ЭКСТРУДЕР 3D-ПРИНТЕРА ДЛЯ МНОГОСОПЕЛЬНОЙ ПЕЧАТИ

Полезная модель относится к устройствам для аддитивного производства изделий из полимеров, в частности к 3D-принтерам, работающим по FFF и FDM технологиям.
Известна печатающая головка для 3D-принтера (Патент РФ № 182393, МПК B41F 17/00, опубл. 15.08.2018 г.). В общем виде устройство представляет собой печатающую головку для 3D-принтера, включающая корпус, с расположенными внутри него двумя экструдерами, с регулируемыми по высоте соплами, соединенными с каналами подачи расходного материала.
Недостатками описанного устройства является осуществление операции 3D-печати в один момент времени только одним соплом. Также сопла находятся на отдельных нагревательных блоках, которые нагреваются по отдельности, а значит поддерживать одинаковую температуру на них сложнее.
Известна печатающая головка (Jordan R. Raney, Brett G. Compton, Jochen Mueller, Thomas J. Ober, Kristina Shea, and Jennifer A. Lewis. Rotational 3D printing of damage-tolerant composites with programmable mechanics // PNAS.- 2018. -№115 (6). –С. 1198-1203/ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://www.pnas.org/content/115/6/1198/tab-figures-data). Устройство состоит из полового вала, способного вращаться вокруг своей оси, на котором закреплено сопло, шагового двигателя и ременного механизма, передающего момент вращения от шагового двигателя на вал с соплом.
К недостаткам данного устройства можно отнести использование ременной передачи, при которой может появиться эффект проскальзывания, а значит неправильное позиционирование сопла. Также устройство не имеет радиатора и термобарьера, что приводит к размягчению материала, при печати расплавленными нитями, и дальнейшему образованию пробки внутри полового вала.
За прототип принято устройство позиционирования и переключения двойной распылительной головки для 3D-принтера (Патент CN 108312526, МПК В29С 64/209, В33Y 30/22, опубл. 24.07.2018 г.), состоящая из каркаса, электродвигателя, двух сопел, каждое из которых закреплено на полом валу и оснащено радиатором и нагревательным блоком.
Недостатком данного устройства является то, что два сопла не могут работать одновременно и отсутствие возможности вращения сопел. А также постоянный перегрев радиаторов, вследствие чего будет происходить деформация пластиковых нитей внутри полых валов.
Задачей технического решения является разработка экструдера, способного производить печать несколькими соплами одновременно.
Технический результат полезной модели заключается повышении надежности работы устройства.
Технический результат достигается при использовании экструдера 3D-принтера для многосопельной печати, содержащего каркас, электродвигатель, полый вал и сопла, оснащенные радиаторами и нагревателями, причем устройство дополнительно оснащено ведущим колесом, входящим в зацепление с ведомым колесом, установленным на полом валу, радиатор оснащен вентилятором и термобарьерами, а полый вал выполнен с возможностью вращения вокруг своей оси.
Применение зубчатого зацепления позволяет передавать большие мощности вращения, а также обеспечивает постоянство передаточного отношения, что повышает надежность работы устройства. Вследствие чего обеспечивается точность позиционирования сопел, уменьшая вероятность смещения наплавляемых слоев пластика в готовом изделии.
Эффективный отвод тепла от расплавленных нитей пластика достигается совместным использованием радиатора и вентилятора. Это позволяет предотвратить нагревание и размягчение пластика внутри полого вала, а также деформацию пластиковых нитей от нагрева. Таким образом обеспечивается равномерное стекание пластика из сопел, исключается возможность образования пробки, которая занимает весь объем полового вала, застревает в нем из-за высокого трения и останавливает подачу материала. Исходя из этого исключается возможность смещения наплавляемых слоев, что улучшает контур изделия, тем самым повышая надежность работы устройства и качество готового изделия.
Наличие двух сопел позволяет выдавить несколько линий материала за то же время, и скрепить мягкий материал между собой быстрее, пока материал не начал твердеть, таким образом улучшается когезия материала, т.е. надежность и прочность связей внутри материала, а также повышается производительность печати. А также возможностью вращения полого вала вокруг своей оси позволяет изменять положение сопел относительно друг друга, а именно вращение дополнительного сопела вокруг основного.
На фиг. 1 представлен общий вид экструдера 3D-принтера для многосопельной печати.
Экструдер 3D-принтера для многосопельной печати состоит из каркаса 1, на котором размещен шаговый электродвигатель 2. Ведущее колесо 3 установлено на валу шагового электродвигателя 2 и входит в зацепление с ведомым колесом 4. Ведомое колесо 4 установлено на закрепленном на каркасе 1 полом валу 5, выполненным с возможностью вращения вокруг своей оси.
На полом валу 5 закреплен радиатор 6, оснащенный вентилятором 7 и термобарьерами 8. Термобарьеры 8 изолируют радиатор 6 от нагревательного блока 9, снабженного соплами 10.
Полый вал 5 разветвляется (в районе радиатора) на два канала, через которые пластиковые нити подаются на сопла 10.
Экструдер 3D-принтера для многосопельной печати работает следующем образом.
Оператор загружает пластиковые нити в полый вал 5. Движение сопел 10 запускается шаговым электродвигателем 2, который начинает вращать ведущее колесо 3, передающее вращение ведомому колесу 4. Ведомое колесо 4 начинает вращаться вместе с полым валом 5, тем самым поворачивая сопла 10 на необходимое количество шагов. При этом осуществляется равномерная подача пластиковых нитей в сопла 10.
Нагревательный блок 9 разогревается и начинает расплавлять пластиковые нити, которые выдавливаются и равномерно стекают через сопла 10. Радиатор 6 совместно с вентилятором 7 эффективно отводят тепло от нагретой пластиковой нити, находящейся внутри полого вала 5, остужая его в зоне выше уровня нагревателя. А термобарьеры 8 предотвращают нагрев радиатора 6 от нагревательного блока 9.
Таким образом, использование экструдера 3D-принтера для многосопельной печати, содержащего каркас, электродвигатель, полый вал, выполнен с возможностью вращения вокруг своей оси, сопла, оснащенные нагревателями, радиаторам с вентилятором и термобарьерами, ведущим колесом, входящим в зацепление с ведомым колесом, установленным на полом валу, позволяет повысить надежность работы устройства.