RU210235U1 - PRINTHEAD FOR 3D PRINTING WITH HIGH-TEMPERATURE POLYMERS - Google Patents

PRINTHEAD FOR 3D PRINTING WITH HIGH-TEMPERATURE POLYMERS Download PDF

Info

Publication number
RU210235U1
RU210235U1 RU2021127454U RU2021127454U RU210235U1 RU 210235 U1 RU210235 U1 RU 210235U1 RU 2021127454 U RU2021127454 U RU 2021127454U RU 2021127454 U RU2021127454 U RU 2021127454U RU 210235 U1 RU210235 U1 RU 210235U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filament
coolant
radiator
channels
holder
Prior art date
Application number
RU2021127454U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Андреевич ВОЛОХИН
Степан Станиславович ТАРАСОВ
Original Assignee
Евгений Андреевич ВОЛОХИН
Степан Станиславович ТАРАСОВ
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 Евгений Андреевич ВОЛОХИН, Степан Станиславович ТАРАСОВ filed Critical Евгений Андреевич ВОЛОХИН
Priority to RU2021127454U priority Critical patent/RU210235U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU210235U1 publication Critical patent/RU210235U1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205Means for applying layers
    • B29C64/209Heads; Nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Abstract

Полезная модель относится к печатающим головкам для 3D-печати высокотемпературными полимерами по технологии FFF/FDM. Головка образована из узла нагрева филамента и подающего к нему филамент узла подачи. Филамент (23) продвигается по тефлоновой трубке (22). С целью эффективного охлаждения головка снабжена жидкостным радиатором (6). Радиатор (6) выполнен в виде короба, стенки которого содержат каналы для охлаждающей жидкости. Механизм (5) подачи филамента размещен в радиаторе (6). Подвод и отвод циркулирующей жидкости к радиатору (6) осуществлен через патрубки (25), присоединенные к герметичным клеммам (24). Клеммы (24) выполнены разъемными и установлены в торцевой крышке (8) радиатора (6). В патрубке (25) подвода охлаждающей жидкости расположены провода (21) подключения к системе управления и трубка (22). Эффективная система охлаждения повышает износоустойчивость механических узлов печатающей головки, надежно защищает филамент от преждевременного расплавления до зоны плавления. Значительнорасширен в сторону увеличения диапазон температуры для плавления термопласта. Стабильная работа в условиях высокой температуры, до 300°С и выше. Увеличено время непрерывной 3D-печати при высоких температурах. 14 фиг.The utility model relates to printheads for 3D printing with high-temperature polymers using FFF/FDM technology. The head is formed from a filament heating unit and a supply unit feeding the filament to it. The filament (23) moves along the Teflon tube (22). For the purpose of efficient cooling, the head is equipped with a liquid radiator (6). The radiator (6) is made in the form of a box, the walls of which contain channels for the coolant. The filament supply mechanism (5) is located in the radiator (6). The supply and discharge of the circulating liquid to the radiator (6) is carried out through pipes (25) connected to sealed terminals (24). The terminals (24) are detachable and installed in the end cap (8) of the radiator (6). In the branch pipe (25) for supplying coolant, there are wires (21) for connecting to the control system and a tube (22). An effective cooling system increases the wear resistance of the mechanical components of the print head, reliably protects the filament from premature melting to the melting zone. The temperature range for thermoplastic melting has been significantly extended upwards. Stable operation in high temperature conditions, up to 300°C and above. Increased continuous 3D printing time at high temperatures. 14 FIG.

Description

Полезная модель относится к машиностроительной области, а именно к 3D-принтерам, работающим по FFF/FDM технологии, в частности к печатающим головкам инженерных полимеров, предназначенным для установки на 3D-принтеры объемной печати различной схемы компоновки с целью работы с высокотемпературными полимерами такими как, например, полиэфирэфиркетон (PEEK) и различными комбинациями на его основе. Основные области применения – 3D-печать, применяемая в медицине и протезировании, изготовление сложных инженерных изделий, работающих при высоких температурах и нагрузках, также применение в отраслях машиностроения, печати форм и прочих изделий простой и сложной геометрической формы по аддитивной технологии.The utility model relates to the engineering field, namely to 3D printers operating on FFF/FDM technology, in particular to printheads of engineering polymers designed for installation on 3D printers of volumetric printing of various layout schemes in order to work with high-temperature polymers such as, for example, polyetheretherketone (PEEK) and various combinations based on it. The main areas of application are 3D printing used in medicine and prosthetics, the manufacture of complex engineering products operating at high temperatures and loads, as well as the use in engineering industries, printing molds and other products of simple and complex geometric shapes using additive technology.

Технология FDM (от англ. fuseddepositionmodeling, FDM) это аддитивная технология моделирования методом послойного наплавления. Термин FFF(от англ. fusedfilamentfabrication «производство способом наплавления нитей») является аналогичным, равнозначным по смыслу и назначению, термину FDM.FDM technology (from the English fuseddepositionmodeling, FDM) is an additive technology for modeling by layer-by-layer deposition. The term FFF (from the English fusedfilamentfabrication "production by fusing threads") is similar, equivalent in meaning and purpose, to the term FDM.

При 3D-печати по технологии FFF/FDM объекты формируют методом послойной укладки рабочего материала, в качестве которого выступают термопластики. Печатающая головка, содержащая экструдер и механизм подачи к нему рабочего материала, часто называемая просто «экструдер», расплавляет пластиковую нить (иначе – филамент, от англ.filament «нить; волокно»), укладывая слой за слоем в соответствии с цифровой моделью объекта. Склеиваясь между собой, слои формируют будущее изделие. Управляет движением печатающей головки трёхкоординатная кинематическая система.In 3D printing using FFF / FDM technology, objects are formed by layer-by-layer laying of the working material, which is thermoplastics. The print head, which contains an extruder and a mechanism for supplying working material to it, often referred to simply as an "extruder", melts a plastic filament (otherwise - a filament, from the English filament "thread; fiber"), stacking layer by layer in accordance with the digital model of the object. Sticking together, the layers form the future product. The movement of the print head is controlled by a three-coordinate kinematic system.

Использование термопластика в виде тонкой нити, подаваемой в печатающую головку, является традиционным способом подачи рабочего материала, однако существует альтернативный вариант применения вместо нити гранул полимера.The use of thermoplastic in the form of a thin filament fed into the printhead is the traditional way of supplying media, but there is an alternative use of polymer granules instead of filament.

Изделия 3D-печати из высокотемпературных полимеров, таких как PEEK, находят все более широкое применение, т.к. обладают повышенными прочностью и устойчивостью к воздействию высоких температур, они способны заменить изделия из металла, оставаясь при этом гораздо легче.3D printed products made from high temperature polymers such as PEEK are becoming more and more widely used. have increased strength and resistance to high temperatures, they are able to replace metal products, while remaining much lighter.

Однако при работе с такими материалами возникают инженерные трудности. However, engineering difficulties arise when working with such materials.

Экструзию высокотемпературных полимеров осуществляют при температуре порядка 300°С и выше, причем процесс происходит в герметичной рабочей камере с постоянной высокой температурой. Величина температуры регулируется в зависимости от применяемого рабочего материала и выбранного режима работы 3D-принтера. The extrusion of high-temperature polymers is carried out at a temperature of the order of 300°C and above, and the process takes place in a sealed working chamber with a constant high temperature. The temperature value is adjusted depending on the working material used and the selected operating mode of the 3D printer.

Осуществление процесса печатания в подогретой рабочей камере позволяет лучше контролировать механические характеристики создаваемого изделия, т.к. рабочий материал попадает из горячего экструдера на разогретый стол, на котором формируется изделие, следуя через горячую среду, а это повышает адгезию слоев создаваемого изделия и защищает его от коробления и скручивания.The implementation of the printing process in a heated working chamber allows you to better control the mechanical characteristics of the created product, because. the working material gets from the hot extruder to the heated table on which the product is formed, following through the hot medium, and this increases the adhesion of the layers of the created product and protects it from warping and twisting.

Негативным следствием описанного процесса 3D-печати является повышенная изнашиваемость механических узлов принтера из-за работы в условиях повышенных температур, необходимость использования в механических узлах деталей из высокотемпературных материалов, что ведет к удорожанию как начальной стоимости 3D-принтера, так и стоимости его обслуживания.A negative consequence of the described 3D printing process is the increased wear of the mechanical components of the printer due to operation at elevated temperatures, the need to use parts made of high-temperature materials in mechanical components, which leads to an increase in both the initial cost of the 3D printer and the cost of its maintenance.

Кроме того, технологии FFF/FDM свойственна проблема преждевременного размягчения филамента до попадания его в зону плавления из-за высокой температуры нагрева сопла экструдера, что отрицательно сказывается на качестве печатаемых изделий. При работе с высокотемпературными полимерами из-за осуществления процесса в герметичной рабочей камере с постоянной высокой температурой эта проблема усугубляется.In addition, FFF/FDM technology is characterized by the problem of premature softening of the filament before it enters the melting zone due to the high heating temperature of the extruder nozzle, which adversely affects the quality of printed products. When working with high temperature polymers, due to the implementation of the process in a sealed working chamber with a constant high temperature, this problem is exacerbated.

Таким образом, двойное воздействие высокой температурой (от сопла экструдера и от нагрева герметичной рабочей камеры) на механические узлы 3D-принтера, а также изменение физических свойств термопластика из-за высоких температур, вызывающее преждевременное размягчение филамента и засору сопла экструдера, приводят к прерыванию процесса 3D-печати с целью охлаждения перегретых конструкций, филамента и устранению возникших проблем.Thus, the double impact of high temperature (from the extruder nozzle and from the heating of the sealed working chamber) on the mechanical components of the 3D printer, as well as the change in the physical properties of the thermoplastic due to high temperatures, causing premature softening of the filament and clogging of the extruder nozzle, lead to process interruption. 3D printing in order to cool overheated structures, filaments and eliminate problems that have arisen.

Из уровня техники известен экструдер (патент на полезную модель № 203882 RU, МПК B29C 48/395, B33Y 30/00, опубл. 26.04.2021),содержащий корпус, в котором располагаются входной штуцер для подачи гранул, цилиндр с установленным в него шнеком, штуцер жидкостной системы охлаждения, лабиринт жидкостного охлаждения и датчик контроля наличия гранул. На цилиндре расположены нагреватель и сопло. Входной штуцер для подачи гранул выполнен с газоотводящими отверстиями. Шнек выполнен с постоянной шириной винтовой канавки, но с изменяющейся площадью, и содержит четыре зоны: загрузки, сжатия, гомогенизация и дозирования. Цилиндр имеет три участка нагрева, на каждом участке нагрева установлено от одного до двух нагревателей и один датчик контроля температуры. С корпусом соединен электродвигатель, снабженный редуктором.An extruder is known from the prior art (utility model patent No. 203882 RU, IPC B29C 48/395, B33Y 30/00, publ. 04/26/2021), containing a housing in which an inlet fitting for feeding granules is located, a cylinder with a screw installed in it , liquid cooling nozzle, liquid cooling labyrinth and pellet sensor. A heater and a nozzle are located on the cylinder. The inlet fitting for supplying granules is made with gas outlet holes. The screw is made with a constant width of the helical groove, but with a changing area, and contains four zones: loading, compression, homogenization and dosing. The cylinder has three heating sections, each heating section has one to two heaters and one temperature control sensor. An electric motor equipped with a gearbox is connected to the housing.

Известный экструдер предназначен для работы по технологии FDM/FFF с широким выбором тугоплавких термопластичных полимерных материалов с температурой плавления до 500°С в качестве расходного материала.Known extruder is designed to work on technology FDM/FFF with a wide selection of refractory thermoplastic polymer materials with a melting point of up to 500°C as a consumable.

В конструкции известного экструдера техническая проблема повышения надежности работы с расходным материалом большой тугоплавкости решается, в том числе, за счет выполнения корпуса с лабиринтом жидкостного охлаждения. In the design of the well-known extruder, the technical problem of increasing the reliability of work with consumables of high refractoriness is solved, among other things, by making the body with a liquid cooling labyrinth.

Недостатком указанного технического решения является недостаточная защита механических узлов экструдера. Поскольку 3D-печать из тугоплавких термопластичных полимерных материалов осуществляется в герметичной рабочей камере с постоянной высокой температурой, механические узлы экструдера, расположенные за пределами корпуса с лабиринтом жидкостного охлаждения, будут подвержены перегреву, что будет снижать надежность работы экструдера.The disadvantage of this technical solution is the insufficient protection of the mechanical components of the extruder. Since 3D printing of refractory thermoplastic polymer materials is carried out in a sealed working chamber with a constant high temperature, the mechanical parts of the extruder located outside the liquid-cooled labyrinth housing will be subject to overheating, which will reduce the reliability of the extruder.

Кроме того, известный экструдер предназначен для работы с гранулами, а не с филаментом, в то время как в гранульных экструдерах существует не решенная до настоящего времени проблема контроля объема рабочего материала, выдавливаемого шнеком, а это негативно сказывается на качестве изготавливаемых изделий.In addition, the well-known extruder is designed to work with granules, not with filament, while in granular extruders there is still an unresolved problem of controlling the volume of the working material squeezed out by the screw, and this negatively affects the quality of manufactured products.

В качестве прототипа принят печатающий блок для 3D-печати высокотемпературными полимерами по технологии FDM (патент на полезную модель № 189218 RU, МПК B41J 2/00, опубл. 16.05.2019), включающий два легкосъемных экструдера с нагревательными элементами, клапаны, выполненные с возможностью запирания сопла неактивного экструдера, подающий филамент механизм, прижимные ролики, выполненные с возможностью прижимания филамента к подающему механизму для активного в данный момент экструдера, и зубчатую шестеренку. Прижимные ролики выполнены в виде зубчатых шестерен, закрепленных на концах углового рычага и установленных с возможностью зацепления с зубчатой шестеренкой. Каждый экструдер снабжен жидкостным радиатором. Канал подачи филамента, проходящий через радиатор и термобарьер, представляет собой полую цилиндрическую керамическую трубку. Сопла экструдеров выполнены из износостойкого титанового сплава. Радиатор и подающий механизм заключены в термоизолирующий корпус. Согласно описанию, нити филамента продвигаются по тефлоновым трубкам.As a prototype, a printing unit for 3D printing with high-temperature polymers using FDM technology (utility model patent No. 189218 RU, IPC B41J 2/00, publ. 05/16/2019), including two easily removable extruders with heating elements, locking the nozzle of the inactive extruder, a filament feed mechanism, pinch rollers configured to press the filament against the feed mechanism for the currently active extruder, and a toothed gear. The pressure rollers are made in the form of toothed gears fixed at the ends of the angular lever and mounted with the possibility of engagement with the toothed gear. Each extruder is equipped with a liquid cooler. The filament supply channel passing through the radiator and thermal barrier is a hollow cylindrical ceramic tube. Extruder nozzles are made of wear-resistant titanium alloy. The radiator and feeder are enclosed in a thermally insulating housing. According to the description, the filament threads move along Teflon tubes.

Заявленное в прототипе повышение надежности технологического процесса 3D-печати высокотемпературными полимерами обеспечивается, в том числе, наличием жидкостного радиатора, полой цилиндрической керамической трубки канала подачи филамента, проходящей через радиатор и термобарьер, а также наличием термоизолирующего корпуса, закрывающего жидкостный радиатор и подающий филамент механизм.The increase in the reliability of the 3D printing process with high-temperature polymers declared in the prototype is provided, among other things, by the presence of a liquid radiator, a hollow cylindrical ceramic tube of the filament supply channel passing through the radiator and thermal barrier, as well as the presence of a thermally insulating housing that closes the liquid radiator and the filament supply mechanism.

Недостатком прототипа является существование риска постепенного нагрева печатающего блока в процессе 3D-печати из-за отсутствия в термоизолирующем корпусе собственной системы охлаждения. The disadvantage of the prototype is the risk of gradual heating of the printing block during 3D printing due to the absence of its own cooling system in the thermally insulating housing.

Механизм подачи филамента, а также часть канала его подачи расположены за пределами жидкостных радиаторов. В условиях высокотемпературной печати с учетом технологически необходимого нагрева рабочей камеры, где осуществляется формирование изделия, отвод избыточного тепла только за счет одного жидкостного радиатора, участвующего в процессе 3D-печати не в полной мере защитит механические узлы и филамент от перегрева. В результате надежность работы печатающего блока и качество изготавливаемых изделий будут снижены.The filament supply mechanism, as well as part of the filament supply channel, are located outside the liquid radiators. Under the conditions of high-temperature printing, taking into account the technologically necessary heating of the working chamber, where the product is formed, the removal of excess heat only due to one liquid radiator involved in the 3D printing process will not fully protect the mechanical components and the filament from overheating. As a result, the reliability of the printing unit and the quality of manufactured products will be reduced.

Задачей предлагаемой полезной модели является разработка конструкции печатающей головки, позволяющей создавать изделия из высокотемпературных полимеров и обеспечивающей стабильную работу в условиях высокой, до 300оС и выше, температуры внутри герметичной рабочей камеры и продолжительного времени непрерывной 3D-печати.The objective of the proposed utility model is to develop a print head design that allows you to create products from high-temperature polymers and ensures stable operation at high, up to 300 ° C and above, temperatures inside a sealed working chamber and a long time of continuous 3D printing.

Технический результат заключается в значительном расширении в сторону увеличения диапазона температуры для плавления термопласта и повышение надежности работы печатающей головки благодаря эффективной системе охлаждения, позволяющей повысить износоустойчивость механических узлов печатающей головки, надежно защитить филамент от расплавления, увеличить время непрерывной работы 3D-печати при высоких температурах.The technical result consists in a significant increase in the temperature range for thermoplastic melting and an increase in the reliability of the print head due to an efficient cooling system that makes it possible to increase the wear resistance of the mechanical units of the print head, reliably protect the filament from melting, and increase the time of continuous operation of 3D printing at high temperatures.

Для достижения заявленного технического результата, , предлагается печатающая головка для 3D-печати высокотемпературными полимерами, содержащая экструдер с нагревательным блоком, термобарьер, механизм подачи филамента, жидкостный радиатор, через который к соплу экструдера продвигается филамент по тефлоновой трубке, провода подключения к системе управления печатающей головкой, при этом нагревательный блок и экструдер с соплом установлены с внешней нижней стороны жидкостного радиатора, согласно полезной модели, жидкостный радиатор изготовлен из материала с высокой теплопроводностью и имеет вид короба, образованного из корпуса прямоугольного сечения с толщиной стенок не менее 4 мм, закрытого с торцов крышками, каждая из которых присоединена винтами к корпусу радиатора через пластину-проставку, при этом в жидкостном радиаторе выполнена система каналов для охлаждающей жидкости, сформированная из сквозных каналов в стенках корпуса, соединенных между собой посредством пазов глубиной не менее 1,5 мм в крышках, а пластина-проставка содержит сквозные вырезы профиля, соответствующего профилю каналов корпуса, вместе с тем в одной из крышек жидкостного радиатора выполнены два сквозных отверстия, каждое из которых соединено пазом глубиной не менее 1,5 мм с системой каналов жидкостного радиатора, а именно, одно отверстие с ее началом, а другое с концом, притом в каждом сквозном отверстии крышки смонтирована герметичная клемма, к которой присоединен патрубок, соответственно, к одной герметичной клемме патрубок для подачи охлаждающей жидкости, а к другой для ее отвода, к тому же внутри жидкостного радиатора размещен механизм подачи филамента и проходят провода подключения к системе управления печатающей головкой, одновременно герметичная клемма включает в себя втулку с наружной резьбой на части поверхности и соединенную с ней накидную гайку, в которой установлен выступающий наружу прижимной фланец, торцевой частью контактирующий с торцом втулки, вместе с этим в торцах втулки и прижимного фланца расположена канавка, куда вставлен кольцевой уплотнитель, в то же время втулка помещена неподвижно в сквозное отверстие крышки и не выходит в пределы паза, соединяющего это отверстие с системой каналов, кроме того, в прижимном фланце и во втулке герметичной клеммы, связанной с началом системы каналов жидкостного радиатора, размещен держатель с отверстиями для тефлоновой трубки и проводов подключения, содержащий каналы для охлаждающей жидкости, причем держатели прилегают друг к другу с совпадением расположения отверстий и каналов, при этом держатель в прижимном фланце снабжен штыревыми контактами проводов подключения, а держатель во втулке гнездовыми контактами, наряду с этим каждый держатель поджат уплотнителем с отверстиями и каналами, расположенными соответственно отверстиям и каналам держателя, тем временем тефлоновая трубка, а также провода подключения к системе управления печатающей головкой разделены на внутренний и внешний участки, образуя при этом контактные группы, каждая из которых зафиксирована в держателе, установленном соответственно для внутреннего участка во втулке герметичной клеммы, а для внешнего участка в ее прижимном фланце, причем контактная группа объединяет в себе часть проводов подключения, а в патрубке для подвода охлаждающей жидкости размещена контактная группа, состоящая из тефлоновой трубки и части проводов подключения, также в пластине-проставке напротив каждой герметичной клеммы выполнено сквозное отверстие, в которое вставлена заглушка, при этом заглушка, установленная напротив герметичной клеммы, соединенной с патрубком для подвода охлаждающей жидкости, содержит отверстия, соответствующие по количеству и расположению проходящим через заглушку элементам контактной группы, в то же время уплотнитель держателя и кольцевой уплотнитель в герметичной клемме, а также заглушка в пластине-проставке выполнены из прочного упругого материала, исключающего протекание охлаждающей жидкости через стыки с прилегающими элементами конструкции.To achieve the claimed technical result, a print head for 3D printing with high-temperature polymers is proposed, containing an extruder with a heating block, a thermal barrier, a filament feed mechanism, a liquid radiator through which the filament moves through a Teflon tube to the extruder nozzle, wires connecting to the print head control system , while the heating block and the extruder with a nozzle are installed on the outer lower side of the liquid radiator, according to the utility model, the liquid radiator is made of a material with high thermal conductivity and has the form of a box formed from a rectangular body with a wall thickness of at least 4 mm, closed at the ends covers, each of which is screwed to the radiator housing through a spacer plate, while in the liquid radiator there is a system of channels for cooling liquid, formed from through channels in the walls of the housing, interconnected by means of grooves not m deep less than 1.5 mm in the covers, and the spacer plate contains through cutouts of the profile corresponding to the profile of the housing channels, at the same time, two through holes are made in one of the liquid radiator covers, each of which is connected by a groove with a depth of at least 1.5 mm channels of the liquid radiator, namely, one hole with its beginning, and the other with its end, moreover, a sealed terminal is mounted in each through hole of the cover, to which a branch pipe is connected, respectively, to one sealed terminal, a branch pipe for supplying coolant, and to another for its besides, a filament supply mechanism is located inside the liquid radiator and wires for connecting to the print head control system pass, at the same time, the sealed terminal includes a sleeve with an external thread on a part of the surface and a union nut connected to it, in which a protruding clamping flange is installed, end part in contact with the end of the sleeve, along with this at the ends of the sleeve and of the clamping flange there is a groove where the ring seal is inserted, at the same time the sleeve is placed motionless in the through hole of the cover and does not extend beyond the groove connecting this hole with the channel system, in addition, in the clamping flange and in the sleeve of the sealed terminal associated with the beginning of the system of channels of the liquid radiator, a holder with holes for the Teflon tube and connection wires is placed, containing channels for the coolant, and the holders are adjacent to each other with the coincidence of the location of the holes and channels, while the holder in the clamping flange is equipped with pin contacts of the connection wires, and the holder in bushing with socket contacts, along with this, each holder is pressed by a seal with holes and channels located corresponding to the holes and channels of the holder, meanwhile the Teflon tube, as well as the wires connecting to the print head control system, are divided into internal and external sections, thus forming contact e groups, each of which is fixed in a holder installed, respectively, for the inner section in the bushing of the sealed terminal, and for the outer section in its clamping flange, and the contact group combines part of the connection wires, and the contact group is located in the branch pipe for supplying coolant, consisting of a Teflon tube and part of the connection wires, also in the spacer plate opposite each sealed terminal there is a through hole into which a plug is inserted, while the plug installed opposite the sealed terminal connected to the coolant supply pipe contains holes corresponding in number and the location of the elements of the contact group passing through the plug, at the same time, the holder seal and the ring seal in the sealed terminal, as well as the plug in the spacer plate, are made of durable elastic material, which prevents the coolant from flowing through the joints with adjacent elements designs.

Следует отметить, что общим с прототипом признаком является наличие проводов подключения к системе управления печатающей головкой (далее по тексту – провода подключения). Наличие таких проводов подтверждается в описании прототипа фразой «Автоматическая подача нити филамента осуществляется электромеханическим способом».It should be noted that a common feature with the prototype is the presence of wires for connecting to the print head control system (hereinafter referred to as connection wires). The presence of such wires is confirmed in the description of the prototype by the phrase "Automatic feeding of the filament thread is carried out electromechanically."

Предлагаемая конструкция печатающей головки для 3D-печати высокотемпературными полимерам (далее по тексту – печатающая головка) поясняется следующими фигурами.The proposed design of the print head for 3D printing with high-temperature polymers (hereinafter referred to as the print head) is illustrated by the following figures.

Фиг. 1 – общий вид в перспективе печатающей головки при расположении проводов подключения к системе управления печатающей головкой в двух патрубках.Fig. 1 is a general view in perspective of the print head with the wires for connecting to the print head control system in two nozzles.

Фиг. 2 – разрез вида по фиг. 1 (без патрубков).Fig. 2 is a sectional view of FIG. 1 (without nozzles).

Фиг. 3 - вид в перспективе печатающей головки по фиг. 2, выполненный с пространственным разделением элементов.Fig. 3 is a perspective view of the printhead of FIG. 2, made with a spatial separation of elements.

Фиг. 4 – вид в перспективе корпуса жидкостного радиатора. Форма и взаимное расположение сквозных каналов в стенках корпуса показаны условно.Fig. 4 is a perspective view of a liquid cooler housing. The shape and mutual arrangement of the through channels in the walls of the case are shown conditionally.

Фиг. 5 – вид в перспективе крышки жидкостного радиатора со сквозными отверстиями для установки герметичных клемм. Fig. 5 is a perspective view of a liquid cooler cover with through holes for the installation of sealed terminals.

Фиг. 6 - вид в перспективе крышки жидкостного радиатора без сквозных отверстий. Fig. 6 is a perspective view of a liquid heat sink cover without through holes.

Изображенные на фиг. 5, 6 пазы, объединяющие в соответствии с фиг. 4 сквозные каналы в стенках корпуса в систему каналов для протекания охлаждающей жидкости, показаны как пример организации системы каналов и могут быть объединены иным образом, что зависит от технических требований, предъявляемых к конкретной модели печатающей головки.Shown in FIG. 5, 6, the grooves connecting in accordance with FIG. 4 through channels in the walls of the housing into a system of channels for the flow of coolant are shown as an example of the organization of a system of channels and can be combined in a different way, depending on the technical requirements for a particular model of the print head.

Фиг. 7 – вид в перспективе пластины-проставки с отверстиями для заглушек.Fig. 7 is a perspective view of a spacer plate with plug holes.

Фиг. 8 - вид в перспективе пластины-проставки без отверстий для заглушек.Fig. 8 is a perspective view of the spacer plate without plug holes.

Фиг. 9 – вид в перспективе пластины-проставки по фиг. 7 с установленными заглушками при расположении части проводов подключения к системе управления печатающей головкой в герметичной клемме, связанной с концом системы каналов жидкостного радиатора.Fig. 9 is a perspective view of the spacer plate of FIG. 7 with plugs installed, with part of the wires for connecting to the printhead control system in a sealed terminal connected to the end of the liquid cooler duct system.

Фиг. 10 – вид в перспективе фрагмента печатающей головки, выполненной с установкой всех проводов подключения к системе управления печатающей головкой в герметичной клемме, связанной с началом системы каналов жидкостного радиатора.Fig. 10 is a perspective view of a fragment of a print head made with all the wires connected to the print head control system installed in a sealed terminal connected to the beginning of the liquid radiator duct system.

Фиг. 11 - вид в перспективе фрагмента печатающей головки, выполненной с установкой части проводов подключения к системе управления печатающей головкой в герметичной клемме, связанной с концом системы каналов жидкостного радиатора.Fig. 11 is a perspective view of a detail of a printhead made with a portion of the printhead control wiring connected to a sealed terminal connected to the end of the fluid cooler duct system.

Фиг. 12 – вид в перспективе втулки герметичной клеммы с установленной контактной группой, состоящей из проводов подключения и тефлоновой трубки для филамента. Fig. 12 is a perspective view of a sealed terminal bushing with a contact group installed, consisting of connecting wires and a Teflon tube for the filament.

Фиг. 13 – вид в перспективе накидной гайки герметичной клеммыс присоединенным патрубком для подачи охлаждающей жидкости и установленной контактной группой, состоящей из проводов подключения и тефлоновой трубки для филамента. Fig. 13 is a perspective view of a sealed terminal union nut with an attached coolant connection and an installed contact group consisting of connection wires and a Teflon tube for the filament.

Фиг. 14 – вид в перспективе накидной гайки герметичной клеммы по фиг. 13 с разрезом по каналам для охлаждающей жидкости и по отверстию для провода подключения. Fig. 14 is a perspective view of the cap nut of the sealed terminal of FIG. 13 with a cut through the channels for the coolant and through the hole for the connection wire.

Количество проводов подключения и каналов для охлаждающей жидкости, изображенных на фиг. 10 – 14, а также их взаимное расположение показано условно и зависит от технических требований, предъявляемых к конкретной модели печатающей головки.The number of connection wires and channels for the coolant shown in Fig. 10 - 14, as well as their relative position is shown conditionally and depends on the technical requirements for a particular printhead model.

Печатающая головка образована из узла нагрева филамента и подающего к нему филамент узла подачи. Филамент продвигается по тефлоновой трубке.The print head is formed from a filament heating unit and a supply unit feeding the filament to it. The filament moves along the Teflon tube.

Узел нагрева филамента (фиг. 2, 3) содержит высокотемпературный нагревательный блок 1 передающий тепло к экструдеру 2 с соплом, и термобарьер 3. Для обеспечения лучшей теплопередачи в качестве материала нагревательного блока предпочтительнее использовать медь.The filament heating unit (Fig. 2, 3) contains a high-temperature heating block 1 that transfers heat to the extruder 2 with a nozzle, and a thermal barrier 3. To ensure better heat transfer, it is preferable to use copper as the material of the heating block.

Узел подачи филамента (фиг. 2, 3) состоит из шагового двигателя 4 типа Nema 17 и собственно механизма 5 подачи филамента, в качестве которого использован широко применяемый стандартный механизм, работа которого основана на протягивании зажатого между двумя вращающимися шестернями филамента в нагревательный блок и далее в экструдер с соплом.The filament supply unit (Fig. 2, 3) consists of a stepper motor 4 of the Nema 17 type and the actual filament supply mechanism 5, which is used as a widely used standard mechanism, the operation of which is based on pulling the filament clamped between two rotating gears into the heating block and further into an extruder with a nozzle.

Для отвода избыточного тепла от сопла экструдера 2, а также от нагретой герметичной рабочей камеры (на фигурах не показано), в которую устанавливают печатающую головку при печати высокотемпературными полимерами, последняя снабжена жидкостным радиатором 6 (фиг. 2 – 9).To remove excess heat from the extruder nozzle 2, as well as from the heated sealed working chamber (not shown in the figures), in which the print head is installed when printing with high-temperature polymers, the latter is equipped with a liquid radiator 6 (Fig. 2 - 9).

1-Жидкостный радиатор 6 выполнен в виде короба, образованного из корпуса 7 (фиг. 4) с прямоугольным сечением, закрытого с торцов крышками 8 (фиг. 5) и 9 (фиг. 6). Между корпусом 7 и крышкой 8 установлена пластина- проставка 10 (фиг. 7, 9), а между корпусом 7 и крышкой 9 – пластина-проставка 11 (фиг. 8). Для надежного соединения указанных элементов использованы винты 12, например, винты DIN 912, для установки которых в корпусе, крышках и пластинах-проставках выполнены отверстия 16. 1-Liquid radiator 6 is made in the form of a box formed from a housing 7 (Fig. 4) with a rectangular cross section, closed at the ends with covers 8 (Fig. 5) and 9 (Fig. 6). A spacer plate 10 is installed between body 7 and cover 8 (Fig. 7, 9), and between body 7 and cover 9 there is a spacer plate 11 (Fig. 8). For reliable connection of these elements, screws 12 are used, for example, DIN 912 screws, for installation of which holes 16 are made in the body, covers and spacer plates.

Для протекания охлаждающей жидкости, в качестве которой может выступать вода, в жидкостном радиаторе 6 организована система каналов.For the flow of the coolant, which can be water, a system of channels is organized in the liquid radiator 6.

С этой целью в корпусе 7 выполнены сквозные каналы 13, а в крышках 8, 9 – пазы 14, при этом пластины–проставки 10, 11 содержат сквозные вырезы 15 профиля, соответствующего профилю сквозных каналов 13 корпуса 7. For this purpose, through channels 13 are made in the body 7, and grooves 14 are made in the covers 8, 9, while the spacer plates 10, 11 contain through cutouts 15 of the profile corresponding to the profile of the through channels 13 of the body 7.

Кроме этого, для подачи и отвода охлаждающей жидкости в крышке 8 (фиг. 5) выполнены два сквозных отверстия 17 и 18, причем отверстие 17 соединено пазом 19 с одним из пазов 14 для организации начала системы каналов, а отверстие 18 соединено пазом 20 с другим пазом 14 для организации конца системы каналов.In addition, two through holes 17 and 18 are made in the cover 8 (Fig. 5) to supply and drain the coolant, and the hole 17 is connected by a groove 19 to one of the grooves 14 to organize the beginning of the channel system, and the hole 18 is connected by a groove 20 to another groove 14 to organize the end of the channel system.

Каждый из пазов 14 в крышках 8 и 9, кроме пазов, соединенных с пазом 19 или 20 в крышке 8, объединяет сквозные каналы 13 в корпусе 7 попарно, при этом пазы 14 в крышке 9 объединяют сквозные каналы 13 со смещением относительно противолежащим им пазам 14 в крышке 8.Each of the grooves 14 in the covers 8 and 9, except for the grooves connected to the groove 19 or 20 in the cover 8, combines the through channels 13 in the housing 7 in pairs, while the grooves 14 in the cover 9 combine the through channels 13 with an offset relative to the opposite grooves 14 in lid 8.

Прилегающие к крышкам 8, 9 соответственно пластины-проставки 10, 11, имеющие сквозные вырезы 15 по периметру, завершают образование каналов для протекания охлаждающей жидкости.The spacer plates 10, 11 adjacent to the covers 8, 9, respectively, having through cutouts 15 around the perimeter, complete the formation of channels for the flow of coolant.

Тем самым обеспечивается последовательное перетекание охлаждающей жидкости из одного канала 13 в другой в корпусе 7 через пазы 14 в крышках, при этом охлаждаются не только стенки корпуса 7, но и крышки 8, 9. This ensures the sequential flow of the coolant from one channel 13 to another in the housing 7 through the grooves 14 in the covers, while not only the walls of the housing 7 are cooled, but also the covers 8, 9.

Для эффективного теплообмена жидкостный радиатор 6 выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например, из алюминия. Пластина-проставка может быть выполнена как из алюминия, так из монолитной резины или любого другого материала, исключающего при эксплуатации деформацию, ведущую к просачиванию охлаждающей жидкости. For efficient heat transfer, the liquid radiator 6 is made of a material with high thermal conductivity, such as aluminum. The spacer plate can be made of either aluminum or solid rubber or any other material that excludes deformation during operation, leading to leakage of coolant.

Соединение корпуса 7 с крышками 8, 9 и пластинами-проставками 10, 11 винтами 12 создает прочную и надежную конструкцию, исключающую просачивание охлаждающей жидкости за пределы системы каналов.The connection of the body 7 with covers 8, 9 and spacer plates 10, 11 with screws 12 creates a solid and reliable structure that prevents leakage of coolant outside the channel system.

Для выполнения в корпусе 7 сквозных каналов 13 толщина его стенок не должна быть менее 4 мм.To perform in the housing 7 through channels 13, the thickness of its walls should not be less than 4 mm.

Глубина пазов 14, 19 и 20 в крышках составляет не менее 1,5 мм для беспрепятственного протекания охлаждающей жидкости.The depth of the grooves 14, 19 and 20 in the covers is at least 1.5 mm for the unobstructed flow of the coolant.

Следует отметить, что описанная система каналов не является единственно возможной. Форма и взаимное расположение сквозных каналов 13 в стенках корпуса 7 и пазов 14 в крышках 8, 9 могут быть иными, наилучшим образом соответствующими надежности эксплуатации конкретной модели печатающей головки.It should be noted that the described channel system is not the only possible one. The shape and mutual arrangement of the through channels 13 in the walls of the housing 7 and the grooves 14 in the covers 8, 9 may be different, best suited to the reliability of operation of a particular model of the print head.

В сквозных отверстиях 17 и 18 крышки 8 установлены неподвижно герметичные клеммы 24, не выходящие в пределы соответственно пазов 19 и 20, чтобы не препятствовать потоку охлаждающей жидкости (фиг. 1 - 3, 10, 11). К герметичным клеммам 24 присоединены патрубки 25, предпочтительно, силиконовые (фиг. 1, 10, 11).In the through holes 17 and 18 of the cover 8, fixedly sealed terminals 24 are installed, which do not protrude within the limits of the grooves 19 and 20, respectively, so as not to impede the flow of the coolant (Fig. 1 - 3, 10, 11). Branch pipes 25, preferably silicone ones, are attached to the sealed terminals 24 (Fig. 1, 10, 11).

Механизм 5 подачи филамента и шаговый двигатель 4 размещены внутри жидкостного радиатора 6 (фиг. 2, 3). Это надежно защищает их от перегрева и связанного с ним износа, обеспечивает бесперебойную эксплуатацию всего узла подачи филамента в течение длительного времени в условиях высоких температур, тем самым повышая надежность работы печатающей головки.The filament feed mechanism 5 and the stepper motor 4 are placed inside the liquid radiator 6 (Fig. 2, 3). This reliably protects them from overheating and associated wear, ensures uninterrupted operation of the entire filament supply unit for a long time at high temperatures, thereby increasing the reliability of the print head.

Нагревательный блок 1 и экструдер 2 с соплом установлены с внешней нижней стороны жидкостного радиатора 6, при этом термобарьер 3 закреплен в стенке корпуса 7 для лучшей теплопередачи и отвода тепла от филамента до точки плавления его в нагревательном блоке 1.The heating block 1 and the extruder 2 with a nozzle are installed on the outer lower side of the liquid radiator 6, while the thermal barrier 3 is fixed in the wall of the housing 7 for better heat transfer and heat removal from the filament to its melting point in the heating block 1.

Поскольку узлы подачи и нагрева филамента расположены максимально близко друг к другу, то такое негативное явление как преждевременное расплавление филамента до зоны плавления исключено. Это повышает качество печатаемых изделий и надежность работы печатающей головки, нет необходимости остановки технологического процесса 3D-печати для охлаждения филамента и/или очистки сопла экструдера 2 от засора.Since the nodes for feeding and heating the filament are located as close as possible to each other, such a negative phenomenon as premature melting of the filament to the melting zone is excluded. This improves the quality of printed products and the reliability of the print head, there is no need to stop the 3D printing process to cool the filament and / or clean the extruder nozzle 2 from clogging.

Для обеспечения функционирования механических узлов подачи и нагрева филамента печатающая головка содержит провода 21 подключения к системе управления (фиг. 1, 10 – 14). To ensure the functioning of the mechanical units for feeding and heating the filament, the print head contains wires 21 for connecting to the control system (Fig. 1, 10 - 14).

Провода 21 подключения, а также тефлоновая трубка 22, по которой движется филамент 23, заведены внутрь жидкостного радиатора 6 через герметичную клемму 24 (фиг. 10), установленную в сквозном отверстии 17 крышки 8, и предназначенную для осуществления подачи через нее охлаждающей жидкости в систему каналов. The connection wires 21, as well as the Teflon tube 22, along which the filament 23 moves, are led inside the liquid radiator 6 through a sealed terminal 24 (Fig. 10) installed in the through hole 17 of the cover 8, and designed to supply coolant through it to the system channels.

Ввиду того, что печатающая головка может иметь широкий диапазон габаритов, что зависит от размеров печатаемых изделий и предпочтений пользователей, то при маленьких габаритах печатающей головки и, соответственно, уменьшенных размерах герметичных клемм 24, часть проводов 21 подключения заходят в жидкостный радиатор 6 через герметичную клемму 24 (фиг. 11), установленную в сквозном отверстии 18 крышки 8 и предназначенную для отвода охлаждающей жидкости из системы каналов. Это вызвано тем, что в маленькой герметичной клемме сложно разместить все провода подключения.Due to the fact that the print head can have a wide range of dimensions, which depends on the size of the printed products and user preferences, then with small dimensions of the print head and, accordingly, reduced dimensions of the hermetic terminals 24, part of the connection wires 21 enter the liquid radiator 6 through the hermetic terminal 24 (Fig. 11), installed in the through hole 18 of the cover 8 and designed to drain the coolant from the channel system. This is due to the fact that it is difficult to place all the connection wires in a small sealed terminal.

Герметичная клемма 24 (фиг. 10, 11) выполнена разъемной и включает в себя втулку 26 (фиг. 12) с наружной резьбой на части поверхности и присоединенную к втулке 26 накидную гайку 27 (фиг. 13, 14). В накидной гайке 27 установлен прижимной фланец 28, часть которого выступает за пределы накидной гайки 27 для возможности присоединения патрубка 25.Sealed terminal 24 (Fig. 10, 11) is detachable and includes a sleeve 26 (Fig. 12) with an external thread on part of the surface and a union nut 27 attached to the sleeve 26 (Fig. 13, 14). A clamping flange 28 is installed in the union nut 27, part of which protrudes beyond the limits of the union nut 27 for the possibility of connecting the branch pipe 25.

В торце втулки 26 и примыкающем к нему торце прижимного фланца 28 расположена канавка 29, в которую вставлен кольцевой уплотнитель 30 из прочного упругого материала, например, резины, не допускающий протечки охлаждающей жидкости через стык торцов втулки и прижимного фланца. In the end of the sleeve 26 and the end of the clamping flange 28 adjacent to it, there is a groove 29, into which an O-ring 30 is inserted from a durable elastic material, for example, rubber, which prevents leakage of coolant through the junction of the ends of the sleeve and the clamping flange.

В прижимном фланце 28 и во втулке 26 смонтирован держатель 31. В каждом держателе 31 выполнены отверстия для размещения проводов 21 подключения, отверстие для установки тефлоновой трубки 22, а также каналы 32 для прохождения охлаждающей жидкости. Держатели 31 прилегают друг к другу с совпадением расположения отверстий и каналов.A holder 31 is mounted in the clamping flange 28 and in the sleeve 26. Each holder 31 has holes for accommodating connection wires 21, a hole for installing a Teflon tube 22, and channels 32 for the passage of coolant. The holders 31 are adjacent to each other with the coincidence of the arrangement of holes and channels.

Каждый держатель 31 в герметичной клемме 24 поджат уплотнителем 33, имеющем конструкцию, аналогичную держателю 31, и установленным с совпадением расположения отверстий и каналов держателя 31. Уплотнитель 33 выполнен из прочного упругого материала, например, из резины, он плотно охватывает проходящие через него провода 21 подключения и тефлоновую трубку 22, не допуская протечки охлаждающей жидкости.Each holder 31 in the sealed terminal 24 is pressed with a seal 33, which has a design similar to the holder 31 and is installed with the coincidence of the location of the holes and channels of the holder 31. The seal 33 is made of a durable elastic material, for example, rubber, it tightly covers the wires 21 passing through it connections and Teflon tube 22, preventing leakage of coolant.

Выполнение герметичной клеммы 24 разъемной значительно облегчает обслуживание печатающей головки. The implementation of a sealed terminal 24 detachable greatly facilitates the maintenance of the print head.

Тефлоновая трубка 22 и провода 21 разделены на внутренний и внешний участки и образуют две контактные группы. Контактная группа внутреннего участка зафиксирована в держателе 31, установленном во втулке 26. Контактная группа внешнего участка зафиксирована в держателе 31, установленном в прижимном фланце 28.Teflon tube 22 and wires 21 are divided into inner and outer sections and form two contact groups. The contact group of the inner section is fixed in the holder 31 installed in the sleeve 26. The contact group of the outer section is fixed in the holder 31 installed in the clamping flange 28.

Каждый из проводов 21 подключения контактной группы внешнего участка соединен со штыревым контактом 34, который монтируется в отверстии для этого провода в держателе 31, установленном в прижимном фланце 28.Each of the wires 21 for connecting the contact group of the outer section is connected to a pin contact 34, which is mounted in the hole for this wire in the holder 31 installed in the clamping flange 28.

Каждый из проводов 21 подключения контактной группы внутреннего участка соединен с гнездовым контактом 35, который монтируется в отверстии для этого провода в держателе 31, установленном во втулке 26.Each of the wires 21 for connecting the contact group of the inner section is connected to the socket contact 35, which is mounted in the hole for this wire in the holder 31 installed in the sleeve 26.

Совпадение в герметичной клемме 24 расположения отверстий и каналов соответствующего назначения (отверстие для тефлоновой трубки 22, отверстия для размещения проводов 21 подключения, каналы 32 для охлаждающей жидкости) при соединении двух контактных групп обеспечивает установка штыревых контактов 34 в гнездовые контакты 35.The coincidence in the sealed terminal 24 of the location of holes and channels of the corresponding purpose (hole for Teflon tube 22, holes for accommodating wires 21 connections, channels 32 for coolant) when connecting two contact groups, ensures the installation of pin contacts 34 in socket contacts 35.

При завинчивании накидной гайки 27 соединение в герметичной клемме 24 двух контактных групп становится плотным и надежным. When screwing the union nut 27, the connection in the sealed terminal 24 of the two contact groups becomes tight and reliable.

Как указывалось выше, в герметичной клемме маленьких размеров сложно разместить все провода подключения. Тогда часть проводов 21 подключения заходят в жидкостный радиатор 6 через герметичную клемму 24 (фиг. 11), установленную в сквозном отверстии 18 крышки 8 и предназначенную для отвода охлаждающей жидкости из системы каналов. Контактные группы внешнего и внутреннего участка в этом случае будут состоять только из проводов 21 подключения, а отверстие для тефлоновой трубки 22 может использоваться либо наряду с каналами 32 для отвода охлаждающей жидкости, либо может быть закрыто.As mentioned above, it is difficult to accommodate all the connection wires in a sealed terminal of small dimensions. Then part of the connection wires 21 enter the liquid radiator 6 through a sealed terminal 24 (Fig. 11) installed in the through hole 18 of the cover 8 and designed to drain the coolant from the channel system. The contact groups of the outer and inner sections in this case will consist only of the connection wires 21, and the hole for the Teflon tube 22 can be used either along with the channels 32 for draining the coolant, or can be closed.

При монтаже всех проводов 21 и тефлоновой трубки 22 в одной герметичной клемме 24, связанной с подачей охлаждающей жидкости в радиатор 6, в другой герметичной клемме, связанной с отводом охлаждающей жидкости, нет необходимости в держателе 31 и уплотнителе 33, смонтированных во втулке 26, и они могут отсутствовать.When mounting all wires 21 and Teflon tube 22 in one hermetic terminal 24, associated with the supply of coolant to the radiator 6, in another sealed terminal, associated with the removal of coolant, there is no need for holder 31 and seal 33 mounted in sleeve 26, and they may be missing.

В пластине-проставке 10 напротив каждой герметичной клеммы выполнено сквозное отверстие 36 (фиг. 7), в которое вставлена заглушка из прочного упругого материала, например, из резины для исключения попадания охлаждающей жидкости внутрь жидкостного радиатора 6. In the spacer plate 10, opposite each sealed terminal, a through hole 36 is made (Fig. 7), into which a plug is inserted from a durable elastic material, for example, rubber to prevent coolant from entering the liquid radiator 6.

Для прохода проводов 21 подключения и тефлоновой трубки 22 внутрь жидкостного радиатора 6 заглушка 37 (фиг. 9) содержит отверстия, соответствующие по количеству и расположению проходящим через нее элементам контактной группы.For the passage of the connection wires 21 and the Teflon tube 22 inside the liquid radiator 6, the plug 37 (Fig. 9) contains holes corresponding in number and location to the elements of the contact group passing through it.

При монтаже всех проводов 21 и тефлоновой трубки 22 в одной герметичной клемме 24, связанной с подачей охлаждающей жидкости в радиатор 6, заглушка 37 напротив герметичной клеммы 24, связанной с отводом охлаждающей жидкости, выполнена без отверстий (на фиг. не показано).When installing all wires 21 and Teflon tube 22 in one hermetic terminal 24, associated with the supply of coolant to the radiator 6, the plug 37 opposite the sealed terminal 24, associated with the removal of the coolant, is made without holes (not shown in Fig.).

Заглушка 37 из прочного упругого материала плотно прилегает к пластине-проставке 10 и плотно охватывает проходящие через нее провода 21 подключения, тефлоновую трубку 22, не допуская протечки охлаждающей жидкости внутрь жидкостного радиатора 6.The plug 37 made of a durable elastic material fits snugly against the spacer plate 10 and tightly covers the connection wires 21 passing through it, the Teflon tube 22, preventing the coolant from leaking into the liquid radiator 6.

Таким образом, провода 21 подключения и филамент 23, продвигающийся по тефлоновой трубке 22, защищены от перегрева при прохождении через герметичную рабочую камеру с высокой температурой, благодаря размещению их в патрубке 25, через который в жидкостный радиатор 6 подается охлаждающая жидкость.Thus, the connection wires 21 and the filament 23 moving along the Teflon tube 22 are protected from overheating when passing through a sealed working chamber with a high temperature, due to their placement in the pipe 25, through which coolant is supplied to the liquid radiator 6.

Размещение части проводов 21 подключения в патрубке для отвода охлаждающей жидкости не оказывает негативного воздействия на них, т.к. благодаря эффективной системе отвода избыточного тепла через систему каналов в жидкостном радиаторе 6, разница температур охлаждающей жидкости в патрубке для подвода и патрубке для отвода жидкости незначительна.The placement of part of the connection wires 21 in the pipe for draining the coolant does not adversely affect them, because due to an efficient system for removing excess heat through a system of channels in the liquid radiator 6, the temperature difference between the coolant in the inlet pipe and the liquid outlet pipe is negligible.

Размещение проводов 21 подключения в патрубке вместе с охлаждающей жидкостью безопасно, т.к. неотъемлемой частью проводов, используемых в технике, является изоляция, часто дополненная защитной оболочкой.Placing wires 21 connections in the pipe together with the coolant is safe, because. an integral part of the wires used in technology is insulation, often supplemented by a protective sheath.

Предлагаемая конструкция печатающей головки обладает повышенной надежностью работы за счет:The proposed design of the print head has increased reliability due to:

- эффективной системы отвода избыточного тепла, поступаемого от нагревательного блока и герметичной рабочей камеры с высокой температурой, через систему каналов в жидкостном радиаторе 6;- an effective system for removing excess heat coming from the heating unit and the sealed working chamber with high temperature through a system of channels in the liquid radiator 6;

- размещения узла подачи филамента, соответственно и части проводов подключения к системе управления печатающей головкой и филамента, внутри жидкостного радиатора;- placement of the filament supply unit, respectively, and part of the wires for connecting to the print head control system and the filament, inside the liquid radiator;

- расположения узла подачи и нагрева филамента максимально близко друг к другу;- location of the filament supply and heating unit as close as possible to each other;

- размещения проводов подключения и филамента в патрубке с охлаждающей жидкостью;- placement of connection wires and filament in the pipe with coolant;

- конструкции герметичной клеммы, не только облегчающей обслуживание печатающей головки благодаря выполнению ее разъемной, но и обеспечивающей надежное беспрепятственное циркулирование охлаждающей жидкости, надежное беспрепятственное продвижение филамента по тефлоновой трубке, а также быстрое и безопасное подключение печатающей головки к системе управления.- the design of a sealed terminal, which not only facilitates the maintenance of the print head due to its detachable design, but also provides reliable unhindered circulation of the coolant, reliable unhindered movement of the filament along the Teflon tube, as well as quick and safe connection of the print head to the control system.

Эффективная система охлаждения повышает износоустойчивость механических узлов печатающей головки, надежно защищает филамент от преждевременного расплавления до зоны плавления. Это позволяет значительно расширить в сторону увеличения диапазон температуры для плавления термопласта, используя, в том числе, такие высокотемпературные полимеры как PEEK и различные комбинации на его основе, а также увеличить время непрерывной 3D-печати при высоких температурах и обеспечить высокое качество печатаемых изделий.An effective cooling system increases the wear resistance of the mechanical components of the print head, reliably protects the filament from premature melting to the melting zone. This makes it possible to significantly expand the temperature range for thermoplastic melting upwards, using, among other things, high-temperature polymers such as PEEK and various combinations based on it, as well as increase the time of continuous 3D printing at high temperatures and ensure high quality of printed products.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device works as follows.

Печатающая головка закрепляется на трехкоординатном исполнительном механизме перемещения 3D-принтера (на фиг. не показано). Филамент 23, продвигающийся по тефлоновой трубке 22, размещенной в патрубке 25, подается через герметичную клемму 24 к механизму 5 подачи филамента, размещенному внутри жидкостного радиатора 6, и далее в нагревательный блок 1 и сопло экструдера 2. После выхода из сопла расплавленный филамент 23 послойно наносится на рабочий стол, установленный в герметичной рабочей камере (на фиг. не показано), для печати изделия. The print head is fixed on the three-coordinate actuator for moving the 3D printer (not shown in the figure). The filament 23, moving along the Teflon tube 22, placed in the nozzle 25, is fed through the sealed terminal 24 to the filament supply mechanism 5, located inside the liquid radiator 6, and then to the heating block 1 and the extruder nozzle 2. After leaving the nozzle, the molten filament 23 is layered is applied to a desktop installed in a sealed working chamber (not shown in the figure) to print the product.

Избыточное тепло, возникающее в процессе 3D-печати, отводится охлаждающей жидкостью, циркулирующей в системе каналов жидкостного радиатора 6. Циркуляцию охлаждающей жидкости обеспечивает насос (на фиг. не показано). Excess heat generated during the 3D printing process is removed by the coolant circulating in the channel system of the liquid radiator 6. The coolant is circulated by a pump (not shown in the figure).

Охлаждающая жидкость поступает в жидкостный радиатор 6 через патрубок 25 подачи, подсоединенный к герметичной клемме 24. Через каналы 32 в держателе 31 и уплотнителе 33 охлаждающая жидкость перетекает в канал в крышке 8, образованный пазом 19, соединенным с одним из пазов 14, и пластиной-проставкой 10. Оттуда охлаждающая жидкость поступает в канал 13 в корпусе 7 и далее последовательно перетекает из одного канала 13 в другой в корпусе 7 через пазы 14 в крышках. После прохождения по всем каналам 13 охлаждающая жидкость поступает в канал в крышке 8, образованный пазом 20, соединенным с одним из пазов 14, и пластиной-проставкой 10, откуда перетекает по каналам 32 в держателе 31 и уплотнителе 33 герметичной клеммы 24, к которой присоединен патрубок для отвода охлаждающей жидкости. The coolant enters the liquid radiator 6 through the supply pipe 25 connected to the sealed terminal 24. Through the channels 32 in the holder 31 and the seal 33, the coolant flows into the channel in the cover 8, formed by a groove 19 connected to one of the grooves 14, and a plate - spacer 10. From there, the coolant enters the channel 13 in the housing 7 and then sequentially flows from one channel 13 to another in the housing 7 through the grooves 14 in the covers. After passing through all channels 13, the coolant enters the channel in the cover 8, formed by a groove 20 connected to one of the grooves 14, and a spacer plate 10, from where it flows through the channels 32 in the holder 31 and the seal 33 of the sealed terminal 24, to which it is connected coolant outlet pipe.

После завершения одного цикла охлаждения жидкость охлаждается чиллером (на фиг. не показано) и далее цикл повторяется на протяжении всего времени 3D-печати.After one cooling cycle is completed, the liquid is cooled by a chiller (not shown in the figure) and then the cycle is repeated throughout the entire 3D printing time.

Печатающая головка для 3D-печати высокотемпературными полимерами обеспечивает стабильную работу в условиях высокой, до 300°С и выше, температуры внутри герметичной рабочей камеры и продолжительного времени непрерывной 3D-печати.The printhead for 3D printing with high-temperature polymers ensures stable operation at high temperatures, up to 300°C and above, inside the sealed working chamber and a long time of continuous 3D printing.

Claims (1)

Печатающая головка для 3D-печати высокотемпературными полимерами, содержащая экструдер с нагревательным блоком, термобарьер, механизм подачи филамента, жидкостный радиатор, через который к соплу экструдера продвигается филамент по тефлоновой трубке, провода подключения к системе управления печатающей головкой, при этом нагревательный блок и экструдер с соплом установлены с внешней нижней стороны жидкостного радиатора, отличающаяся тем, что жидкостный радиатор изготовлен из материала с высокой теплопроводностью и имеет вид короба, образованного из корпуса прямоугольного сечения с толщиной стенок не менее 4 мм, закрытого с торцов крышками, каждая из которых присоединена винтами к корпусу радиатора через пластину-проставку, при этом в жидкостном радиаторе выполнена система каналов для охлаждающей жидкости, сформированная из сквозных каналов в стенках корпуса, соединенных между собой посредством пазов глубиной не менее 1,5 мм в крышках, а пластина-проставка содержит сквозные вырезы профиля, соответствующего профилю каналов корпуса, вместе с тем в одной из крышек жидкостного радиатора выполнены два сквозных отверстия, каждое из которых соединено пазом глубиной не менее 1,5 мм с системой каналов жидкостного радиатора, а именно, одно отверстие - с ее началом, а другое - с концом, притом в каждом сквозном отверстии крышки смонтирована герметичная клемма, к которой присоединен патрубок, соответственно, к одной герметичной клемме - патрубок для подачи охлаждающей жидкости, а к другой - для ее отвода, к тому же внутри жидкостного радиатора размещен механизм подачи филамента, и проходят провода подключения к системе управления печатающей головкой, одновременно герметичная клемма включает в себя втулку с наружной резьбой на части поверхности и соединенную с ней накидную гайку, в которой установлен выступающий наружу прижимной фланец, торцевой частью контактирующий с торцом втулки, вместе с этим в торцах втулки и прижимного фланца расположена канавка, куда вставлен кольцевой уплотнитель, в то же время втулка помещена неподвижно в сквозное отверстие крышки и не выходит в пределы паза, соединяющего это отверстие с системой каналов, кроме того, в прижимном фланце и во втулке герметичной клеммы, связанной с началом системы каналов жидкостного радиатора, размещен держатель с отверстиями для тефлоновой трубки и проводов подключения, содержащий каналы для охлаждающей жидкости, причем держатели прилегают друг к другу с совпадением расположения отверстий и каналов, при этом держатель в прижимном фланце снабжен штыревыми контактами проводов подключения, а держатель во втулке - гнездовыми контактами, наряду с этим каждый держатель поджат уплотнителем с отверстиями и каналами, расположенными соответственно отверстиям и каналам держателя, тем временем тефлоновая трубка, а также провода подключения к системе управления печатающей головкой разделены на внутренний и внешний участки, образуя при этом контактные группы, каждая из которых зафиксирована в держателе, установленном соответственно для внутреннего участка во втулке герметичной клеммы, а для внешнего участка - в ее прижимном фланце, причем контактная группа объединяет в себе часть проводов подключения, а в патрубке для подвода охлаждающей жидкости размещена контактная группа, состоящая из тефлоновой трубки и части проводов подключения, также в пластине-проставке напротив каждой герметичной клеммы выполнено сквозное отверстие, в которое вставлена заглушка, при этом заглушка, установленная напротив герметичной клеммы, соединенной с патрубком для подвода охлаждающей жидкости, содержит отверстия, соответствующие по количеству и расположению проходящим через заглушку элементам контактной группы, в то же время уплотнитель держателя и кольцевой уплотнитель в герметичной клемме, а также заглушка в пластине-проставке выполнены из прочного упругого материала, исключающего протекание охлаждающей жидкости через стыки с прилегающими элементами конструкции.A print head for 3D printing with high-temperature polymers, containing an extruder with a heating block, a thermal barrier, a filament feed mechanism, a liquid radiator through which the filament moves along a Teflon tube to the extruder nozzle, wires for connecting to the print head control system, while the heating block and extruder with nozzle installed on the outer lower side of the liquid radiator, characterized in that the liquid radiator is made of a material with high thermal conductivity and has the form of a box formed from a rectangular body with a wall thickness of at least 4 mm, closed at the ends with caps, each of which is attached with screws to the radiator housing through the spacer plate, while the liquid radiator has a system of channels for the coolant, formed from through channels in the housing walls, interconnected by means of grooves with a depth of at least 1.5 mm in the covers, and the spacer plate contains through cutouts for at the same time, two through holes are made in one of the covers of the liquid radiator, each of which is connected by a groove with a depth of at least 1.5 mm to the system of channels of the liquid radiator, namely, one hole - with its beginning, and the other - with an end, moreover, a sealed terminal is mounted in each through hole of the cover, to which a branch pipe is connected, respectively, to one sealed terminal - a branch pipe for supplying coolant, and to the other - for its removal, in addition, a feed mechanism is located inside the liquid radiator filament, and the wires for connecting to the printhead control system pass, at the same time the sealed terminal includes a bushing with an external thread on a part of the surface and a union nut connected to it, in which a protruding clamping flange is installed, the end part in contact with the end face of the bushing, along with this at the ends of the sleeve and the clamping flange there is a groove where the annular seal, at the same time, the sleeve is placed motionlessly in the through hole of the cover and does not extend beyond the groove connecting this hole with the channel system, in addition, a holder with holes for the Teflon tube and connection wires, containing channels for the coolant, and the holders are adjacent to each other with the coincidence of the location of the holes and channels, while the holder in the clamping flange is equipped with pin contacts for the connection wires, and the holder in the sleeve is equipped with socket contacts, along with this each holder is pressed with a seal with holes and channels located corresponding to the holes and channels of the holder, meanwhile the Teflon tube, as well as the wires for connecting to the print head control system, are divided into internal and external sections, forming contact groups, each of which is fixed in the holder, wearily respectively for the inner section in the sleeve of the sealed terminal, and for the outer section - in its clamping flange, and the contact group combines part of the connection wires, and in the branch pipe for supplying coolant there is a contact group consisting of a Teflon tube and part of the connection wires, also, in the spacer plate opposite each sealed terminal, a through hole is made into which a plug is inserted, while the plug installed opposite the sealed terminal connected to the coolant supply pipe contains holes corresponding in number and location to the elements of the contact group passing through the plug, at the same time, the holder seal and the ring seal in the hermetic terminal, as well as the plug in the spacer plate, are made of a durable elastic material, which prevents the coolant from flowing through the joints with adjacent structural elements.
RU2021127454U 2021-09-18 2021-09-18 PRINTHEAD FOR 3D PRINTING WITH HIGH-TEMPERATURE POLYMERS RU210235U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021127454U RU210235U1 (en) 2021-09-18 2021-09-18 PRINTHEAD FOR 3D PRINTING WITH HIGH-TEMPERATURE POLYMERS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021127454U RU210235U1 (en) 2021-09-18 2021-09-18 PRINTHEAD FOR 3D PRINTING WITH HIGH-TEMPERATURE POLYMERS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU210235U1 true RU210235U1 (en) 2022-04-01

Family

ID=81076536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021127454U RU210235U1 (en) 2021-09-18 2021-09-18 PRINTHEAD FOR 3D PRINTING WITH HIGH-TEMPERATURE POLYMERS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU210235U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206937987U (en) * 2017-07-31 2018-01-30 西安华予电子科技有限公司 It is a kind of from spacing 3D printing head
CN107856294A (en) * 2017-12-21 2018-03-30 海安科皓纺织有限公司 The 3D printer of nozzle component and the application component
RU189218U1 (en) * 2019-01-28 2019-05-16 Общество С Ограниченной Ответственностью "Волтехно" PRINTING UNIT FOR 3D PRINTING BY HIGH-TEMPERATURE POLYMERS BY FDM TECHNOLOGY
RU203882U1 (en) * 2020-12-16 2021-04-26 Антон Дмитриевич Куракин EXTRUDER

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206937987U (en) * 2017-07-31 2018-01-30 西安华予电子科技有限公司 It is a kind of from spacing 3D printing head
CN107856294A (en) * 2017-12-21 2018-03-30 海安科皓纺织有限公司 The 3D printer of nozzle component and the application component
RU189218U1 (en) * 2019-01-28 2019-05-16 Общество С Ограниченной Ответственностью "Волтехно" PRINTING UNIT FOR 3D PRINTING BY HIGH-TEMPERATURE POLYMERS BY FDM TECHNOLOGY
RU203882U1 (en) * 2020-12-16 2021-04-26 Антон Дмитриевич Куракин EXTRUDER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2367647C (en) Hot runner nozzle
US20080136066A1 (en) Apparatus and method for inductive heating a workpiece using an interposed thermal insulating layer
WO2009084762A1 (en) Apparatus for quick heating and cooling a injection mold and method of controlling temperature of the injection mold
US6486445B1 (en) Vacuum cast ceramic fiber insulated band having heating and cooling elements
CN1835835A (en) Heatable tool
CN105313335A (en) Nozzle device of 3D printer
RU210235U1 (en) PRINTHEAD FOR 3D PRINTING WITH HIGH-TEMPERATURE POLYMERS
JPS60105516A (en) Heating path tool for supplying injection molding die with molten plastic
RU203882U1 (en) EXTRUDER
JP2021526470A (en) Plastic cylinder of plastic extruder or injection molding machine
US5645867A (en) Heated distribution manifold
KR101713214B1 (en) Temperature regulating system of extruder screw
JP7189222B2 (en) Injection device
CN209971504U (en) Bottle blowing mold
JP7375187B2 (en) Short range and efficient liquid cooled dispenser
PL229370B1 (en) 3D printer head
CN212072878U (en) Plastic extruder for preparing cable sheath
KR20110082890A (en) Metallic nozzle with built-in heaters for manufacturing metal plate
CN105150542A (en) Extrusion spray-head structure of FDM (Fused Deposition Modeling) 3D printer
RU208684U1 (en) FDM Printing Extruder
CN214027157U (en) Modified plastic extruder with water-cooling temperature control unit
CN218576942U (en) Temperature control device for production of thermal forming pipeline
CN111730039B (en) Universal and efficient melting cup temperature regulating and controlling device and regulating and controlling method thereof
CN212976677U (en) General and efficient melting cup temperature regulating and controlling device
RU215588U1 (en) GRANULAR EXTRUDER FOR MANUFACTURING 3D PRINTED PRODUCTS