FR3022827A1 - FILAMENT SUPPLY CARTRIDGE WITH DRUM FOR 3D PRINTER - Google Patents
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Abstract
Une cartouche (1) d'alimentation en filament pour un système de modélisation tridimensionnelle par dépôt, comprend un boitier de stockage (2) définissant une chambre (4) avec un fond pour loger une bobine cylindrique (5) de filament montée libre en rotation dans le fond de la chambre, et un tambour (9) ayant une paroi annulaire qui entoure de manière coaxiale ladite bobine cylindrique (5), ledit tambour (9) étant solidaire en rotation avec ladite bobine (5) dans la chambre du boitier de stockage.A filament supply cartridge (1) for a three-dimensional deposition modeling system comprises a storage box (2) defining a chamber (4) with a bottom for accommodating a cylindrical spool (5) of rotatably mounted filament in the bottom of the chamber, and a drum (9) having an annular wall which coaxially surrounds said cylindrical coil (5), said drum (9) being rotationally integral with said coil (5) in the chamber of the housing of storage.
Description
Domaine technique Le domaine de l'invention est celui de l'impression d'objets en trois dimensions. L'invention porte plus particulièrement sur une cartouche d'alimentation en filament pour un système de modélisation tridimensionnelle par dépôt. Technique antérieure Généralement, les systèmes de modélisation tridimensionnelle par dépôt utilisent un filament en polymère thermoplastique comme matériau de fabrication. Ce filament est guidé depuis une cartouche d'alimentation vers une buse d'extrusion mobile en translation verticale et horizontale pour être liquéfié 15 et déposé sur une plate-forme de construction. Le filament en sortie de la buse d'extrusion se durcit en refroidissant sur la plate-forme de construction. Plusieurs couches peuvent ainsi être déposées par la buse d'extrusion dans des zones définies 20 à partir d'un modèle CAO afin de créer un objet solide tridimensionnel. On connaît du brevet US-2010/0096485 une cartouche d'alimentation en filament pour une imprimante 3D qui comporte un boitier de stockage définissant une chambre 25 destinée à loger le filament enroulé en bobine et présentant une ouverture pour le passage d'un brin du filament Lors du premier usage de la cartouche, le filament est initialement enroulé en bobine sous une forme 30 compactée. Une telle cartouche connue permet de protéger le filament des poussières et éventuellement si elle est étanche, de l'humidité de l'air. Elle permet aussi de facilement changer de filament dans le système d'impression 3D par substitution de cartouches. En cours d'utilisation, il arrive que le système d'entrainement du filament doive rembobiner le filament à l'intérieur de la cartouche par exemple pour libérer la buse d'extrusion afin de changer la couleur ou le matériau des objets imprimés. Or, comme le filament est en polymère flexible, il 10 tend à se déployer très largement dans la cartouche lorsqu'il est poussé à l'intérieur de celle-ci. Il y a donc des frottements du filament sur les parois intérieures de la cartouche, qui sont d'autant plus importants que la longueur du filament rétracté dans 15 la cartouche est importante. Il en résulte alors des risques de mauvais enroulage du filament autour de la bobine ce qui peut conduire au blocage ou au bourrage du filament à l'intérieur de la cartouche. 20 Exposé de l'invention Le but de l'invention est donc de remédier aux inconvénients ci-dessus et en particulier de proposer une cartouche d'alimentation en filament qui soit plus fiable et qui soit mieux adaptée à un rembobinage du filament 25 autour de la bobine. A cet effet, l'invention a pour objet une cartouche d'alimentation en filament pour un système de modélisation tridimensionnelle par dépôt, comprenant un boitier de stockage définissant une chambre pour loger 30 une bobine cylindrique de filament montée libre en rotation selon l'axe du cylindre dans la chambre, caractérisée en ce qu'elle comprend un tambour ayant une paroi annulaire qui entoure de manière coaxiale ladite bobine cylindrique et en ce que ledit tambour est solidaire en rotation avec ladite bobine dans la chambre du boitier de stockage.TECHNICAL FIELD The field of the invention is that of the printing of objects in three dimensions. More particularly, the invention relates to a filament feed cartridge for a three-dimensional deposition modeling system. PRIOR ART Generally, the three-dimensional deposition modeling systems use a thermoplastic polymer filament as the material of manufacture. This filament is guided from a feed cartridge to a movable extrusion nozzle in vertical and horizontal translation to be liquefied and deposited on a construction platform. The filament at the outlet of the extrusion nozzle hardens as it cools on the construction platform. Multiple layers can thus be deposited by the extrusion nozzle into defined areas from a CAD model to create a three-dimensional solid object. Patent US-2010/0096485 discloses a filament supply cartridge for a 3D printer which comprises a storage box defining a chamber 25 for accommodating the filament wound in a reel and having an opening for the passage of a strand of the Filament During the first use of the cartridge, the filament is initially wound into a coil in a compacted form. Such a known cartridge makes it possible to protect the filament from dust and possibly if it is waterproof, from the humidity of the air. It also makes it easy to change filaments in the 3D cartridge replacement printing system. In use, it sometimes happens that the filament drive system has to rewind the filament inside the cartridge, for example to release the extrusion nozzle in order to change the color or material of the printed objects. However, since the filament is made of flexible polymer, it tends to spread widely in the cartridge when it is pushed inside it. There is thus friction of the filament on the inner walls of the cartridge, which are all the more important as the length of the filament retracted into the cartridge is important. This then results in risks of poor winding of the filament around the coil which can lead to blocking or stuffing of the filament inside the cartridge. SUMMARY OF THE INVENTION The object of the invention is therefore to overcome the above drawbacks and in particular to provide a filament feed cartridge which is more reliable and which is better suited to rewinding the filament around the coil. To this end, the subject of the invention is a filament supply cartridge for a three-dimensional deposition modeling system, comprising a storage box defining a chamber for accommodating a cylindrical filament coil mounted free to rotate along the axis. cylinder in the chamber, characterized in that it comprises a drum having an annular wall which coaxially surrounds said cylindrical coil and in that said drum is integral in rotation with said coil in the chamber of the storage box.
L'idée à la base de l'invention est de limiter l'espace libre autour de la bobine dans le boitier tout en diminuant le plus possible les frottements du filament sur les parois intérieures de la cartouche lors de son rembobinage ou ré-enroulement. La présence de ce tambour réduit les risques de voir le filament s'emmêler. La cartouche d'alimentation en filament selon l'invention peut présenter les particularités suivantes: - une rainure hélicoïdale de guidage du filament peut être prévue dans la chambre, cette rainure étant coaxiale 15 à ladite bobine de filament; - ladite rainure peut être formée dans le fond de la chambre et déboucher dans une ouverture du boitier par laquelle sort ledit filament à l'extérieur de la cartouche; 20 - la bobine peut être montée libre en rotation sur un pivot disposé dans le fond de la chambre. L'invention s'étend un système de modélisation tridimensionnelle comprenant une telle cartouche d'alimentation en filament. 25 Description sommaire des dessins La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée du mode de réalisation pris à titre d'exemple 30 nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement une vue en perspective de la cartouche d'alimentation en filament selon l'invention; - la figure 2 représente schématiquement une vue en perspective une partie du boitier de stockage selon l'invention ; - la figure 3 représente schématiquement une vue en perspective de la bobine selon l'invention ; - la figure 4 représente schématiquement une vue en perspective du tambour selon l'invention ; - la figure 5 représente schématiquement une vue en perspective une partie du boitier de stockage selon l'invention sur lequel est monté la bobine et le tambour. Description des modes de réalisation La cartouche selon l'invention peut avantageusement être utilisée dans un système de modélisation tridimensionnelle par extrusion appelée également Imprimante 3D, que se soit pour des dispositifs à application industrielle ou pour des dispositifs destinés au grand public. L'aspect extérieur d'une telle cartouche 1 d'alimentation en filament est illustré sur la figure 1. Cette cartouche 1 peut être réalisée en matière plastique moulée. Ici, elle comprend un boitier de stockage 2 en deux parties emboitables mutuellement, à savoir un couvercle 2A et un socle 2B. Le couvercle 2A avec le socle 2B définissent une chambre 4 (visible sur la figure 2) dans laquelle est logé un filament F enroulé autour d'une bobine.The idea underlying the invention is to limit the free space around the coil in the housing while minimizing the friction of the filament on the inner walls of the cartridge during its rewinding or rewinding. The presence of this drum reduces the risk of the filament becoming entangled. The filament supply cartridge according to the invention may have the following features: a helical filament guide groove may be provided in the chamber, this groove being coaxial with said filament spool; said groove may be formed in the bottom of the chamber and open into an opening of the housing through which said filament exits the outside of the cartridge; The coil can be rotatably mounted on a pivot disposed in the bottom of the chamber. The invention extends a three-dimensional modeling system comprising such a filament supply cartridge. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be better understood and other advantages will appear on reading the detailed description of the embodiment taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawings, in which: FIG. 1 schematically shows a perspective view of the filament supply cartridge according to the invention; - Figure 2 shows schematically a perspective view a part of the storage case according to the invention; - Figure 3 schematically shows a perspective view of the coil according to the invention; - Figure 4 shows schematically a perspective view of the drum according to the invention; - Figure 5 schematically shows a perspective view part of the storage case according to the invention on which is mounted the coil and the drum. DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS The cartridge according to the invention can advantageously be used in a three-dimensional extrusion modeling system also called 3D printer, whether for devices with industrial application or for devices intended for the general public. The external appearance of such a filament supply cartridge 1 is illustrated in FIG. 1. This cartridge 1 can be made of molded plastic. Here, it comprises a storage box 2 in two mutually engageable parts, namely a lid 2A and a base 2B. The cover 2A with the base 2B define a chamber 4 (visible in Figure 2) in which is housed a filament F wound around a coil.
L'extrémité du filament F sortant du boitier est représentée sur la figure 1.The end of the filament F leaving the housing is shown in FIG.
La figure 2 montre plus en détail la partie supérieure du socle 2B avec le fond de la chambre 4 qui est délimité par une bordure circulaire 3. Avec le couvercle 2A, le socle 2B définit ici une chambre 4 de forme générale cylindrique. La chambre 4 sert donc à loger une bobine 5 de filament qui est illustrée sur la figure 3. Sur cette figure 3, on n'a pas représenté le filament F autour de la bobine 5.Figure 2 shows in more detail the upper part of the base 2B with the bottom of the chamber 4 which is defined by a circular border 3. With the cover 2A, the base 2B here defines a chamber 4 of generally cylindrical shape. The chamber 4 thus serves to house a coil 5 of filament which is illustrated in FIG. 3. In this FIG. 3, the filament F has not been represented around the coil 5.
La bobine 5 comprend ici deux flasques 6 circulaires espacés axialement l'un de l'autre. La bobine 5 peut être réalisée en matière plastique moulée. Cette bobine 5 autour de laquelle est enroulé le filament F vient se poser sur un de ses deux flasques en 15 rotation selon l'axe du cylindre de la bobine dans le fond circulaire de la chambre 4. Comme illustré sur la figure 3, entre le socle 2B et le couvercle 2A, il est formé un canal 7 rectiligne à section cylindrique d'un diamètre légèrement plus grand 20 que celui du filament F pour amener l'extrémité libre du filament F vers l'extérieur du boitier 2. Ce canal 7 est ici formé dans une sorte de bec qui saille à partir d'une paroi frontale du boitier 2. Le canal 7 débouche à l'intérieur de la chambre 4 à 25 travers une ouverture 8 formée dans l'épaisseur de la bordure 3. Comme visible sur la figure 2, le canal 7 s'étend de manière tangentielle à la bordure circulaire 3. Selon l'invention, afin de permettre un 30 fonctionnement bidirectionnel optimisé de la cartouche 1, notamment quand le filament F est déroulé de la bobine 5 ou quand il est ré-enroulé autour de la bobine 5, la bobine 5 est entourée de manière coaxiale par un tambour 9 à paroi intérieure annulaire cylindrique montré sur la figure 3. Ce tambour 9 présente à son extrémité supérieure une bordure annulaire qui vient se poser sur le flasque supérieur 6 de la bobine quand elle est placée dans le boitier 2. Le tambour 9 est prévu amovible par rapport à la bobine 5 pour permettre par exemple le bobinage du filament F sur la bobine et il peut être agencé pour se 10 clipser sur l'un des deux flasques 6 de la bobine. Le tambour 9 a une extrémité inférieure cylindrique qui est prévue pour affleurer sans contact le dessus de la bordure circulaire 3 du socle 2B de sorte qu'il est solidaire en rotation libre avec la bobine 5 dans la 15 chambre 4. Le diamètre extérieur de ce tambour 9 doit être légèrement inférieur au diamètre intérieur du couvercle cylindrique 2A afin de permettre la rotation libre du tambour 9 avec la bobine 5. 20 La paroi annulaire du tambour 9 est de préférence conçue pour fermer le plus possible l'espace entre les deux flasques 6 tout en laissant la possibilité au filament F de sortir du boitier à travers l'ouverture 8 quand le couvercle 2A est posé sur le socle 2B. 25 Par ailleurs selon l'invention, une rainure hélicoïdale 10 de guidage du filament F est prévue dans la chambre 4, cette rainure hélicoïdale étant coaxiale à la bobine 5. Plus particulièrement, cette rainure 4 est prévue dans le fond de la chambre en étant formée dans la 30 surface annulaire intérieure de la bordure circulaire 3. Cette rainure hélicoïdale forme une sorte de rampe à environ une spire qui débouche à une extrémité dans l'ouverture 8 et à l'autre extrémité sur le bas de la surface annulaire intérieure cylindrique du tambour. Le diamètre extérieur de la rampe hélicoïdale 10 est strictement inférieur au diamètre intérieur du tambour 9.The coil 5 here comprises two circular flanges 6 spaced axially from one another. The coil 5 may be made of molded plastic. This coil 5 around which is wound the filament F comes to rest on one of its two flanges in rotation along the axis of the cylinder of the coil in the circular bottom of the chamber 4. As illustrated in Figure 3, between the 2B base and the cover 2A, it is formed a rectilinear channel 7 cylindrical section with a diameter slightly larger than that of the filament F to bring the free end of the filament F to the outside of the housing 2. This channel 7 is here formed in a kind of beak protruding from a front wall of the housing 2. The channel 7 opens into the chamber 4 through an opening 8 formed in the thickness of the border 3. As visible in FIG. 2, the channel 7 extends tangentially to the circular edge 3. According to the invention, to allow optimized bidirectional operation of the cartridge 1, especially when the filament F is unwound from the coil 5 or when it is rewound around r of the coil 5, the coil 5 is coaxially surrounded by a cylindrical annular inner wall drum 9 shown in FIG. 3. This drum 9 has at its upper end an annular rim which comes to rest on the upper flange 6 of the spool when it is placed in the housing 2. The drum 9 is provided removably with respect to the spool 5 to allow for example the winding of the filament F on the spool and it can be arranged to clip on one of the two flanges 6 of the coil. The drum 9 has a cylindrical lower end which is provided to contact the top of the circular border 3 of the base 2B in contactless manner so that it is integral in free rotation with the coil 5 in the chamber 4. The outer diameter of this drum 9 should be slightly smaller than the inside diameter of the cylindrical lid 2A to allow free rotation of the drum 9 with the coil 5. 20 The annular wall of the drum 9 is preferably designed to close as much as possible the space between the two flanges 6 while leaving the possibility for the filament F to exit the housing through the opening 8 when the cover 2A is placed on the base 2B. Furthermore, according to the invention, a helical groove 10 for guiding the filament F is provided in the chamber 4, this helical groove being coaxial with the coil 5. More particularly, this groove 4 is provided in the bottom of the chamber while being formed in the inner annular surface of the circular rim 3. This helical groove forms a kind of ramp at about one turn that opens at one end into the opening 8 and at the other end at the bottom of the cylindrical inner annular surface. drum. The outside diameter of the helical ramp 10 is strictly smaller than the inside diameter of the drum 9.
Le pas d'hélice de cette rampe 10 est nécessairement strictement supérieur au diamètre du filament F. La largeur de la rampe 10 est approximativement égale au diamètre du filament F. Ainsi, lorsque le filament F est poussé vers 1 10 intérieur du boitier de la cartouche 1, par exemple avant un changement de cartouche, il tend à remonter le long de la rampe en s'étendant en hélice et contre la surface intérieure du tambour 9 qui tourne avec bobine. Afin de limiter les frottements de rotation de la 15 bobine 5 dans la chambre 4, la bobine est montée en rotation libre sur la pointe d'un pivot 11 qui est cylindrique et dont l'extrémité est arrondie et qui est disposé coaxialement au centre du fond cylindrique de la chambre comme illustré sur la figure 2.The helical pitch of this ramp 10 is necessarily strictly greater than the diameter of the filament F. The width of the ramp 10 is approximately equal to the diameter of the filament F. Thus, when the filament F is pushed towards the inside of the casing of the filament F. cartridge 1, for example before a cartridge change, it tends to go up the ramp extending helically and against the inner surface of the drum 9 which rotates with a coil. In order to limit the rotational friction of the spool 5 in the chamber 4, the spool is mounted in free rotation on the tip of a pivot 11 which is cylindrical and whose end is rounded and which is disposed coaxially at the center of the spool. cylindrical bottom of the chamber as shown in Figure 2.
20 Le flasque circulaire inférieur 6 de la bobine 5 est muni d'un siège de réception de l'extrémité du pivot 11. On peut prévoir un autre siège indiqué par 12 sur la figure 5 pour recevoir un autre pivot qui serait disposé dans le couvercle 2B du boitier.The lower circular flange 6 of the spool 5 is provided with a seat for receiving the end of the pivot 11. Another seat indicated by 12 in FIG. 5 may be provided to receive another pivot which would be arranged in the cover. 2B of the box.
25 On a donc un contact quasi ponctuel entre la bobine 5 et le boitier 2 sur l'axe de rotation de la bobine sans utilisation de paliers à éléments roulants, ce qui limite les forces de frottement. Quand la cartouche 1 est insérée dans l'imprimante 30 3D, on aura de préférence la bobine 5 avec son axe de rotation qui s'étend verticalement dans la cartouche 1,There is therefore a quasi-point contact between the coil 5 and the housing 2 on the axis of rotation of the coil without the use of rolling element bearings, which limits the friction forces. When the cartridge 1 is inserted in the 3D printer, the coil 5 will preferably be with its axis of rotation which extends vertically in the cartridge 1,
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20160101 |