ЭКСТРУДЕР С ДВОЙНОЙ СИСТЕМОЙ ПОДАЧИ ФИЛАМЕНТОВ ДЛЯ 3D-ПРИНТЕРОВ

Полезная модель относится к экструдерам для трехмерных принтеров и может быть использована для изготовления изделий из пластика в промышленных и бытовых условиях.
Известен экструдер для обработки полимерных материалов в аддитивных технологиях, содержащий корпус с установленным в нем шнеком, приводимым в движение от привода, загрузочное отверстие с креплением под воронку для смешивания компонентов, каналы для подвода хладагента, обтекателем с каналами по наружной поверхности, при этом в глухом отверстии шнека установлен обтекатель из полимера, имеющий входное осевое отверстие для подачи хладагента и шлицевые пазы на наружной поверхности для отвода указанного хладагента, суммарная площадь сечения пазов в 2 раза превышает площадь сечения входного отверстия, причем обтекатель закреплен в глухом отверстии шнека таким образом, что между дном отверстия и нижней частью обтекателя обеспечивается зазор, равный по величине диаметру входного отверстия обтекателя, а на другом конце обтекателя его входные отверстия совмещены с подводящими каналами хладагента, а шлицевые пазы, длиной 9/10 длины обтекателя на его наружной поверхности в крайней своей точке совмещены с отводящими каналами хладагента (патент на полезную модель RU 204194 U1, МПК B29C 48/85, B29C 64/205, 2020 г., Бюл. № 14, 2021 г.). Недостатками данной полезной модели являются:
ее ограниченное применение только для сырья в виде гранул, засыпаемых через воронку;
сложная многоэтапная система охлаждения, необходимая для сохранения характеристик пластика.
Известен экструдер для изготовления продукции методом FDM-печати, содержащий радиатор, термоблок, на торце которого установлено сопло, в радиаторе и термоблоке выполнен сквозной канал для подачи полимера, термобарьер, одна часть которого установлена в канале термоблока, а другая часть - в канале радиатора, часть термобарьера, расположенная в радиаторе, выполнена из материала теплопроводностью более 350 Вт/(м⋅К), а часть, расположенная в термоблоке, выполнена из материала теплопроводностью менее 25 Вт/(м⋅К), при этом длина участка канала L на выходе из сопла выбрана из соотношения: 5D<L<10D, где D - диаметр сопла (патент на полезную модель RU 208684 U1, МПК B29C 64/209, B33Y 30/00, 2021 г., Бюл. № 1, 2021 г.). Недостатками данного устройства являются:
его ограниченное применение только для одного вида сырья;
отсутствие возможности повторного использования филамента, что увеличивает себестоимость продукции.
Наиболее близким аналогом того же назначения, что и заявляемая полезная модель, является экструдер для аддитивной печати вяжущими, содержащий корпус, в котором установлен шнек, корпус имеет выходное отверстие, на одном конце корпуса закреплена матричная пластина, а на другом конце корпуса установлена поворотная гильза, при этом на корпусе со стороны выходного отверстия установлен кольцевой теплоотражающий экран, внутри которого установлен нагревательный элемент (патент на полезную модель RU 199459 U1, МПК B29C 48/78, 2020 г., Бюл. № 25, 2020 г.). Главным недостатком данного экструдера является возможность его применения только для одного вида сырья.
Задачей заявляемой полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в возможности использования одного компактного и простого в исполнении устройства для печати на производстве и в быту из разных видов сырья: в прутках и в гранулах, что позволяет уменьшить расходы на сырье, в т.ч. повторно использовать брак в производстве новых изделий.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что экструдер с двойной системой подачи филаментов для 3D-принтеров содержит подающий механизм, гильзу, в которой установлен шнек, нагревательную камеру, радиатор, при этом подающий механизм представляет собой три подающие шестерни, две из которых предназначены для проталкивания филамента в виде прутка во внутренний канал шнека, а третья шестерня предназначена для передачи крутящего момента шнеку, перемещающего филамент в виде гранул вдоль гильзы, шнек изготавливают из металла с низкой теплопроводимостью, гильзу с более толстыми стенками вверху и более тонкими стенками внизу изготавливают из металла с высокой теплопроводимостью, нагревательная камера состоит из камеры предварительного нагрева и основной камеры нагрева, которые разделены перемычкой для отвода тепла от филамента к радиатору.
Подающий механизм устройства, представляющий собой подающие шестерни, оформлен таким образом, что позволяет загружать в экструдер сразу два вида филаментов: прутки и гранулы. Прутки проталкиваются во внутренний канал шнека с помощью двух подающих шестерней, а третья шестерня предназначена для передачи крутящего момента шнеку, обеспечивающего перемещение гранул вдоль гильзы до нагревательной камеры. Шнек изготавливается из металла с низкой теплопроводимостью для предотвращения засора филамента во внутреннем канале. Гильза с более толстыми стенками вверху и более тонкими стенками внизу изготавливается из металла с высокой теплопроводимостью для возможности быстрого нагрева сырья с увеличением его вязкости перед поступлением филамента к основной камере нагрева и быстрого охлаждения при выводе пластика. Перемычка внизу гильзы, разделяющая камеру предварительного нагрева и основную камеру нагрева, служит для отвода тепла от филамента, что позволяет избежать заторов.
Заявляемое устройство представлено на фигуре с использованием следующих обозначений:
1 - гильза;
2 - шнек;
3, 9 - подающая шестерня;
4 - сопло;
5 - радиатор;
6 - перемычка;
7 - камера предварительного нагрева;
8 - основная камера нагрева.
10 - филамент в виде прутка;
11 - филамент в виде гранул.
Экструдер с двойной системой подачи филаментов для 3D-принтеров функционирует следующим образом. Исходный филамент в виде прутка 10 с помощью двух подающих шестерней 3 проталкивается во внутренний канал шнека 2. Исходный филамент в виде гранул 11 поступает в пространство между гильзой 1, изготовленной из металла с большой теплопроводимостью, и расположенным внутри нее шнеком 2, изготовленным из металла с плохой теплопроводимостью, при этом третья подающая шестерня 9 передает крутящий момент шнеку 2, обеспечивающему перемещение гранул вдоль гильзы 1 до нагревательной камеры. По мере измельчения и продвижения вдоль гильзы 1 филамент в виде гранул 11 поступает сначала в камеру предварительного нагрева 7, где нагревается до температуры не выше температуры начала плавления. Параллельно вдоль внутреннего канала шнека 2 перемещается филамент в виде прутка 10. Далее объединенный поток филамента повышенной вязкости проходит основную камеру нагрева 8. При этом камеры 7 и 8 разделены перемычкой 6, которая служит для отвода тепла от филамента к радиатору 5. Вывод пластика для формирования нити осуществляется через сопло 4.
Заявляемый экструдер позволяет в зависимости от сложности печатного изделия использовать разные виды филаментов: гранулы - для основных элементов и прутки - для более тонкого рисунка. Таким образом, ускоряется печать основных элементов, появляется возможность повторного использования бракованных изделий, а также снижается себестоимость изготавливаемой детали, поскольку гранулы стоят в 2-3 раза дешевле филамента в катушках.