ЭКСТРУЗИОННАЯ ГОЛОВКА

Полезная модель относится к области послойного наращивания и синтеза объектов из пластмассы и предназначена для использования в конструкциях, преимущественно, крупногабаритных 3D-принтеров для производства изделий из расплавленного гранулята по методу FGF (Fused Granular Fabrication).
При таком аддитивном методе производства расплавленные пластиковые гранулы наносятся слой за слоем для формирования 3D-объекта. Масса продавливается с постоянной скоростью через экструзионную головку на печатную платформу, которая после печати каждого слоя немного опускается, позволяя добавить новый слой. Обычно поток регулируется диаметром центрального канала - большая пропускная способность обеспечивает более высокую скорость экструзии, но меньшую чистоту образуемой поверхности, и наоборот. В процессе формирования объекта при прохождении участка разрыва (пустого промежутка) привод экструдера останавливают и подачу гранулята прекращают (и возобновляют снова в конце такого участка). Но при этом, в силу инерционности процесса, уже проэкструдированный расплав, остающийся в формующем канале, и расплав, из которого состоит уложенный слой, не отделены друг от друга, что ведет к снижению качества объекта и дополнительной пост-обработке изделия. Для того, чтобы этого избежать, применяют решения, позволяющие полностью блокировать формующий канал при прохождении участка разрыва.
Например, известно устройство для печати на струйном 3D-принтере по патенту РФ на изобретение №2609179, предусматривающее подачу в печатающую головку с двумя соплами двух нитей из плавкого материала, и содержащее, в частности, клапан, который при перемещении печатающей головки запирает неактивное сопло, и кромкой отверстия клапана срезает облой, остающийся на неактивном сопле. Конструкция не предполагает использования расплавляемого гранулята.
Также известно решение по патенту РФ на полезную модель №191900, в котором печатающая головка для 3D-принтера выполнена, в частности, с возможностью перекрытия отверстия сопла при помощи винта с иглообразным наконечником для закрытия выходного отверстия сопла. При этом вращение наконечника и его закручивание либо выкручивание влечет закрытие или открытие сопла.
Также известна печатающая головка 3D-принтера по патенту на полезную модель РФ №189770, содержащая, в частности, отсекающий диск, экранирующий нерабочее сопло от распечатываемого изделия, предохраняя его от вытекающего из сопла пластика.
Наиболее близким к предлагаемому в заявке решению является головка экструдера с регулируемым профилем формующего канала по патенту РФ на изобретение №2142361 (наиболее близкий аналог), в соответствии с которым головка экструдера, содержит, в частности, перемещающуюся матрицу с формующим каналом и механизм перекрытия формующего канала.
Однако, использование решений по патентам №191900, №189770 или №2142361 в конструкциях более мощных экструдеров, работающих методу FGF, приводит к быстрому разрушению оконечных отсекающих элементов, поскольку после блокирования формующего канала в силу инерционности процесса и значительных усилий, создаваемых приводом экструдера (обычно это шнек), эти отсекающие элементы подвергаются избыточному воздействию расплава, оставшегося в формующем канале экструдера.
Еще одним недостатком конструкции по патенту №2142361 является невозможность использования разглаживающих свойств оконечной поверхности головки, поскольку механизм перекрытия формующего канала реализован со сдвигом оконечного элемента (матрицы) головки, что влечет изменение расстояния между печатной платформой и оконечной поверхностью головки экструдера при неподвижном экструдере и, следовательно, делает невозможным регулировку толщины слоя расплава с помощью позиционирования экструдера, так как длина экструзионной головки непостоянна.
Заявляемая полезная модель решает проблему повышения качества изготавливаемого из расплавленного гранулята изделия и снижению затрат на его дополнительную пост-обработку.
Для этого в отсекающей экструзионной головке, содержащей корпус с формующим каналом и отсекающий механизм, в корпусе выполнены первые направляющие пазы, вторые направляющие пазы и глухое отверстие, а отсекающий механизм содержит толкатель со сквозным отверстием и ножом, имеющем скошенную поверхностью, и возвращатель с возвратной пружиной. При этом толкатель установлен в первые направляющие пазы, возвращатель установлен во вторые направляющие пазы, а возвратная пружина закреплена в глухом отверстии. Толкатель соединен с ножом, который взаимодействует с возвращателем через скошенную поверхность. Отсекающая экструзионная головка содержит оконечную разглаживающую поверхность, которая подвергнута дополнительной обработке для уменьшения адгезивных свойств разглаживающей поверхности.
Благодаря наличию этих признаков, за счет улучшенных отсекающих свойств экструзионной головки и использования разглаживающих свойств ее оконечной поверхности, достигается технический результат, заключающийся в совмещении операции перекрытия канала с операцией разглаживания расплава, что позволяет при прохождении участка разрыва в изделии надежно отделить друг от друга избыточный расплав, остающийся в формующем канале, и расплав уложенного слоя, избегая образования дефектных элементов в формируемом контуре изделия при приближении к участку разрыва и на самом участке разрыва.
Другим достигнутым результатом является возможность регулировать толщину (Н) слоя расплава на безразрывных участках изделия не только через производительность экструдера, но и задавать аппаратно через систему позиционирования экструдера при печати. Этот результат обеспечивается за счет предлагаемой операции разглаживания экструдированного расплава.
В частном случае, дополнительная обработка оконечной разглаживающей поверхности отсекающей экструзионной головки может представлять собой нанесение антиадгезийного силиконового покрытия или полировку или грунтовку или нанесение агента в виде эпоксидного покрытия или нанесение термической смазки или нанесение структуры, отталкивающей текучую среду.
Пример осуществления полезной модели иллюстрируется чертежами.
Фиг. 1 - отсекающая экстру зионная головка в ракурсе 3/4.
Фиг. 2 - отсекающая экструзионная головка, вид сверху.
Фиг. 3 - отсекающая экструзионная головка, разрез А-А на виде сверху.
Фиг. 4 - корпус отсекающей экструзионной головки в ракурсе 3/4.
Фиг. 5 - вид отсекающей экструзионной головки в процессе экструзии.
Отсекающая экструзионная головка включает корпус и отсекающий механизм. Корпус 1 выполнен с формующим каналом 2, первыми направляющими пазами 3, вторыми направляющими пазами 4 и глухим отверстием 5. Отсекающий механизм включает толкатель 6 со сквозным отверстием 7 и ножом 8, имеющем скошенную поверхностью 9, и возвращатель 10 с возвратной пружиной 11. Толкатель 6 установлен в первые направляющие пазы 3, возвращатель 10 установлен во вторые направляющие пазы 4, а возвратная пружина 11 закреплена в глухом отверстии 5. Толкатель 6 соединен с ножом 8, который взаимодействует с возвращателем 10 через скошенную поверхность 9. Отсекающая экструзионная головка содержит оконечную разглаживающую поверхность 12.
Применение предлагаемой отсекающей экструзионной головки для производства 3D-изделий предполагает подачу под давлением расплавленного гранулята в формующий канал 2 и формирование экструзионной головкой из расплава 13 последовательных слоев изделия на печатной платформе 14. Отсекающий механизм не препятствует экструзии, поскольку сквозное отверстие 7 расположено соосно с формующим каналом 2. При этом, как можно видеть на Фиг.5, имеется возможность регулировать толщину Η слоя расплава 13 благодаря использованию разглаживающих свойств оконечной разглаживающей поверхности 12 экструзионной головки и ее позиционирования над печатной платформой 14.
При приближении экструдера к разрыву в формируемом контуре изделия, привод экструдера (не показан) останавливают и экструзия прекращается. Но при этом часть уже экструдированного расплава, остающаяся в формующем канале 2, и расплав 13 уложенного слоя не отделены друг от друга. Для их разделения воздействуют на толкатель 6. Такое воздействие может быть создано любым доступным для конструкции экструдера приводом (не показан), например, электромеханическим приводом, таким как сервопривод или соленоид. При движении толкателя 6 в первых направляющих пазах 3, ось сквозного отверстия 7 смещается относительно оси формующего канала 2 и нож 8 блокирует формующий канал 2, разделяя расплав. Кроме того, нож 8 скошенной поверхностью 9 давит на возвращатель 10, который перемещается по вторыми направляющими пазами 4, и, преодолевая сопротивление пружины 11, сжимает ее. При этом, после того, как расплав, оставшийся в выходной части формующего канала 2, покинет экструзионную головку, он попадет под воздействие ее оконечной разглаживающей поверхности 12 и не создаст дефектных элементов в формируемом контуре изделия при приближении к участку разрыва и на самом участке разрыва.
При приближении к концу разрыва, воздействие на толкатель 6 снимают, действие сжатой возвратной пружины 11 приводит отсекающий механизм в исходное состояние, открывая формующий канал 2, и процесс экструзии продолжают.
Таким образом, полезная модель позволяет устранить дефекты при прохождении участка разрыва, улучшая качество поверхности контура, и достичь цели повышения качества изготавливаемого изделия, что ведет к снижению затрат на его дополнительную пост-обработку.