ES2932870T3 - Dispositivo de regulación y cierre para material extruido plásticamente deformable - Google Patents

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Stefan Uhlmann
Christopher John
Tobias Sauerstein
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Abstract

En el dispositivo de control y cierre, a través de la brida (1) se conduce un conducto (7) a través del cual se puede transportar el material (5) a la boquilla de salida. Dos pistones (2) se introducen en el conducto por dos lados opuestos. Al menos un pistón (2, 3) está montado y guiado con movimiento de traslación y/o rotación. En uno de los pistones (2, 3) se forma una abertura que desemboca en un conducto (6) que pasa por dicho pistón (2, 3) y que a su vez desemboca en una boquilla de derivación (4). En la superficie lateral exterior del al menos un pistón (2, 3) está formada una ranura (8) a través de la cual se puede transportar material en dirección a la boquilla de salida. El pistón (2, 3) se puede girar de tal manera que haya una conexión con la boquilla de salida. La sección transversal libre cambia durante un movimiento de traslación y/o rotación del pistón (2, 3). Se puede girar un pistón (2, 3) de tal manera que se pueda lograr el control del flujo volumétrico del material (5) que pasa a través del conducto (7). Al cerrar el conducto (7), la abertura se puede colocar de manera que se pueda transportar el material (5). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de regulación y cierre para material extruido plásticamente deformable
La invención se refiere a un dispositivo de regulación y cierre para material extruido plásticamente deformable, con el que son posibles una regulación del flujo volumétrico en procesos basados en extrusión y también una parada de transporte.
Según el estado actual de la técnica, los procesos basados en extrusión, como los que se utilizan a menudo en los procedimientos de fabricación aditiva, siguen un proceso continuo. Debido a la presente característica, no es posible un control a corto plazo de los volúmenes descargados y no se ha necesitado ni seguido técnicamente en las aplicaciones anteriores. En el sector de la fabricación generativa, que se utiliza cada vez más, el uso de procedimientos basados en extrusión tiene un alto potencial de desarrollo debido a los altos rendimientos de descarga alcanzables. La característica de proceso mencionada anteriormente se opone a esto en el sentido de que no es posible una regulación de la descarga de material. Esta circunstancia conduce desde una precisión insuficiente del componente, pasando por un exceso de material aplicado, hasta deterioros de la estructura del componente. Por lo tanto, la capacidad de uso de la impresión 3D basada en extrusión se limita en gran medida.
La característica de los procesos basados en extrusión representa un gran obstáculo técnico para la aplicación en el sector de la fabricación generativa en la fabricación de componentes de alta calidad con estructuras interiores complejas.
La extrusión convencional está diseñada como un proceso continuo y no está indicada/ diseñada para una pausa o regulación a corto plazo de la descarga de volumen. Correspondientemente no está prevista una función correspondiente en las instalaciones actualmente disponibles.
En el sector de la fabricación aditiva no existe una solución para la problemática existente. La mayoría de los usuarios de sistemas basados en extrusión interrumpe o regula el flujo volumétrico de material, por ejemplo, porque se interrumpe el giro del tornillo sin fin de extrusión y acepta el sobrellenado/extrusión resultante, el arrastre, las imperfecciones, las inconsistencias del ancho de hebra o las desviaciones dimensionales. Los sobrellenados resultantes y los espesores de pared demasiado grandes se pueden repasar eventualmente. Opcionalmente, también se puede conectar un grupo adicional, tal como, por ejemplo, una bomba de extruido, aguas abajo a la extrusora. Esta, como un depósito, absorbe el extruido, por ejemplo, una masa fundida de la extrusora y emite un flujo volumétrico regulado de la masa fundida.
Así, por el documento DE 38 15 897 C1 se conoce una máquina de tornillo sin fin con válvula de arranque y estrangulador.
El documento CN 101235914 A se refiere a las posibilidades para una dosificación.
Un grifo de tres vías con un cono de grifo en forma de cono truncado o cilíndrico se desprende del documento DE 87 12896 U1.
Un procedimiento para la recuperación de una materia prima en un proceso de extrusión y una válvula de arranque para ello se dan a conocer en el documento DE 10204244 C1.
Por lo tanto, el objetivo de la invención es indicar posibilidades para influir en el flujo volumétrico de un extruido transportado desde una boquilla de salida.
Según la invención este objetivo se consigue con un dispositivo que presenta las características de la reivindicación 1. Configuraciones ventajosas de la invención se pueden implementar con las características designadas en las reivindicaciones dependientes.
En el dispositivo de regulación y cierre según la invención para material extruido plásticamente deformable, este se transporta por una unidad de extrusión a una boquilla de salida. A este respecto, una brida está conectada en un lado con una abertura de salida de la unidad de extrusión y en el lado opuesto con la boquilla de salida.
A través de la brida está guiado un canal, a través del que se puede transportar el material extruido plásticamente deformable desde la unidad de extrusión a la boquilla de salida. Además, un primer pistón y un segundo pistón están guiados desde dos lados opuestos en el canal y, a este respecto, al menos uno de los pistones está montado y guiado de forma móvil en translación perpendicularmente al eje longitudinal central del canal y/o de forma giratoria alrededor de un eje longitudinal central perpendicularmente.
En una alternativa según la invención, en al menos uno de los pistones está configurada una abertura configurada en la superficie envolvente exterior, que desemboca en un canal guiado a través de este pistón, que a su vez desemboca en una boquilla de bypass.
En otra alternativa hay una ranura en la superficie envolvente exterior del al menos un pistón. De manera preferida, su sección transversal libre está configurada cambiando de forma escalonada o continua a lo largo de su longitud. En el caso de un movimiento translatorio y/o rotativo del al menos un pistón se puede modificar la sección transversal libre, a través de la que se transporta el material extruido plásticamente deformable en la dirección de la boquilla de salida.
Alternativamente a ello, el al menos un pistón se puede girar de modo que se puede lograr una regulación del flujo volumétrico del material extruido plásticamente deformable transportado a través del canal a través de la ranura debido a la posición angular alcanzada en cada caso del al menos un pistón. El pistón en el que está configurada una ranura también se puede girar de modo que la ranura esté posicionada de modo que ningún material extruido plásticamente deformable se pueda transportar a través del canal a la boquilla de salida.
También existe la posibilidad de que al menos un pistón se pueda mover en translación de un lado a otro, con lo que se puede obtener un intersticio entre las superficies frontales de los pistones, con cada vez una medida de intersticio variable en función del camino recorrido hacia atrás durante el movimiento translatorio, mediante el que el material extruido plásticamente deformable se puede transportar del canal a la boquilla de salida con un flujo volumétrico correspondientemente influenciado. En un movimiento en el que ambas superficies frontales de los pistones se tocan directamente, se puede lograr un cierre y un transporte a través de la abertura, el canal de bypass y la boquilla de bypass.
En el caso de un cierre completo del canal, a través del que se transporta el material extruido plásticamente deformable en la dirección de la boquilla de salida, la abertura configurada en la superficie envolvente exterior del al menos un pistón se puede posicionar de modo que el material extruido plásticamente deformable se puede transportar en el canal guiado a través del al menos un pistón a la boquilla de bypass. A este respecto, este canal puede recircular en el circuito el material extruido plásticamente deformable no transportado a la boquilla de salida del dispositivo o suministrarlo a un recipiente colector o a una descarga inofensiva.
El posicionamiento de la abertura que desemboca en el canal a la boquilla de bypass se puede posicionar mediante una traslación o un giro del al menos un pistón.
La ranura debe estar guiada sobre un rango angular mayor de 180° de la superficie envolvente del al menos un pistón. Preferiblemente, puede estar dispuesta al lado de la abertura que está configurada en el al menos un pistón.
La ranura puede estar guiada también sobre un rango angular menor de 270° de la superficie de envolvente del al menos un pistón, lo que tiene un efecto ventajoso en particular cuando la regulación del flujo volumétrico se debe realizar mediante una rotación definida del al menos un pistón y una parada segura del transporte del material extruido plásticamente deformable hacia la boquilla de salida.
También pueden estar configuradas ranuras en las superficies de ambos pistones, que están dimensionados preferiblemente de forma diferente y/o dispuestos en diferentes posiciones angulares.
En una regulación semejante, el al menos un pistón se puede girar a una posición angular de modo que se pueda transportar un flujo volumétrico correspondiente a través de la ranura y entre la pared interior cilíndrica de la brida, en la que está guiado el al menos un pistón. La sección transversal libre de la ranura debe aumentar en la dirección de la boquilla de salida del dispositivo, de modo que no pueda haber un efecto de atasco.
En el caso de una parada de transporte y cierre del canal, a través del que se transporta el material extruido plásticamente deformable a la boquilla de salida, las superficies frontales de los dos pistones, dispuestas dirigidas una hacia otra, se deben tocar obturando este canal en el caso de un cierre completo del canal, a través del material extruido plásticamente deformable. Esto se puede lograr preferentemente mediante un movimiento translatorio de al menos uno de los dos pistones.
Así, el dispositivo puede formar una válvula adecuada con la que se pueda regular el flujo volumétrico o se pueda detener temporalmente. Para ello debe estar presente un accionamiento para un movimiento definido del al menos un pistón. Un accionamiento puede estar conectado a una unidad de control o regulación electrónica, que también se puede utilizar para la fabricación aditiva de componentes.
Si se utiliza adicionalmente al menos un sensor en la fabricación aditiva, sus señales de medición también se pueden utilizar para una regulación del flujo volumétrico transportado o una parada del transporte. El al menos un pistón se puede mover entonces de forma correspondiente en función de las señales de medición detectadas momentáneamente del/de los sensor(es) y la ranura o la abertura o la medida de intersticio, que están presentes entre las dos superficies frontales, que están dirigidas una hacia otra en el pistón, se pueden ajustar de forma correspondiente. Como material extruido plásticamente deformable se pueden emplear termoplásticos, suspensiones o pastas viscosas correspondientemente. En el caso de extruidos que contienen materiales termoplásticos o termoplásticos, se puede utilizar un plastificador adicional, con el que se puede mantener una temperatura del material adecuada para el procesamiento, a la que es posible una deformación plástica. Del estado de la técnica se conocen suspensiones o pastas adecuadas.
Por lo tanto, el objeto de la invención es una unidad de regulación, que puede realizar una división del flujo volumétrico total sobre una boquilla de salida para una fabricación aditiva y/ o una boquilla de bypass y, por lo tanto, se puede lograr una descarga discontinua de la boquilla de salida con el uso de un proceso de extrusión continuo.
Así son posibles
- un arranque y parada de la descarga de material a través de la boquilla de salida
- una regulación completa del caudal volumétrico descargado
- una regulación de las fluctuaciones de presión - un
ajuste de un nivel de presión deseado dentro de la unidad de extrusión.
Con la invención se pueden conseguir las siguientes ventajas:
- interrupción de un proceso de extrusión continuo con tiempos de conmutación cortos
- implementación de una función arranque-parada
- prevención del arrastre del material en/sobre el componente a fabricar
- estructuras construidas de forma homogénea (por ejemplo, consistencia de anchura de hebra)
- prevención de sobrellenados en zonas de borde, radios estrechos o puntos de inversión condicionados geométricamente
Además, se puede mejorar la calidad de los puntos de deposición/conversión de la boquilla de salida en combinación con anchos de hebra, por ejemplo, mayores de 1 mm; se pueden fabricar paredes con un espesor de pared de 1 mm en una sola pasada; se pueden reducir la duración y los costes de fabricación; se puede mejorar la resistencia del componente ortogonalmente a la dirección de la hebra y se puede utilizar el material utilizado de forma más efectiva. La fabricación generativa por medio de procedimientos basados en extrusión, ante todo en estructuras de componentes de gran volumen representa el campo de aplicación con el mayor potencial g. Además, es concebible una aplicación en otros sectores de la técnica de extrusión. También es posible un uso en la impresión 3D de hormigón en el sector de la construcción y la impresión 3D de alimentos (chocolate, pastas o alimentos en puré).
A continuación se debe explicar la invención más en detalle a modo de ejemplo.
A este respecto muestran:
Figura 1 un ejemplo de un dispositivo según la invención en una representación en sección, en el que es posible un transporte de material extruido plásticamente deformable y
Figura 2 el ejemplo mostrado en la figura 1, en el que no se puede evacuar ningún material extruido plásticamente deformable a la boquilla de salida para una fabricación aditiva, sino en forma de un bypass.
Las figuras muestran un segmento de válvula que también se puede designar como brida de pistón de bypass/regulación. La brida 1 está conectada en el lado superior aquí verticalmente con una unidad de extrusión no mostrada que presenta al menos un tornillo sin fin de extrusión dispuesto en un tubo de extrusión. En el lado frontal opuesto de la brida 1 está presente una boquilla de salida igualmente no mostrada, que se puede proporcionar para la fabricación aditiva mediante material extruido plásticamente deformable 5 transportado con la unidad de extrusión. A través de la brida 1 está guiado un canal 7.
En la brida 1 están dispuestos dos pistones 2 y 3 regulables situados en el interior, conectados desde el exterior con un accionamiento no mostrado, y guiados allí en un cilindro. Los pistones 2 y 3 están montados de forma giratoria en la brida 1 y también se pueden mover en translación perpendicularmente al eje longitudinal del canal 7, a través del que se puede transportar el material extruido plásticamente deformable 5 a la boquilla de salida.
El material extruido plásticamente deformable se transporta llegando de la unidad de extrusión en la brida 1, allí se encuentra con las superficies envolventes exteriores de los pistones 2 y 3. En función de la posición de los pistones 2 y 3, el flujo volumétrico se puede transportar completamente a la boquilla de salida y ponerse a disposición para la fabricación aditiva.
En la figura 1 no se muestra cómo al menos uno de los pistones 2 y 3 se ha movido en translación de modo que se ha alcanzado una determinada medida de intersticio entre las superficies frontales de los pistones 2 y 3 dirigidas una hacia otra. Por lo tanto, se puede influir en el caudal volumétrico respectivo de material extruido plásticamente deformable 5, que llega a la boquilla de salida. Esto se puede lograr mediante movimiento translatorio de al menos uno de los dos pistones 2 o 3 perpendicularmente al eje longitudinal del canal 7.
En la forma representada en la figura 1 puede estar incorporada también una ranura 8, que está configurada en la superficie envolvente exterior de al menos uno de los pistones 2 y 3. En este caso, no debe estar presente un intersticio entre los dos pistones 2 y 3. Mediante el giro de uno de los pistones 2 o 3, la ranura 8 se puede posicionar de modo que un flujo volumétrico definido de material extruido plásticamente deformable 5 pueda llegar a la boquilla de salida. Para ello, la sección transversal libre de la ranura 8 se modifica sobre el perímetro, como se ha explicado en la parte general de la descripción.
En la figura 2 se muestra cómo se ha posicionado el pistón 2 de modo que el canal 7 esté completamente bloqueado, de modo que ningún material extruido plásticamente deformable 5 pueda llegar a la boquilla de salida.
En el pistón 3 está configurado para ello en la superficie envolvente exterior en la superficie una abertura que desemboca en el canal 6, que se desvía a través del pistón 3 a la boquilla de bypass 4. Para ello, el pistón 3 se puede mover en translación perpendicularmente al eje longitudinal del canal 7 y/o girarse alrededor de este eje. Así, el material extruido plásticamente deformable 5 desviado puede ser devuelto total o parcialmente de nuevo al proceso. A este respecto, si se realiza una regulación del flujo volumétrico, el tamaño del intersticio entre los lados frontales de los pistones 2 y 3 dirigidos uno hacia otro se puede modificar y adaptar a la necesidad momentánea. Esto se puede lograr mediante el movimiento translatorio de uno de los pistones perpendicularmente al eje longitudinal del canal 7. Si se transporta material extruido plásticamente deformable a través de la ranura 8, se puede influir en el flujo volumétrico transportable en cada caso mediante la respectiva posición angular del pistón 2 o 3 en el que está configurada la ranura 8. A este respecto, el caudal volumétrico de material extruido plásticamente deformable se puede regular de modo que una parte determinada de material extruido plásticamente deformable 5 se pueda transportar a través del canal 6 y otra parte definida también a la boquilla de salida para la fabricación aditiva a través del intersticio definido ajustado entre los pistones.
También se puede lograr una regulación analógica con una ranura en la superficie de un pistón 2 o 3, en la que la ranura y la abertura que desemboca en el canal 6 se posiciona de forma correspondiente.
En este ejemplo, el canal 6 a la boquilla de bypass 4 está configurado en el eje longitudinal central del pistón 3. Tan pronto como del proceso de construcción en la fabricación aditiva se desprende la necesidad de que se deba detener el flujo volumétrico de material extruido plásticamente deformable 5, el pistón 2 se puede pivotar a una posición en la que no es posible un transporte de material a la boquilla de salida. Al mismo tiempo, el pistón 3 se puede posicionar de modo que el material 5 fluya completamente a través de la boquilla de bypass 4, como se muestra en la figura 2. A este respecto, el material 5 que sale se retira o se devuelve como se describió anteriormente. En la boquilla de salida, la descarga se detiene de forma correspondiente.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo de regulación y cierre para material extruido plásticamente deformable (5), que se transporta por una unidad de extrusión a una boquilla de salida, en la que una brida (1) está conectada en un lado con una abertura de salida de la unidad de extrusión y en el lado opuesto con la boquilla de salida y
a través de la brida (1) está guiado un canal (7), a través del que se puede transportar el material extruido plásticamente deformable (5) desde la unidad de extrusión hasta la boquilla de salida y
un primer pistón (2) y un segundo pistón (3) están guiados en el canal desde dos lados opuestos; donde al menos uno de los pistones (2, 3) está montado y guiado de forma móvil en traslación perpendicularmente al eje longitudinal central del canal y/o de forma giratoria alrededor de un eje longitudinal central perpendicularmente y, a este respecto,
en al menos uno de los pistones (2, 3) está configurada una abertura configurada en la superficie envolvente exterior, que desemboca en un canal (6) guiado a través de este pistón (2, 3), que a su vez desemboca en una boquilla de bypass (4), o
en la superficie envolvente exterior del al menos un pistón (2, 3) está configurada una ranura (8), a través de la que se puede transportar el material extruido plásticamente deformable desde el canal (7) en la dirección de la boquilla de salida, cuando el pistón (2, 3) se ha girado a una posición angular en la que la ranura (8) forma una conexión entre el canal 7 y la boquilla de salida, a través de la que se puede transportar el material extruido plásticamente deformable (5),
y
en el caso de un movimiento translatorio y/o rotativo del al menos un pistón (2, 3) se puede modificar la sección transversal libre, a través de la que se transporta el material extruido plásticamente deformable (5) en la dirección de la boquilla de salida,
o el al menos un pistón (2, 3) se puede girar de modo que se puede lograr una regulación del flujo volumétrico del material extruido plásticamente deformable (5) transportado a través del canal (7) a través de la ranura (8) debido a la posición angular alcanzada en cada caso del al menos un pistón (2, 3),
caracterizado porque
en el caso de un cierre completo del canal (7), a través del que se transporta el material extruido plásticamente deformable (5) en la dirección de la boquilla de salida, la abertura configurada en la superficie envolvente exterior del al menos un pistón (2, 3) se puede posicionar de modo que el material extruido plásticamente deformable (5) se puede transportar en el canal (6) guiado a través del al menos un pistón (2, 3) a la boquilla de bypass (4).
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la ranura está guiada sobre una zona angular mayor de 180° de la superficie envolvente del al menos un pistón (2, 3).
3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la ranura está guiada sobre un rango angular menor de 270° de la superficie envolvente del al menos un pistón (2, 3).
4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sección transversal libre de la ranura (8) está modificada escalonada o continuamente a lo largo de su longitud.
5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sección transversal libre de la ranura (8) está configurada aumentando en la dirección de la boquilla de salida del dispositivo.
6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las ranuras están configuradas en las superficies de ambos pistones (2 y 3) que tienen diferentes dimensiones y/o están dispuestas en diferentes posiciones angulares.
7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las superficies frontales de los dos pistones (2, 3), dispuestas dirigidas una hacia otra, se tocan obturando este canal durante un cierre completo del canal, a través del que se transporta el material extruido plásticamente deformable (5) en la dirección de la boquilla de salida.
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