ПЕЧАТАЮЩАЯ ГОЛОВКА СТРУЙНОГО 3D ПРИНТЕРА

Предполагаемая полезная модель относится к области аддитивных технологий и может быть использована преимущественно в конструкциях многоэкструдерных 3D-принтеров, работающих по методу FDM (Fused Deposition Modeling, моделирование методом послойного наплавления). Многоэкструдерная печать позволяет создать не только разноцветные модели, но и использовать при печати поддерживающих структур растворимые пластики, облегчающие их удаление, а также сопла с отверстиями разного диаметра. В последнем случае сопла с меньшим диаметром отверстия используются для построения наружных поверхностей, а сопла с большим диаметром - для внутренней заливки детали.
Известна печатающая головка 3-D принтера, содержащая пять экструдеров пластика, включающих сопла и нагревательные элементы, причем сопла экструдеров расположены на одном уровне, а каждый экструдер соединен с отдельным питателем (Патент CN 205167575 МКИ В29С 67/00, КНР, 2015).
Основными недостатками данного устройства является сложность обеспечения одинаковой высоты расположения сопел экструдеров над платформой и возможность касания поверхности распечатываемой модели соплами, заполненными пластиками различных цветов. Касание разноцветных сопел модели приводят к нарушению сплошности ее окраски. Разновысотность расположения сопел может приводить к повреждению распечатываемой модели, смещению ее слоев и даже отрыву ее от платформы. Эти недостатки устраняются в конструкциях печатающих головок, обеспечивающих отвод нерабочих экструдеров от поверхности модели.
Известна так же печатающая головка 3D принтера, содержащая корпус, экструдеры, состоящие из сопел, нагревателей и радиаторов, а также механизма переключения экструдеров, состоящий из оси, жестко закрепленной в корпусе, на которой шарнирно установлена поворотная платформа с двумя экструдерами, оси которых перпендикулярны оси вращения платформы, а также механизм поворота платформы с позиционным ограничителем, содержащий эксцентрик, жестко связанный с валом привода, соединенного с системой управления, а так же питатели экструдеров (РПМ РФ №161249, кл. В29С 67/00, 2016 г.).
Недостатком данного устройства является то, что число экструдеров, используемых для построения заготовки ограниченно двумя, а также малая высота подъема сопла нерабочего экструдера над моделью, что увеличивает опасность ее повреждения.
Известна печатающая головка 3D-принтера, содержащая корпус, экструдеры, состоящие из сопла, нагревателя и радиатора, а также механизм смены экструдеров, состоящий из зубчатых реек, установленных в линейных направляющих и расположенных оппозитно друг другу относительно приводной шестерни, входящей в зацепление с указанными зубчатыми рейками и связанной с валом привода, соединенного с системой управления, при этом экструдеры жестко связаны с зубчатыми рейками, а так же питателей экструдеров (Патент CN 105538730, кл. В29С 67/00, КНР, 2016 г.).
Данное устройство позволяет отводить сопло нерабочего экструдера от заготовки на безопасное расстояние, однако число экструдеров, используемых для построения заготовки, также ограничено двумя.
Наиболее близкой к заявляемой является печатающая головка 3D-принтера, содержащая корпус, экструдеры, состоящие из сопла, нагревателя и радиатора, а также механизм смены экструдеров, состоящий из оси, жестко закрепленной в корпусе, на которой шарнирно установлена поворотная платформа с линейными направляющими, в которых установлены экструдеры, при этом ось вращения платформы параллельна осям экструдеров, в корпусе установлен толкатель, взаимодействующий с экструдерами, а так же приводы поворота платформы и выдвижения толкателя, соединенных с системой управления, а так же питателей экструдеров (Патент CN 203713081, кл. В29С 67/00, КНР, 2014 г.).
Данное устройство позволяет обеспечить многоцветную печать с использованием большого числа экструдеров.
Недостатком данного устройства является низкое быстродействие, поскольку выдвижение сопла в рабочее положение производится в результате двух последовательных действий - поворота платформы и выдвижения толкателя. При этом платформа является довольно массивной и имеет большой момент инерции, что обуславливает значительные затраты времени на ее разгон и торможение.
Технической результат предполагаемой полезной модели выражается в повышении быстродействия устройства.
Технический результат достигается тем, что в печатающей головке 3D-принтера, содержащей корпус и экструдеры, каждый из которых состоит из сопла, нагревательного и охлаждающего элемента, соединенных с радиатором, жестко связанным с ползуном линейной направляющей, а также механизм переключения экструдеров с приводом, связанным с системой управления, при этом механизм переключения экструдеров состоит из привода вращения, соединенного с валом, на котором установлен торцевой кулачок, взаимодействующий с толкателем, выполненным в виде пальца, жестко связанным с ползуном линейной направляющей;
А так же тем, что на валу, связанном с приводом вращения, установлен диск, экранирующий нерабочие сопла.
На фиг. 1 показан общий вид предлагаемого устройства, фронтальная проекция;
на фиг. 2 - вид сверху на предлагаемое устройство;
на фиг. 3 - вид А на фиг. 1;
на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2, аксонометрическая проекция;
на фиг. 5 - корпус печатающей головки;
на фиг. 6 - развертка паза кулачка;
на фиг. 7 - диаграмма перемещения сопла в зависимости от угла поворота кулачка для случая реализации конструкции с четырьмя экструдерами.
Предлагаемая печатающая головка 3d принтера состоит из корпуса 1, а так же экструдеров, включающих в себя сопла 2, нагревательные элементы 3, охлаждающие элементы с вентиляторами 4, радиаторы 5 с каналами 6 для пластиковой нити.
В корпусе 1 выполнены отверстия линейных направляющих 7, а также пазы 8.
Радиаторы 5 жестко закреплены в отверстиях ползунов 9, установленных в направляющих 7 корпуса 1.
В радиальных отверстиях ползунов 9 установлены толкатели, выполненные в виде пальцев 10, входящих в паз торцевого кулачка 11, жестко связанного с валом 12. Вал 12 установлен в подшипниковом узле 13 и компенсирующей муфтой 14 связан с приводом вращения 15. Пальцы 10 входят в пазы 8 корпуса 1. Привод 15, вал 12 и кулачок 11, взаимодействующий с пальцем 10 образуют механизм переключения экструдеров.
Нижний конец вала 12 жестко связан с отсекающим диском 16, экранирующей нерабочие в данный момент сопла 2 экструдеров от модели 17.
Для выбора зазора в паре палец 10 - паз торцевого кулачка 11 при выдвижении сопла 2 экструдера в рабочее положение служат пружины 18, жестко соединенные с ползунами 9.
Корпус 1, подшипниковый узел 13 и привод 15 жестко соединены между собой кронштейном 19.
Устройство работает следующим образом. Кронштейн 19 устанавливается на выходной рабочий орган 3D принтера, перемещающийся по траектории, заданной в управляющей программе. В отверстия 6 вставляются пластиковые нити, подаваемые от отдельных питателей (на фиг. не показаны). Включаются нагревательные 3 и охлаждающие 4 элементы.
При необходимости смены рабочего сопла, по управляющей программе системой управления (на фиг. не показана) включается привод 15 через муфту 14 поворачивающий вал 12 и торцевой кулачок 11 на заданный в программе угол ϕ. Пальцы 10 при вращении торцевого кулачка 11, в соответствии с профилем его паза, периодически перемещают ползуны 9 с радиаторами 5 и соплами 2, на величину h вдоль оси линейных направляющих 7. Случайный поворот ползунов 9 предотвращается контактом пальцев 10 со стенками пазов 8 корпуса 1.
В соответствии с профилем паза торцевого кулачка 11 только одно сопло 2 может располагаться в рабочем положении, то есть быть выдвинуто на величину h. При выдвижении требуемого сопла 2 в рабочее положение привод 15 отключается и производится построение модели 17. При этом нерабочие сопла экранируются отсекающим диском 16, предохраняя модель 17 от повреждения за счет случайного вытекания пластика из нерабочего сопла 3.
При выдвижении сопла 2 пружины 18 контактируют с корпусом 1, выбирая зазор в контакте палец 10 - поверхность паза торцевого кулачка 11. Этим обеспечивается отсутствие осевого люфта сопла 2, влияющее на толщину слоя наносимого пластика.
При необходимости смены рабочего сопла включается привод 15, приводящий во вращение вал 12 и кулачок 11 до выдвижения требуемого сопла 2 в рабочее положение.
Использование предлагаемого устройства позволит создать быстродействующую печатающую головку, работающую печать двумя, тремя и большим количеством экструдеров по методу FDM-технологии.