RU210488U1

RU210488U1 - Fusion 3D print head

Info

Publication number: RU210488U1
Application number: RU2020122526U
Authority: RU
Inventors: Виталий Валерьевич Сергеев; Алексей Анатольевич Прикащиков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Производственная компания "НИТ"
Priority date: 2020-07-08
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2022-04-18

Abstract

Заявленная полезная модель относится к области изготовления изделий аддитивными технологиями добавочным нанесением (наплавлением) с использованием термопластичных полимерных материалов. Печатающая головка 3D-принтера послойного наплавления предназначена для печати материалами с повышенной хрупкостью, включающая экструдер с нагревательным элементом, систему подачи печатающего элемента, выполненную в виде револьвера, включающего от 6 каналов до 20 каналов для подачи филамента с механизмом поворота с автоматическим позиционированием канала на печатающиеся сопла после расходования филамента в каждом канале. Заявленная конфигурация печатающей головки позволяет обеспечить возможность печати хрупкими филаментами, такими как наполненные и армированные термопластичные композиции. 3 ил.The claimed utility model relates to the field of manufacturing products by additive technologies by additional deposition (welding) using thermoplastic polymer materials. The printhead of a fusing 3D printer is designed for printing with materials with increased fragility, including an extruder with a heating element, a printing element supply system made in the form of a revolver, including from 6 channels to 20 channels for feeding a filament with a rotation mechanism with automatic positioning of the channel on printed nozzles after filament consumption in each channel. The claimed configuration of the print head allows printing with fragile filaments, such as filled and reinforced thermoplastic compositions. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области изготовления изделий аддитивными технологиями добавочным нанесением (наплавлением) с использованием термопластичных полимерных материалов. Устройство может быть использовано в любых конструкциях 3D-принтеров, работающих по технологии послойного наплавления с одной, двумя или более печатающимися головками.The utility model relates to the field of manufacturing products by additive technologies by additional deposition (welding) using thermoplastic polymeric materials. The device can be used in any design of 3D printers using layer-by-layer fusing technology with one, two or more print heads.

Известна печатающая головка 3D-принтера послойного наплавления (патент РФ 161249, опубл. 10.04.2016 г.), содержащая выполненную в едином корпусе подвижную платформу с размещенными на ней двумя соплами с нагревателями и механизмом переключения сопел, положение которой определяется датчиком положения подвижной платформы и ограничивается позиционным ограничителем, причем печатающая головка 3D-принтера снабжена клапаном для сопел, выполненном с возможностью прогиба, обеспечивающим запирание одного из сопел и открывание другого при переключении. Кроме того, механизм переключения сопел содержит эксцентрик, приводимый от мотора эксцентрика, управляемого модулем управления принтера, ведомые шестерни первого и второго сопел, последовательно входящие в зацепление с ведущей шестерней. Недостатком указанной полезной модели является невозможность печати материалов с повышенной хрупкостью, такими как высоконаполненные полимерные композиции. Кроме того, недостатком данной полезной модели является технологически сложная конструкция устройства, а именно необходимость использования при переключении сопел печатающей головки, датчика положения, позиционного ограничителя и механизма переключения сопел, которое выполнено из множества конструктивных элементов, таких как шестерни первого и второго сопел, и ведущей шестерни. Что сказывается на надежности изделия в целом, так как выход из строя даже одного из вышеперечисленных элементов (датчика положения, позиционного ограничителя, заклинивание шестерней) приводит к поломке устройства.Known print head 3D-printer layer-by-layer deposition (RF patent 161249, publ. 04/10/2016), containing a movable platform made in a single housing with two nozzles placed on it with heaters and a nozzle switching mechanism, the position of which is determined by the position sensor of the movable platform and is limited by a positional stop, wherein the 3D printer printhead is provided with a nozzle valve that can be deflected to lock one of the nozzles and open the other upon switching. In addition, the nozzle switching mechanism includes an eccentric driven by an eccentric motor controlled by the printer control module, driven gears of the first and second nozzles sequentially engaged with the drive gear. The disadvantage of this utility model is the impossibility of printing materials with increased fragility, such as highly filled polymer compositions. In addition, the disadvantage of this utility model is the technologically complex design of the device, namely the need to use a print head, a position sensor, a position limiter and a nozzle switching mechanism when switching nozzles, which is made of a variety of structural elements, such as gears of the first and second nozzles, and a drive gears. Which affects the reliability of the product as a whole, since the failure of even one of the above elements (position sensor, position limiter, gear jamming) leads to device failure.

Известна печатающая головка 3D-принтера (патент на полезную модель РФ 171905, опуб. 20.06.2017 г.) включающая основание, на котором закреплен механизм подачи печатающего материала, двигатель, выполненный с возможностью вращения эксцентрика, который приводит в движение единую платформу, клапаны, выполненные с возможностью запирания неактивного экструдера, единую платформу, которая содержит два легкосъемных экструдера с нагревательными элементами, самозапирающийся механизм переключения, выполненный с возможностью позиционирования сопел в рабочем положении, и подпружиненные ролики, выполненные с возможностью прижимания материала к подающему механизму для активного в данный момент экструдера, при этом самозапирающийся механизм выполнен в виде пластины с профилированным вырезом, выполненным с возможностью самозапирания эксцентрика, фиксирующегося в одном из рабочих положений в профилированном вырезе пластины, установленной на единой платформе. Недостатком печатающей головки по данной модели является затрудненная печать хрупкими филаментами из-за возможности их повреждения при протягивании через устройство. В свою очередь это может приводить к постоянным сбоям при печати и ограничивает область используемых материалов для 3D-печати.Known print head 3D printer (utility model patent RF 171905, pub. 06/20/2017) includes a base on which the printing material supply mechanism is fixed, an engine rotatable eccentric that drives a single platform, valves, configured to lock the inactive extruder, a single platform that contains two easily removable extruders with heating elements, a self-locking switching mechanism configured to position the nozzles in the working position, and spring-loaded rollers configured to press the material against the feed mechanism for the currently active extruder , while the self-locking mechanism is made in the form of a plate with a profiled cutout, made with the possibility of self-locking the eccentric, which is fixed in one of the working positions in the profiled cutout of the plate installed on a single platform. The disadvantage of the printhead for this model is that it is difficult to print with fragile filaments due to the possibility of their damage when pulled through the device. In turn, this can lead to constant printing failures and limits the scope of the materials used for 3D printing.

Прототипом печатающей головки является модель (патент на полезную модель РФ 189770, опуб. 03.06.2019 г.). Печатающая головка 3D-принтера, содержащая корпус и экструдеры, каждый из которых состоит из сопла, нагревательного и охлаждающего элементов, соединенных с радиатором, жестко связанным с ползуном линейной направляющей, а также механизм переключения экструдеров с приводом, связанным с системой управления, отличающаяся тем, что 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. Данное устройство позволяет использовать большой тип расходных материалов и обеспечить довольно точную печать. Однако, применение в данной конструкции печатающей головки материалов с высокой хрупкость, такими как высоконаполненные полимерные композиции, является невозможным, так как при протяжке возможен излом филамента, что приводит к сбою в печати или поломке печатающей головки.The prototype of the print head is a model (utility model patent RF 189770, pub. 06/03/2019). Print head of a 3D printer, containing a housing and extruders, each of which consists of a nozzle, heating and cooling elements connected to a radiator rigidly connected to a linear guide slider, as well as an extruder switching mechanism with a drive associated with a control system, characterized in that that the extruder switching mechanism consists of a rotation drive connected to a shaft on which an end cam is installed, interacting with a pusher made in the form of a finger, rigidly connected to the slider of the linear guide. This device allows you to use a large type of consumables and provide fairly accurate printing. However, the use of highly brittle materials, such as highly filled polymer compositions, in this design of the print head is not possible, since the filament may break during pulling, which leads to printing failure or breakage of the print head.

Технической результат предполагаемой полезной модели выражается в обеспечении возможности печати хрупкими филаментами, такими как наполненные и армированные термопластичные композиции.The technical result of the proposed utility model is expressed in the possibility of printing with fragile filaments, such as filled and reinforced thermoplastic compositions.

Технический результат достигается тем, что печатающая головка 3D-принтера послойного наплавления, предназначенная для печати материалами с повышенной хрупкостью, включающая экструдер с нагревательным элементом, систему подачи печатающего элемента, отличающаяся тем, что система подачи выполнена в виде револьвера, включающего от 6 каналов до 20 каналов для подачи филамента с механизмом поворота с автоматическим позиционированием канала на печатающиеся сопла после расходования филамента в каждом канале.The technical result is achieved by the fact that the printhead of a layer-by-layer fusing 3D printer, designed for printing materials with increased fragility, including an extruder with a heating element, a printing element supply system, characterized in that the supply system is made in the form of a revolver, including from 6 channels to 20 channels for feeding the filament with a rotation mechanism with automatic positioning of the channel on the printing nozzles after the consumption of the filament in each channel.

Схема печатающей головки 3D-принтера послойного наплавления револьверного типа представлена на фигуре 1 и 2.The scheme of the print head of the revolver-type layer-by-layer fusing 3D printer is shown in figures 1 and 2.

На фиг.1 показана печатающаяся головка 3D-принтера револьверного типа. Печатающая головка по фиг.1 включает 1- термобарьер, 2 - радиатор охлаждения, 3 - стопорный винт, 4 - нагревательный блок, 5 - сопло, 6 - револьвер.Figure 1 shows the print head of a revolving 3D printer. The printhead according to figure 1 includes 1 - thermal barrier, 2 - cooling radiator, 3 - locking screw, 4 - heating block, 5 - nozzle, 6 - revolver.

На фиг.2 показана печатающаяся головка 3D-принтера револьверного типа с возможностью одновременной подачи нескольких филаментов. Печатающая головка по фиг.2 включает 1- экструдер внешний, 2 - экструдер внутренний (заливочное сопло), 3 - переходник, 4 - сопло подачи филамента (точное сопло), 5 - буртик, 6 - револьвер.Figure 2 shows the print head of a revolving 3D printer with the ability to feed multiple filaments simultaneously. The printhead according to figure 2 includes 1 - external extruder, 2 - internal extruder (filling nozzle), 3 - adapter, 4 - filament supply nozzle (precise nozzle), 5 - shoulder, 6 - revolver.

Печатающая головка 3D-принтера работает следующим образом.The print head of a 3D printer works as follows.

Согласно заданным условиям печати, выводят необходимые параметры и режимы работы 3D-принтера. Термобарьер 1, радиатор охлаждения 2, и нагревательный блок 4 выполняют функцию поддерживания оптимальной температуры. Стопорный винт 3 предназначен для возможности запирания сопла и прекращения подачи материала. Филамент подается в сопло печатающей головки 5 через револьвер 6, включающий от 6 отверстий до 20 отверстий для филамента. Как правило, филамент является непрерывным и может постоянно подаваться через одно отверстие печатающей головке. Однако филамент из высоконаполненных полимерных композиций или армированных не может быть непрерывным, Это обусловлено наличием наполнителя, в результате чего филамент становится хрупким. По этой причине филамент можно подавать только дискретно, а для получения при печати изделия хорошего качества подача должна быть не прерывна. Револьверная подача материала как раз решает данную проблему. Так, в процессе печати при завершении одного филамента происходит поворот револьвера с переключением на последующий материал. По мере расхода филамента в револьвере в него добавляется дополнительные порции, что обеспечивает непрерывность печати. Подача ограниченными участками позволяет производить печать материалов с повышенной хрупкостью таких как, высоконаполненные полимерные композиции, огнестойкие полимерные композиции, теплопроводящие полимерные композиции.According to the specified printing conditions, the necessary parameters and operating modes of the 3D printer are displayed. Thermal barrier 1, cooling radiator 2, and heating block 4 perform the function of maintaining the optimum temperature. The lock screw 3 is designed to be able to lock the nozzle and stop the supply of material. The filament is fed into the nozzle of the print head 5 through the revolver 6, which includes from 6 holes to 20 holes for the filament. As a rule, the filament is continuous and can be constantly fed through one hole in the print head. However, the filament of highly filled polymer compositions or reinforced ones cannot be continuous. This is due to the presence of a filler, as a result of which the filament becomes brittle. For this reason, the filament can only be fed discretely, and in order to obtain a good quality product when printing, the supply must be continuous. Revolving material supply just solves this problem. So, in the process of printing, when one filament is completed, the revolver turns and switches to the next material. As the filament is consumed in the revolver, additional portions are added to it, which ensures the continuity of printing. Feeding in limited areas makes it possible to print materials with increased fragility, such as highly filled polymer compositions, fire-resistant polymer compositions, heat-conducting polymer compositions.

На фиг.2 показана модель, позволяющая печать одновременно несколькими материалами. Для формирования контура изделия во внутренний экструдер 2 через револьвер 6 подается печатающий материал, в качестве которого может быть использован пластик, армирующие нити или совокупность различных материалов. Револьвер имеет от 6 отверстий до 20 отверстий для филамента. Точность печати контура изделия обеспечивается за счет меньшего диаметра точного сопла 4 внутреннего экструдера. После формирования контура объекта, осуществляют послойную заливку через заливочное сопло 2 внешнего экструдера 1. При этом заливочный материал поступает в сопло через каналы, образуемые выемками на револьвере 6 на буртике 5 внутреннего экструдера и частью внутренней поверхности первого экструдера. При этом точное сопло 4 также может быть использовано при заливке внутренних полостей объекта. За счет того, что заливочное сопло 2 выполнено большим диаметром, чем точное сопло 4, при одновременной подачи материала из сопел заливка осуществляется со скорость превышающею скорость печати, которая достигается при наличии в устройстве двух поочередно работающих экструдеров. Одновременно реализуется возможность печати материалами разной цветовой гаммы и с разными свойствами. Предлагаемая конструкция головки позволяет получить конструкционное изделие, включающие элементы с различными свойствами за один цикл работы печатающей головки. Figure 2 shows a model that allows printing simultaneously with several materials. To form the contour of the product, a printing material is supplied to the internal extruder 2 through the revolver 6, which can be plastic, reinforcing threads or a combination of various materials. The revolver has from 6 holes to 20 holes for the filament. The accuracy of printing the contour of the product is ensured by the smaller diameter of the precise nozzle 4 of the internal extruder. After the contour of the object is formed, layer-by-layer pouring is carried out through the pouring nozzle 2 of the external extruder 1. In this case, the pouring material enters the nozzle through the channels formed by the recesses on the revolver 6 on the shoulder 5 of the internal extruder and part of the inner surface of the first extruder. In this case, the precise nozzle 4 can also be used when filling the internal cavities of the object. Due to the fact that the pouring nozzle 2 is made with a larger diameter than the precise nozzle 4, with the simultaneous supply of material from the nozzles, the filling is carried out at a speed exceeding the printing speed, which is achieved if the device has two alternately operating extruders. At the same time, the possibility of printing with materials of different colors and with different properties is realized. The proposed design of the head makes it possible to obtain a structural product that includes elements with different properties in one cycle of the print head.

Claims

The print head of a fusing 3D printer designed for printing with materials with increased brittleness, including an extruder with a heating element, a print element supply system, characterized in that the supply system is made in the form of a revolver, including from 6 channels to 20 channels for feeding a filament with a mechanism rotation with automatic positioning of the channel on the printing nozzles after the consumption of the filament in each channel, while the print head is configured to install up to two additional extruders for simultaneous printing of them with one or more materials.