RU182393U1 - 3D print head - Google Patents

3D print head Download PDF

Info

Publication number
RU182393U1
RU182393U1 RU2017145148U RU2017145148U RU182393U1 RU 182393 U1 RU182393 U1 RU 182393U1 RU 2017145148 U RU2017145148 U RU 2017145148U RU 2017145148 U RU2017145148 U RU 2017145148U RU 182393 U1 RU182393 U1 RU 182393U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
extruder
print head
housing
inactive
layer
Prior art date
Application number
RU2017145148U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Васильевич Дубинин
Андрей Юрьевич Белоусов
Павел Владимирович Небесный
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Тоталзед"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Тоталзед" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Тоталзед"
Priority to RU2017145148U priority Critical patent/RU182393U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU182393U1 publication Critical patent/RU182393U1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41FPRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F17/00Printing apparatus or machines of special types or for particular purposes, not otherwise provided for

Abstract

Печатающая головка для 3D принтера, включающая корпус с расположенными внутри него двумя экструдерами, с регулируемыми по высоте соплами, соединенными с каналами подачи расходного материала, причем в верхней части корпуса расположены трос подъема левого экструдера и трос подъема правого экструдера, а сам корпус печатающей головки прикреплен к основанию, с боковых сторон которого расположены салазки для осуществления движения печатающей головки вдоль осей координат XY, при этом салазки для осуществления движения печатающей головки вдоль оси Z расположены перпендикулярно основанию и прикреплены вертикально к боковой стороне корпуса печатающей головки, причем переключение экструдеров в активное или неактивное положение осуществляется при помощи модуля переключения, включающего плату управления и механизм переключения с электродвигателем, соединенным с тросами подъема экструдеров, и подъем нужного экструдера осуществляют за счет вытягивания электродвигателем нужного троса и отведения неактивного экструдера в положение, в котором сопло неактивного экструдера находится выше плоскости печати.A print head for a 3D printer, including a housing with two extruders located inside it, with height-adjustable nozzles connected to the supply channels of the consumable material, with the lift cable of the left extruder and the lift cable of the right extruder located in the upper part of the housing, and the print head housing itself is attached to the base, on the sides of which there are slides for the movement of the print head along the XY coordinate axes, while the slide for the movement of the print head along the Z axis is perpendicular to the base and attached vertically to the side of the printhead housing, and the extruder is switched to the active or inactive position using a switching module, including a control board and a switching mechanism with an electric motor connected to the extruder hoist cables, and the desired extruder is lifted for by pulling the desired cable with the electric motor and withdrawing the inactive extruder to the position in which the nozzle of the inactive extruder is It rises above the print plane.

Description

Область примененияApplication area

Полезная модель относится к технологии изготовления объемного изделия по цифровой 3D-модели методом послойной печати расплавленной полимерной нитью (FDM), а именно к усовершенствованной печатающей головке 3d принтера.The utility model relates to the technology of manufacturing a three-dimensional product using a digital 3D model by the method of layer-by-layer printing with molten polymer filament (FDM), namely, to an improved 3d print head.

Область техники, к которой относится полезная модель.The technical field to which the utility model belongs.

Полезная модель относится к технологии изготовления трехмерного (объемного) изделия (физического объекта, или макета, или модели) по цифровой 3D-модели методами быстрого прототипирования, которое может быть реализовано экструзионным осаждением последовательности слоев в сечении изделия. Экструзионные 3D принтеры могут быть использованы в различных областях человеческой деятельности, например, при производстве и освоении новой продукции - для быстрого изготовления прототипов моделей.The utility model relates to the technology of manufacturing a three-dimensional (bulk) product (physical object, or layout, or model) using a digital 3D model by rapid prototyping methods, which can be implemented by extrusion deposition of a sequence of layers in the cross section of the product. Extrusion 3D printers can be used in various fields of human activity, for example, in the production and development of new products - for the rapid manufacture of prototype models.

Уровень техники.The level of technology.

3D-печать - это построение реального объекта по созданному на компьютере образцу 3D модели. Затем цифровая трехмерная модель сохраняется в формате STL-файла, после чего 3D принтер, на который выводится файл для печати, формирует реальное изделие.3D printing is the construction of a real object based on a 3D model created on a computer. Then the digital three-dimensional model is saved in the format of the STL file, after which the 3D printer, on which the file for printing is output, forms the real product.

Сам процесс печати - это ряд повторяющихся циклов, связанных с созданием трехмерных моделей, нанесением на рабочий стол принтера слоя расходных материалов, перемещением рабочего стола вниз на уровень готового слоя и удалением с поверхности стола отходов.The printing process itself is a series of repeating cycles associated with the creation of three-dimensional models, applying a layer of consumables to the printer desktop, moving the desktop down to the level of the finished layer and removing waste from the surface of the table.

Циклы непрерывно следуют один за другим: на первый слой материала наносится следующий, элеватор снова опускается и так до тех пор, пока на рабочем столе не окажется готовое изделие.The cycles continuously follow one after another: the next layer is applied to the first layer of material, the elevator is lowered again and so on until the finished product is on the desktop.

3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, в основе которых лежит принцип послойного создания (выращивания) твердого объекта, в частности, с использованием технологии FDM (Fused Deposition Modeling) послойной печати расплавленной полимерной нитью (или метода послойного наплавления или моделирования методом наплавления), в результате которой объект формируется путем послойной укладки на поверхность рабочего стола (рабочую поверхность) слоя, формируемого расплавленной нитью из плавкого строительного материала (расходного или моделирующего материала), например, пластика, с пошаговым перемещением рабочего стола вниз на высоту сформированного слоя.3D printing can be carried out in different ways and using different materials, which are based on the principle of layer-by-layer creation (growing) of a solid object, in particular, using FDM (Fused Deposition Modeling) technology of layer-by-layer printing with molten polymer filament (or a method of layer-by-layer deposition or modeling deposition method), as a result of which the object is formed by layering on the surface of the working table (work surface) of a layer formed by molten thread from a fusible building material Methods and material (consumable or modeling material), for example, plastic, with stepwise displacement desktop down to a height formed layer.

В основу принципа работы 3d принтера заложен принцип постепенного (послойного) создания твердой модели, которая как бы «выращивается» из определенного материала, о котором будет сказано немного позже. Преимущества 3D печати перед привычными, ручными способами построения моделей - высокая скорость, простота и относительно небольшая стоимость.The principle of operation of a 3d printer is based on the principle of gradual (layer-by-layer) creation of a solid model that “grows” from a certain material, which will be discussed a bit later. The advantages of 3D printing over the usual, manual methods of building models are high speed, simplicity and relatively low cost.

Например, для создания 3D модели или какой-либо детали вручную может понадобиться довольно много времени - от нескольких дней до месяцев. Ведь сюда входит не только сам процесс изготовления, но и предварительные работы - чертежи и схемы будущего изделия, которые все равно не дают полного видения окончательного результата.For example, to create a 3D model or any part manually, it can take quite a lot of time - from several days to months. After all, this includes not only the manufacturing process itself, but also the preliminary work - drawings and diagrams of the future product, which still do not give a complete vision of the final result.

В итоге значительно возрастают расходы на разработку, увеличивается срок от разработки изделия до его серийного производства.As a result, development costs significantly increase, the time period from product development to serial production increases.

3D технологии же позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость делать чертежи и расчеты на бумаге, ведь программа позволяет увидеть модель во всех ракурсах уже на экране, и устранить выявленные недостатки не в процессе создания, как это бывает при ручном изготовлении, а непосредственно при разработке и создать модель за несколько часов.3D technologies can completely eliminate manual labor and the need to make drawings and calculations on paper, because the program allows you to see the model in all angles already on the screen, and eliminate the identified shortcomings not in the process of creation, as it happens with manual manufacturing, but directly in the development and create a model in a few hours.

При этом возможность ошибок, присущих ручной работе, практически исключается.In this case, the possibility of errors inherent in manual work is practically eliminated.

3D-принтер представляет собой периферийное компьютерное устройство, которое по цифровой объемной модели создает материальный объект путем послойного нанесения быстро затвердевающего материала. Для работы такого устройства требуется компьютерная трехмерная модель, выполненная в любом из 3D-редакторов либо полученная на 3D-сканере. Сегодня существует несколько разновидностей, в зависимости от используемой технологии.A 3D printer is a peripheral computer device that, according to a digital volumetric model, creates a material object by layer-by-layer application of rapidly hardening material. For the operation of such a device, a three-dimensional computer model is required, executed in any of the 3D editors or obtained on a 3D scanner. Today, there are several varieties, depending on the technology used.

Заявленная полезная модель используется для 3D-печати с помощью FDM 3D-принтеров.The claimed utility model is used for 3D printing using FDM 3D printers.

Такой способ 3D-печати осуществляют методом экструзии, основанном на продавливании расплавленного материала через тонкое отверстие в экструдере.This method of 3D printing is carried out by extrusion, based on the forcing of the molten material through a thin hole in the extruder.

Технология FDM печати заключается в следующем: печатающая головка (или экструдер) с контролируемой температурой разогревает до текучего состояния нить из плавкого материала, и с высокой точностью подает расплавленный материал тонкими слоями на рабочую поверхность 3D принтера. Слои наносятся друг на друга, соединяются между собой и отвердевают, постепенно формируя готовое изделие. Печатающая головка выдавливает жидкий материал слой за слоем, перемещаясь свободно как в плоскости слоя, так и по вертикали. Для позиционирования печатающей головки используют декартовую систему координат, согласно которой в конструкции принтера печатающая головка, либо рабочий стол, на котором формируются изделие, перемещаются вдоль трех взаимно-перпендикулярных направляющих.FDM printing technology consists in the following: a temperature-controlled printhead (or extruder) heats a thread from a fusible material to a fluid state, and with high accuracy delivers the molten material in thin layers onto the working surface of a 3D printer. The layers are applied to each other, joined together and harden, gradually forming the finished product. The print head squeezes the liquid material layer by layer, moving freely both in the plane of the layer and vertically. To position the print head, a Cartesian coordinate system is used, according to which in the design of the printer the print head or the desktop on which the product is formed are moved along three mutually perpendicular guides.

Технология была изобретена в конце 80-х годов Скоттом Крампом (компания Stratasys).The technology was invented in the late 80s by Scott Kramp (company Stratasys).

В частности, из патентов US 5121329, US 5340433, US 5738817, US 5764521, US 6022207 компании Стратасис (Stratasys, Inc), известна технология построения 3D-объекта по модели для автоматизированного проектирования (CAD) методом «слой за слоем» путем экструзионного осаждения текучего строительного материала (моделирующего материала). При этом строительный материал подается через наконечник (сопло) печатающей (экструзионной) головки и осаждается в виде последовательности дорожек на подложке в XY-плоскости. Затем печатающая головка поднимается относительно подложки по оси Z (перпендикулярной XY-плоскости) на один шаг, и процесс повторяется для формирования 3D-объекта, подобного CAD-модели.In particular, from the patents US 5121329, US 5340433, US 5738817, US 5764521, US 6022207 of the company Stratasys (Stratasys, Inc), the technology of constructing a 3D object by a model for computer-aided design (CAD) by layer-by-layer extrusion deposition is known flowing building material (modeling material). In this case, the building material is fed through the tip (nozzle) of the print (extrusion) head and deposited as a sequence of tracks on the substrate in the XY plane. Then the print head rises relative to the substrate along the Z axis (perpendicular to the XY plane) by one step, and the process is repeated to form a 3D object similar to a CAD model.

Строительный материал обычно загружается в машину в виде эластичной нити, намотанной на питающую бобину, как описано в патенте US 5121329. В качестве строительного материала используется твердеющий материал, который налипает на предыдущий слой с адекватным сцеплением после твердения и который может подаваться как эластичная нить. Питающие ролики с приводом от электродвигателя подают прядь нитей в нагревательный элемент, установленный на экструзионной головке. В нагревательном элементе нить нагревается до температуры текучести. Текучий строительный материал выдавливается из наконечника на дальнем конце нагревательного элемента и осаждается на основание (поверхность рабочего стола). Расход материала, вытесняемого из наконечника, зависит от скорости продвижения нити с экструзионной головкой. Контроллер управляет движением экструзионной головки в горизонтальной плоскости XY, движением рабочего стола в вертикальном направлении Z и скоростью подачи нити питающими роликами. При синхронном управлении этими технологическими переменными строительный материал послойно наносится в виде «валиков» вдоль траекторий перемещения инструмента, задаваемых моделью системы автоматизированного проектирования. Вытесняемый материал наплавляется на предварительно нанесенный материал и твердеет с образованием трехмерного изделия по в соответствии с моделью из системы автоматизированного проектирования.Building material is typically loaded into the machine as an elastic thread wound on a feeding reel, as described in US Pat. No. 5121329. As a building material, a hardening material is used that adheres to the previous layer with adequate adhesion after hardening and which can be fed as an elastic thread. The feed rollers driven by an electric motor feed a strand of filaments into a heating element mounted on an extrusion head. In the heating element, the thread is heated to a pour point. Fluid building material is extruded from the tip at the far end of the heating element and deposited on the base (desktop surface). The consumption of material displaced from the tip depends on the speed of advancement of the thread with the extrusion head. The controller controls the movement of the extrusion head in the horizontal XY plane, the movement of the worktable in the vertical Z direction, and the feed rate of the filament by the feed rollers. With the simultaneous control of these technological variables, the building material is applied in layers in the form of “rollers” along the tool paths defined by the model of the computer-aided design system. The displaced material is deposited on the previously deposited material and hardens with the formation of a three-dimensional product according to the model from the computer-aided design system.

В результате послойного формирования изделия на его внешней поверхности образуются полосы. В общем, искривленные и изогнутые поверхности имеют «ступенчатый» вид, что вызвано послойным представлением их сечений с прямоугольной конфигурацией граней. Зубчатый эффект более выражен по мере увеличения толщины слоя. Хотя зубчатость не влияет на прочность объекта, это ухудшает его эстетическое восприятие. Шероховатость поверхности объектов, получаемых на основе технологий послойного изготовления, также является результатом ошибок в процессе наращивания слоев.As a result of layer-by-layer formation of the product, stripes are formed on its outer surface. In general, curved and curved surfaces have a “stepped” appearance, which is caused by the layer-by-layer representation of their sections with a rectangular configuration of faces. The serrated effect is more pronounced as the layer thickness increases. Although dentation does not affect the strength of an object, it impairs its aesthetic perception. The surface roughness of objects obtained on the basis of layer-by-layer manufacturing technologies is also the result of errors in the process of layer building.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время все большее применение находят принтеры с двойным экструдером, то есть включающие печатающую головку, содержащую сразу два экструдера. (http://homecnc.ru/3d-printer/92-pechatayushaya-golovka-3d-printera).At present, printers with a double extruder, that is, including a print head containing two extruders at once, are increasingly used. (http://homecnc.ru/3d-printer/92-pechatayushaya-golovka-3d-printera).

Принтеры с двойным экструдером находят применение при создании структур поддержки и в печати двухцветных объектов, поскольку могут использовать два типа пластика. Один из них может растворятся в обычной воде и его используют для печати частей поддержки, а во второй экструдер заправляют уже рабочую PLА или ABS нить.Printers with a double extruder find application in creating support structures and in printing two-color objects, since they can use two types of plastic. One of them can dissolve in ordinary water and is used to print support parts, and a working PLA or ABS thread is already fed into the second extruder.

Недостаток принтеров с печатающей головкой, содержащей два экструдера, заключается в том, что оба экструдера закреплены на одной печатающей головке, а потому одновременная печать выходит неполноценной: принтеру приходится использовать экструдеры по-отдельности, по мере надобности.The disadvantage of printers with a print head containing two extruders is that both extruders are mounted on the same print head, and therefore simultaneous printing is inferior: the printer has to use the extruders individually, as needed.

Технология пока еще «сырая», что проявляется в снижении скорости работы устройства вследствие увеличения габаритов и массы печатающей головки. Помимо этого, в процессе работы сопло, не участвующее в печати, в лучшем случае оставляет следы филамента на поверхности рисуемого объекта, а в худшем случае может деформировать его.The technology is still "raw", which is manifested in a decrease in the speed of the device due to an increase in the size and weight of the print head. In addition, during operation, a nozzle that does not participate in printing, at best, leaves traces of filament on the surface of the object being drawn, and in the worst case, can deform it.

Из RU 161249 (приоритет 04.09.2015) известна печатающая головка струйного 3D принтера, содержащая выполненную в едином корпусе подвижную платформу с размещенными на ней двумя соплами с нагревателями и механизм переключения сопел. Положение головки определяется датчиком положения подвижной платформы и ограничивается позиционным ограничителем. Печатающая головка струйного 3D принтера снабжена клапаном для сопел, выполненным с возможностью прогиба, обеспечивающим запирание одного из сопел и открывание другого при переключении сопел.From RU 161249 (priority 04.09.2015) a printhead of an inkjet 3D printer is known comprising a movable platform made in a single housing with two nozzles with heaters placed on it and a nozzle switching mechanism. The position of the head is determined by the position sensor of the moving platform and is limited by a position limiter. The print head of the 3D inkjet printer is equipped with a nozzle valve configured to deflect, locking one of the nozzles and opening the other when switching nozzles.

Из RU 171905 (приоритет 07.03.2017) известна печатающая головка струйного 3D принтера, струйного 3D принтера 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. Самозапирающийся механизм выполнен в виде пластины с профилированным вырезом с возможностью самозапирания эксцентрика, фиксирующегося в одном из рабочих положений в профилированном вырезе пластины, установленной на единой платформе.From RU 171905 (priority 07.03.2017) a printhead of an inkjet 3D printer is known, a 3D inkjet printer including a base on which a feeding mechanism for printing material is fixed, an engine configured to rotate an eccentric that drives a single platform, valves configured to locking the inactive extruder, a single platform that contains two easily removable extruders with heating elements, a self-locking switching mechanism configured to position the ate in the working position, and spring-loaded rollers, made with the possibility of pressing the material to the feed mechanism for the currently active extruder. The self-locking mechanism is made in the form of a plate with a profiled cut-out with the possibility of self-locking of an eccentric fixed in one of the working positions in the profiled cut-out of the plate mounted on a single platform.

Недостатком указанных аналогов является, в первом случае, технологически сложная конструкция устройства, что сказывается на надежности устройства в целом, а во втором случае, налипание остатков пластика к пластине самозапирающего механизма, что может привести к проблемам с печатью или артефактам на модели.The disadvantage of these analogues is, in the first case, the technologically complex design of the device, which affects the reliability of the device as a whole, and in the second case, the adhesion of plastic residues to the self-locking mechanism plate, which can lead to problems with printing or artifacts on the model.

Ближайшим аналогом заявленного устройства является печатающая головка для 3d принтера, описанное в электронных источниках (httpe3d_n1_dual_ot_rec/://raise3d.ru/application_experience/obzor_3d-printera_rais; https://3deshnik.ru/blogs/tiger/chestnyj-obzor-ot-tiger-raise-vs-picasso.).The closest analogue of the claimed device is a print head for a 3d printer, described in electronic sources (httpe3d_n1_dual_ot_rec /: //raise3d.ru/application_experience/obzor_3d-printera_rais; https://3deshnik.ru/blogs/tiger/chestnyj-obzor-ot-tiger -raise-vs-picasso.).

Печатающая головка струйного 3D принтера, струйного 3D принтера включающая корпус, внутри которого в верхней части которого расположены два шаговых двигателя, подача материала FDM происходит напрямую в один или другой экструдер печатающей головки, выполненной в едином корпусе и содержащей платформу с размещенными на ней двумя соплами с нагревателями.The print head of an inkjet 3D printer, an inkjet 3D printer including a housing, inside of which at the top there are two stepper motors, the FDM material is fed directly to one or the other extruder of the print head, made in a single housing and containing a platform with two nozzles placed on it heaters.

Существенными недостатками такого устройства заключается в том, что калибровка высоты сопла экструдера, который нужно вывести из работы производится вручную. Для этого паркуют принтер в ноль, откручивают винт, удерживающий нужный экструдер, и калибруют выдвижением с последующим касанием сопла экструдера стола и закручиванием экструдера обратно. К тому же для последующей калибровки высоты этого экструдера нужно будет заново производить калибровку высоты вручную.Significant disadvantages of such a device is that the height calibration of the nozzle of the extruder, which must be taken out of work, is done manually. To do this, park the printer to zero, unscrew the screw holding the desired extruder, and calibrate the extension, followed by touching the nozzle of the table extruder and twisting the extruder back. In addition, for the subsequent height calibration of this extruder, it will be necessary to re-calibrate the height manually.

Задачей заявленного устройства является устранение этих существенных недостатков принтеров с печатающей головкой, содержащей два экструдера, что позволяет получать высокое качество внешней поверхности 3D модели. Одновременно с этим задачей также является устранение калибровки высоты сопла вручную, что существенно упрощает технологию печати и значительно уменьшает время печати, за счет исключения ненужных операций при калибровке высоты сопла.The objective of the claimed device is to eliminate these significant drawbacks of printers with a print head containing two extruders, which allows to obtain high quality external surface of the 3D model. At the same time, the task is also to eliminate the calibration of the nozzle height manually, which greatly simplifies the printing technology and significantly reduces printing time, by eliminating unnecessary operations when calibrating the nozzle height.

Техническим результатом, который обеспечивается заявленным устройством, являются высокое качество внешней поверхности 3D модели, а также значительное уменьшение времени печати до получения готового изделия, которое обеспечивается за счет выноса системы переключения экструдеров печатающей головки в отдельное устройство, таким образом, исключается калибровка высоты сопел вручную, так как в данном случае переключения сопел осуществляется при помощи модуля переключения активного экструдера, в котором механизм переключения содержит электродвигатель.The technical result, which is provided by the claimed device, is the high quality of the external surface of the 3D model, as well as a significant reduction in printing time to obtain the finished product, which is ensured by the removal of the system for switching the print head extruders into a separate device, thus eliminating manual nozzle height calibration, since in this case, the nozzle switching is carried out using the switching module of the active extruder, in which the switching mechanism contains engine.

Также техническим результатом является значительное упрощение конструкции печатающей головки, за счет выноса модуля переключения в отдельный блок, что значительно уменьшает количество поломок и неисправностей устройства при его использовании, а также исключает проблемы с печатью, связанные с попаданием остаточного расплавленного материала на изготавливаемую модель из сопла, выведенного из работы.Also, the technical result is a significant simplification of the design of the print head, due to the removal of the switching module in a separate unit, which significantly reduces the number of breakdowns and malfunctions of the device when it is used, and also eliminates printing problems associated with the ingress of residual molten material onto the manufactured model from the nozzle, out of work.

Также, использование заявленного устройства позволяет осуществлять печать сверхсложных деталей с закрытыми для механической обработки полостями, путем печати поддержки специализированным, растворимым материалом, при этом работу можно проводить с высокотемпературными, инженерными пластиками.Also, the use of the claimed device allows the printing of extremely complex parts with cavities closed for machining, by printing support with specialized, soluble material, while work can be carried out with high-temperature engineering plastics.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Конструктивные особенности данной печатающей головки FDM(FFF) 3D принтера поясняются на фигуре 1.The design features of this print head FDM (FFF) 3D printer are illustrated in figure 1.

На фигуре изображена печатающая головка FDM(FFF) 3D принтера с двумя экструдерами. Печатающая головка 3D принтера включает корпус (1), с расположенными внутри него двумя правым экструдер (3) и левым экструдером (2), с регулируемыми по высоте соплами (10), соединенными с каналами подачи расходного материала (15). В верхней части корпуса расположены трос подъема левого экструдера (5) и трос подъема правого экструдера (4), возврат активного экструдера в нижнее положение осуществляется с помощью пружин (6).The figure shows the print head FDM (FFF) 3D printer with two extruders. The 3D printer's print head includes a housing (1), with two right extruder (3) and a left extruder (2) located inside it, with height-adjustable nozzles (10) connected to the supply channels of the consumable (15). In the upper part of the housing are the lifting cable of the left extruder (5) and the lifting cable of the right extruder (4), the active extruder is returned to the lower position using springs (6).

Корпус печатающей головки (1) прикреплен основанию (7), с боковых сторон которого расположены салазки (8) для осуществления движения печатающей головки вдоль осей координат XY, а салазки, для осуществления движения печатающей головки вдоль оси Z (9) расположены перпендикулярно основанию и прикреплены вертикально к правой боковой стороне корпуса печатающей головки.The housing of the print head (1) is attached to the base (7), on the sides of which there is a slide (8) for moving the print head along the XY coordinate axes, and the slide for moving the print head along the Z axis (9) is perpendicular to the base and attached vertically to the right side of the printhead housing.

Конструктивные особенности модуля переключения активного экструдера поясняются на фигуре 2.Design features of the switching module of the active extruder are illustrated in figure 2.

Модуль переключения активного экструдера включает плату управления (11), механизм переключения с электродвигателем (12), трос подъема левого экструдера (5) и трос подъема правого экструдера (4).The switching module of the active extruder includes a control board (11), a switching mechanism with an electric motor (12), a lift cable for the left extruder (5) and a lift cable for the right extruder (4).

На фигуре 3 показано расположение печатающей головки относительно печатающей поверхности относительно осей координат XYZ.The figure 3 shows the location of the print head relative to the print surface relative to the coordinate axes XYZ.

На фигуре 4 показано расположение печатающей головки (13) относительно печатающей поверхности (14) относительно осей координат XY.The figure 4 shows the location of the print head (13) relative to the print surface (14) relative to the coordinate axes XY.

На фигуре 5 показано расположение печатающей головки (13) относительно печатающей поверхности (12) относительно осей координат XZ.The figure 5 shows the location of the print head (13) relative to the print surface (12) relative to the coordinate axes XZ.

На фигуре 6 показана высота подъема сопла, которая соответствует 3 мм, что позволяет исключить проблемы с печатью, связанные с попаданием остаточного расплавленного материала на изготавливаемую модель из сопла, выведенного из работы. Было выявлено, что именно эта высота подъема неактивного сопла является оптимальной и позволяющей получить изготавливаемую модель, на которой нет остатков расплавленного материала, вытекающих из сопла, выведенного из работы.The figure 6 shows the height of the nozzle, which corresponds to 3 mm, which eliminates the problems with printing associated with the ingress of residual molten material onto the manufactured model from the nozzle taken out of operation. It was revealed that it is this lift height of the inactive nozzle that is optimal and allows you to get the manufactured model, on which there are no residues of molten material flowing from the nozzle taken out of work.

В общем виде заявленное устройство заявленное устройство представляет собой печатающую головку для 3D-принтера, включающая корпус, с расположенными внутри него двумя экструдерами, с регулируемыми по высоте соплами, соединенными с каналами подачи расходного материала, причем в верхней части корпуса расположены трос подъема левого экструдера и трос подъема правого экструдера, а сам корпус печатающей головки прикреплен к основанию, с боковых сторон которого расположены салазки для осуществления движения печатающей головки вдоль осей координат XY, при этом салазки для осуществления движения печатающей головки вдоль оси Z расположены перпендикулярно основанию и прикреплены вертикально к боковой стороне корпуса печатающей головки, причем переключение экструдеров в активное или неактивное положение осуществляется при помощи модуля переключения, включающего плату управления и механизм переключения с электродвигателем, соединенным с тросами подъема экструдеров, и подъем нужного экструдера осуществляют за счет вытягивания электродвигателем нужного троса и отведения неактивного экструдера в положение, в котором сопло неактивного экструдера находится выше плоскости печати.In general terms, the claimed device the claimed device is a printhead for a 3D printer, including a housing, with two extruders located inside it, with height-adjustable nozzles connected to the supply channels of the consumable material, and the elevator cable of the left extruder is located in the upper part of the housing and the right extruder lift cable, and the print head housing itself is attached to the base, on the sides of which there are slides for the movement of the print head along the axes of the XY axis, while the slide for moving the print head along the Z axis is perpendicular to the base and attached vertically to the side of the print head housing, and the extruders are switched to the active or inactive position using a switching module including a control board and a switching mechanism with an electric motor, connected to the hoist cables of the extruders, and the desired extruder is lifted by pulling the desired cable by the electric motor and removing some active extruder to a position in which the nozzle of the inactive extruder is above the printing plane.

ОсуществлениеExercise

Печатающая головка 3D принтера состоит из двух экструдеров 5 и 6, один из которых является основным экструдером, печатающим основным материалом с температурой нагрева до 500°С и вспомогательного экструдера, предназначенного для печати материалов поддержки с температурой нагрева до 300°С.The print head of a 3D printer consists of two extruders 5 and 6, one of which is the main extruder that prints the main material with a heating temperature of up to 500 ° C and an auxiliary extruder designed to print support materials with a heating temperature of up to 300 ° C.

Плата управляет модулем переключения, а он в свою очередь переключает экструдеры с помощью тросов подъема экструдера. Вытягивая нужный трос, модуль переключения отводит неактивное сопло в положение, находящееся выше плоскости печати. Переключение происходит при помощи электродвигателя по соответствующему сигналу. Нужное (активное) сопло опускается в нижнее положение, а ненужное (неактивное) сопло отводится вверх. Возврат активного экструдера в нижнее положение гарантирует сила упругости пружин 6. На схеме изображено положение, в котором второй экструдер опущен в рабочее положение, первый экструдер поднят, то есть является неактивным. Трос подъема второго экструдера ослаблен, и тот под действием упругой силы пружин 6 опускается в нижнюю фиксированную точку.The board controls the switching module, and it, in turn, switches the extruders using the extruder hoist cables. By pulling the desired cable, the switching module diverts the inactive nozzle to a position located above the print plane. Switching occurs by means of an electric motor according to the corresponding signal. The desired (active) nozzle is lowered to the lower position, and the unnecessary (inactive) nozzle is retracted upward. The return of the active extruder to the lower position guarantees the elastic force of the springs 6. The diagram shows the position in which the second extruder is lowered to the operating position, the first extruder is raised, that is, it is inactive. The lift cable of the second extruder is weakened, and that under the action of the elastic force of the springs 6 lowers to a lower fixed point.

Механизм подачи печатающего (расходного) материала может быть выполнен в любом исполнении. Механизм переключения с электродвигателем может быть выполнен в виде электродвигателя и управляться модулем управления принтера или блоком управления.The feed mechanism of the printing (consumable) material can be performed in any design. The switching mechanism with an electric motor can be made in the form of an electric motor and controlled by a printer control module or control unit.

Процесс печати происходит следующим образом: подготовка 3 d-модели, подготовка принтера, процесс печати, удаление готовой модели из принтера, обработка готовой модели или удаление поддерживающих элементов при необходимости.The printing process is as follows: preparation of 3 d-models, preparation of the printer, printing process, removing the finished model from the printer, processing the finished model or removing supporting elements if necessary.

Подготовка 3d модели подразумевает ее преобразование из набора поверхностей любого порядка и набор координат, понятный принтеру. Это делается с помощью программ, называемых слайсерами.Preparing a 3d model involves transforming it from a set of surfaces of any order and a set of coordinates that the printer understands. This is done using programs called slicers.

Подготовка принтера заключается в пуске агрегата, подготовке расходных материалов и печатной поверхности, прогреве печатающей головки, стола и камеры, тонкой подстройки, если это необходимо.The preparation of the printer consists in starting up the unit, preparing supplies and printing surface, warming up the print head, table and camera, fine-tuning, if necessary.

Далее запускается процесс печати. Слой, который ложится на печатную поверхность, называется первым слоем. В большинстве случаев сначала идет печать тела модели основным материалом, т.е. первый экструдер находится в нижнем положении, второй отведен выше плоскости печати на расстояние h (как указано на схеме). Когда печать тела модели в данном конкретном слое закончена, идет команда на плату управления механизмом переключения активного экструдера. Механизм тянет трос подъема первого экструдера, поднимая его. Он становится неактивным. При этом происходит опускание второго экструдера, который в свою очередь становится активным. Идет процесс построения поддерживающих основное тело элементов. Когда печать поддерживающих элементов в данном конкретном слое завершена, идет команда на плату управления механизмом переключения активного экструдера. Механизм тянет трос подъема второго экструдера, поднимая его выше плоскости печати. Он становится неактивным. При этом происходит опускание первого экструдера, который в свою очередь становится активным. Происходит смена активного сопла экструдера печатающей головки и процесс повторяется слой за слоем, до окончания процесса печати. Данное решение позволяет значительно повысить качество поверхности получаемых моделей благодаря выводу неактивного сопла из слоя печати.Next, the printing process starts. The layer that lies on the printed surface is called the first layer. In most cases, the model’s body is first printed with the main material, i.e. the first extruder is in the lower position, the second is retracted above the printing plane by a distance h (as indicated in the diagram). When the printing of the model body in this particular layer is completed, a command is sent to the control board of the switching mechanism of the active extruder. The mechanism pulls the lift cable of the first extruder, lifting it. It becomes inactive. In this case, the second extruder is lowered, which in turn becomes active. The process of building elements supporting the main body is ongoing. When the printing of supporting elements in this particular layer is completed, a command is sent to the control board of the switching mechanism of the active extruder. The mechanism pulls the lift cable of the second extruder, raising it above the printing plane. It becomes inactive. In this case, the first extruder is lowered, which in turn becomes active. The active nozzle of the print head extruder changes and the process is repeated layer by layer until the printing process is completed. This solution can significantly improve the surface quality of the resulting models due to the withdrawal of the inactive nozzle from the print layer.

Удаление готовой модели из принтера производится, спустя некоторое время после завершения процесса печати. Это обусловлено необходимостью соблюдения правил техники безопасности при работе с агрегатом.Removing the finished model from the printer is done some time after the completion of the printing process. This is due to the need to comply with safety regulations when working with the unit.

Обработка готовой модели или удаление поддерживающих элементов производится по необходимости.Processing of the finished model or the removal of supporting elements is carried out as necessary.

Заявленное устройство позволяет получать 3D модели, причем сама технология за счет выведения модуля переключения за пределы корпуса печатающей головки значительно облегчает саму конструкцию, уменьшает количество поломок и позволяет оптимизировать процесс за счет исключения из него ручной настройки экструдеров. Процесс позволяет получать модели с минимальным процентов брака, связанного с налипанием остаточного материала из неактивного экструдера на изготавливаемую модель.The claimed device allows you to get 3D models, and the technology itself due to the removal of the switching module outside the body of the print head greatly simplifies the design itself, reduces the number of breakdowns and allows you to optimize the process by eliminating manual extruder settings from it. The process allows to obtain models with a minimum percentage of defects associated with the sticking of residual material from an inactive extruder to the manufactured model.

Claims (1)

Печатающая головка для 3D принтера, включающая корпус с расположенными внутри него двумя экструдерами, с регулируемыми по высоте соплами, соединенными с каналами подачи расходного материала, причем в верхней части корпуса расположены трос подъема левого экструдера и трос подъема правого экструдера, а сам корпус печатающей головки прикреплен к основанию, с боковых сторон которого расположены салазки для осуществления движения печатающей головки вдоль осей координат XY, при этом салазки для осуществления движения печатающей головки вдоль оси Z расположены перпендикулярно основанию и прикреплены вертикально к боковой стороне корпуса печатающей головки, причем переключение экструдеров в активное или неактивное положение осуществляется при помощи модуля переключения, включающего плату управления и механизм переключения с электродвигателем, соединенным с тросами подъема экструдеров, и подъем нужного экструдера осуществляют за счет вытягивания электродвигателем нужного троса и отведения неактивного экструдера в положение, в котором сопло неактивного экструдера находится выше плоскости печати.A print head for a 3D printer, including a housing with two extruders located inside it, with height-adjustable nozzles connected to the supply channels of the consumable material, with the lift cable of the left extruder and the lift cable of the right extruder located in the upper part of the housing, and the print head housing itself is attached to the base, on the sides of which there are slides for the movement of the print head along the XY coordinate axes, while the slide for the movement of the print head along the Z axis is perpendicular to the base and attached vertically to the side of the printhead housing, and the extruder is switched to the active or inactive position using a switching module, including a control board and a switching mechanism with an electric motor connected to the extruder hoist cables, and the desired extruder is lifted for by pulling the desired cable with the electric motor and withdrawing the inactive extruder to the position in which the nozzle of the inactive extruder is It goes above the print plane.
RU2017145148U 2017-12-21 2017-12-21 3D print head RU182393U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017145148U RU182393U1 (en) 2017-12-21 2017-12-21 3D print head

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017145148U RU182393U1 (en) 2017-12-21 2017-12-21 3D print head

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU182393U1 true RU182393U1 (en) 2018-08-15

Family

ID=63177560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017145148U RU182393U1 (en) 2017-12-21 2017-12-21 3D print head

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU182393U1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU189770U1 (en) * 2019-01-30 2019-06-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" PRINTING HEAD OF THE 3D JET PRINTER
RU2740693C1 (en) * 2020-06-08 2021-01-19 Общество с ограниченной ответственностью "ПРОТЕЗНАЯ МАСТЕРСКАЯ ДОСТУПНАЯ СРЕДА" Extruder for manufacturing products by fdm-printing method
RU210149U1 (en) * 2021-03-18 2022-03-30 Общество с ограниченной ответственностью "Компания ИМПРИНТА" Print head for 3D printer with two extruders
RU2798311C2 (en) * 2021-02-25 2023-06-21 Общество с ограниченной ответственностью "ВОПЛОЩЕНИЕ" Method for calibration of 3d printer

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU161249U1 (en) * 2015-09-04 2016-04-10 Виктор Владимирович ИСУПОВ PRINTING HEAD OF INKJET 3D PRINTER
RU171905U1 (en) * 2017-03-07 2017-06-20 Ренат Фархатович Гайнутдинов 3D inkjet print head

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU161249U1 (en) * 2015-09-04 2016-04-10 Виктор Владимирович ИСУПОВ PRINTING HEAD OF INKJET 3D PRINTER
RU171905U1 (en) * 2017-03-07 2017-06-20 Ренат Фархатович Гайнутдинов 3D inkjet print head

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU189770U1 (en) * 2019-01-30 2019-06-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" PRINTING HEAD OF THE 3D JET PRINTER
RU2740693C1 (en) * 2020-06-08 2021-01-19 Общество с ограниченной ответственностью "ПРОТЕЗНАЯ МАСТЕРСКАЯ ДОСТУПНАЯ СРЕДА" Extruder for manufacturing products by fdm-printing method
RU2798311C2 (en) * 2021-02-25 2023-06-21 Общество с ограниченной ответственностью "ВОПЛОЩЕНИЕ" Method for calibration of 3d printer
RU210149U1 (en) * 2021-03-18 2022-03-30 Общество с ограниченной ответственностью "Компания ИМПРИНТА" Print head for 3D printer with two extruders

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210162732A1 (en) Apparatus and methods for fabricating components
RU182393U1 (en) 3D print head
EP3393754B1 (en) Method and device for producing an object by using a 3d printing device
JP5920859B2 (en) 3D printer
EP3442775B1 (en) Optimized three dimensional printing using ready-made supports
US20140363532A1 (en) Multiple color extrusion type three dimensional printer
KR20160016985A (en) multi color 3D printer
US20160067740A1 (en) Three dimensional (3d) printer with a build plate having multi-degree of freedom motion
Brooks Variable fused deposition modelling-concept design and tool path generation
CN104290322A (en) Color 3D printing system based on 3DP and light curing technology
JP2016118531A (en) Three-dimensional printing inspection apparatus and method
JP6384826B2 (en) Three-dimensional additive manufacturing apparatus, three-dimensional additive manufacturing method, and three-dimensional additive manufacturing program
US10494219B2 (en) Filament loading drive in a 3D printer
CN106853676B (en) Laminating method for FDM-3D printed article with excessive top-cutting
US10682821B2 (en) Flexible tooling system and method for manufacturing of composite structures
KR20150049091A (en) Delta type 3D printer
KR20180080072A (en) Three dimensional printing apparatus and controlling method thereof
CN106239909A (en) A kind of 3D print system
TWI382916B (en) Rapid prototyping apparatus for object realization using printing and rapid prototyping method
WO2021073717A1 (en) 3d-printing device and process for producing objects with increased print quality
CN105058790A (en) Three-dimensional vector printing method and efficient 4D vector printing equipment
CN107344417A (en) The swiveling jet nozzle FDM3D impact systems and component that profile is divided and ruled with filling
EP2891553A1 (en) Method and device for producing a three dimensional object
CN104742372B (en) 3D printing device based on FDM
CN106827510A (en) Light-sensitive material supply method and the 3D printer system based on DLP principles

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20181222