RU189770U1

RU189770U1 - PRINTING HEAD OF THE 3D JET PRINTER

Info

Publication number: RU189770U1
Application number: RU2019102635U
Authority: RU
Inventors: Вадим Владимирович Михрютин; Александр Вадимович Михрютин
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2019-06-03

Abstract

Предполагаемая полезная модель относится к области аддитивных технологий и может быть использована преимущественно в конструкциях многоэкструдерных 3D-принтеров, работающих по методу FDM (Fused Deposition Modeling, моделирование методом послойного наплавления). Многоэкструдерная печать позволяет создать не только разноцветные модели, но и использовать при печати поддерживающих структур растворимые пластики, облегчающие их удаление, а также сопла с отверстиями разного диаметра.Технической результат предполагаемой полезной модели выражается в повышении быстродействия устройства.Технический результат достигается тем что, в печатающей головке 3D-принтера, содержащей корпус и экструдеры, каждый из которых состоит из сопла, нагревательного и охлаждающего элемента, соединенных с радиатором, жестко связанным с ползуном линейной направляющей, а также механизм переключения экструдеров с приводом, связанным с системой управления, при этом механизм переключения экструдеров состоит из привода вращения, соединенного с валом, на котором установлен торцевой кулачок, взаимодействующий с толкателем, выполненным в виде пальца, жестко связанным с ползуном линейной направляющей, а так же тем, что на валу, связанном с приводом вращения установлен диск, экранирующий нерабочие сопла.The proposed utility model relates to the field of additive technologies and can be used primarily in the construction of multi-extruder 3D printers using the FDM method (Fused Deposition Modeling, layer-by-layer fusion modeling). Multi-extrusion printing allows you to create not only multi-colored models, but also to use soluble plastics for printing supporting structures to facilitate their removal, as well as nozzles with holes of different diameters. The technical result of the proposed utility model is expressed in improving the device performance. The technical result is achieved by printing the head of a 3D printer containing a body and extruders, each of which consists of a nozzle, a heating and cooling element connected to a radiator, a gesture about the linear guide associated with the slider, as well as the extruders switching mechanism with a drive associated with the control system, the extruders switching mechanism consists of a rotational drive connected to a shaft on which an end cam is installed that interacts with a finger-made push rod associated with the linear guide slide, as well as the fact that on the shaft associated with the rotational drive there is a disk shielding non-working nozzles.

Description

Предполагаемая полезная модель относится к области аддитивных технологий и может быть использована преимущественно в конструкциях многоэкструдерных 3D-принтеров, работающих по методу FDM (Fused Deposition Modeling, моделирование методом послойного наплавления). Многоэкструдерная печать позволяет создать не только разноцветные модели, но и использовать при печати поддерживающих структур растворимые пластики, облегчающие их удаление, а также сопла с отверстиями разного диаметра. В последнем случае сопла с меньшим диаметром отверстия используются для построения наружных поверхностей, а сопла с большим диаметром - для внутренней заливки детали.The proposed utility model relates to the field of additive technologies and can be used primarily in the construction of multi-extruder 3D printers using the FDM method (Fused Deposition Modeling, layer-by-layer fusion modeling). Multi-extruder printing allows you to create not only multi-colored models, but also to use soluble plastics for printing supporting structures, which facilitate their removal, as well as nozzles with openings of different diameters. In the latter case, nozzles with a smaller hole diameter are used to build the outer surfaces, and nozzles with a larger diameter are used to fill the part internally.

Известна печатающая головка 3-D принтера, содержащая пять экструдеров пластика, включающих сопла и нагревательные элементы, причем сопла экструдеров расположены на одном уровне, а каждый экструдер соединен с отдельным питателем (Патент CN 205167575 МКИ В29С 67/00, КНР, 2015).Known printing head 3-D printer containing five plastic extruders, including nozzles and heating elements, and the extruder nozzles are located on the same level, and each extruder is connected to a separate feeder (Patent CN 205167575 MKI VC 67/00, China, 2015).

Основными недостатками данного устройства является сложность обеспечения одинаковой высоты расположения сопел экструдеров над платформой и возможность касания поверхности распечатываемой модели соплами, заполненными пластиками различных цветов. Касание разноцветных сопел модели приводят к нарушению сплошности ее окраски. Разновысотность расположения сопел может приводить к повреждению распечатываемой модели, смещению ее слоев и даже отрыву ее от платформы. Эти недостатки устраняются в конструкциях печатающих головок, обеспечивающих отвод нерабочих экструдеров от поверхности модели.The main disadvantages of this device are the difficulty of ensuring the same height of the extruders nozzles above the platform and the possibility of touching the surface of the printed model with nozzles filled with plastics of various colors. Touching the multi-colored nozzles of the model leads to a violation of the integrity of its color. The varying height of the nozzles can damage the printed model, the displacement of its layers and even tear it from the platform. These disadvantages are eliminated in the design of the printheads, ensuring the removal of non-working extruders from the surface of the model.

Известна так же печатающая головка 3D принтера, содержащая корпус, экструдеры, состоящие из сопел, нагревателей и радиаторов, а также механизма переключения экструдеров, состоящий из оси, жестко закрепленной в корпусе, на которой шарнирно установлена поворотная платформа с двумя экструдерами, оси которых перпендикулярны оси вращения платформы, а также механизм поворота платформы с позиционным ограничителем, содержащий эксцентрик, жестко связанный с валом привода, соединенного с системой управления, а так же питатели экструдеров (РПМ РФ №161249, кл. В29С 67/00, 2016 г.).Also known is the printhead of a 3D printer, comprising a housing, extruders consisting of nozzles, heaters and radiators, as well as an extruder switching mechanism consisting of an axis rigidly fixed in the housing on which a rotary platform with two extruders is hinged, the axes of which are perpendicular to the axis platform rotation, as well as a platform rotation mechanism with a position limiter containing an eccentric rigidly connected to the drive shaft connected to the control system, as well as extruder feeders (RF PMR 161,249, cl. V29S 67/00, 2016).

Недостатком данного устройства является то, что число экструдеров, используемых для построения заготовки ограниченно двумя, а также малая высота подъема сопла нерабочего экструдера над моделью, что увеличивает опасность ее повреждения.The disadvantage of this device is that the number of extruders used to build the workpiece is limited to two, as well as the low height of the nozzle of the non-working extruder above the model, which increases the risk of damage.

Известна печатающая головка 3D-принтера, содержащая корпус, экструдеры, состоящие из сопла, нагревателя и радиатора, а также механизм смены экструдеров, состоящий из зубчатых реек, установленных в линейных направляющих и расположенных оппозитно друг другу относительно приводной шестерни, входящей в зацепление с указанными зубчатыми рейками и связанной с валом привода, соединенного с системой управления, при этом экструдеры жестко связаны с зубчатыми рейками, а так же питателей экструдеров (Патент CN 105538730, кл. В29С 67/00, КНР, 2016 г.).A known print head of a 3D printer, comprising a housing, extruders consisting of a nozzle, a heater and a radiator, as well as an extruder changing mechanism consisting of gear racks installed in linear guides and located opposite to each other with a drive gear that engages with said gears rails and associated with the drive shaft connected to the control system, while the extruders are rigidly connected with gear racks, as well as extruder feeders (Patent CN 105538730, CL VS 67/00, PRC, 2016).

Данное устройство позволяет отводить сопло нерабочего экструдера от заготовки на безопасное расстояние, однако число экструдеров, используемых для построения заготовки, также ограничено двумя.This device allows you to divert the nozzle of a non-working extruder from the workpiece to a safe distance, however, the number of extruders used to build the workpiece is also limited to two.

Наиболее близкой к заявляемой является печатающая головка 3D-принтера, содержащая корпус, экструдеры, состоящие из сопла, нагревателя и радиатора, а также механизм смены экструдеров, состоящий из оси, жестко закрепленной в корпусе, на которой шарнирно установлена поворотная платформа с линейными направляющими, в которых установлены экструдеры, при этом ось вращения платформы параллельна осям экструдеров, в корпусе установлен толкатель, взаимодействующий с экструдерами, а так же приводы поворота платформы и выдвижения толкателя, соединенных с системой управления, а так же питателей экструдеров (Патент CN 203713081, кл. В29С 67/00, КНР, 2014 г.).Closest to the claimed is the print head of a 3D printer, comprising a housing, extruders consisting of a nozzle, a heater and a radiator, as well as an extruder changing mechanism consisting of an axis rigidly fixed in the housing on which a rotating platform with linear guides is hinged. extruders are installed, while the axis of rotation of the platform is parallel to the axes of the extruders, a pusher is installed in the housing, which interacts with the extruders, as well as platform rotation and pusher drives, connecting GOVERNMENTAL with the control system, as well as feeders of extruders (Patent CN 203713081, Int. V29S 67/00, PRC 2014 YG).

Данное устройство позволяет обеспечить многоцветную печать с использованием большого числа экструдеров.This device allows you to provide multi-color printing using a large number of extruders.

Недостатком данного устройства является низкое быстродействие, поскольку выдвижение сопла в рабочее положение производится в результате двух последовательных действий - поворота платформы и выдвижения толкателя. При этом платформа является довольно массивной и имеет большой момент инерции, что обуславливает значительные затраты времени на ее разгон и торможение.The disadvantage of this device is low speed, because the nozzle is advanced into the working position as a result of two consecutive actions - turning the platform and pushing the pusher. At the same time, the platform is quite massive and has a large moment of inertia, which causes a significant investment of time for its acceleration and deceleration.

Технической результат предполагаемой полезной модели выражается в повышении быстродействия устройства.The technical result of the proposed utility model is expressed in increasing the speed of the device.

Технический результат достигается тем, что в печатающей головке 3D-принтера, содержащей корпус и экструдеры, каждый из которых состоит из сопла, нагревательного и охлаждающего элемента, соединенных с радиатором, жестко связанным с ползуном линейной направляющей, а также механизм переключения экструдеров с приводом, связанным с системой управления, при этом механизм переключения экструдеров состоит из привода вращения, соединенного с валом, на котором установлен торцевой кулачок, взаимодействующий с толкателем, выполненным в виде пальца, жестко связанным с ползуном линейной направляющей;The technical result is achieved by the fact that in the print head of a 3D printer comprising a housing and extruders, each of which consists of a nozzle, a heating and cooling element connected to a radiator, rigidly connected with a linear guide slider, as well as an extruder switching mechanism with a drive connected with a control system, while the switching mechanism of the extruders consists of a rotational drive connected to a shaft on which an end cam is installed, interacting with a pusher made in the form of a finger rigidly connected with a linear guide ram;

А так же тем, что на валу, связанном с приводом вращения, установлен диск, экранирующий нерабочие сопла.And also the fact that on the shaft associated with the rotational drive, a disk is installed, shielding non-working nozzles.

На фиг. 1 показан общий вид предлагаемого устройства, фронтальная проекция;FIG. 1 shows a general view of the proposed device, frontal projection;

на фиг. 2 - вид сверху на предлагаемое устройство;in fig. 2 is a top view of the proposed device;

на фиг. 3 - вид А на фиг. 1;in fig. 3 is a view A of FIG. one;

на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2, аксонометрическая проекция;in fig. 4 shows a section BB in FIG. 2, axonometric projection;

на фиг. 5 - корпус печатающей головки;in fig. 5 - print head housing;

на фиг. 6 - развертка паза кулачка;in fig. 6 - sweep groove cam;

на фиг. 7 - диаграмма перемещения сопла в зависимости от угла поворота кулачка для случая реализации конструкции с четырьмя экструдерами.in fig. 7 is a diagram of the displacement of the nozzle as a function of the angle of cam rotation for the case of construction with four extruders.

Предлагаемая печатающая головка 3d принтера состоит из корпуса 1, а так же экструдеров, включающих в себя сопла 2, нагревательные элементы 3, охлаждающие элементы с вентиляторами 4, радиаторы 5 с каналами 6 для пластиковой нити.The proposed 3d printing head of the printer consists of a housing 1, as well as extruders, including nozzles 2, heating elements 3, cooling elements with fans 4, radiators 5 with channels 6 for plastic thread.

В корпусе 1 выполнены отверстия линейных направляющих 7, а также пазы 8.In the housing 1 there are holes of linear guides 7, as well as grooves 8.

Радиаторы 5 жестко закреплены в отверстиях ползунов 9, установленных в направляющих 7 корпуса 1.The radiators 5 are rigidly fixed in the holes of the sliders 9 installed in the guides 7 of the housing 1.

В радиальных отверстиях ползунов 9 установлены толкатели, выполненные в виде пальцев 10, входящих в паз торцевого кулачка 11, жестко связанного с валом 12. Вал 12 установлен в подшипниковом узле 13 и компенсирующей муфтой 14 связан с приводом вращения 15. Пальцы 10 входят в пазы 8 корпуса 1. Привод 15, вал 12 и кулачок 11, взаимодействующий с пальцем 10 образуют механизм переключения экструдеров.In the radial holes of the sliders 9 are installed the pushers made in the form of fingers 10, which are included in the groove of the end cam 11, rigidly connected to the shaft 12. The shaft 12 is installed in the bearing assembly 13 and the compensating coupling 14 is connected to the rotational drive 15. The fingers 10 enter the grooves 8 housing 1. The drive 15, the shaft 12 and the cam 11, interacting with the finger 10 form the switching mechanism of the extruders.

Нижний конец вала 12 жестко связан с отсекающим диском 16, экранирующей нерабочие в данный момент сопла 2 экструдеров от модели 17.The lower end of the shaft 12 is rigidly connected with the cut-off disk 16, shielding the extruders nozzles 2 currently inoperative from the model 17.

Для выбора зазора в паре палец 10 - паз торцевого кулачка 11 при выдвижении сопла 2 экструдера в рабочее положение служат пружины 18, жестко соединенные с ползунами 9.To select the gap in the pair of finger 10 - groove end of the cam 11 when the extruder nozzle 2 is extended into the working position, springs 18 are used, rigidly connected to the sliders 9.

Корпус 1, подшипниковый узел 13 и привод 15 жестко соединены между собой кронштейном 19.The housing 1, the bearing unit 13 and the actuator 15 are rigidly interconnected by a bracket 19.

Устройство работает следующим образом. Кронштейн 19 устанавливается на выходной рабочий орган 3D принтера, перемещающийся по траектории, заданной в управляющей программе. В отверстия 6 вставляются пластиковые нити, подаваемые от отдельных питателей (на фиг. не показаны). Включаются нагревательные 3 и охлаждающие 4 элементы.The device works as follows. The bracket 19 is installed on the output working body of a 3D printer, moving along the path defined in the control program. Plastic threads are inserted into the holes 6 and are fed from individual feeders (not shown in the FIG.). Includes heating 3 and cooling 4 elements.

При необходимости смены рабочего сопла, по управляющей программе системой управления (на фиг. не показана) включается привод 15 через муфту 14 поворачивающий вал 12 и торцевой кулачок 11 на заданный в программе угол ϕ. Пальцы 10 при вращении торцевого кулачка 11, в соответствии с профилем его паза, периодически перемещают ползуны 9 с радиаторами 5 и соплами 2, на величину h вдоль оси линейных направляющих 7. Случайный поворот ползунов 9 предотвращается контактом пальцев 10 со стенками пазов 8 корпуса 1.If it is necessary to change the working nozzle, according to the control program of the control system (not shown in Fig.), The drive 15 is turned on through the coupling 14, the turning shaft 12 and the end cam 11 to the angle ϕ specified in the program. The fingers 10 while rotating the end cam 11, in accordance with the profile of its groove, periodically move the sliders 9 with radiators 5 and nozzles 2 by the amount h along the axis of the linear guides 7. The accidental rotation of the sliders 9 is prevented by contact of the fingers 10 with the walls of the slots 8 of the housing 1.

В соответствии с профилем паза торцевого кулачка 11 только одно сопло 2 может располагаться в рабочем положении, то есть быть выдвинуто на величину h. При выдвижении требуемого сопла 2 в рабочее положение привод 15 отключается и производится построение модели 17. При этом нерабочие сопла экранируются отсекающим диском 16, предохраняя модель 17 от повреждения за счет случайного вытекания пластика из нерабочего сопла 3.In accordance with the profile of the groove of the end cam 11, only one nozzle 2 can be located in the working position, i.e. be extended by the value h. When extending the required nozzle 2 into position, the actuator 15 is turned off and the model 17 is built. At the same time, the non-working nozzles are shielded by the cut-off disk 16, protecting the model 17 from damage due to the accidental plastic leakage from the non-working nozzle 3.

При выдвижении сопла 2 пружины 18 контактируют с корпусом 1, выбирая зазор в контакте палец 10 - поверхность паза торцевого кулачка 11. Этим обеспечивается отсутствие осевого люфта сопла 2, влияющее на толщину слоя наносимого пластика.When extending the nozzle 2 springs 18 are in contact with the housing 1, choosing a gap in the contact of the finger 10 - the surface of the groove end of the Cam 11. This ensures the absence of axial play of the nozzle 2, affecting the thickness of the applied plastic.

При необходимости смены рабочего сопла включается привод 15, приводящий во вращение вал 12 и кулачок 11 до выдвижения требуемого сопла 2 в рабочее положение.If necessary, change the working nozzle turns on the actuator 15, resulting in rotation of the shaft 12 and the cam 11 to the nomination of the required nozzle 2 in the working position.

Использование предлагаемого устройства позволит создать быстродействующую печатающую головку, работающую печать двумя, тремя и большим количеством экструдеров по методу FDM-технологии.The use of the proposed device will allow you to create high-speed printhead, working print two, three and a large number of extruders by the method of FDM-technology.

Claims

1. The print head of a 3D printer, comprising a housing and extruders, each of which consists of a nozzle, heating and cooling elements connected to a radiator rigidly connected to a linear guide slide, and also a switching mechanism for an extruder with a drive connected to a control system, different the fact that the extruder switching mechanism consists of a rotational drive connected to a shaft on which an end cam is mounted, interacting with a pusher made in the shape of a finger rigidly connected with a slider linear guide.

2. The print head of a 3D printer according to claim. 1, characterized in that a disk shielding non-working nozzles is mounted on the shaft associated with the rotational drive.