ПЕЧАТАЮЩАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫМИ ПОЛИМЕРАМИ

Полезная модель относится к машиностроительной области, а именно к 3D-принтерам, работающим по FFF/FDM технологии, в частности к печатающим головкам инженерных полимеров, предназначенным для установки на 3D-принтеры объемной печати различной схемы компоновки с целью работы с высокотемпературными полимерами такими как, например, полиэфирэфиркетон (PEEK) и различными комбинациями на его основе. Основные области применения – 3D-печать, применяемая в медицине и протезировании, изготовление сложных инженерных изделий, работающих при высоких температурах и нагрузках, также применение в отраслях машиностроения, печати форм и прочих изделий простой и сложной геометрической формы по аддитивной технологии.
Технология FDM (от англ. fuseddepositionmodeling, FDM) это аддитивная технология моделирования методом послойного наплавления. Термин FFF(от англ. fusedfilamentfabrication «производство способом наплавления нитей») является аналогичным, равнозначным по смыслу и назначению, термину FDM.
При 3D-печати по технологии FFF/FDM объекты формируют методом послойной укладки рабочего материала, в качестве которого выступают термопластики. Печатающая головка, содержащая экструдер и механизм подачи к нему рабочего материала, часто называемая просто «экструдер», расплавляет пластиковую нить (иначе – филамент, от англ.filament «нить; волокно»), укладывая слой за слоем в соответствии с цифровой моделью объекта. Склеиваясь между собой, слои формируют будущее изделие. Управляет движением печатающей головки трёхкоординатная кинематическая система.
Использование термопластика в виде тонкой нити, подаваемой в печатающую головку, является традиционным способом подачи рабочего материала, однако существует альтернативный вариант применения вместо нити гранул полимера.
Изделия 3D-печати из высокотемпературных полимеров, таких как PEEK, находят все более широкое применение, т.к. обладают повышенными прочностью и устойчивостью к воздействию высоких температур, они способны заменить изделия из металла, оставаясь при этом гораздо легче.
Однако при работе с такими материалами возникают инженерные трудности.
Экструзию высокотемпературных полимеров осуществляют при температуре порядка 300°С и выше, причем процесс происходит в герметичной рабочей камере с постоянной высокой температурой. Величина температуры регулируется в зависимости от применяемого рабочего материала и выбранного режима работы 3D-принтера.
Осуществление процесса печатания в подогретой рабочей камере позволяет лучше контролировать механические характеристики создаваемого изделия, т.к. рабочий материал попадает из горячего экструдера на разогретый стол, на котором формируется изделие, следуя через горячую среду, а это повышает адгезию слоев создаваемого изделия и защищает его от коробления и скручивания.
Негативным следствием описанного процесса 3D-печати является повышенная изнашиваемость механических узлов принтера из-за работы в условиях повышенных температур, необходимость использования в механических узлах деталей из высокотемпературных материалов, что ведет к удорожанию как начальной стоимости 3D-принтера, так и стоимости его обслуживания.
Кроме того, технологии FFF/FDM свойственна проблема преждевременного размягчения филамента до попадания его в зону плавления из-за высокой температуры нагрева сопла экструдера, что отрицательно сказывается на качестве печатаемых изделий. При работе с высокотемпературными полимерами из-за осуществления процесса в герметичной рабочей камере с постоянной высокой температурой эта проблема усугубляется.
Таким образом, двойное воздействие высокой температурой (от сопла экструдера и от нагрева герметичной рабочей камеры) на механические узлы 3D-принтера, а также изменение физических свойств термопластика из-за высоких температур, вызывающее преждевременное размягчение филамента и засору сопла экструдера, приводят к прерыванию процесса 3D-печати с целью охлаждения перегретых конструкций, филамента и устранению возникших проблем.
Из уровня техники известен экструдер (патент на полезную модель № 203882 RU, МПК B29C 48/395, B33Y 30/00, опубл. 26.04.2021),содержащий корпус, в котором располагаются входной штуцер для подачи гранул, цилиндр с установленным в него шнеком, штуцер жидкостной системы охлаждения, лабиринт жидкостного охлаждения и датчик контроля наличия гранул. На цилиндре расположены нагреватель и сопло. Входной штуцер для подачи гранул выполнен с газоотводящими отверстиями. Шнек выполнен с постоянной шириной винтовой канавки, но с изменяющейся площадью, и содержит четыре зоны: загрузки, сжатия, гомогенизация и дозирования. Цилиндр имеет три участка нагрева, на каждом участке нагрева установлено от одного до двух нагревателей и один датчик контроля температуры. С корпусом соединен электродвигатель, снабженный редуктором.
Известный экструдер предназначен для работы по технологии FDM/FFF с широким выбором тугоплавких термопластичных полимерных материалов с температурой плавления до 500°С в качестве расходного материала.
В конструкции известного экструдера техническая проблема повышения надежности работы с расходным материалом большой тугоплавкости решается, в том числе, за счет выполнения корпуса с лабиринтом жидкостного охлаждения.
Недостатком указанного технического решения является недостаточная защита механических узлов экструдера. Поскольку 3D-печать из тугоплавких термопластичных полимерных материалов осуществляется в герметичной рабочей камере с постоянной высокой температурой, механические узлы экструдера, расположенные за пределами корпуса с лабиринтом жидкостного охлаждения, будут подвержены перегреву, что будет снижать надежность работы экструдера.
Кроме того, известный экструдер предназначен для работы с гранулами, а не с филаментом, в то время как в гранульных экструдерах существует не решенная до настоящего времени проблема контроля объема рабочего материала, выдавливаемого шнеком, а это негативно сказывается на качестве изготавливаемых изделий.
В качестве прототипа принят печатающий блок для 3D-печати высокотемпературными полимерами по технологии FDM (патент на полезную модель № 189218 RU, МПК B41J 2/00, опубл. 16.05.2019), включающий два легкосъемных экструдера с нагревательными элементами, клапаны, выполненные с возможностью запирания сопла неактивного экструдера, подающий филамент механизм, прижимные ролики, выполненные с возможностью прижимания филамента к подающему механизму для активного в данный момент экструдера, и зубчатую шестеренку. Прижимные ролики выполнены в виде зубчатых шестерен, закрепленных на концах углового рычага и установленных с возможностью зацепления с зубчатой шестеренкой.  Каждый экструдер снабжен жидкостным радиатором. Канал подачи филамента, проходящий через радиатор и термобарьер, представляет собой полую цилиндрическую керамическую трубку. Сопла экструдеров выполнены из износостойкого титанового сплава. Радиатор и подающий механизм заключены в термоизолирующий корпус. Согласно описанию, нити филамента продвигаются по тефлоновым трубкам.
Заявленное в прототипе повышение надежности технологического процесса 3D-печати высокотемпературными полимерами обеспечивается, в том числе, наличием жидкостного радиатора, полой цилиндрической керамической трубки канала подачи филамента, проходящей через радиатор и термобарьер, а также наличием термоизолирующего корпуса, закрывающего жидкостный радиатор и подающий филамент механизм.
Недостатком прототипа является существование риска постепенного нагрева печатающего блока в процессе 3D-печати из-за отсутствия в термоизолирующем корпусе собственной системы охлаждения.
Механизм подачи филамента, а также часть канала его подачи расположены за пределами жидкостных радиаторов.  В условиях высокотемпературной печати с учетом технологически необходимого нагрева рабочей камеры, где осуществляется формирование изделия, отвод избыточного тепла только за счет одного жидкостного радиатора, участвующего в процессе 3D-печати не в полной мере защитит механические узлы и филамент от перегрева. В результате надежность работы печатающего блока и качество изготавливаемых изделий будут снижены.
о
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка конструкции печатающей головки, позволяющей создавать изделия из высокотемпературных полимеров и обеспечивающей стабильную работу в условиях высокой, до 300С и выше, температуры внутри герметичной рабочей камеры и продолжительного времени непрерывной 3D-печати.
Технический результат заключается в значительном расширении в сторону увеличения диапазона температуры для плавления термопласта и повышение надежности работы печатающей головки благодаря эффективной системе охлаждения, позволяющей повысить износоустойчивость механических узлов печатающей головки, надежно защитить филамент от расплавления, увеличить время непрерывной работы 3D-печати при высоких температурах.
Для достижения заявленного  технического результата, , предлагается  печатающая головка для 3D-печати высокотемпературными полимерами, содержащая экструдер с нагревательным блоком, термобарьер, механизм подачи филамента, жидкостный радиатор, через который к соплу экструдера продвигается филамент по тефлоновой трубке, провода подключения к системе управления печатающей головкой, при этом  нагревательный блок и  экструдер с соплом установлены с внешней  нижней стороны жидкостного радиатора, согласно полезной модели, жидкостный радиатор изготовлен из материала с высокой теплопроводностью и имеет вид короба, образованного из корпуса прямоугольного сечения с толщиной стенок не менее 4 мм, закрытого с торцов крышками, каждая из которых присоединена винтами к корпусу радиатора через пластину-проставку, при этом в жидкостном радиаторе выполнена система каналов для охлаждающей жидкости, сформированная из сквозных каналов в стенках корпуса, соединенных между собой посредством пазов глубиной не менее 1,5 мм в крышках, а пластина-проставка содержит сквозные вырезы профиля, соответствующего профилю каналов корпуса, вместе с тем в одной из крышек жидкостного радиатора выполнены два сквозных отверстия, каждое из которых соединено пазом глубиной не менее 1,5 мм с системой каналов жидкостного радиатора, а именно, одно отверстие с ее началом, а другое с концом, притом в каждом сквозном отверстии крышки смонтирована герметичная клемма, к которой присоединен патрубок, соответственно, к одной герметичной клемме патрубок для подачи охлаждающей жидкости, а к другой для ее отвода, к тому же внутри жидкостного радиатора размещен механизм подачи филамента и проходят провода подключения к системе управления печатающей головкой, одновременно герметичная клемма включает в себя втулку с наружной резьбой на части поверхности и соединенную с ней накидную гайку, в которой установлен выступающий наружу прижимной фланец, торцевой частью контактирующий с торцом втулки,  вместе с этим в торцах втулки и прижимного фланца расположена канавка, куда вставлен кольцевой уплотнитель,  в то же время втулка помещена неподвижно в сквозное отверстие крышки и не выходит в пределы паза, соединяющего это отверстие с системой каналов, кроме того, в прижимном фланце и во втулке герметичной клеммы, связанной с началом системы каналов жидкостного радиатора, размещен держатель с отверстиями для тефлоновой трубки и проводов подключения, содержащий каналы для охлаждающей жидкости, причем держатели прилегают друг к другу с совпадением расположения отверстий и каналов, при этом  держатель в прижимном фланце снабжен штыревыми контактами проводов подключения, а держатель во втулке гнездовыми контактами, наряду с этим каждый держатель поджат уплотнителем с отверстиями и каналами, расположенными соответственно отверстиям и каналам держателя, тем временем тефлоновая трубка, а также провода подключения к системе управления печатающей головкой разделены на внутренний и внешний участки, образуя при этом контактные группы, каждая из которых зафиксирована в держателе, установленном соответственно для внутреннего участка во втулке герметичной клеммы, а для внешнего участка в ее прижимном фланце, причем контактная группа объединяет в себе  часть проводов подключения, а в патрубке для подвода охлаждающей жидкости размещена контактная группа, состоящая из тефлоновой трубки и  части проводов подключения, также в пластине-проставке напротив каждой герметичной клеммы выполнено сквозное отверстие, в которое вставлена заглушка, при этом заглушка, установленная напротив герметичной клеммы, соединенной с патрубком для подвода охлаждающей жидкости, содержит отверстия, соответствующие по количеству и расположению проходящим через заглушку элементам контактной группы, в то же время уплотнитель держателя и кольцевой уплотнитель в герметичной клемме, а также заглушка в пластине-проставке выполнены из прочного упругого материала, исключающего протекание охлаждающей жидкости через стыки с прилегающими элементами конструкции.
Следует отметить, что общим с прототипом признаком является наличие проводов подключения к системе управления печатающей головкой (далее по тексту – провода подключения). Наличие таких проводов подтверждается в описании прототипа фразой «Автоматическая подача нити филамента осуществляется электромеханическим способом».
Предлагаемая конструкция печатающей головки для 3D-печати высокотемпературными полимерам (далее по тексту – печатающая головка) поясняется следующими фигурами.
Фиг. 1 – общий вид в перспективе печатающей головки при расположении проводов подключения к системе управления печатающей головкой в двух патрубках.
Фиг. 2 – разрез вида по фиг. 1 (без патрубков).
Фиг. 3 - вид в перспективе печатающей головки по фиг. 2, выполненный с пространственным разделением элементов.
Фиг. 4 – вид в перспективе корпуса жидкостного радиатора. Форма и взаимное расположение сквозных каналов в стенках корпуса показаны условно.
Фиг. 5 – вид в перспективе крышки жидкостного радиатора со сквозными отверстиями для установки герметичных клемм.
Фиг. 6 - вид в перспективе крышки жидкостного радиатора без сквозных отверстий.
Изображенные на фиг. 5, 6 пазы, объединяющие в соответствии с фиг. 4 сквозные каналы в стенках корпуса в систему каналов для протекания охлаждающей жидкости, показаны как пример организации системы каналов и могут быть объединены иным образом, что зависит от технических требований, предъявляемых к конкретной модели печатающей головки.
Фиг. 7 – вид в перспективе пластины-проставки с отверстиями для заглушек.
Фиг. 8 - вид в перспективе пластины-проставки без отверстий для заглушек.
Фиг. 9 – вид в перспективе пластины-проставки по фиг. 7 с установленными заглушками при расположении части проводов подключения к системе управления печатающей головкой в герметичной клемме, связанной с концом системы каналов жидкостного радиатора.
Фиг. 10 – вид в перспективе фрагмента печатающей головки, выполненной с установкой всех проводов подключения к системе управления печатающей головкой в герметичной клемме, связанной с началом системы каналов жидкостного радиатора.
Фиг. 11 - вид в перспективе фрагмента печатающей головки, выполненной с установкой части проводов подключения к системе управления печатающей головкой в герметичной клемме, связанной с концом системы каналов жидкостного радиатора.
Фиг. 12 – вид в перспективе втулки герметичной клеммы с установленной контактной группой, состоящей из проводов подключения и тефлоновой трубки для филамента.
Фиг. 13 – вид в перспективе накидной гайки герметичной клеммыс присоединенным патрубком для подачи охлаждающей жидкости и установленной контактной группой, состоящей из проводов подключения и тефлоновой трубки для филамента.
Фиг. 14 – вид в перспективе накидной гайки герметичной клеммы по фиг. 13 с разрезом по каналам для охлаждающей жидкости и по отверстию для провода подключения.
Количество проводов подключения и каналов для охлаждающей жидкости, изображенных на фиг. 10 – 14, а также их взаимное расположение показано условно и зависит от технических требований, предъявляемых к конкретной модели печатающей головки.
Печатающая головка образована из узла нагрева филамента и подающего к нему филамент узла подачи. Филамент продвигается по тефлоновой трубке.
Узел нагрева филамента (фиг. 2, 3) содержит высокотемпературный нагревательный блок 1 передающий тепло к экструдеру 2 с соплом, и термобарьер 3. Для обеспечения лучшей теплопередачи в качестве материала нагревательного блока предпочтительнее использовать медь.
Узел подачи филамента (фиг. 2, 3) состоит из шагового двигателя 4 типа Nema 17 и собственно механизма 5 подачи филамента, в качестве которого использован широко применяемый стандартный механизм, работа которого основана на протягивании зажатого между двумя вращающимися шестернями филамента в нагревательный блок и далее в экструдер с соплом.
Для отвода избыточного тепла от сопла экструдера 2, а также от нагретой герметичной рабочей камеры (на фигурах не показано), в которую устанавливают печатающую головку при печати высокотемпературными полимерами, последняя снабжена жидкостным радиатором 6 (фиг. 2 – 9).
1-Жидкостный радиатор 6 выполнен в виде короба, образованного из корпуса 7 (фиг. 4) с прямоугольным сечением, закрытого с торцов крышками 8 (фиг. 5) и 9 (фиг. 6). Между корпусом 7 и крышкой 8 установлена пластина- проставка 10 (фиг. 7, 9), а между корпусом 7 и крышкой 9 – пластина-проставка 11 (фиг. 8). Для надежного соединения указанных элементов использованы винты 12, например, винты DIN 912, для установки которых в корпусе, крышках и пластинах-проставках выполнены отверстия 16.
Для протекания охлаждающей жидкости, в качестве которой может выступать вода, в жидкостном радиаторе 6 организована система каналов.
С этой целью в корпусе 7 выполнены сквозные каналы 13, а в крышках 8, 9 – пазы 14, при этом пластины–проставки 10, 11 содержат сквозные вырезы 15  профиля, соответствующего профилю сквозных каналов 13 корпуса 7.
Кроме этого, для подачи и отвода охлаждающей жидкости в крышке 8 (фиг. 5) выполнены два сквозных отверстия 17 и 18, причем отверстие 17 соединено пазом 19 с одним из пазов 14 для организации начала системы каналов, а отверстие 18 соединено пазом 20 с другим пазом 14  для организации конца системы каналов.
Каждый из пазов 14 в крышках 8 и 9, кроме пазов, соединенных с пазом 19 или 20 в крышке 8, объединяет сквозные каналы 13 в корпусе 7 попарно, при этом пазы 14 в крышке 9 объединяют сквозные каналы 13 со смещением относительно противолежащим им пазам 14 в крышке 8.
Прилегающие к крышкам 8, 9 соответственно пластины-проставки 10, 11, имеющие сквозные вырезы 15 по периметру, завершают образование каналов для протекания охлаждающей жидкости.
Тем самым обеспечивается последовательное перетекание охлаждающей жидкости из одного канала 13 в другой  в корпусе 7 через пазы 14 в крышках, при этом охлаждаются не только стенки корпуса 7, но и крышки 8, 9.
Для эффективного теплообмена жидкостный радиатор 6 выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например, из алюминия. Пластина-проставка может быть выполнена как из алюминия, так из монолитной резины или любого другого материала, исключающего при эксплуатации деформацию, ведущую к просачиванию охлаждающей жидкости.
Соединение корпуса 7 с крышками 8, 9 и пластинами-проставками 10, 11 винтами 12 создает прочную и надежную конструкцию, исключающую просачивание охлаждающей жидкости за пределы системы каналов.
Для выполнения в корпусе 7 сквозных каналов 13 толщина его стенок не должна быть менее 4 мм.
Глубина пазов 14, 19 и 20 в крышках составляет не менее 1,5 мм для беспрепятственного протекания охлаждающей жидкости.
Следует отметить, что описанная система каналов не является единственно возможной. Форма и взаимное расположение сквозных каналов 13 в стенках корпуса 7 и пазов 14 в крышках 8, 9 могут быть иными, наилучшим образом соответствующими надежности эксплуатации конкретной модели печатающей головки.
В сквозных отверстиях 17 и 18 крышки 8 установлены неподвижно герметичные клеммы 24, не выходящие в пределы соответственно пазов 19 и 20, чтобы не препятствовать потоку охлаждающей жидкости (фиг. 1 - 3, 10, 11). К герметичным клеммам 24 присоединены патрубки 25, предпочтительно, силиконовые (фиг. 1, 10, 11).
Механизм 5 подачи филамента и шаговый двигатель 4 размещены внутри жидкостного радиатора 6 (фиг. 2, 3). Это надежно защищает их от перегрева и связанного с ним износа, обеспечивает бесперебойную эксплуатацию всего узла подачи филамента в течение длительного времени в условиях высоких температур, тем самым повышая надежность работы печатающей головки.
Нагревательный блок 1 и экструдер 2 с соплом установлены с внешней нижней стороны жидкостного радиатора 6, при этом термобарьер 3 закреплен в стенке корпуса 7 для лучшей теплопередачи и отвода тепла от филамента до точки плавления его в нагревательном блоке 1.
Поскольку узлы подачи и нагрева филамента расположены максимально близко друг к другу, то такое негативное явление как преждевременное расплавление филамента до зоны плавления исключено. Это повышает качество печатаемых изделий и надежность работы печатающей головки, нет необходимости остановки технологического процесса 3D-печати для охлаждения филамента и/или очистки сопла экструдера 2 от засора.
Для обеспечения функционирования механических узлов подачи и нагрева филамента печатающая головка содержит провода 21 подключения к системе управления (фиг. 1, 10 – 14).
Провода 21 подключения, а также тефлоновая трубка 22, по которой движется филамент 23, заведены внутрь жидкостного радиатора 6 через герметичную клемму 24 (фиг. 10), установленную в сквозном отверстии 17 крышки 8, и предназначенную для осуществления подачи через нее охлаждающей жидкости в систему каналов.
Ввиду того, что печатающая головка может иметь широкий диапазон габаритов, что зависит от размеров печатаемых изделий и предпочтений пользователей, то при маленьких габаритах печатающей головки и, соответственно, уменьшенных размерах герметичных клемм 24, часть проводов 21 подключения заходят в жидкостный радиатор 6 через герметичную клемму 24 (фиг. 11), установленную в сквозном отверстии 18 крышки 8 и предназначенную для отвода охлаждающей жидкости из системы каналов. Это вызвано тем, что в маленькой герметичной клемме сложно разместить все провода подключения.
Герметичная клемма 24 (фиг. 10, 11) выполнена разъемной и включает в себя втулку 26 (фиг. 12) с наружной резьбой на части поверхности и присоединенную к втулке 26 накидную гайку 27 (фиг. 13, 14). В накидной гайке 27 установлен прижимной фланец 28, часть которого выступает за пределы накидной гайки 27 для возможности присоединения патрубка 25.
В торце втулки 26 и примыкающем к нему торце прижимного фланца 28 расположена канавка 29, в которую вставлен кольцевой уплотнитель 30 из прочного упругого материала, например, резины, не допускающий протечки охлаждающей жидкости через стык торцов втулки и прижимного фланца.
В прижимном фланце 28 и во втулке 26 смонтирован держатель 31. В каждом держателе 31 выполнены отверстия для размещения проводов 21 подключения, отверстие для установки тефлоновой трубки 22, а также каналы 32 для прохождения охлаждающей жидкости. Держатели 31 прилегают друг к другу с совпадением расположения отверстий и каналов.
Каждый держатель 31 в герметичной клемме 24 поджат уплотнителем 33, имеющем конструкцию, аналогичную держателю 31, и установленным с совпадением расположения отверстий и каналов держателя 31. Уплотнитель 33 выполнен из прочного упругого материала, например, из резины, он плотно охватывает проходящие через него провода 21 подключения и тефлоновую трубку 22, не допуская протечки охлаждающей жидкости.
Выполнение герметичной клеммы 24 разъемной значительно облегчает обслуживание печатающей головки.
Тефлоновая трубка 22 и провода 21 разделены на внутренний и внешний участки и образуют две контактные группы. Контактная группа внутреннего участка зафиксирована в держателе 31, установленном во втулке 26. Контактная группа внешнего участка зафиксирована в держателе 31, установленном в прижимном фланце 28.
Каждый из проводов 21 подключения контактной группы внешнего участка соединен со штыревым контактом 34, который монтируется в отверстии для этого провода в держателе 31, установленном в прижимном фланце 28.
Каждый из проводов 21 подключения контактной группы внутреннего участка соединен с гнездовым контактом 35, который монтируется в отверстии для этого провода в держателе 31, установленном во втулке 26.
Совпадение в герметичной клемме 24 расположения отверстий и каналов соответствующего назначения (отверстие для тефлоновой трубки 22, отверстия для размещения проводов 21 подключения, каналы 32 для охлаждающей жидкости) при соединении двух контактных групп обеспечивает установка штыревых контактов 34 в гнездовые контакты 35.
При завинчивании накидной гайки 27 соединение в герметичной клемме 24 двух контактных групп становится плотным и надежным.
Как указывалось выше, в герметичной клемме маленьких размеров сложно разместить все провода подключения. Тогда часть проводов 21 подключения заходят в жидкостный радиатор 6 через герметичную клемму 24 (фиг. 11), установленную в сквозном отверстии 18 крышки 8 и предназначенную для отвода охлаждающей жидкости из системы каналов. Контактные группы внешнего и внутреннего участка в этом случае будут состоять только из проводов 21 подключения, а отверстие для тефлоновой трубки 22 может использоваться либо наряду с каналами 32 для отвода охлаждающей жидкости, либо может быть закрыто.
При монтаже всех проводов 21 и тефлоновой трубки 22 в одной герметичной клемме 24, связанной с подачей охлаждающей жидкости в радиатор 6, в другой герметичной клемме, связанной с отводом охлаждающей жидкости, нет необходимости в держателе 31 и уплотнителе 33, смонтированных во втулке 26, и они могут отсутствовать.
В пластине-проставке 10 напротив каждой герметичной клеммы выполнено сквозное отверстие 36 (фиг. 7), в которое вставлена заглушка из прочного упругого материала, например, из резины для исключения попадания охлаждающей жидкости внутрь жидкостного радиатора 6.
Для прохода проводов 21 подключения и тефлоновой трубки 22 внутрь жидкостного радиатора 6 заглушка 37 (фиг. 9) содержит отверстия, соответствующие по количеству и расположению проходящим через нее элементам контактной группы.
При монтаже всех проводов 21 и тефлоновой трубки 22 в одной герметичной клемме 24, связанной с подачей охлаждающей жидкости в радиатор 6, заглушка 37 напротив герметичной клеммы 24, связанной с отводом охлаждающей жидкости, выполнена без отверстий (на фиг. не показано).
Заглушка 37 из прочного упругого материала плотно прилегает к пластине-проставке 10 и плотно охватывает проходящие через нее провода 21 подключения, тефлоновую трубку 22, не допуская протечки охлаждающей жидкости внутрь жидкостного радиатора 6.
Таким образом, провода 21 подключения и филамент 23, продвигающийся по тефлоновой трубке 22, защищены от перегрева при прохождении через герметичную рабочую камеру с высокой температурой, благодаря размещению их в патрубке 25, через который в жидкостный радиатор 6 подается охлаждающая жидкость.
Размещение части проводов 21 подключения в патрубке для отвода охлаждающей жидкости не оказывает негативного воздействия на них, т.к. благодаря эффективной системе отвода избыточного тепла через систему каналов в жидкостном радиаторе 6, разница температур охлаждающей жидкости в патрубке для подвода и патрубке для отвода жидкости незначительна.
Размещение проводов 21 подключения в патрубке вместе с охлаждающей жидкостью безопасно, т.к. неотъемлемой частью проводов, используемых в технике, является изоляция, часто дополненная защитной оболочкой.
Предлагаемая конструкция печатающей головки обладает повышенной надежностью работы за счет:
- эффективной системы отвода избыточного тепла, поступаемого от нагревательного блока и герметичной рабочей камеры с высокой температурой, через систему каналов в жидкостном радиаторе 6;
- размещения узла подачи филамента, соответственно и части проводов подключения к системе управления печатающей головкой и филамента, внутри жидкостного радиатора;
- расположения узла подачи и нагрева филамента максимально близко друг к другу;
- размещения проводов подключения и филамента в патрубке с охлаждающей жидкостью;
- конструкции герметичной клеммы, не только облегчающей обслуживание печатающей головки благодаря выполнению ее разъемной, но и обеспечивающей надежное беспрепятственное циркулирование охлаждающей жидкости, надежное беспрепятственное продвижение филамента по тефлоновой трубке, а также быстрое и безопасное подключение печатающей головки к системе управления.
Эффективная система охлаждения повышает износоустойчивость механических узлов печатающей головки, надежно защищает филамент от преждевременного расплавления до зоны плавления. Это позволяет значительно расширить в сторону увеличения диапазон температуры для плавления термопласта, используя, в том числе, такие высокотемпературные полимеры как PEEK и различные комбинации на его основе, а также увеличить время непрерывной 3D-печати при высоких температурах и обеспечить высокое качество печатаемых изделий.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Печатающая головка закрепляется на трехкоординатном исполнительном механизме перемещения 3D-принтера (на фиг. не показано). Филамент 23, продвигающийся по тефлоновой трубке 22, размещенной в патрубке 25, подается через герметичную клемму 24 к механизму 5 подачи филамента, размещенному внутри  жидкостного радиатора 6, и далее в нагревательный блок 1 и сопло экструдера 2. После выхода из сопла расплавленный филамент 23 послойно наносится на рабочий стол, установленный в герметичной рабочей камере (на фиг. не показано), для печати изделия.
Избыточное тепло, возникающее в процессе 3D-печати, отводится охлаждающей жидкостью, циркулирующей в системе каналов жидкостного радиатора 6. Циркуляцию охлаждающей жидкости обеспечивает насос (на фиг. не показано).
Охлаждающая жидкость поступает в жидкостный радиатор 6 через патрубок 25 подачи, подсоединенный к герметичной клемме 24. Через каналы 32 в держателе 31 и уплотнителе 33 охлаждающая жидкость перетекает в канал в  крышке 8, образованный пазом 19, соединенным с одним из пазов 14, и пластиной-проставкой 10. Оттуда охлаждающая жидкость поступает в канал 13 в корпусе 7 и далее последовательно перетекает из одного канала 13 в другой  в корпусе 7 через пазы 14 в крышках. После прохождения по всем каналам 13 охлаждающая жидкость поступает  в канал в  крышке 8, образованный пазом 20, соединенным с одним из пазов 14, и пластиной-проставкой 10, откуда перетекает по каналам 32 в держателе 31 и уплотнителе 33 герметичной клеммы 24, к которой присоединен патрубок для отвода охлаждающей жидкости.
После завершения одного цикла охлаждения жидкость охлаждается чиллером (на фиг. не показано) и далее цикл повторяется на протяжении всего времени 3D-печати.
Печатающая головка для 3D-печати высокотемпературными полимерами обеспечивает стабильную работу в условиях высокой, до 300°С и выше, температуры внутри герметичной рабочей камеры и продолжительного времени непрерывной 3D-печати.