ITUB20155874A1 - Accessorio autonomo e universale per la stampa 3d mediante saldatrice ad arco con metallo sotto protezione di gas - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un accessorio autonomo e universale per la stampa 3D mediante saldatrice ad arco con metallo sotto protezione di gas.

La domanda di brevetto cinese per invenzione CN 103691946 A divulga una stampante 3D di metallo comprendente una saldatrice a gas inerte, una testa di stampa, un meccanismo di movimentazione secondo i tre assi x, y e z a cui è collegata la testa di stampa per il suo posizionamento spaziale, un alimentatore di filo metallico che si rammollisce e si fonde in piccole goccioline. Le goccioline si raffreddano e solidificano su di una piattaforma su cui si ottiene un prodotto tipico della cosiddetta additive manufacturing. Nella descrizione della sopracitata domanda di brevetto sono menzionate figure che non sono allegate alla domanda. Questa stampante 3D di metallo ha il vantaggio che non viene usato un dispositivo laser per ottenere il prodotto, pertanto il suo costo di fabbricazione è basso. Inoltre i materiali di partenza sono comuni materiali metallici e non è richiesta una polvere estremamente fine. Infine i costi di trattamento e produzione sono notevolmente ridotti.

Il modello di utilità cinese CN 203817588 U descrive una stampante 3D di metallo basata su saldatura ad arco elettrico. La stampante 3D di metallo comprende una base e un supporto sistemato sulla base. La base è fornita di una tavola di lavoro che si sposta secondo gli assi x e y. Un dispositivo di saldatura è posto sul supporto mobile lungo l'asse z. Il dispositivo di saldatura e la tavola di lavoro lavorano discosti l'uno dall'altra. Nel modello sopra citato la testa di stampa è costituita dalla saldatrice ad arco o, per meglio dire, il generatore di arco elettrico è integrato nella testa di stampa; ciò rende la testa di stampa più pesante e, quindi, maggiormente soggetta ad inerzie durante la sua movimentazione verticale, originando un processo di deposizione poco accurato.

Si comprende che entrambi i documenti citati applicano la tecnologia della fusione ad arco di un filo metallico in atmosfera di gas inerte in una stampante 3D attraverso la progettazione di una particolare saldatrice, la cui testa di stampa è posta in grado di muoversi secondo un asse z perpendicolare ad una piattaforma di piano x-y, mobile a sua volta lungo i rispettivi assi.

Uno degli scopi della presente invenzione è quello di perfezionare quanto descritto nei documenti sopra citati.

In particolare, con riferimento al primo documento citato, uno scopo è quello di ottenere una stampante 3D unendo una saldatrice ad arco con un accessorio universale, che può prevedere anche l'utilizzo di gas attivo o, in caso di filo animato, (Flux Cored Are Welding) di nessun tipo di gas di protezione.

Con riferimento al secondo documento citato, uno scopo è quello di realizzare una testa di stampa costituita esclusivamente da una torcia, mantenendo il generatore di arco sempre al di fuori dell'area di stampa e non soggetto a movimentazione, così da rendere la testa di stampa più agevole, controllabile ed accurata, poiché l'unica massa da movimentare è solo quella relativa alla torcia. Il processo risultante è, di conseguenza, un processo di deposizione più stabile, controllabile ed accurato.

In generale, però, la presente invenzione mira invece a trasformare una qualunque saldatrice ad arco con metallo sotto protezione di gas, disponibile in commercio, che è normalmente presente nell'attrezzatura anche di una piccola officina, in una stampante 3D, estendendo in tal modo il normale campo di utilizzo di una saldatrice dalla giunzione meccanica permanente di due o più parti a quello della fabbricazione additiva o additive manufacturing.

Un ulteriore scopo dell'invenzione è quello di fornire un alloggiamento che possa contenere al suo interno una saldatrice ad arco con metallo sotto protezione di gas ma che possa permettere anche la sua sistemazione al di fuori dell'alloggiamento, a seconda delle necessità.

Un altro scopo ancora della presente invenzione è quello di razionalizzare la disposizione del quadro elettrico nella stampante 3D.

Ancora un altro scopo dell'invenzione è quello di fornire un alloggiamento funzionale e facilmente accessibile dall'esterno per una stampante 3D.

Ancora un altro scopo dell'invenzione è quello di fornire un accessorio universale, autonomo anche dal punto di vista dell'elettronica, in maniera che sia interfacciabile con qualunque saldatrice ad arco.

Un ulteriore scopo dell'invenzione è quello di non richiedere alcun dispositivo di avanzamento e controllo del filo metallico, né di aspo avvolgitore, essendo questi regolati attraverso meccanismi specifici integrati nella saldatrice ad arco commerciale.

In tutto quanto sopra sta l'universalità del nostro accessorio. Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un accessorio autonomo e universale per la stampa 3D mediante saldatrice ad arco con metallo sotto protezione di gas, comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione che segue, con l'aiuto degli uniti disegni in cui:

- la figura 1 è una vista frontale del dispositivo secondo il trovato in posizione chiusa;

- la figura 2 è una vista assonometrica del dispositivo della figura 1 a sportelli aperti, una saldatrice ad arco con metallo sotto protezione di gas essendo mostrata con linee a tratti all'interno di un vano inferiore del dispositivo;

- la figura 3 è una vista frontale del dispositivo della figura 1 con sportelli aperti, la saldatrice ad arco con metallo sotto protezione di gas e la sua torcia essendo mostrate con linee a tratti all'interno del dispositivo;

- la figura 4 è una vista laterale del dispositivo della figura 1 parzialmente sezionata per mostrare un vano superiore;

- le figure 5 e 6 sono rispettivamente una vista frontale e una vista laterale del dispositivo della figura 1 con sportelli aperti e saldatrice posta all'esterno. Si faccia riferimento inizialmente alle figure 1 a 3 che sono una vista frontale con sportelli chiusi, una vista assonometrica e una vista frontale con sportelli aperti del dispositivo secondo il trovato. Il dispositivo comprende un alloggiamento a sviluppo verticale 1, di materiale adatto, conformato esteticamente a forma del numero tre capovolto, e avente vani superiore 2 e inferiore 3. Il vano superiore 2 ha pareti laterali esterne 4, 5, 6, 7 e 8, secondo un profilo pentagonale irregolare su di una base superiore 9 a pianta quadrilatera e lati paralleli. Facendo riferimento alla figura 1, sono indicate in senso orario la parete 4 rastremata verso il basso, la parete verticale 5, una prima falda di copertura 6, una seconda falda di copertura 7 e una parete inclinata 8, rastremata verso la base superiore 9 a pianta quadrilatera. Sulla base superiore 9 è posta una piattaforma di supporto 11 mobile secondo gli assi x, y di un piano cartesiano (non indicati nelle figure), lungo guide ortogonali indicate genericamente con 12. La piattaforma di supporto 11 sostiene un piano di stampa che è fissato amovibilmente ad esso in maniera da essere sostituito dopo ogni processo di stampa.

Come mostrato nella figura 4, che è una vista laterale del dispositivo della figura 1 parzialmente sezionata, il vano superiore 2 contiene un telaio di sostegno 10, a cui sono fissate guide verticali 13 per una torcia di saldatura 14 che rappresenta la testa di stampa. La torcia di saldatura 14, come la saldatrice ad arco con metallo sotto protezione di gas descritta in seguito, è rappresentata con linea a tratti per significare che potrebbe essere scelta fra tutte quelle disponibili in commercio. Essa è montata, tramite un elemento di supporto 15, mobile lungo le guide verticali 13 secondo un asse z perpendicolare al piano cartesiano x-y. L'elemento di supporto 15 è configurato in modo tale da poter sostenere la torcia mantenendo la sua impugnatura originale. L'unica modifica da effettuare sulla torcia di saldatura 14 è quella di eliminare l'interruttore normalmente presente su di essa, come disponibile in commercio, che serve a controllare il processo di saldatura. Ciò viene fatto per permettere l'integrazione della torcia di saldatura 14 nell'elettronica di controllo della macchina.

La prima e la seconda falda di copertura 6, 7 sono inclinate verso il basso da parti opposte rispetto ad un colmo 67 della copertura. Il vano superiore 2 dell'alloggiamento 1 è chiuso anteriormente e posteriormente da uno sportello 25 fissato mediante cerniere 26 alla parete verticale 5, e da una parete di tamponatura superiore 34 in cui è indicato con 33 un piccolo display indicante lo stato di funzionamento. Lo sportello 25 è provvisto di una maniglia 27 da parte opposta alle cerniere 26 che consente una comoda apertura dello sportello 25 e l'accesso dall'esterno al vano superiore 2.

Il vano inferiore 3 è prismatico con una base inferiore 16 di dimensioni corrispondenti a quelle della base superiore 9. Una parete verticale esterna 17 chiude lateralmente il vano inferiore 3 e permette l'inserimento di un cassetto scorrevole 18 atto a raccogliere residue e scorie di lavorazione. Dalla parete verticale esterna 17 sporgono esteticamente appendici 19, 20, con una parete di tamponatura inferiore 35 che richiama la configurazione della parete di tamponatura superiore 34. Da parte opposta alla parete verticale esterna 17 è una controparete interna 21 e una parete esterna 22. Il vano inferiore 3 è atto ad ospitare una saldatrice ad arco con metallo sotto protezione di gas 23, nel seguito chiamata semplicemente saldatrice ad arco 23, mentre tra la controparete interna 21 e la parete esterna 22 è previsto un quadro elettrico 24. La saldatrice ad arco con metallo sotto protezione di gas 23 è rappresentata con linea a tratti, perché, come accennato in precedenza, può essere una qualunque di quelle disponibili sul mercato. L'alloggiamento a sviluppo verticale 1, come evidente nelle figure 2 e 3, poggia su piedini 32.

Come il vano superiore 2, anche il vano inferiore 3 dell'alloggiamento 1 è chiuso da uno sportello 25, fissato mediante cerniere 26 alla parete esterna 22 del vano inferiore 3 e munito di una maniglia 27.

Riassumendo, come evidente nelle figure 2 e 3, la piattaforma di supporto 11, essendo montata sulle guide ortogonali 12, utilizza il movimento cartesiano secondo gli assi x e y (non indicati nelle figure), mentre la torcia di saldatura 14, come testa di stampa, montata attraverso l'elemento di supporto 15 sulle guide verticali 13, può compiere un movimento ortogonale rispetto a quello della piattaforma di supporto, secondo l'asse z indicato nella figura 5.

I movimenti della piattaforma di supporto 11 secondo gli assi x e y e della torcia di saldatura 14 secondo l'asse z sono ottenuti con disposizioni che adottano motori passo-passo, ognuno dei quali muove una vite a ricircolo di sfere attraverso una cinghia dentata. Le guide su ogni asse sono assicurate da manicotti a ricircolo di sfere che scorrono su alberi temprati. Queste disposizioni non sono rappresentate né descritte ulteriormente perché di tipo convenzionale.

Il quadro elettrico 24 controlla mezzi di comando non mostrati per il funzionamento della saldatrice ad arco 23 e per il movimento della piattaforma di supporto Il e della torcia di saldatura 14.

II quadro elettrico 24, sistemato nel vano tra la controparete interna 21 e la parete esterna 22, comprende, anche se non mostrati in dettaglio, un alimentatore, una scheda di controllo, azionamenti per i motori passo-passo ed una scheda relè che è connessa alla scheda di controllo e controlla la torcia di saldatura 14. Tutti le derivazioni all'interno del quadro elettrico 24 sono effettuate con una morsettiera. Il quadro elettrico 24 prevede inoltre un interruttore generale azionabile dall'esterno e ventole che garantiscono il raffreddamento dei vari componenti. Al quadro è connessa inoltre una presa di alimentazione per la saldatrice ad arco 23.

La scheda di controllo potrebbe essere un PiBot controller board rev.2, reperibile in commercio. Alla scheda sono collegati gli azionamenti per i motori passo-passo (PiBot PB6600) e la scheda relè alla quale sono connessi i cavi che originariamente erano collegati all'interruttore presente sulla torcia di saldatura 14. Con il relè quindi, sfruttando un impulso proveniente dalla scheda di controllo, vengono comandati accensione e spegnimento della torcia di saldatura 14 per poter eseguire il lavoro di stampa. Come è usuale, la scheda di controllo ha un firmware che potrebbe essere quello tipico delle normali stampanti 3D, ma parametrato alla meccanica dell'accessorio secondo la presente invenzione. Per controllare il lavoro di stampa della macchina è possibile utilizzare il display 33 sopra citato. In alternativa, un operatore può collegarsi alla scheda di controllo con un elaboratore tramite una porta USB e visualizzare tutti i parametri e lo stato di avanzamento del processo impiegando un software (piBot Host) fornito dal produttore della scheda di controllo. Un file di input per la stampa si ottiene con gli stessi software che si utilizzano nel caso di stampanti 3D classiche e si può inviare alla macchina sia tramite il software piBot Host sopra citato, oppure attraverso una memoria microSD.

Nel dispositivo delle figure 1 a 4, la saldatrice ad arco 23 può essere posizionata all'interno del vano inferiore 3.

Quando la saldatrice ad arco 23 è posizionata all'interno dell'alloggiamento a sviluppo verticale 1, nel vano inferiore 3, il suo cavo di torcia 28 dal vano inferiore 3 al vano superiore 2 dove è alloggiata la torcia di saldatura 14 è mostrato in figura 4. Il passaggio del cavo di torcia 28 dal vano inferiore 3 dell'alloggiamento 1 all'esterno avviene attraverso un'asola 29 posta sulla parete inferiore esterna 17; sulla stessa superficie laterale 17 è predisposto un innesto 30 per il gas di protezione.

Si faccia riferimento adesso alle figure 5 e 6 che sono rispettivamente una vista frontale e una vista laterale della stampante 3D con sportelli aperti e saldatrice ad arco 23 posta all'esterno del vano inferiore 3. La saldatrice ad arco 23 è montata su di un carrello 31 è ancora una saldatrice ad arco con metallo sotto protezione di gas di tipo convenzionale.

Il carrello 31 è posizionato lateralmente all'alloggiamento 1 dal lato in cui è prevista la torcia di saldatura 14 in modo che il collegamento tra la saldatrice ad arco 23 e la torcia di saldatura 14, attraverso il cavo di torcia 28, sia il più diretto possibile.

Si dovrebbe comprendere che grazie al accessorio autonomo e universale per la stampa 3D mediante saldatrice ad arco con metallo sotto protezione di gas sopra descritto, può essere utilizzata una qualunque saldatrice ad arco con metallo sotto protezione di gas fra quelle disponibili in commercio, per ottenere una stampatrice 3D a basso costo e in modo estremamente efficiente.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Accessorio autonomo e universale per la stampa 3D mediante saldatrice ad arco con metallo sotto protezione di gas, atto a contenere una piattaforma di supporto (11) mobile secondo assi x e y, una torcia di saldatura (14) mobile ortogonalmente alla piattaforma di supporto (11) secondo un asse z ortogonale al piano definito dagli assi x e y ed una saldatrice ad arco (23) con metallo sotto protezione di gas, caratterizzato dal fatto di comprendere un alloggiamento (1) a sviluppo verticale, avente: - un vano superiore (2) in cui la piattaforma di supporto (11) è montata su guide ortogonali (12) e la torcia di saldatura (14) è montata su guide verticali (13) fissate ad un telaio di sostegno (10) tramite un elemento di supporto (15); e - un vano inferiore (3) atto ad ospitare la saldatrice ad arco (23) con metallo sotto protezione di gas.
2. 2. Accessorio secondo la rivendicazione 1, in cui il vano inferiore (3) dell'alloggiamento (1) è prismatico con una base inferiore (16), pareti verticali esterne (17, 22), dalla parete verticale esterna (17) sporgendo appendici (19, 20) che richiamano la configurazione del vano superiore (2).
3. 3. Accessorio secondo la rivendicazione 2, in cui da parte opposta alla parete verticale esterna (17) una controparete interna (21) forma un'intercapedine nel vano inferiore (3) con la parete verticale esterna (22).
4. 4. Accessorio secondo la rivendicazione 3, in cui il vano superiore (2) è aperto inferiormente ed un cassetto (18) per raccogliere scorie e residui di lavorazione è montato scorrevole nel vano inferiore (3) fra la parete verticale esterna (17) e la controparete interna (21).
5. 5. Accessorio secondo la rivendicazione 3, in cui il vano inferiore (3) è atto ad accogliere un quadro di controllo (24) posizionato verticalmente.