СМЕСИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА ПЕЧАТАЮЩЕЙ ГОЛОВКИ 3D-ПРИНТЕРА

Полезная модель относится к камерам смешения 3D-принтеров и предназначена для потоковой подготовки малых объемов смеси, подаваемой в печатающую головку 3D-принтера для изготовления изделий из многокомпонентных компаундных смесей методом послойного нанесения материала.
Из уровня техники известны следующие технические решения.
Известна камера для смешивания и получения цвета либо оттенка расплавленного печатного материала для 3D-печати, в которой установлена трехлопастная лопатка, приводимая в действие за счет двухосного шагового двигателя, а также внутри камеры для смешивания вмонтирован датчик цвета, позволяющий получить печатный материал необходимого цвета либо оттенка при перемешивании (RU 2706134 C2, дата публикации 14.11.2019).
Также известна смесительная камера печатающей головки, разделенная на две камеры через разделительную пластину; во внутренней стенке камеры предварительного смешения образована спиральная направляющая для газа; загрузочное отверстие для материала и впускное отверстие для газа высокого давления образованы в верхнем конце камеры предварительного смешения; секция направления материала расположена в нижней части внутренней стенки камеры; на нижнем конце впускного отверстия для газа высокого давления расположен направляющий конус; герметизирующие закрывающие втулки для загрузочного отверстия для материала и впускного отверстия для газа высокого давления. В разделительную пластину вставлен поворотный вал; двигатель расположен на верхнем конце вращающегося вала; и перемешивающее лезвие расположено на нижнем конце вращающегося вала (CN 107187047 A, дата публикации 22.09.2017).
Наиболее близким аналогом патентуемого решения является камера смешения материала для 3D-печати, включающая привод, расположенный в нижней части камеры, лопасть, расположенная на валу, закрепленном на двигателе, а также уплотнительное устройство, расположенное в нижней части камеры смешивания и выпускное отверстие для материала, расположенное в боковой стенке нижней части камеры, при этом капиллярная трубка для подачи материала в камеру подсоединена к впускному отверстию в верхней части камеры (CN 110302692 A, дата публикации 08.10.2019).
Таким образом, известные на данный момент решения для потокового смешения малых объемов компонентов компаундных смесей обеспечиваются либо путем одновременного пропуска компонентов смеси через распыляющие форсунки под высоким давлением, либо при помощи статичных смесителей с лопатками, возмущающими поток жидкости.
Техническая проблема состоит в исключении необходимости подачи материала под высоким давлением на входе в камеру, а также в исключении ударных воздействий исходящего из камеры потока смеси.
Техническим результатом предлагаемого решения является бесперебойная подготовка компаундной смеси в необходимой пропорции для обеспечения 3D-печати и обеспечение многоразовости использования.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции смесительной камеры печатающей головки 3D-принтера, включающей цилиндрическую внутреннюю поверхность камеры-статора, плоские внешние боковые поверхности, верхнюю крышку с входными отверстиями для подключения дозаторов компонентов, и нижнюю крышку, имеющую средства крепления элементов экструдера печатающей головки принтера, в камере-статоре размещен ротор, установленный на валу, подключенном через муфту к электромотору, установленному на мотораме над смесителем, ротор представляет собой усеченный конус, расширяющийся к нижней части камеры-статора, с углом между образующими и стенкой камеры 1-5°.
Смешение компонентов в камере и бесперебойная подготовка  компаундной смеси в необходимой пропорции обеспечивается за счет турбулентного перемешивания в результате вязкого трения слоев смеси, находящейся в зазоре между вращающимся ротором и стенками камеры-статора. За счет выполнения ротора в форме усеченного конуса обеспечивается зазор переменной толщины между внутренними стенками камеры-статора и ротором, уменьшающийся по мере продвижения смеси от точек входа компонентов до точки выдачи готовой смеси в экструдер. Многоразовость использования камеры обеспечивается возможностью быстрой разборки установки, что позволяет проводить ручную очистку системы с механическим удалением из нее компаундной смеси в случае низкой эффективности машинной очистки.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.
Фиг. 1 – общий вид смесительной камеры печатающей головки 3D-принтера.
Фиг. 2 – вид смесительной камеры печатающей головки 3D-принтера спереди.
Фиг. 3 – вид смесительной камеры печатающей головки 3D-принтера сбоку.
Фиг. 4 – вид в разрезе А-А с фиг.3.
Фиг. 5 – вид смесительной камеры печатающей головки 3D-принтера снизу.
Конструктивно, камера смешения представлена двумя основными элементами – ротором и камерой-статором.
Камера-статор 1 имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность, верхнюю крышку 2 с несколькими входными отверстиями 3, к которым подключаются насосы-дозаторы компонентов, нижнюю крышку 4 и переднюю крышку 5. На верхней крышке 2 камеры установлен электромотор 6, смонтированный на мотораме. На нижней крышке 4 расположены выходные отверстия 7, к которым подключаются элементы экструдера принтера и через которые выводится получаемая смесь для 3D-печати.
Задняя крышка смесительной камеры выполнена с возможностью подключения теплообменника для отвода избытков тепла из камеры за счет добавления дополнительных резьбовых отверстий в крышке, что позволяет разместить на задней крышке жидкостный теплообменник.
Передняя крышка 5 вместе с выступающей часть нижней крышки 4 позволяет реализовать разъемное соединение или быстросъемный механизм для обеспечения возможности быстрого доступа во внутренний объем смесителя. Крепление обеспечивается за счет соединения на винты через переднюю и нижнюю крышку смесителя.
Во внутренней цилиндрической камере-статоре размещен ротор 8, установленный на валу 9, подключенный к электромотору 6, смонтированному на мотораме. Электромотор соединяется с валом ротора через муфту, что обеспечивает возможность легкого его отсоединения. Ротор 8 представляет собой усеченный конус, расширяющийся к нижней части камеры-статора, с углом между образующими конуса и вертикалью (например, стенкой камеры) 1-5°. Посредством электропривода, приводящего в движение вал 9, приводится во вращательное движение и ротор 8.
Смешение компонентов обеспечивается за счет турбулентного перемешивания (перемешивание жидкости, возникающее при турбулентном режиме потока, характеризующемся беспорядочностью и взаимной несогласованностью движения элементарных объёмов жидкости или газа), в результате вязкого трения слоев смеси, находящейся между вращающимся ротором 8 и стенками камеры-статора. Зазор 10 между стенками камеры-статора и ротором переменный, уменьшающийся по мере продвижения смеси от точек входа компонентов до точки выдачи готовой смеси в экструдер.
Все элементы камеры смешения выполнены из твердых теплопроводящих материалов (металлы, металлонаполненные композиты), позволяющих обеспечить отвод избытков тепла из камеры смешения.