УЗЕЛ ДОЗИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ, ПОДАВАЕМЫХ В СМЕСИТЕЛЬНУЮ КАМЕРУ ПЕЧАТАЮЩЕЙ ГОЛОВКИ 3D-ПРИНТЕРА

Полезная модель относится к области трехмерной послойной печати, т.е. изготовления трехмерных физических объектов добавочным нанесением (наслоением) с использованием полимерных материалов, а именно к узлам подачи материала к смесительной камере печатающей головки. Техническое решение может найти свое применение при изготовлении трехмерных моделей широкой сферы их последующего использования, в частности, науке, образовании, инженерии, медицине и пр.
Из уровня техники известны следующие решения.
Известно устройство для послойной печати одноцветных и многоцветных изделий, содержащее узлы подачи, включающие в себя прижимной ролик и подающую шестерню с приводом, в виде шагового электродвигателя (RU188301U1, опубликовано 05.04.2019).
Также узел подачи материала для многофорсуночного принтера описан в патенте EA035734B1, опубликованном 31.07.2020, и включает прижимные механизмы и фитинги.
Наиболее близким аналогом патентуемого решения является известное из патента US9669586B2, опубликованного 06.06.2017, включающее ведущую шестерню и раздаточную шестерню, приводимую в движение от ведущей шестерни, ось которой соединена с валом двигателя.
Известные решения предназначены для перемещения в печатающую головку расходных материалов в изначально твердом агрегатном состоянии. Решения, предназначенные для подачи и дозирования жидких компонентов, представляют собой громоздкие промышленные установки, которые в силу своей избыточной производительности не способны обеспечить равномерную подачу компонентов компаундных систем в исполнительные механизмы 3D-принтеров.
Техническая проблема, решаемая данной полезной моделью состоит в обеспечении высокой точности дозирования жидких компонентов в смесительную камеру головки 3D-принтера, при потоковой подаче малых объемов компонентов компаундной смеси с минимальным шагом подачи до 0.02 мл.
Техническим результатом патентуемой полезной модели является обеспечение точной подачи материала с минимальной пульсацией потока в компактном форм-факторе, пригодном для установки на печатающую головку 3D-принтера.
3
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции узла дозирования компонентов, подаваемых в смесительную камеру печатающей головки 3d-принтера, основанного на принципе построения гидравлического шестеренчатого насоса и представляющего собой насос, включающий быстроразъемный корпус, первый полимерный вкладыш и второй полимерный вкладыш, прижимаемые корпусом друг к другу и образующие рабочую камеру насоса объемом 16-20 см, в которой установлена шестеренчатая пара, состоящая из ведущей и ведомой шестерен, шестерни установлены на оси, расположенные вдоль оси симметрии корпуса и фиксирующиеся через подшипники во вкладышах, при этом ось ведущей шестерни выходит за пределы корпуса насоса и соединена с валом шагового мотора, установленного в отсеке, закрепленном на корпусе, во вкладышах выполнены  подводящий и отводящий каналы, а также канал перепуска из запираемых зон.
Применение данной конструкции в системе 3D-принтера позволяет получить в точке печати готовую смесь компонентов в соотношении, рекомендованном производителями компаундных смесей для корректного проведения реакции полимеризации и вулканизации в строго заданном объеме. Эта система позволяет обеспечить подготовку смеси непосредственно на 3D-принтере, что снимает ограничения на размеры итогового изделия, которое накладывает предварительная загрузка объема готовой смеси в установку. Быстроразъемная конструкция упрощает и ускоряет процесс ее очистки, а малый внутренний объем уменьшает объем отдельного шага дозатора, повышая точность подачи. Корпусные элементы обеспечивают герметизацию насоса и позволяют фиксировать на насосе шаговый мотор и прочее навесное оборудование. Также можно изготавливать несколько описываемых насосов, устанавливаемых на одной нижней крышке корпуса с разведенными в ней каналами.
Шестерни изготавливаются из металла, вкладыши изготавливаются из полимерных материалов, стойких к истиранию и позволяющих обеспечить прилегание вершин шестерен к стенкам камеры для отсечения объема между стенками вкладышей и впадинами шестерней, необходимого для функционирования насоса, корпусные элементы могут изготавливаться из металлов или полимерных материалов, обеспечивающих достаточную прочность конструкции. Для этих целей может использоваться, например, нержавеющая сталь, алюминий, фторопласт или полиацеталь и любой другой прочный материал, способный выдержать контакт с перекачиваемым материалом без угрозы разрушения конструкции системы или угрозы негативного воздействия на перекачиваемый материал.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.
Фиг. 1 – общий вид узла дозирования компонентов.
Фиг. 2 – общий вид узла дозирования компонентов в разборе.
Фиг. 3 – вид узла дозирования компонентов сбоку.
Фиг. 4 – вид узла дозирования компонентов в разрезе А-А с фиг.3.
Фиг. 5 – схема рабочей камеры насоса, вид снизу.
Конструктивно система дозирования компонентов в камеру смешения представлена группой шестеренчатых насосов малого объема с приводом от шаговых моторов. Все насосы идентичны между собой.
Один из узлов дозирования приведен на фиг. 1-5. Узел включает корпус 1, на верхней крышке 3 которого посредством четырех стержней 4 установлен шаговый мотор 2, соединенный с осью 12 через соединительную муфту 5. Корпус может быть выполнен из металла, например, нержавеющей стали или алюминия, или из полимерного материала, например фторопласта или полиацеталя. Корпус 1 соединяется с верхней крышкой 3 и нижней крышкой 7 посредством болтов 6, входящих в отверстия в крышках 3 и 7 и сквозные продольные отверстия, выполненные в боковых стенках корпуса. Указанное соединение обеспечивает быстроразъемность корпуса и быстрый доступ к внутренней камере насоса для очистки или замены шестерен.
3
Внутри корпуса 1 расположена рабочая камера насоса общим внутренним объемом16-20 см, образованная полостью между двух полимерных вкладышей 8 и 9. Два полимерных вкладыша 8 и 9 прижаты внутри корпуса друг к другу и обеспечивают герметичность камеры насоса. Вкладыши 8 и 9 могут быть выполнены из фторопласта или полиацеталя. Общий внутренний объем рабочей камеры насоса, образующийся пространством между стенками вкладышей и впадинами шестерен, а также подводящего и отводящего канала, составляет около 16-20 кубических сантиметров.
В рабочей камере насоса установлены две металлические шестерни 10 и 11. Ведущая шестерня 10 установлена на оси 12 и зафиксирована во вкладышах 8 и 9  через подшипники, при этом ось 12 выходит за пределы корпуса 1 и через соединительную муфту 5 соединена с шаговым мотором 2. Ведомая шестерня 11 установлена на оси 13 и зафиксирована во вкладышах 8 и 9  через подшипники. Ведущая 10 и ведомая 11  шестерни находятся в постоянном зацеплении
Во вкладышах выполнены подводящий 14 и отводящий каналы 15, канал перепуска 16 из запираемых зон. В подводящий канал 14 вкручен штуцер 17, в отводящий канал 15 вкручен штуцер 18, предназначенные для подключения, соответственно, подводящего и отводящего канала к внешним системам.
Корпусные элементы обеспечивают герметизацию насоса и позволяют фиксировать на насосе шаговый мотор и прочее навесное оборудование. Также насосы можно изготавливать в исполнении, при котором несколько насосов изготавливаются на одной нижней крышке с разведенными в ней каналами.
Шестерни изготавливаются из металла, вкладыши изготавливаются из полимерных материалов, стойких к истиранию и позволяющих обеспечить прилегание вершин шестерен к стенкам камеры, корпусные элементы могут изготавливаться из металлов или полимерных материалов.
Полезная модель осуществляется следующим образом.
Узел функционирует за счет формирования и перемещения замкнутых объемов, образуемых внутренними поверхностями вкладышей и впадинами зубьев шестерней от зоны подводящего канала к зоне выводящего канала. Привод узла обеспечивается шаговым мотором. Шаговый режим работы привода обеспечивает дозирование перекачиваемого материала за счет того, что за один шаг мотора обеспечивается перемещение строго ограниченного объема, образуемого внутренней поверхностью вкладышей и впадины между зубьями шестерен. Объем, который оказывается заперт между двумя шестернями, выпускается в канал перепуска 16, ведущий от точки максимального сближения вершины зуба одной шестерни и впадины второй шестерни до зоны выпускного канала.