CZ2020689A3 - Tavicí systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny - Google Patents

Tavicí systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny Download PDF

Info

Publication number
CZ2020689A3
CZ2020689A3 CZ2020689A CZ2020689A CZ2020689A3 CZ 2020689 A3 CZ2020689 A3 CZ 2020689A3 CZ 2020689 A CZ2020689 A CZ 2020689A CZ 2020689 A CZ2020689 A CZ 2020689A CZ 2020689 A3 CZ2020689 A3 CZ 2020689A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
filament
melting
nozzle
feeder
cooled
Prior art date
Application number
CZ2020689A
Other languages
English (en)
Inventor
Pavel Sedláček
Pave Sedláček
Štěpán Janás
Original Assignee
Protoprint S.R.O.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Protoprint S.R.O. filed Critical Protoprint S.R.O.
Priority to US18/258,202 priority Critical patent/US20240051030A1/en
Priority to CZ2020689A priority patent/CZ2020689A3/cs
Priority to EP21851704.3A priority patent/EP4263179A1/en
Priority to PCT/IB2021/061831 priority patent/WO2022130269A1/en
Publication of CZ2020689A3 publication Critical patent/CZ2020689A3/cs

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/53Nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205Means for applying layers
    • B29C64/209Heads; Nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

Tavicí systém s chlazeným otvorem (2.1) pro vstup filamentu pro 3D tiskárny obsahuje těleso (1) tavicí trysky, tepelně propojené s vyhřívacím systémem (4), disponující tryskovým kanálem (1.2) pro průchod filamentu tvaru dutého tělesa s kruhovým průřezem a s konstantním nebo kontinuálně proměnlivým průměrem, přičemž tryskový kanál (1.2) je přivaděčem (2) filamentu vyveden mimo těleso (1) tavicí trysky a ukončen otvorem (2.1) pro vstup filamentu, přivaděč (2) filamentu a těleso (1) tavicí trysky je spojeno nerozebíratelným spojem nebo jsou vyrobeny z jednoho kusu a tepelná prostupnost přivaděče (2) filamentu je alespoň třikrát nižší než tepelná prostupnost tělesa (1) tavicí trysky.

Description

Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny
Oblast techniky
3D tisk a 3D tiskárny
Dosavadní stav techniky
3D tisk už dávno není výsadou velkých firem a laboratoří. S rozvojem technologií se zvýšila dostupnost 3D tiskáren a ty se tak dostaly i do běžných domácností. Důraz je kladen na variabilitu dílů, jejich snadnou údržbu a výměnu, čímž se také snižuje pořizovací a provozní cena 3D tiskárny, jelikož není potřeba měnit celé kusy tiskáren ale pouze jejich dílčí součástky. Tisky se stávají složitější a propracovanější a je vyžadována velká přesnost tisku. Současné tiskové hlavy - tzv. „hot ends“ však trpí zásadními nedostatky, a těmi je hlavně podtékání roztaveného filamentu ve spoji mezi vodící trubičkou a tavící tryskou a vysoká tepelná vodivost vodící trubičky, což způsobuje předčasné měknutí filamentu a významně snižuje přesnost tisku. Podtékání i měknutí filamentu způsobuje nepřesné nasazení začátku tisku i chyby v průběhu tisku a dochází tak k defektům tisku. Tato skutečnost limituje 3D tiskárny pro tisky výrobků vyžadujících přesnost a zároveň zavádí chybovost tisku.
Konstrukce 3D tiskáren je postavena tak, že tisková hlava je umístěna na vodících lištách, po kterých se v osách x, y a z pohybuje v předem naprogramovaných směrech dle tvaru požadovaného tisku. Tiskový filament je zaveden do tiskové hlavy, kde prochází vodící trubičkou do tavící trysky, ve které se filament taví, a tavící tryskou postupně vytéká na podložku pod vodícími lištami. Pohybem tiskové hlavy je natavený filament postupně vrstven na podložce a tvoří tak požadovaný 3D tisk.
Podtékání filamentu je způsobeno vedením tepla v rámci tiskové hlavy a také rozebíratelným napojením vodící trubičky filamentu na tavící trysku. Standardně je tisková hlava konstruována pro snadnou výměnu tavící trysky tak, že vodící trubička volně přiléhá na tavící trysku, neboje do tavící trysky volně zasunuta. Tedy spoj mezi tavící tryskou a vodící trubičkou netěsní. Přesně v tomto spoji dochází k podtékání filamentu, jelikož tavící tryska je intenzivně vyhřívána a filament se taví již na rozhraní vodící trubička/tavící tryska.
Rozebíratelný spoj mezi vodící trubičkou a tavící tryskou povoluje v důsledku neustálého zahřívání a chladnutí komponent a také kvůli vibracím způsobených pohybem tiskové hlavy po vodících lištách. Nahřívání tiskové hlavy způsobuje povolování rozebíratelného spoje mezi tavící tryskou a vodící trubičkou a tento spoj je dokonce nutné při teplotě rovné teplotě tisku dotahovat. Proto standardní tavící trysky disponují šestibokou hlavou pro utažení trysky v tiskové hlavě i během tisku.
Povolením rozebíratelného spoje mezi tavící tryskou a vodící trubičkou dochází k podtékání filamentu, případně k úplnému vytečení nataveného filamentu a zničení nedokončeného tisku, poničení tiskové hlavy nebo může dokonce dojít k poničení samotné 3D tiskárny v důsledku zatuhnutí vytečeného filamentu a zaseknutí celé tiskárny, pokud není pod dohledem.
Tavící tryskaje zpravidla vyhřívána pouze jedním tepelným zdrojem, nejčastěji trnem, který je zaveden do dobře tepelně vodivého materiálu obklopujícího tavící trysku tiskové hlavy. To s sebou přináší další nevýhodu, a tou je nerovnoměrné tavení filamentu, případně přehřívání tavící trysky tak, aby i v její nejchladnější části - nej vzdálenější od zdroje tepla, byla teplota dostatečná pro natavení filamentu. Jelikož je tepelný zdroj pouze jeden, materiál, do kterého je tepelný zdroj zaveden, musí být ve vedení tepla velice efektivní. Celá tavící tryskaje tak nahřáta na poměrně vysokou teplotu, pohybující se okolo 190 až 280 °C dle použitého materiálu filamentu. Dokážeme
-1 CZ 2020 - 689 A3 si představit, že pokud má tavící tryska tak vysokou teplotu a je vyrobená z kovu, bude se teplota šířit tiskovou hlavou. Některé novější tiskové hlavy obsahují chladič, kterým prochází vodící trubička před kontaktem s tavící tryskou. Chladič má za úkol ochladit vodící trubičku, zprostředkovaně zahřívanou přes trysku, a zamezit natavení filamentu před vstupem do tavící trysky. I přes to, že je podtékání filamentu díky chladiči do jisté míry potlačeno, není zcela eliminováno. Především u delších tisků, kdy je tavící tryska dlouhodobě a intenzivně zahřívána, k podtékání stejně dochází.
Stav techniky, kdy je vodící trubička pouze rozebíratelně nasazena na tavící trysce nabízí například výrobce Prusa Research a.s., obr. 1A. Výrobce zajišťuje dva druhy napojení vodící trubičky na tavící trysku, a těmi jsou: celokovové provedení, kde tavící tryska dosedá na vodící trubičku plocha na plochu a spoj je fixován dotažením závitu. Druhé provedení je hybridní, kdy je vodící trubička vyrobena z teflonu PTFE a dosedá přímo na začátek tavící trysky. Vodící trubička se dá jednoduše vyměnit jejím vytažením z horní části chladiče bez nutnosti demontovat trysku. Vodící trubička nedisponuje žádným závitem nebo příchytným mechanismem. Po sestavení tiskové hlavy vodící trubička volně nasedá na horní konec tavící trysky. Obě provedení trpí výše popsanými nedostatky, které vedou k nepřesnému tisku, poničení tisku nebo dokonce poničení 3D tiskárny.
Dalším výrobcem tiskových hlav pro 3D tiskárny reprezentujícím obecný stav techniky je například společnost Slice engineering se svou tiskovou hlavou The Mosquito Hotend, obrázek 1B. Tisková hlava The mosquito Hotend je popsána patentovou přihláškou WO2018/213559A1. Například z obrázku 9 tohoto dokumentuje vidět, že vodící trubička 104 končí koncovým otvorem, 111 na rozhraní s tavící tryskou 103. Vodící trubička 104 je navíc vyrobena z kovu (odstavec [0056]), což způsobuje zahřívání její spodní části 112. Jak je vidět na obrázku 9, filament 110 se taví již v této spodní části 112 vodící trubičky 104, což způsobuje podtékání roztaveného filamentu 110 ve spoji vodící trubičky 104 a tavící trysky 103. Konstrukci tiskové hlavy popisuje i patentový nárok 1, který říká, že spodní část 112 vodící trubičky 104 jev kontaktu s topným tělesem 102 proto, aby byl materiál 115 filamentu 110 změkčen před vstupem do tavící trysky 103. Takové řešení je z hlediska podtékání filamentu nepoužitelné pro přesné tisky.
Podstata vynálezu
Byl vyvinut speciální tavící systém pro tiskové hlavy 3D tiskáren, kdy nedochází k podtékání vytékání ani předčasnému měknutí filamentu, jelikož první otvor vedoucí z tavné zóny tryskové hlavy je již chlazený a v jeho prostoru vyskytující se filament je pod teplotou měknutí, natož tavení filamentu. Zajištěno je to nerozebíratelným propojením tryskového kanálu s přivaděčem filamentu, na jehož oddáleném konci se otvor vyskytuje. Chlazení otvoru je podpořeno rozdílnými tepelnými propustnostmi obou komponent.
Tavící systém obsahuje těleso trysky, které je tepelně propojené s vyhřívacím systémem a které disponuje tryskovým kanálem pro průchod filamentu. Těleso trysky je spojeno nerozebíratelným spojem s přivaděčem filamentu, který vyvádí tryskový kanál mimo těleso trysky a končí otvorem pro vstup filamentu. Tímto otvorem je tavící systém propojen s ostatními komponentami tiskové hlavy, především s vodící trubičkou filamentu. Toto propojení může být rozebíratelné, protože v místě otvoru pro vstup filamentu je již teplota nižší, než je tavící teplota filamentu.
Takový tavící systém zcela eliminuje podtékání i vytečení filamentu mimo tryskový otvor a eliminuje tak případné poškození tisku, tiskové hlavy nebo 3D tiskárny. Tavící systém navíc umožňuje jednoduchou výměnu tavící trysky společně s přivaděčem filamentu i bez zchladnutí trysky, protože veškerý roztavený filament zůstává během výměny v uzavřeném tavícím systému.
Oproti stavu techniky je rozebíratelný spoj - spoj otvoru pro vstup filamentu a dalších komponent tiskové hlavy, kterým by mohl roztavený filament podtéct, umístěn mimo těleso trysky, a tudíž i
-2 CZ 2020 - 689 A3 mimo vyhřívanou oblast. Filament je tedy v místě rozebíratelného spoje stále v pevném stavu, nedochází k jeho měknutí a taví se až v nerozebíratelně uzavřené tavící zóně tavící trysky.
Dalším znakem tavícího systému je rozdílný součinitel tepelné prostupnosti materiálu trysky a materiálu přivaděče filamentu, přičemž součinitel tepelné prostupnosti přivaděče filamentu je alespoň 3krát nižší než součinitel tepelné prostupnosti tělesa tavící trysky. Výhodně 7x nižší. Toho je docíleno buď tím, že přivaděč filamentu a těleso tavící trysky jsou sice vyrobeny z jednoho materiálu, ale tloušťka stěny přivaděče filamentu je alespoň 3krát tenčí, než tloušťka stěny tělesa tavící trysky, a/nebo je přivaděč filamentu vyroben z materiálu s alespoň o 30 W/mK nižším součinitelem tepelné vodivosti, než z jakého je vyrobeno těleso tavící trysky. Díky nižší tepelné prostupnosti a/nebo vodivosti funguje přivaděč filamentu jako tepelná brzda a zpomaluje vedení tepla k otvoru pro vstup filamentu, respektive k rozebíratelnému spoji tohoto otvoru s dalšími komponentami tiskové hlavy. Přivaděč filamentu tedy svými tepelně brzdnými vlastnostmi pasivně ochlazuje otvor pro vstup filamentu. S výhodou je přivaděč filamentu osazen chladičem a spoj otvoru pro vstup filamentu s dalšími komponentami tiskové hlavy je tak umístěn v aktivně chlazené oblasti, čímž je ještě umocněn efekt tepelné brzdy přivaděče filamentu.
Tavící systém podle tohoto vynálezu je určen pro tiskové hlavy pro 3D tisk. Tavící systém tedy obsahuje tavící trysku a přivaděč filamentu, které jsou pevně nerozebíratelně spojeny. Tavící tryska je s výhodou vyrobena z: mědi, hliníku, bronzu, mosazi, železa, oceli, stříbra, zlata, diamantu, wolframu, karbidu wolframu WC, karbidu křemíku SiC, SiSiC, oxidu hlinitého AI2O3 nebo jejich směsi. Výhodně je tryska upravena povrstvením, například niklem nebo uhlíkem DLC - diamond like carbon.
Přivaděč filamentu je s výhodou vyroben z: mědi, hliníku, bronzu, mosazi, železa, oceli, stříbra, zlata, titanu, diamantu, wolframu, karbidu wolframu WC, karbidu křemíku SiC, SiSiC, oxidu hlinitého AI2O3, oxidu hořečnatého MgO, oxidu ytterbitého Y2O3, oxidu zirkoničitého ZrO2, obrobitelné sklokeramiky, stealitu, keramiky, polytetrafluorethylenu PTFE, polyaryletherketonu PAEK, polyetheretherketonu PEEK, polyetherimidu PEI nebo jejich směsi, ovšem vždy musí být splněna podmínka, že přivaděč filamentu má alespoň 3krát menší součinitel tepelné prostupnosti než tavící tryska.
Tavící tryskaje tepelně napojena na vyhřívací systém, kterým je s výhodou vyhřívací prstýnek nebo vyhřívací tm. Prakticky ale na typu vyhřívacího systému nezáleží, pokud je schopný zajistit vyhřátí tavící trysky na požadovanou teplotu, tedy teplotu vyšší, než je teplota tání daného filamentu. Zóna, která je v přímém spojení s vyhřívacím systémem je nazývána tavící - zde má tavící tryska nejvyšší teplotu. V okolí tavící zóny je zóna vyhřívaná, kde je teplota tavící trysky nižší než v tavící zóně. Vzhledem ktomu, že trysky jsou standardně vyráběny z materiálů s vysokou tepelnou vodivostí, výhodně nad 200 W/mK, je celé těleso trysky vyhřívanou zónou. S hranicí tělesa tavící trysky končí i vyhřívaná zóna a začíná zóna nevyhřívaná.
Cílem tohoto vynálezu je prodloužit tryskový kanál až do této nevyhřívané zóny, do oblasti mimo tavící trysku, tedy vyvézt otvor pro vstup filamentu až do místa, kde se minimalizuje riziko předčasného natavení filamentu a jeho podtékání některým ze spojů.
Tisková hlava, ve které je tavící systém umístěn, s výhodou disponuje také chladičem, a tedy i chladící zónou. Výhodně je spoj mezi otvorem pro vstup filamentu a dalšími komponentami tiskové hlavy umístěn právě v této chladící zóně, čímž je riziko podtékání zcela eliminováno.
Tavící tryska je s výhodou ve své válcové části opatřena vnějším závitem korespondujícím s vnitřním závitem vyhřívacího elementu, respektive tiskové hlavy, pro snadné uchycení v tiskové hlavě.
Shrnutí:
CZ 2020 - 689 A3
Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup fílamentu (2.1) pro 3D tiskárny obsahuje těleso tavící trysky (1), tepelně propojené s vyhřívacím systémem (4), disponující tryskovým kanálem (1.2) pro průchod fílamentu tvaru dutého tělesa s kruhovým průřezem a s konstantním nebo kontinuálně proměnlivým průměrem, přičemž tryskový kanál (1.2) je přivaděčem fílamentu (2) vyveden mimo těleso tavící trysky (1) a ukončen otvorem pro vstup fílamentu (2.1), přivaděč fílamentu (2) a těleso tavící trysky (1) je spojeno nerozebíratelným spojem nebo jsou vyrobeny z jednoho kusu a tepelná prostupnost přivaděče fílamentu (2) je alespoň 3 krát nižší než tepelná prostupnost tělesa tavící trysky (1).
S výhodou je délka přivaděče fílamentu (2) nad tělesem tavící trysky (1), respektive nejmenší vzdálenost otvoru pro vstup fílamentu (2.1) od tělesa tavící trysky (1), je 2 až 80 mm.
S výhodou je přivaděč fílamentu (2) je tepelně propojen s chladičem (3).
S výhodou je vyhřívací systém (4) je navlečen na tělese tavící trysky (1).
S výhodou je vyhřívací systém (4) navlečený na tělese tavící trysky (1) obsahuje odporový drátek napojený na zdroj elektrického proudu.
S výhodou je vyhřívací systém (4) je realizován vyhřívacím trnem tepelně propojeným s tělesem tavící trysky (1).
S výhodou je těleso tavící trysky (1) je vyrobeno z materiálu o tepelné vodivosti alespoň 30 W/mK.
S výhodou je těleso tavící trysky (1) je vyrobeno z mědi, hliníku, bronzu, mosazi, železa, oceli, stříbra, zlata, diamantu, wolframu, karbidu wolframu WC, karbidu křemíku SiC, SiSiC, oxidu hlinitého A12O3 nebo jejich směsi.
S výhodou je přivaděč fílamentu (2) je vyroben z mědi, hliníku, bronzu, mosazi, železa, oceli, stříbra, zlata, titanu, diamantu, wolframu, karbidu wolframu WC, karbidu křemíku SiC, SiSiC, oxidu hlinitého AI2O3, oxidu hořečnatého MgO, oxidu ytterbitého Y2O3, oxidu zirkoničitého ZrO2, obrobitelné sklokeramiky, stealitu, keramiky, polytetrafluorethylenu PTFE, polyaryletherketonu PAEK, polyetheretherketonu PEEK, polyetherimidu PEI nebo jejich směsi.
S výhodou je přivaděč fílamentu (2) disponuje součinitelem tepelné vodivosti alespoň o 30 W/mK menším, že těleso tavící trysky (1).
S výhodou je přivaděč fílamentu (2) má tloušťku stěny alespoň 3 krát menší, než těleso tavící trysky (1).
S výhodou je přivaděč fílamentu (2) má tloušťku stěny alespoň 7 krát menší, než těleso tavící trysky (1).
S výhodou je nerozebíratelný spoj mezi přivaděčem fílamentu (2) a tělesem tavící trysky (1) je vytvořen letováním, pájením, lepením, lisováním nebo vleptáním.
S výhodou je přivaděč fílamentu (2) a těleso tavící trysky (1) jsou vysoustruženy z jednoho kusu materiálu.
S výhodou je přivaděč fílamentu (2) a těleso tavící trysky (1) jsou vysoustruženy z jednoho solidního kusu vyrobeného alespoň ze dvou materiálů mezi nimiž je materiálový gradient.
S výhodou je těleso tavící trysky (1) je v místě výstupu tryskového kanálu (1.2) na konci opačném tryskovému otvoru (1.1) opatřeno návlečným lemem, na který je nasazený přivaděč fílamentu (2).
-4 CZ 2020 - 689 A3
S výhodou je přivaděč filamentu (2) je k tělesu tavící trysky (1) v místě výstupu tryskového kanálu (1.2) na konci opačném tryskovému otvoru (1.1) přiložený, nebo je do tryskového kanálu (1.2) vsazený.
S výhodou je přivaděč filamentu (2) je opatřen vnějším závitem.
S výhodou je vnější závit na přivaděči filamentu (2) je korespondující s vnitřním závitem chladiče.
Objasnění výkresů
Obr. 1A Stav techniky, Průša Research, přívodní trubička vede chladičem až do tavící trysky, kde je volně napojena, zdroj: hth)s://}ielp.prusa3d.com/cs/guide/}iow-to-change-a-ptfe-tabeObr. 1B Stav techniky, Moskito
Obr. 2A Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s navařeným přivaděčem filamentu, řez.
Obr. 2B Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s navařeným přivaděčem filamentu, pohled z boku.
Obr. 2C Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s navařeným přivaděčem filamentu, pohled zespoda zboku.
Obr. 3A Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s přivaděčem filamentu nasazeným na navlečném lemu, stejné materiály, řez.
Obr. 3B Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s přivaděčem filamentu nasazeným na navlečném lemu, stejné materiály, pohled z boku
Obr. 3C Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s přivaděčem filamentu nasazeným na navlečném lemu, stejné materiály, pohled zespoda zboku
Obr. 4A Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s přivaděčem filamentu vlisovaným v tavící trysce, různé materiály, řez.
Obr. 4B Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s přivaděčem filamentu vlisovaným v tavící trysce, různé materiály, pohled z boku.
Obr. 5A Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s vsazeným a zalisovaným přivaděčem filamentu, stejná tloušťka, různé materiály, řez.
Obr. 5B Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s vsazeným a zalisovaným přivaděčem filamentu, stejná tloušťka, různé materiály, pohled z boku.
Obr. 5C Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s vsazeným a zalisovaným přivaděčem filamentu, stejná tloušťka, různé materiály, pohled zespoda zboku.
Obr. 6A Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s vsazeným a nalepeným přivaděčem filamentu, stejná tloušťka, různé materiály, řez.
-5 CZ 2020 - 689 A3
Obr. 6B Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s vsazeným a nalepeným přivaděčem filamentu, stejná tloušťka, různé materiály, pohled z boku.
Obr. 6C Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s vsazeným a nalepeným přivaděčem filamentu, stejná tloušťka, různé materiály, pohled zespoda zboku.
Obr. 7A Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s nasazeným a přivaděčem filamentu na návlečném lemu, vleptáno, odsazení, stejná tloušťka, různé materiály, řez.
Obr. 7B Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s nasazeným a přivaděčem filamentu na návlečném lemu, vleptáno, odsazení, stejná tloušťka, různé materiály, pohled z boku.
Obr. 7C Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, tavící tryska s nasazeným a přivaděčem filamentu na návlečném lemu, vleptáno, odsazení, stejná tloušťka, různé materiály, pohled zespoda zboku.
Obr. 8A Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, s nasazeným chladičem na přivaděči filamentu, řez.
Obr. 8B Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, s nasazeným chladičem na přivaděči filamentu, pohled z boku.
Obr. 8C Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny, s nasazeným chladičem na přivaděči filamentu, pohled zespoda zboku.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1 přivaděč vsunut do trysky a vlisován
Těleso 1 válcové tavící trysky bylo vysoustruženo z mědi a povrstveno niklem a DLC - diamond like carbon a mělo vnější průměr 5 mm, průměr tryskového kanálu 3 mm a délku 13,5 mm, bylo opatřeno šestihrannou hlavou o vnějším průměru 7 mm a délce 3 mm. Tryskový kanál 1.2 byl na straně hlavy tělesa 1 tavící trysky ukončen tryskovým otvorem 1,1 o průměru 0,4 mm a na druhé straně byl do tryskového kanálu 1.2 vsunut přivaděč 2 filamentu vyrobený z nerezové oceli tvaru dutého válce o vnějším průměru 2,7 mm, vnitřním průměru 1,9 mm, o délce 7 mm, přičemž byl vsunut 5 mm do hloubky tryskového kanálu 1.2, respektive do tělesa 1 tavící trysky. Poté byl přivaděč 2 do tělesa 1 tavící trysky vlisován, čímž byl spoj mezi přivaděčem 2 filamentu a tělesem 1 tavící trysky utěsněn.
Na toto těleso 1 tavící trysky s vlisovaným s přivaděčem 2 filamentu byl navlečen vyhřívací systém 4 vyrobený z keramiky AI2O3 tvaru dutého válce o délce 5 mm, vnitřním průměru 5,5 mm a vnějším průměru 8,5 mm, který byl protkaný zdrojem tepla ve formě odporového drátku napojeného na zdroj elektrického proudu. Otvor 2,1 pro vstup filamentu situovaný na konci přivaděče 2 filamentu byl tak odsazen od tělesa Havící trysky o 2 mm a jelikož rozdíl součinitelů tepelné vodivosti tělesa j_tavící trysky a přivaděče 2 byl více než 360 W/mK, byl přivaděč 2 schopný zbrzdit šíření tepla z vyhřívacího systému 4 přes těleso Havící trysky a tím pasivně otvor 2,1 pro vstup filamentu ochlazoval.
Příklad 2 přivaděč přiložený na trysce, vyroben tavením
-6 CZ 2020 - 689 A3
Těleso J. válcové tavící trysky 7 bylo vyrobeno společně s vsazeným přivaděčem 2 filamentu vysoustružením z jednoho gradientového dvou-materiálového solidního kusu. Ten vznikl vlitím taveniny bronzu a hliníku do válcové formy, přičemž každý materiál se naléval na opačný konec formy a oba materiály se zhruba uprostřed formy setkaly a částečně prolnuly, čímž vytvořily materiálový gradient. Po zchladnutí solidního kusu byl tento upnut do soustruhu a opracován. Těleso 1 tavící trysky bylo vysoustruženo ze strany hliníku, mělo vnější průměr 5 mm, průměr tryskového kanálu 1.2 3 mm a délku 13,5 mm a disponovalo tryskovým otvorem 1,1 o průměru 0,5 mm.
Přivaděč 2 filamentu byl vysoustružen ze strany bronzu, měl vnější průměr 2,7 mm, vnitřní průměr 1,9 mm, a délku 60 mm a byl přiložen na vývodu tryskového kanálu 1.2 tělesa 1 tavící trysky, čímž této tryskový kanál 1.2 prodlužoval.
Na těleso 1 tavící trysky vyrobené společně s přivaděčem 2 filamentu, byl navlečen vyhřívací systém 4 tvaru bloku, vyrobený z mědi tvaru kvádru o rozměrech 25 x 20 x 10 mm. Vyhřívací blok disponoval otvorem pro těleso 1 tavící trysky s průměrem 5,5 mm a otvorem pro vyhřívací tm s průměrem 4 mm, do vyhřívacího bloku byl zaveden vyhřívací tm o průměru 3,5 mm vyrobený z materiálu s vysokým odporem a povrstvený elektricky nevodivou vrstvou a napojený na zdroj elektrického proudu. Přivaděč 2 filamentu vlisovaný v tělese 1 tavící trysky s navlečeným vyhřívacím systémem 4 byl opatřen chladičem 3, respektive byl do chladiče 3 zasunut. Otvor 2,1 pro vstup filamentu situovaný na konci přivaděče 2 filamentu byl odsazen od tělesa Havící trysky o 60 mm a jelikož rozdíl součinitelů tepelné vodivosti tělesa J_tavící trysky a přivaděče 2 byl více než 180 W/mK, byl přivaděč 2 schopný zbrzdit šíření tepla z vyhřívacího systému 4 přes těleso 1 tavící trysky a tím pasivně otvor 2,1 pro vstup filamentu ochlazoval. Navíc byl otvor 2,1 pro vstup filamentu aktivně ochlazován chladičem 3.
Příklad 3 přivaděč navlečen na trysku a slepen
Těleso 1 válcové tavící trysky 7 bylo vyrobeno z karbidu křemíku SiC a mělo vnější průměr 5 mm, průměr tryskového kanálu 1.2 2 mm a délku 13,5 mm. Těleso 1 tavící trysky disponovalo tryskovým otvorem 1,1 o průměru 0,4 mm a na druhé straně disponovalo návlečným lemem. Návlečný lem byl dutým válcem o délce 3 mm, vnitřním průměru 2 mm a vnějším průměru 3 mm a prodlužoval tryskový kanál 1.2. Na tento návlečný lem byl zvenku navlečen přivaděč 2 filamentu vyrobený z titanu tvaru dutého válce o vnitřním průměru 3,3 mm, vnějším průměru 4,5 mm a délce 20 mm. Spoj mezi přivaděčem 2 filamentu a tělesem 1 tavící trysky, respektive návlečným lemem tělesa 1 tavící trysky, byl slepen teplo odolným lepidlem.
Příklad 4 přivaděč přiložen na trysku a vleptán
Těleso 1 válcové tavící trysky 7 bylo vyrobeno z z karbidu wolframu WC a mělo vnější průměr 5 mm, průměr tryskového kanálu 2 mm a délku 15 mm, bylo opatřeno šestihrannou hlavou o vněj ším průměru 6 mm a délce 4 mm. Tryskový kanál 1.2 byl na straně hlavy tělesa 1 tavící trysky ukončen tryskovým otvorem 1,1 o průměru 0,4 mm a na druhé straně byl na tryskový kanálu 1.2 přiložen a vnitřním průřezem zarovnán přivaděč 2 filamentu vyrobený z plastu PTFE tvaru dutého válce o vnějším průměru 3 mm, vnitřním průměru 2 mm, o délce 80 mm. Spoj mezi přivaděčem 2 filamentu a tělesem 1 tavící trysky byl vlepen leptáním plastu.
Příklad 5 spájen,
Těleso 1 válcové tavící trysky 7 bylo vyrobeno z wolframu a mělo vnější průměr 5 mm, průměr tryskového kanálu 2 mm a délku 20 mm. Tryskový kanál 1.2 byl na straně hlavy tělesa 1 tavící trysky ukončen tryskovým otvorem 1,1 o průměru 0,4 mm a na druhé straně byl na tryskový kanálu 1.2 přiložen a vnitřním průřezem zarovnán přivaděč 2 filamentu vyrobený z mosazi tvaru dutého
-7 CZ 2020 - 689 A3 válce o vnějším průměru 5 mm, vnitřním průměru 2 mm, o délce 50 mm. Spoj mezi přivaděčem 2 filamentu a tělesem 1 tavící trysky byl spájen.
Příklad 6 diamant
Těleso 1 válcové tavící trysky 7 bylo vyrobeno z diamantu a mělo vnější průměr 5 mm, průměr tryskového kanálu 1.2 2 mm a délku 20 mm. Tryskový kanál 1.2 byl na straně hlavy tělesa 1 tavící trysky ukončen tryskovým otvorem 1,1 o průměru 0,4 mm a na druhé straně byl vsazen do tryskového kanálu 1,2 přivaděč 2 filamentu vyrobený z keramiky A12O3 s příměsí zirkonia ZrO2 tvaru dutého válce o vnějším průměru 1,7 mm, vnitřním průměru 1,5 mm, o délce 50 mm. Spoj mezi přivaděčem 2 filamentu a tělesem 1 tavící trysky byl vlepen slepen teplo odolným lepidlem.
Průmyslová využitelnost
Zpřesnění 3D tisku, zamezení podtékání, efektivnější tavení tiskové hmoty

Claims (18)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny, vyznačující se tím, že obsahuje těleso tavící trysky (1), tepelně propojené s vyhřívacím systémem (4), disponující tryskovým kanálem (1.2) pro průchod filamentu tvaru dutého tělesa s kruhovým průřezem a s konstantním nebo kontinuálně proměnlivým průměrem, přičemž tryskový kanál (1.2) je přivaděčem filamentu (2) vyveden mimo těleso tavící trysky (1) a ukončen otvorem pro vstup filamentu (2.1), přivaděč filamentu (2) a těleso tavící trysky (1) je spojeno nerozebíratelným spojem nebo jsou vyrobeny z jednoho kusu a tepelná prostupnost přivaděče filamentu (2) je alespoň 3 krát nižší než tepelná prostupnost tělesa tavící trysky (1).
  2. 2. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 1, vyznačující se tím, že délka přivaděče filamentu (2) nad tělesem tavící trysky (1), respektive nejmenší vzdálenost otvoru pro vstup filamentu (2.1) od tělesa tavící trysky (1), je 2 až 80 mm.
  3. 3. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 1, vyznačující se tím, že přivaděč filamentu (2) je tepelně propojen s chladičem (3).
  4. 4. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 1, vyznačující se tím, že vyhřívací systém (4) je navlečen na tělese tavící trysky (1).
  5. 5. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 4, vyznačující se tím, že vyhřívací systém (4) navlečený na tělese tavící trysky (1) obsahuje odporový drátek napojený na zdroj elektrického proudu.
  6. 6. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 1, vyznačující se tím, že vyhřívací systém (4) je realizován vyhřívacím trnem tepelně propojeným s tělesem tavící trysky (1).
  7. 7. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 1, vyznačující se tím, že těleso tavící trysky (1) je vyrobeno z materiálu o tepelné vodivosti alespoň 30 W/mK.
  8. 8. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 7, vyznačující se tím, že těleso tavící trysky (1) je vyrobeno z mědi, hliníku, bronzu, mosazi, železa, oceli, stříbra, zlata, diamantu, wolframu, karbidu wolframu WC, karbidu křemíku SiC, SiSiC, oxidu hlinitého AI2O3 nebo jejich směsi.
  9. 9. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 1, vyznačující se tím, že přivaděč filamentu (2) je vyroben z mědi, hliníku, bronzu, mosazi, železa, oceli, stříbra, zlata, titanu, diamantu, wolframu, karbidu wolframu WC, karbidu křemíku SiC, SiSiC, oxidu hlinitého AI2O3, oxidu hořečnatého MgO, oxidu ytterbitého Y2O3, oxidu zirkoničitého ZrO2, obrobitelné sklokeramiky, stealitu, keramiky, polytetrafluorethylenu PTFE, polyaryletherketonu PAEK, polyetheretherketonu PEEK, polyetherimidu PEI nebo jejich směsi.
  10. 10. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 1, vyznačující se tím, že přivaděč filamentu (2) disponuje součinitelem tepelné vodivosti alespoň o 30 W/mK menším než těleso tavící trysky (1).
  11. 11. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 1, vyznačující se tím, že přivaděč filamentu (2) má tloušťku stěny alespoň 3 krát menší než těleso tavící trysky (1).
    -9 CZ 2020 - 689 A3
  12. 12. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 1, vyznačující se tím, že nerozebíratelný spoj mezi přivaděčem filamentu (2) a tělesem tavící trysky (1) je vytvořen letováním, pájením, lepením, lisováním nebo vleptáním.
  13. 13. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 1, vyznačující se tím, že přivaděč filamentu (2) atěleso tavící trysky (1) jsou vysoustruženy z jednoho kusu materiálu.
  14. 14. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 13, vyznačující se tím, že přivaděč filamentu (2) atěleso tavící trysky (1) jsou vysoustruženy z jednoho solidního kusu vyrobeného alespoň ze dvou materiálů mezi nimiž je materiálový gradient.
  15. 15. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 1, vyznačující se tím, že těleso tavící trysky (1) je v místě výstupu tryskového kanálu (1.2) na konci opačném tryskovému otvoru (1.1) opatřeno návlečným lemem, na který je nasazený přivaděč filamentu (2).
  16. 16. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 1, vyznačující se tím, že přivaděč filamentu (2) je k tělesu tavící trysky (1) v místě výstupu tryskového kanálu (1.2) na konci opačném tryskovému otvoru (1.1) přiložený, nebo je do tryskového kanálu (1.2) vsazený.
  17. 17. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 1, vyznačující se tím, že přivaděč filamentu (2) je opatřen vnějším závitem.
  18. 18. Tavící systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu (2.1) pro 3D tiskárny podle nároku 17 a 3, vyznačující se tím, že vnější závit na přivaděči filamentu (2) je korespondující s vnitřním závitem chladiče.
CZ2020689A 2020-12-17 2020-12-17 Tavicí systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny CZ2020689A3 (cs)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/258,202 US20240051030A1 (en) 2020-12-17 2020-12-17 A vertically insulated, homogeneously heated melting system with a cooled opening for the inlet of a filament for 3D printers with a horizontally insulated, homogeneously heated melting system allowing the nozzle to be gripped for 3D printers
CZ2020689A CZ2020689A3 (cs) 2020-12-17 2020-12-17 Tavicí systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny
EP21851704.3A EP4263179A1 (en) 2020-12-17 2021-12-16 A vertically insulated, homogeneously heated system with a cooled opening for the inlet of a filament for 3d printers with a horizontally insulated, homogeneously heated melting system allowing the nozzle to be gripped for 3d printers
PCT/IB2021/061831 WO2022130269A1 (en) 2020-12-17 2021-12-16 A vertically insulated, homogeneously heated system with a cooled opening for the inlet of a filament for 3d printers with a horizontally insulated, homogeneously heated melting system allowing the nozzle to be gripped for 3d printers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020689A CZ2020689A3 (cs) 2020-12-17 2020-12-17 Tavicí systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ2020689A3 true CZ2020689A3 (cs) 2022-06-29

Family

ID=80122555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2020689A CZ2020689A3 (cs) 2020-12-17 2020-12-17 Tavicí systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2020689A3 (cs)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7780434B2 (en) Nozzle for an injection molding apparatus
US7679032B2 (en) Soldering or desoldering iron
JP5614404B2 (ja) ガラス板の製造方法及び製造装置
US6220851B1 (en) Detachable nozzle body
JPS6061224A (ja) 射出成形装置
KR100548865B1 (ko) 착탈식 노즐 본체 및 방법
JP2006321233A (ja) 熱シュラウド及び当該熱シュラウドを製造する方法
JP2009504414A (ja) 誘導動力が付与されるレードル底部ノズル
US6945767B2 (en) Small pitch nozzle with a thermally conductive insert for an injection molding apparatus
CZ2020689A3 (cs) Tavicí systém s chlazeným otvorem pro vstup filamentu pro 3D tiskárny
KR101574420B1 (ko) 핫러너 사출금형의 노즐장치
US20240051030A1 (en) A vertically insulated, homogeneously heated melting system with a cooled opening for the inlet of a filament for 3D printers with a horizontally insulated, homogeneously heated melting system allowing the nozzle to be gripped for 3D printers
CN100443282C (zh) 带有可拆式喷嘴头和喷嘴头保持器的热流道喷嘴
JP2005132088A (ja) ノズル及び取外し自在で交換自在の加熱装置を備えたノズルを製造するための方法
JP7375187B2 (ja) 短距離で効率的な液体冷却式ディスペンサー
CZ309316B6 (cs) Izolovaný homogenně vyhřívaný tavicí systém pro 3D tiskárny
JP6576997B2 (ja) 冷却管及び金型冷却機構
CN112172048A (zh) 喷咀组件及针阀热流道系统
CN219968851U (zh) 适用于3D打印机的Dragon打印头
KR101875104B1 (ko) 사출 성형용 히트 파이프 노즐장치
CN221641646U (zh) 一种热流道浇口分层式散热装置
CN218505227U (zh) 3d打印喷头机构及3d打印设备
CN219564147U (zh) 一种大流量抗扭轻型3d打印头
JP2007075855A (ja) 押湯加熱装置
CA2405879C (en) Gap seal between nozzle components