CZ307460B6 - Tisková hlava pro trojrozměrnou tvorbu modelů z plastové taveniny s indukčním vyhříváním - Google Patents

Abstract

Tisková hlava, s indukčním vyhříváním, pro trojrozměrnou tvorbu modelů z plastové taveniny, zahrnující tavnou komoru (7) s tryskou (6), chladicí blok (1), podávací mechanismus (17) a vyhřívací mechanismus (15), kde chladicí blok (1) je opatřen kanálkem (25) pro rozvod chladicí kapaliny, na jehož vstupy a výstupy jsou napojeny přípojky (3) pro napojení na chladicí kapalinu, a dále je chladicí blok (1) spojen s držákem (2), ve kterém je uchycena tavná komora (7), přičemž podávací mechanismus (17) je tvořen podávacím kolečkem (11), k němuž přiléhá přítlačné ložisko (12) opatřené pružinou (16), a podávací mechanismus (17) je dále spojen s tavnou komorou (7) pro posun tiskového materiálu (13) do tavné komory (7), přičemž dále tavná komora (7) ve směru průchodu tiskového materiálu (13) zahrnuje vstupní část (18), chlazenou část (19), vyhřívanou část (20) a výstupní část (21), na ústí které je nasunuta tryska (6), a tavná komora (7) je v místě vyhřívané části (20) opatřena vyhřívacím mechanismem (15) a v místě vstupní a chlazené části (18, 19) je opatřena chladicím blokem (1) s držákem (2), přičemž vyhřívací mechanismus (15) je tvořen kostrou (4) z izolantu, na níž jsou navinuty závity indukční cívky (5), přičemž je mezi kostrou (4) z izolantu a vinutím indukční cívky (5) uspořádáno teplotní čidlo (9).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká extruderu - tiskové hlavy s indukčním vyhříváním a vodním chlazením pro trojrozměrnou tvorbu modelů z plastové taveniny, která zahrnuje tavnou komoru s tryskou, chladicí blok, podávači mechanismus a vyhřívací mechanismus.

Dosavadní stav techniky

Technologie tvorby 3D modelu metodou vytlačování plastové taveniny je známá a obecně používaná technologie. Tvorba 3D modelu je realizována pomocí tavení plastové struny a vytlačování taveniny tryskou s menším průměrem než je průměr přiváděné struny. Tavení plastové struny se v dosavadních řešeních řeší odporovým ohříváním masivního bloku, který je zpravidla tvořen z hliníkové slitiny. Tímto blokem prochází tavná komora, zakončená výstupní tryskou. Tavení plastové struny se taky může řešit indukčním ohřevem tavné komory. Indukční ohřev je způsob ohřevu vodivého materiálu teplem, které vzniká vířivými proudy, indukovanými v materiálu ohřívací cívkou, napájenou střídavým proudem.

Zařízení pro vysokofrekvenční indukční ohřev umělé hmoty je řešeno v korejském patentu KR 100734948. V patentu je popsáno zařízení pro bezkontaktní vysokofrekvenční indukční ohřev umělé hmoty, které spočívá v tom, že část dutiny dopravující umělou hmotu k trysce a taky samotná tryska je vytápěna pomocí indukční cívky. Indukční cívka je uspořádaná po obvodu vstřikovací trysky ve spirálové drážce. Zařízení pro vysokofrekvenční ohřev plastové formy tedy zahrnuje vstřikovací trysku pro vstřikování umělé hmoty ze zařízení do tvářecí formy, vysokofrekvenční indukční cívku navinutou podél obvodu vstřikovací trysky ve spirálové drážce, vysokofrekvenční napájecí zdroj pro dodávání vysokofrekvenční energie do indukční cívky tak, aby ji bylo možné rychle ohřívat a několik chladicích aparátů uspořádaných na vnější straně indukčního jádra, které využívají jako chladicí médium vodu. Zařízení dále zahrnuje ovladač, který slouží k ovládání dodávky vysokofrekvenčního proudu ze zdroje do indukční cívky a taky k ovládání chladicího aparátu. Ke kontrole teploty a chladicího aparátu slouží teplotní senzor, který může být uspořádán ve spirálové drážce na vstřikovací trysce.

V přihlášce patentu CN 104260340 se popisuje dávkovač plastového materiálu pro 3D tiskárny, který zahrnuje zařízení pro upínání materiálu, zařízení pro regeneraci materiálu a teplotní senzor. Dávkovač materiálu je tvořený z teplo vodivého materiálu a má tvar krychle s kruhovým otvorem uprostřed. Dávkovač je rozdělen na přední část a zadní část s kruhovým otvorem na obou koncích. Přední část a zadní část jsou oddělitelné. Vnější strana přední i zadní části dávkovače jsou opatřeny elektromagnetickou cívkou, která slouží k vysokoteplotnímu ohřevu a tavení materiálu. Přední část a zadní část jsou na začátku procesu odděleny, následně je pracovní materiál vložen do drážky uspořádané na vstupním otvoru dávkovače. Poté se může přední i zadní část vzájemně spojit. Po spojení přední a zadní části dávkovače s plastovou strunou uchycenou uvnitř dávkovače, je do elektromagnetických cívek přiveden vysokofrekvenční proud, který indukuje indukční vytápění a taví pracovní materiál. Když teplotní senzor detekuje teplotu tání pracovního materiálu, jsou elektromagnetické cívky odříznuty od elektrického proudu a cívky se ochladí.

V mezinárodní přihlášce vynálezu WO 2015068936 je popsaná indukční topná hlava pro tavení kovového materiálu, která obsahuje indukční cívku, napájenou vysokofrekvenčním proudem ze zdroje vysokofrekvenčního napětí, a magnetické jádro. Magnetické jádro má tvar dutého válce, který je uspořádán tak, aby trajektorie magneticky indukovaného toku indukovaného cívkou tvořila vstupní část tam, kde je přiváděn kovový materiál, a výstupní část tam, kde vychází

- 1 CZ 307460 B6 tavenina. Indukční topná hlava podle vynálezu může dodávat přesné množství kovového materiálu.

Zařízení sloužící k tavení a trojrozměrnému tisku kovového materiálu je popsáno v čínské přihlášce vynálezu CN 104593613. V přihlášce je řešeno zařízení, které zahrnuje taviči komoru, trysku, tepelně izolační vrstvu, vzduchovou pojistku a konstrukci sestávající ze sloupečků, podložky a víka. Mezi podložkou a víkem, na grafitovém povrchu tepelně izolační vrstvy taviči komory je uspořádaná indukční cívka, která může dosahovat teplot až 1000 °C. Tryska uspořádaná na výstupu z tavící komory je taky vyhřívaná cívkou.

V přihlášce vynálezu CN 104646670 je popsán vynález, který popisuje vysokofrekvenční indukční ohřev kovového materiálu v 3D tiskárně. Vysokofrekvenční proud je přiváděn do cívky, což způsobuje indukční ohřev a tání kovového materiálu. Roztavený kov v tekutém, nebo polotekutém stavu se prostřednictvím tiskové hlavy dopraví do tvarovací formy. Aby proces tisku probíhal bez zbytečného rozstřikování, nebo oxidace kovového materiálu, popisuje vynález použití inertního ochranného plynu. Předkládaný vynález může tisknout vysoce kvalitní materiál o hmotnosti již od několika gramů až po tuny.

Zkapalňovací zařízení popsané v přihlášce vynálezu US 9050753 zahrnuje zkapalňovací rouru, pevné pouzdro uspořádané na vstupu zkapalňovací roury', vytlačovací špičku uspořádanou na výstupu taveniny ze zkapalňovací roury a dutou vložku uspořádanou alespoň částečně uvnitř pevného pouzdra tak, aby vnitřní plocha zkapalňovací trubky a duté vložky byla v jedné rovině a tím se zabezpečila nízká povrchová energie zařízení na výstupu taveniny. Když je zkapalňovací zařízení v aktivním stavu, tepelný blok vytápí zkapalňovací rouru. Zkapalňovací zařízení může zahrnovat rozličné topné elementy, například i indukční cívku. Zkapalňovací zařízení umožňuje tavení přijatých umělohmotných vláken, které mají být vytlačovány způsobem vrstva po vrstvě. Když tisková hlava pracuje a tiskne materiál, ventilátor fouká chladicí vzduch / plyn do vstupu zkapalňovacího zařízení, přičemž snižuje jeho teplotu. Chlazení z ventilátoru brání tavení nebo měknutí vláken již na vstupu zkapalňovacího zařízení.

Nevýhodou stávajících uspořádání zařízení tiskové hlavy pro nanášení plastové taveniny a tvorby reálného 3D modelu vrstvu po vrstvě je dynamika přípravy taveniny, možnost efektivního dosažení vysokých teplot a teplotní průběh v tavné komoře. Při stávajícím řešení se v tavné komoře často používá teflonová výstelka, která neumožňuje dosahování vyšších teplot a také často již při běžných zpracovatelských teplotách některých plastů degraduje a způsobuje neprůchodnost taveniny tavnou komorou a následně nanášecí tryskou. Celokovové řešení trysky naopak při nesprávném rozložení teplot způsobuje natavení a následné zablokování materiálu v tavné komoře nebo při jejím ústí.

Nízká teplotní dynamika stávajících řešení nedokáže zabránit nechtěnému vytékání materiálu z trysky v okamžiku, kdy není aktivní pro nanášení taveniny. Část taveniny je vlivem vysoké teploty v tavné komoře vytláčena a způsobuje tak nechtěné částečky materiálu na realizovaném modelu. Současně s tím vzniká nerovnoměrná dutina v trysce, která musí být po znovu aktivování trysky kompenzována. Současné řešení se snaží předcházet nechtěnému vytékání prodlužováním doby realizace modelu čekáním tiskové hlavy, ve výchozí nebo čisticí pozici, na snížení teploty pod požadovanou hranici.

Vynález si klade za cíl vytvořit tiskovou hlavu pro trojrozměrnou tvorbu modelů z plastové taveniny, která by zamezovala nechtěnému vytékání materiálu z trysky v okamžiku, kdy není aktivní pro nanášení taveniny. Takto pojatá konstrukce řeší stávající problémy s celokovovou konstrukcí trysky, nízkou dynamikou přípravy taveniny a dále řeší vznikající problémy s rozvrstvením teplot uvnitř tavné komory a jejím ústí.

-2CZ 307460 B6

Podstata vynálezu

Výše uvedeného cíle je podle tohoto vynálezu dosaženo tiskovou hlavou s indukčním vyhříváním pro trojrozměrnou tvorbu modelů z plastové taveníny, zahrnující tavnou komoru s tryskou, chladicí blok, podávači mechanismus a vyhřívací mechanismus. Chladicí blok je opatřen kanálky pro rozvod chladicí kapaliny, na jejichž vstupy a výstupy jsou napojeny přípojky pro napojení na chladicí kapalinu, a je spojen s držákem, ve kterém je uchycena tavná komora. Tavná komora ve směru průchodu tiskového materiálu zahrnuje vstupní část, chlazenou část, vyhřívanou část, a výstupní část, na ústí které je nasunuta tryska. V místě vyhřívané části je tavná komora opatřena vyhřívacím mechanismem a v místě vstupní a chlazené části je opatřena chladicím blokem s držákem. Vyhřívací mechanismus je tvořen kostrou z izolantu, na níž jsou navinuty závity indukční cívky. Tisková hlava je rovněž dále opatřena podávacím mechanismem, který je tvořen podávacím kolečkem, k němuž přiléhá přítlačné ložisko opatřené pružinou. Podávači mechanismus je spojen s tavnou komorou pro posun tiskového materiálu do tavné komory.

Má-li tisková hlava tavnou komoru a trysku vyrobenu z elektricky vodivého materiálu schopného indukovat vířivé proudy, je výhodné, je-li na tavnou komoru nasunuta kostra z izolantu, na níž jsou navinuty závity indukční cívky, přičemž je mezi kostrou z izolantu a vinutím indukční cívky uspořádáno teplotní čidlo.

Má-li tisková hlava tavnou komoru a trysku vyrobenu z elektricky nevodivého materiálu neschopného indukovat vířivé proudy, je nutné, aby tavnou komoru obklopovalo indukční jádro cívky, na kterém je nasunuta kostra z izolantu, na níž jsou dále navinuty závity indukční cívky, přičemž teplotní čidlo je uspořádáno mezi kostrou z izolantu a indukčním jádrem.

Podstatou tiskové hlavy s indukčním vyhříváním pro trojrozměrnou tvorbu modelů z plastové taveniny je řešení trysky s indukčním ohřevem a aktivně chlazenou tavnou komorou. Takovouto kombinací je možné dosáhnout velké dynamiky ohřevu a chlazení plastové taveniny. Přiřazení vodní chladicí soustavy k trysce tak řeší všechny výše uvedené nedostatky, jako je například blokování materiálu v tavné komoře. Výhodou je jeho hladký posun tavnou komoru, aniž by se musela použít teflonová výstelka vnitřní části tavné komory.

Při tomto řešení není nutné použití teflonové výstelky tavné komory, ta může být realizována jako celokovová. Nechtěné teplo, které způsobuje natavení přiváděného matriálu do tavné komory je efektivně odváděno chladicím blokem. Toto řešení snižuje časovou náročnost realizace 3D modelu, a to díky vysoké dynamice změny teploty, kdy není nutné vyčkávat na přirozené chladnutí vyhřívacího bloku. Takto pojaté řešení také výrazně zmenšuje celkovou vyhřívanou hmotu trysky a tavné komory. To zaručuje jak nižší spotřebu energie pro samotný proces, ale také vyšší dynamiku změny teplot.

Vlhkost obsažená v tavenině by mohla u méně běžných ocelí způsobovat korozi a následnou degradaci materiálu nebo blokování trysky částmi korodovaného materiálu tavné komory. Z toho důvodu je tavná komora řešena z chemicky odolného materiálu s odolností proti korozi, například nerezu.

Objasnění výkresů

Vynález je schematicky znázorněn na výkresech, kde:

• obr. 1 znázorňuje axonometrický pohled na tiskovou hlavu v horizontálním provedení, • obr. 1 a znázorňuje čelní pohled na držák trysek v horizontálním provedení, • obr. lb znázorňuje vertikální provedení sestavy tiskové hlavy, • obr.lc tiskovou hlavu ve vertikálním provedení v řezu B-B, • obr. Id pohled na podávači mechanismus shora,

-3 CZ 307460 B6 • obr. 2 znázorňuje vyhřívací mechanismus v provedení s indukčním jádrem a deflektorem, • obr. 2a. znázorňuje vyhřívací mechanismus v řezu A-A, • obr. 2b variantní provedení vyhřívacího mechanismu bez indukčního jádra, • obr. 2c provedení vyhřívacího mechanismu bez indukčního jádra v podélném řezu A-A, • obr. 2d provedení vyhřívacího mechanismu s otevřeným pomocným magnetickým obvodem, • obr. 2e vyhřívací mechanismus s otevřeným pomocným magnetickým obvodem v řezu A-A, • obr. 2f provedení vyhřívacího mechanismu s uzavřeným pomocným magnetickým obvodem, • obr. 2g vyhřívací mechanismus s uzavřeným pomocným magnetickým obvodem v řezu A-A, • obr. 2h tavnou komoru v provedení bez otvorů, • obr. 2i tavnou komoru v provedení s kulatými otvory, • obr. 2j tavnou komoru v provedení s drážkami, • obr. 2k znázorňuje tavnou komoru s tryskou v provedení monobloku a • obr. 3 desku deflektoru.

Příklady uskutečnění vynálezu

Vynález bude osvětlen v následujícím popisu na příkladném provedení tiskové hlavy pro trojrozměrnou tvorbu modelů z plastové taveniny, jež je opatřena indukčním vyhříváním, s odkazem na příslušné výkresy. Uvedené příklady znázorňují varianty provedení tiskových hlav pro trojrozměrnou tvorbu modelů z plastové taveniny, které však nemají z hlediska rozsahu ochrany žádný omezující vliv.

Příkladné provedení tiskové hlavy v horizontálním provedení je znázorněno na obr. 1, obr. la a obr. lc. Tisková hlava v tomto provedení sestává z chladicího bloku 1, který je opatřen vrtaným kanálkem 25, na jehož výstupy jsou napojeny přípojky 3 pro napojení na chladicí kapalinu. Na chladicí blok 1 dále navazuje držák 2, ve kterém je uchycena tavná komora 7 opatřená vyhřívacím mechanismem 15, přičemž držák 2 těsně přiléhá k chladicímu bloku 1.

V tomto případě je vyhřívací mechanismus 15 opatřen deflektorem 14, zamezujícím prostup tepla vycházejícího z vyhřívacího mechanismu 15 směrem k chladicímu bloku 1 a do okolního prostředí tiskové hlavy. Deflektor 14 je tvořen deskou z kovu, opatřenou vybráním pro jeho uchycení v kostře 4 z izolantu, jak je patrné z obr. 3.

Jak je dále patrné z obr. la, obr. lc a obr. Id je tisková hlava opatřena podávacím mechanismem 17, který je určen pro posun tiskového materiálu 13 v tomto případě struny z plastické hmoty. Podávači mechanismus 17 tvoří podávači kolečko 11, k němuž přiléhá přítlačné ložisko 12 opatřené pružinou 16, přičemž tiskový materiál 13 v podobě struny z plastické hmoty je veden mezi těmito součástmi a je směrován do vstupní části 18 tavné komory 7, jak je patrné z obr. Id.

Provedení vyhřívacího mechanismu 15 je znázorněno na obr. 2 a obr. 2a. Vyhřívací mechanismus je v tomto provedení opatřen tryskou 6, která je nasunuta na výstupní část 21 tavné komory 7, jejíž vnitřní průměr má rozměry v rozmezí 1,8 až 3,5 mm, přičemž tavná komora 7 sestává ze vstupní části 18, chlazené části 19, vyhřívané části 20 a vstupní části 21.

Jsou-li tavná komora 7 i tryska 6 vyrobeny z elektricky nevodivého materiálu, který není schopný indukovat vířivé proudy, je nutné do sestavy vyhřívacího mechanismu 15 vložit kovové jádro tvořené elektricky vodivým materiálem. Elektricky vodivým materiálem mohou být feromagnetické látky např. Fe, Ni, Co nebo jejich slitiny, dále magnetická ocel obsahující legovací prvky, např. Cr, Ni a další, a tvoří nerezovou ocel, ale i feromagnetickou nebo čisté Fe, které jsou schopny indukovat vířivé proudy prostřednictvím elektromagnetického pole.

V takovém případě vyhřívanou část 20 tavné komory 7 obklopuje indukční jádro 8 ve tvaru válce, na které je nasunuta kostra 4 z izolantu zaujímající s indukčním jádrem 8 shodný tvar. Indukční jádro 8 může být vyrobeného z měkkého magnetického materiálu. Kostra 4 z izolantu je tvořena materiálem o vysoké tepelné odolnosti, takovým materiálem je například Peek, keramika,

-4CZ 307460 B6 sklo, nebo materiály na bázi cementu. Na kostře 4 z izolantu jsou navinuty závity vinutí indukční cívky 5, přičemž v drážce 23 kostry 4 je dále upevněn pomocný magnetický obvod 24, který uzavírá magnetický tok Φ a zamezuje průchodu vířivých proudů do chlazené části 19. Pomocný magnetický obvod 24 může být například vytvořen z materiálů, jakými jsou čisté železo (Pure Fe), ferit, amorfní magnetické materiály (met-glass) nebo oceli s obsahem křemíku. Pomocný magnetický obvod 24 lze podle potřeby různě tvarovat, například může vykazovat tvar desky, nebo může být deska tvarována do písmene L nebo C, tak je zřejmé z obr. 2e a 2g. Princip indukčního ohřevu je jednoduchý. Indukční cívka 5 vytváří vysokofrekvenční magnetické pole a v indukčním jádru 8 uprostřed cívky 5 se indukují vířivé proudy, které ho ohřívají. K ohřevu přispívají i hysterezní ztráty. Takto konstruovaná cívka 5 slouží k vysokoteplotnímu ohřevu a tavení materiálu uvnitř vyhřívané části 20 tavné komory 7. Pro měření teploty ve vyhřívané části 20 je mezi kostrou 4 z izolantu a indukčním jádrem 8 uspořádáno teplotní čidlo 9, které zaznamenává teplotu indukčního jádra 8, na základě které dochází k regulaci elektrického proudu v závitech vinutí cívky 5 a tím intenzity magnetického toku Φ, a tedy ve svém důsledku k regulaci teploty ve vyhřívané části.

Funkce vyhřívacího mechanismu 15 je následující. Jak je patrné z obr. 2h, obr. 2i a obr. 2j tavná komora 7 zahrnuje tyto funkční části: vstupní část 18, kam je přiváděn tiskový materiál 13, chlazenou část 19, kde je tiskový materiál 13 chlazen, vyhřívanou část 20, kde se tiskový materiál 13 prostřednictvím tepla mění v taveninu a výstupní část 21, kde vychází tavenina z otvoru trysky

6, která je na výstupní část 21 nasunuta. Teplotní charakteristiku jednotlivých částí tavné komory 7 lze popsat následovně. Vstupní část 18 tavné komory 7 je vystavena přímému vlivu okolní teploty. Teplota chlazené části 19 tavné komory 7 se odvíjí od teploty chladicího media, které prochází kanálkem 25 v chladicím bloku 1, který ochlazuje. Takto ochlazovaný chladicí blok 1 dále ochlazuje držák 2, ve kterém je uspořádána vstupní část 18 a chlazená část 19 tavné komory

7. Teplota chladicího média leží v rozmezí 25 až 40 °C. Teplota vyhřívané části 20 tavné komory 7 je odvislá na druhu tiskového materiálu 13 a její teplota se zpravidla pohybuje v rozmezí 120 až 350 °C, přičemž teplota ve vyhřívací části 20 tavné komory 7 je kontrolována pomocí teplotního čidla 9. Teplota výstupní části 21 tavné komory 7 leží ve stejném rozmezí tj. 120 až 350 °C.

Další varianta vyhřívacího mechanismu 15 jako monobloku je znázorněna na obr. 2e, obr. 2g a obr. 2k. Vyhřívací mechanismus 15 provedení je opatřen tavnou komorou 7 a tryskou 6, které jsou vyrobeny z elektricky vodivého materiálu schopného indukovat vířivé proudy (například nemagnetické nerezové oceli). V tomto případě není nutné do sestavy vyhřívacího mechanismu 15 vkládat indukční jádro 8 vyrobené z elektricky vodivého materiálu. Takové provedení vyhřívacího mechanismu 15 je taktéž patrné z obr. 2d a obr. 2e. V takovém případě vyhřívací mechanismus 15 tvoří tryska 6, která je nasunuta na výstupní část 21 tavné komory 7, jehož vnitřní průměr má rozměry v rozmezí 1,8 až 3,5 mm. Dále vyhřívací část 20 tavné komory 7 obklopuje kostra 4 z izolantu, na které je navinuto vinutí indukční cívky 5 a dále je mezi kostrou 4 z izolantu a vinutím cívky 5 uspořádáno teplotní čidlo 9. Izolační blok 4 je tvořen materiálem o vysoké tepelné odolnosti, jako je například Peek, keramika, sklo, nebo materiály na bázi cementu.

Pro zajištění regulované indukce vířivých proudů je vyhřívaná část 20 tavné komory 7 opatřena perforací v podobě otvorů 22 nebo podélných otvorů 23, jak je patrné z obr. 2i a obr. 2j. Způsob a rozložení perforace v podélné ose tavné komory 7 má za příčinu požadované teplotní rozložení v podélné ose tavné komory 7 při posunu tiskového materiálu 13 vyhřívanou částí 20 tavné komory 7. Způsob a rozložení perforace vůči podélné ose tavné komory 7 je s výhodou volena tak, aby při posunu tiskového materiálu 13 z prostoru chlazené částí 19 do prostoru vyhřívané části 20 tavné komory 7 získal teplotu Top , která je charakteristickou mezní teplotou použitého tiskového materiálu a leží na hranici plastifikace tiskového materiálu 13, a to takové, že tiskový materiál 13 bez přidání další tepelné energie přejde z pevné fáze do kapalné. Je nasnadě, že perforace může být provedena v různém tvaru, jako je např. X, C, O, I, M, Z, V, H a W.

-5 CZ 307460 B6

Délka Lh vyhřívané části 20, a to mezi koncem perforace vyhřívané části 20 a výstupní částí 21 a trysky 6 ve směru pohybu tiskového materiálu 13, ze které je aplikován plast v kapalné nebo částečně kapalné fázi na tisknutý objekt a to v oblasti své plasticity, je přímo úměrná rychlosti posunu tiskového materiálu 13, a energii ohřevu Wo tiskového materiálu 13, která je nutná k překonání tuhé fáze tiskového materiálu 13 do kapalné nebo částečně kapalné fáze tiskového materiálu 13 při teplotě TOP plasticity použitého tiskového materiálu 13.. Výhodně s maximální dobou životnosti tiskové hlavy se nastaví podmínky například rychlost v posunu tiskového materiálu 13, tvar a způsob perforace vyhřívané části 20, volba tiskového materiálu 13 jak typ materiálu, tak jeho průměr, a dalších tak, aby délka Lh byla minimální, například v rozmezí 1 mikrometru až 1 milimetru.

Funkce tiskové hlavy je následující. Tiskový materiál 13 v podobě struny z plastické hmoty je veden přes podávači mechanismus 17 do vstupní části 18 tavné komory 7. Podávači kolečko 11 je poháněno krokovým motorem, DC motorem nebo servomotorem. Struna z plastické hmoty je k podávacímu kolečku 11 přitlačovaná přítlačným mechanizmem, který tvoří pružina a přítlačné ložisko 12. Vstupní část 18 i chlazená část 19 tavné komory 7 je uchycena v držáku 2, který je vytvořen z materiálu schopného odvádět nepotřebné teplo z chlazené části 19 tavné komory 7. Takovým materiálem může například být hliník a jeho slitiny. Chladicí blok 1 je aktivně vychlazovaný prostřednictvím kapaliny, která proudí v kanálku 25, přičemž pohyb chladicí kapaliny zajišťuje nucený nebo přirozený oběh. Přebytečné teplo je odváděno přes držák 2 a chladicí blok 1 mimo prostor chlazené části 19 tavné komory 7. Chlazená část 19 tavné komory 7 zabraňuje jak předčasnému natavení tiskového materiálu 13, tak zablokování tiskového materiálu 13 uvnitř chlazené části 19 tavné komory 7.

Vzájemná poloha tiskové plochy a ústí trysky 6 je kontrolována pomocí kapacitního snímače 10. Před zahájením tvorby modelu, se tisková plocha, která se pohybuje v ose Z (vertikálně) přibližuje směrem k trysce 6. Ve vzdálenosti 0.5 až 2 mm nad tiskovou plochou předá kapacitní snímač 10 impulz řídicí elektronice (na výkresech není znázorněna) a ta zaznamená polohu jako nulovou. Poté řídicí elektronika upraví aktuálně zaznamenanou polohu do potřebné hodnoty podle nastavených parametrů a znovu ji aktualizuje jako nulovou. Nastaveným parametrem je myšlen offset mezi tiskovou plochou a tryskou tak, aby byla zajištěna správná výška první nanášené vrstvy.

Příkladné provedení tiskové hlavy ve vertikálním provedení je znázorněno na obr. lb a obr.lc.

V tomto případě se tisková hlava pro tvorbu trojrozměrného modelu z plastové taveniny liší od horizontálního provedení popsaného výše tím, že držák 2 a chladicí blok 1 tvoří integrální část.

V takovém případě není nutné jej vybavovat deflektorem 14, z toho důvodu, že nedochází k přímému přenosu tepla z vyhřívacího mechanizmu 15 na nechlazené komponenty tiskové hlavy.

Průmyslová využitelnost

Využitelnost zařízení je pro použití ve strojích určených pro aditivní výrobu, které se dále používají pro rapid prototyping nebo malosériovou výrobu. Výhodou těchto technologií je minimalizace odpadu a úspora energie a tedy minimální vliv na životní prostředí.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Tisková hlava s indukčním vyhříváním pro trojrozměrnou tvorbu modelů z plastové taveniny, zahrnující tavnou komoru (7) s tryskou (6), chladicí blok (1), podávači mechanismus (17) a vyhřívací mechanismus (15), vyznačující se tím, že chladicí blok (1) je opatřen kanálkem (25) pro rozvod chladicí kapaliny, na jehož vstupy a výstupy jsou napojeny přípojky (3) pro napojení na chladicí kapalinu, a dále je chladicí blok (1) spojen s držákem (2), ve kterém je uchycena tavná komora (7), přičemž podávači mechanismus (17) je tvořen podávacím kolečkem (11), k němuž přiléhá přítlačné ložisko (12) opatřené pružinou (16), a podávači mechanismus (17) je dále spojen s tavnou komorou (7) pro posun tiskového materiálu (13) do tavné komory (7), přičemž dále tavná komora (7) ve směru průchodu tiskového materiálu (13) zahrnuje vstupní část (18), chlazenou část (19), vyhřívanou část (20) a výstupní část (21), na ústí které je nasunuta tryska (6), a tavná komora (7) je v místě vyhřívané části (20) opatřena vyhřívacím mechanismem (15) a v místě vstupní a chlazené části (18, 19) je opatřena chladicím blokem (1) s držákem (2), přičemž vyhřívací mechanismus (15) je tvořen kostrou (4) z izolantu, na níž jsou navinuty závity indukční cívky (5), přičemž je mezi kostrou (4) z izolantu a vinutím indukční cívky (5) uspořádáno teplotní čidlo (9).
2. 2. Tisková hlava podle nároku 1, vyznačující se tím, že vyhřívanou část (20) tavné komory (7) obklopuje indukční jádro (8), na kterém je nasunuta kostra (4) z izolantu, na níž jsou dále navinuty závity cívky (5), přičemž teplotní čidlo (9) je uspořádáno mezi kostrou (4) z izolantu a indukčním jádrem (8).
3. 3. Tisková hlava podle nároku 1, vyznačující se tím, že chladicí blok (1) i držák (2) tvoří integrální část-monoblok.
4. 4. Tisková hlava podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vyhřívaná část (20) je opatřena otvory (22) nebo podélnými otvory (23).