну степень свободы; управление шаговым двигателем, обеспечивающим подачу проволочного материала рабочим инструментом. Таким образом, обеспечивается пять степеней свободы при создании изделий сложных геометрических форм.Through the control unit, five stepper motors are simultaneously controlled: control of two stepper motors that move the carriages along the Z axis, changing the inclination of the leashes, providing the table with movement along the X, Z axes and rotation around the X axis, giving the table three degrees of freedom; control of a stepper motor that moves the carriage along the Y axis, giving the table one degree of freedom; stepper motor control that rotates the table around the Z axis, giving the table one degree of freedom; control of a stepper motor, which provides the supply of wire material with a working tool. Thus, five degrees of freedom are provided when creating products of complex geometric shapes.

Техническая сущность и принцип действия полезной модели поясняются фиг. 1 - общий вид 3D-принтера с гибридной компоновкой.The technical essence and principle of operation of the utility model are illustrated in Fig. 1 is a general view of a 3D printer with a hybrid layout.

3D-принтер с гибридной компоновкой включает в себя стол 1, выполненный с возможностью поворота вокруг оси Z посредством шагового двигателя 12; вертикальные направляющие стержни 3 и горизонтальные направляющие стержни 4, закрепленные на раме 5; каретки 6, установленные на направляющих стержнях 3, имеющие возможность перемещения вдоль оси Z; приводные механизмы кареток 6, выполненные в виде передач типа винт-гайка, приводимых в движение шаговыми двигателями 10; каретку 7, установленную на направляющих стержнях 4, имеющую возможность перемещения вдоль оси Y; приводной механизм каретки 7, выполненный в виде передачи типа винт-гайка, приводимой в движение шаговым двигателем 11; закрепленный на каретке 7 рабочий инструмент 8, выполненный в виде устройства для автоматической подачи проволочного материала посредством шагового двигателя 13; поводки 9, одни из концов которых закреплены шарнирно к угловым точкам основания стола 2, а вторые закреплены шарнирно к кареткам 6; блок управления 14.The hybrid layout 3D printer includes a table 1 rotatable about a Z-axis by a stepper motor 12; vertical guide rods 3 and horizontal guide rods 4 fixed on frame 5; carriages 6 mounted on guide rods 3, having the ability to move along the Z axis; drive mechanisms of the carriages 6, made in the form of gears of the screw-nut type, driven by stepper motors 10; the carriage 7 mounted on the guide rods 4, having the ability to move along the Y axis; the drive mechanism of the carriage 7, made in the form of a screw-nut type transmission driven by a stepper motor 11; fixed on the carriage 7 working tool 8, made in the form of a device for automatic feeding of wire material by means of a stepper motor 13; leashes 9, one of the ends of which is hinged to the corner points of the base of the table 2, and the second is hinged to the carriages 6; control unit 14.

Полезная модель работает следующим образом: блок управления 14 передает управляющие команды шаговым двигателям 10, 11, 12, 13, причем шаговые двигатели 10 перемещают каретки 6, изменяя угол наклона поводков 9, обеспечивая столу 1 перемещение вдоль осей X, Z и поворот вокруг оси X; шаговый двигатель 11 перемещает каретку 7, обеспечивая рабочему инструменту 8 перемещение вдоль оси Y; шаговый двигатель 12 обеспечивает поворот стола вокруг оси Z; шаговый двигатель 13 обеспечивает подачу проволочного материала рабочим инструментом 8.The utility model works as follows: the control unit 14 transmits control commands to the stepper motors 10, 11, 12, 13, and the stepper motors 10 move the carriages 6 by changing the angle of the leashes 9, providing the table 1 with movement along the X, Z axes and rotation around the X axis ; the stepper motor 11 moves the carriage 7, providing the working tool 8 with movement along the Y axis; stepper motor 12 provides rotation of the table around the Z axis; the stepper motor 13 provides the wire material with the working tool 8.

Таким образом, 3D-принтер с гибридной компоновкой позволяет снизить количество одновременно управляемых шаговых двигателей с шести до пяти без потери степеней свободы при создании изделий сложных геометрических форм.Thus, a 3D printer with a hybrid layout makes it possible to reduce the number of simultaneously controlled stepper motors from six to five without losing degrees of freedom when creating products of complex geometric shapes.

Claims (1)

3D-принтер с гибридной компоновкой, 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, одни из концов которых закреплены шарнирно к угловым точкам основания рабочего стола, а вторые - шарнирно к кареткам, питатель для автоматической подачи материала, приводные механизмы кареток, блок управления, отличающийся тем, что содержит каретку, установленную на горизонтально расположенных направляющих стержнях.3D printer with a hybrid layout, containing a housing connected to the upper and lower bases, on which guide rods are vertically located, on which carriages are installed, a table, a printing device that includes a working tool in the form of a head and a connecting part, leashes, one of the ends of which hinged to the corner points of the desktop base, and the second - hinged to the carriages, a feeder for automatic material supply, carriage drive mechanisms, a control unit, characterized in that it contains a carriage mounted on horizontally located guide rods.

Images