Печатающая головка строительного 3Д принтера

Предлагаемая полезная модель - печатающая головка строительного 3Д принтера относится к области трехмерной печати изделий из многокомпонентных смесей и может быть использована, в частности, в строительстве при печати зданий из бетона и его производных.
В настоящее время известно значительное количество различных устройств, предназначенных для трехмерной печати, применяемых в строительстве, например, известно устройство, содержащее печатающую головку и механизм трехмерного позиционирования, выполняющее нанесение материала стен печатающей головкой в процессе перемещения печатающей головки по координатам расположения стен в трехмерном пространстве (см. патент Китая CN 204728708 U от 21 апреля 2015 Кл. E04G 21/00, E04G 21/04). Известное устройство требует подачи печатающего материала, как правило многокомпонентной смеси (бетона) в печатающую головку от стационарного смесителя или емкости что приводит к значительному увеличению объема смеси, с ограниченным сроком жизни, находящейся в устройстве, и как следствие усложнению его конструкции, увеличению количества отходов, остающихся после печати, невозможности регулировать качественный состав смеси во время печати и крайне сложной очистке устройства при аварийной остановке. Известно так же устройство и способ трехмерной печати зданий, заключающийся в нанесении материала стен печатающей головкой в процессе перемещения печатающей головки по координатам расположения стен в трехмерном пространстве, отличающийся тем, что в качестве печатающей головки используют стекловаренную печь (см. патент РФ RU 2618235 C1 от 04.04.2016 Кл. E04G 21/16) Известное устройство лишено части указанных недостатков, в частности подготовка печатающего материала производится непосредственно в печатающей головке, но использует в качестве печатающей головки стекловаренную печь, что значительно сужает область применения устройства и делает невозможным его применение для печати многокомпонентными смесями.
Задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью, являются упрощение конструкции строительных 3Д принтеров, использующих для печати многокомпонентную смесь, за счет применения новой печатающей головки, при одновременном повышении качества печати и упрощении процесса обслуживания.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают за счет того, что печатающая головка строительного 3Д принтера, предназначенного для печати многокомпонентной смесью, состоит из сопла и соединенного с ним смесителя-экструдера, включающего в себя корпус, шнек, содержащий цилиндрическую и коническую части, клапана для подачи отдельных компонентов смеси и привод шнека, и сопла.
- Возможно исполнение устройства, в котором смеситель-экструдер соединен с соплом посредствам соединительного элемента.
- Возможно исполнение устройства, в котором взаимное расположение сопла и смесителя-экструдера может изменятся за счет подвижных компонентов соединительного элемента.
- Возможно исполнение устройства, в котором шнек смесителя-экструдера имеет устройство для его проворота вручную.
- Возможно исполнение устройства, в котором отдельные элементы или узлы смесителя-экструдера и сопла выполнены методом трехмерной печати.
- Возможно исполнение устройства, в котором отдельные элементы или узлы смесителя-экструдера и сопла выполнены из не металлических материалов.
- Возможно исполнение устройства, в котором шнек смесителя-экструдера, клапана и соединительный элемент имеют пневматический, гидравлический, электрический, механический привод или их комбинацию.
Исполнение устройства со смесителем-экструдером позволяет приготавливать многокомпонентную смесь непосредственно перед ее нанесением и подавать в сопло под необходимым давлением, таким образом в 3Д принтере значительно снижается объем приготовленной смеси, с ограниченным временем жизни, что позволяет использовать смеси с более коротким временем жизни, сократить потери смеси при промывке устройства после завершения печати, оперативно регулировать качественный состав смеси.
Исполнение смесителя со шнеком, содержащим цилиндрическую и коническую части, позволяет качественно перемешать компоненты смеси в цилиндрической части шнека и получить необходимое давление смеси перед соплом за счет сжатия и уплотнения в конической части шнека.
Исполнение устройства с клапанами для подачи компонентов смеси позволяет качественно регулировать состав смеси и количество компонентов в ней, таким образом появляется возможность печати различных по своему назначению элементов объекта (например, несущих и вспомогательных стен) смесью с различным составом и свойствами, что обеспечивает снижение себестоимости печати и оптимизацию характеристик объекта.
Исполнение устройства, в котором смеситель-экструдер соединен с соплом, позволяет минимизировать внутренний объем печатающей головки и уменьшить количество приготовленной многокомпонентной смеси.
Исполнение устройства, в котором смеситель-экструдер соединен с соплом посредствам соединительного элемента, позволяет расположить сопло наиболее оптимально относительно основных элементов 3Д принтера.
Исполнение устройства, в котором взаимное расположение сопла и смесителя-экструдера может изменятся за счет подвижных компонентов соединительного элемента, позволяет осуществлять печать более сложных объектов или печать в ограниченном пространстве
Исполнение устройства, в котором шнек смесителя имеет устройство для его проворота вручную, позволяет очистить внутренние полости устройства от многокомпонентной смеси с ограниченным сроком жизни при аварийной остановке и не возможности провернуть шнек от привода.
Исполнение устройства, в котором отдельные элементы или узлы смесителя-экструдера и сопла выполнены методом трехмерной печати, позволяет оптимизировать конструкцию устройства снизить его стоимости и улучшить массово-габаритные показатели.
Исполнение устройства, в котором отдельные элементы или узлы смесителя-экструдера и сопла выполнены из не металлических материалов, позволяет выбрать наиболее оптимальные материалы и увеличить ресурс устройства.
Исполнение устройства, в котором шнек смесителя-экструдера, клапана и соединительный элемент имеют пневматический, гидравлический, электрический, механический привод или их комбинацию, позволяет оптимизировать конструкцию устройства с учетом особенностей конструкции остальных узлов 3Д принтера и повысить степень унификации и удобство его обслуживания.
Предлагаемая конструкция печатающей головки строительного 3Д принтера отличается простотой и технологичностью изготовления, надежностью и удобством эксплуатации, при этом позволяет получать многокомпонентные смеси с ограниченным временем жизни непосредственно перед их применением, оперативно регулировать качественный состав смеси, уменьшить количество отходов после печати и упростить процесс обслуживания и очистки устройства, таким образом достигаются все основные цели изобретения.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется конкретными примерами выполнения и чертежами, где
На Фиг. 1 показан общий вид экструдера 3Д принтера
На Фиг. 2 показан общий вид экструдера 3Д принтера, в котором смеситель соединен с соплом посредствам соединительного элемента
Печатающая головка строительного 3Д принтера (Фиг. 1, 2), предназначенного для печати многокомпонентной смесью, содержит смеситель-экструдер (1), включающий в себя корпус (2), шнек, содержащий цилиндрическую и коническую части (3), клапана для подачи отдельных компонентов смеси (4) и привод шнека (5), и сопло (6).
Возможно исполнение устройства (Фиг. 2), в котором смеситель соединен с соплом посредствам соединительного элемента (7).
Печатающая головка строительного 3Д принтера работает следующим образом компоненты смеси подаются через клапана (4) в необходимом количестве и пропорциях и перемешиваются шнеком (3) приводимым в движение приводом шнека (5), одновременно с перемешиванием, смесь перемещается из цилиндрической части шнека в коническую, где происходит ее сжатие и подача в сопло (6), которое наносит смесь на создаваемый объект. В случае если смеситель соединен с соплом посредствам соединительного элемента (7) смесь попадает сначала в соединительный элемент, а затем в сопло. При необходимости изменить состав смеси положение одного или нескольких клапанов (4) изменяется (в том числе происходит полное закрытие клапана или открытие ранее закрытого клапана) что приводит к изменению расхода компонентов и получению смеси с новым составом, после расходования известного количество старой смеси, находящейся в устройстве на момент изменения положения клапанов начинается печать новой смесью.
Таким образом, при использовании предлагаемой печатающей головки строительного 3Д принтера, отсутствует необходимость предварительной подготовки смеси и ее перемещения от устройства подготовки до экструдера, что значительно снижает объем приготовленной смеси, с ограниченным временем жизни, упрощает конструкцию 3Д принтера, повышает качество печати и упрощает процесс обслуживания, а так же позволяет использовать смеси с более коротким временем жизни, сократить потери смеси при промывке 3Д принтера после завершения печати, оперативно регулировать качественный состав смеси.