УЗЕЛ ПЕЧАТАЮЩЕЙ ГОЛОВКИ ДЛЯ 3D-ПРИНТЕРА Российский патент 2024 года по МПК B41F17/00 

Изобретение относится к легкой промышленности, а именно к аддитивной технологии, т.е. печати на 3D-принтере методом послойного нанесения МПК B41F 17/00, B33Y 30/00.

Из существующего уровня техники известно о широком применений технологии 3D-печати методом послойного нанесения, многочисленных вариантах конструкции печатающих головок, в том числе описанных в патентах №RU 198857 U1 МПК E04G 21/16, B33Y 30/00, B41J 2/335, №RU 174069 U1 МПК B41J 2/00, №RU 189218 U1 МПК B41J 2/00, №RU 182393 U1 МПК B41F 17/00, №RU 181116 U1 МПК B41J 2/00, которые в целом характеризуют общую тенденцию развития и совершенствования технологии 3D-печати методом послойного нанесения, а так же указывают на то, что в указанной технологии преимущество отдается термопластичным полимерным соединениям.

Кроме того, широко применяется технология Binder Jetting, характеризующаяся тем, что осуществляется послойный избирательный впрыск связующего вещества в порошкообразную образующую массу для послойного склеивания.

Автору не удалось выявить в существующем уровне техники устройств позволяющих реализовать 3D-печать методом послойного нанесения с использованием растворов (дисперсных систем) полимеров, жидких мономеров и олигомеров, являющихся неньютоновскими жидкостями, проявляющими эффект Вайсенберга и имеющими различные варианты активации реакции полимеризации.

Автору также не удалось выявить в существующем уровне техники аналогов технологии Binder Jetting, позволяющих осуществлять непосредственную печать дисперсными системами, дисперсной фазой которых является порошкообразная масса, являющаяся главным компонентом, определяющим основные характеристики изделия, его предназначение и дальнейшие способы обработки, переработки и использования и дисперсной средой, являющейся неньютоновской жидкостью, проявляющей эффект Вайсенберга.

Автор предлагает конструкцию узла печатающей головки 3D-принтера позволяющую усовершенствовать существующую технологию 3D-печати методом послойного нанесения при использовании термопластичных полимеров используя на практике их реологические свойства в жидком агрегатном состоянии, а так же реализовать возможность печати с использованием растворов (дисперсных систем) полимеров, жидких мономеров и олигомеров, являющихся неньютоновскими жидкостями, проявляющими эффект Вайсенберга и имеющими различные варианты активации реакции полимеризации и осуществлять непосредственную печать дисперсными системами, дисперсной фазой которых является порошкообразная масса, являющаяся главным компонентом, определяющим основные характеристики изделия, его предназначение и дальнейшие способы обработки, переработки и использования и дисперсной средой, являющейся неньютоновской жидкостью, проявляющей эффект Вайсенберга, кроме того предлагаемая конструкция позволяет минимизировать дефекты печати вызванные необходимостью отката подачи термопластичного полимера ввиду наличия возможности прекращения подачи полимера в область печати, реализованную непосредственно в узле печатающей головки.

Изобретение основано на практическом использовании реологических свойств полимеров, а именно проявлении эффекта Вайсенберга в некоторых неньютоновских жидкостях.

Настоящее изобретение позволяет использовать реологические свойства полимеров как неньютоновских жидкостей для расширения возможностей 3D-печати.

Технический результат заключается в:

- Возможности практически мгновенного прекращения подачи полимера или дисперсной системы на его основе в область печати;

- Возможности более равномерного регулирования объема подачи полимера или дисперсной системы на его основе в область печати;

- Возможности печати жидкими растворами (дисперсными системами) полимеров, мономеров и/или олигомеров являющихся неньютоновскими жидкостями, проявляющими эффект Вайсенберга и имеющими различные варианты активации реакции полимеризации;

- Возможности печати дисперсными системами, дисперсная среда которых является неньютоновской жидкостью проявляющей эффект Вайсенберга, а дисперсная фаза порошкообразная масса являющаяся главным компонентом, определяющим основные характеристики изделия, его предназначение и дальнейшие способы обработки, переработки и использования;

- Возможность печати биологическими материалами с минимизацией их повреждения и деформации, при условии, что дисперсная среда является неньютоновской жидкостью, проявляющей эффект Вайсенберга.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Признаки и преимущества настоящего изобретения лучше всего понятны при прочтении последующего описания неограничивающего варианта осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение принципиальной схемы узла печатающей головки для 3D-принтера, с удаленными для большей ясности деталями, а так же отсутствующими элементами очевидных деталей 3D-принтера и элементов технологического процесса послойной 3D-печати в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение принципиальной схемы узла печатающей головки для 3D-принтера, с удаленными для большей ясности деталями, а так же отсутствующими элементами очевидных деталей 3D-принтера и элементов технологического процесса послойной 3D-печати в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение принципиальной схемы узла печатающей головки для 3D-принтера, с удаленными для большей ясности деталями, а так же отсутствующими элементами очевидных деталей 3D-принтера и элементов технологического процесса послойной 3D-печати в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение принципиальной схемы узла печатающей головки для 3D-принтера, с удаленными для большей ясности деталями, а так же отсутствующими элементами очевидных деталей 3D-принтера и элементов технологического процесса послойной 3D-печати в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Узел печатающей головки для 3D-принтера (Фиг. 1), предназначенный для переноса печатающего материала методом послойного нанесения непосредственно в плоскость печати, использующий для печати полимеры и полимерные материалы, а так же дисперсные системы, являющиеся в жидком агрегатном состоянии неньютоновскими жидкостями, проявляющими эффект Вайсенберга.

Узел представляет из себя полую трубку 12, на тыльной стороне трубки имеется съемная заглушка 9, предназначенная для обеспечения невозможности обратного хода печатающего материала, в центре которой имеется сквозное отверстие для вала электродвигателя 3. Другая сторона трубки 12, расположенная непосредственно перед плоскостью печати, имеет выходное отверстие, имеющее возможность изменения диаметра путем смены соосно расположенной насадки 8, имеющей непосредственное крепление к трубке. Для подачи материала в полость трубки она оснащена трубчатым полым ответвлением 2, предназначенным для подачи печатающего материала в полость трубки, образующие с трубкой единую технологическую полость. При этом трубка 12 и трубчатое ответвление 2 могут опционально предусматривать наличие независимых нагревающих элементов и датчика температуры для контроля температуры печатающего материала непосредственно в трубке 12, а так же для создания зоны подогрева, непосредственно перед подачей печатающего материала в рабочую полость трубки, подключаемые через контактную группу 14 непосредственно к модулям управления 3D-принтера, что позволяет на программном уровне и/или по преднастройкам системы, в том числе по желанию оператора, контролировать и изменять параметры температурного режима.

Трубка 12 так же может предусматривать наличие расположенного на ней, в непосредственной близости к области печати, внешнего локального либо кольцевого электрического источника волнового излучения 11, подключаемого через контактную группу 13 в видимом и/или ультрафиолетовом спектре, в том числе лазерного излучения, в том числе импульсного, в случае использования чувствительных к такому излучению полимеров и полимерных материалов, а так же дисперсных систем, являющиеся в жидком агрегатном состоянии неньютоновскими жидкостями, проявляющими эффект Вайсенберга. Через контактную группу 13 осуществляется подключение источника волнового излучения непосредственно к модулям управления 3D-принтера, что позволяет на программном уровне и/или по преднастройкам системы, в том числе по желанию оператора, контролировать и изменять параметры облучения зоны печати.

Внутри трубки 12, вдоль ее оси, расположено сменное остроконечное тело вращения 7. Максимальный внешний диаметр тела вращения 7 менее внутреннего диаметра трубки, при этом диаметр основания тела вращения не менее максимального внешнего диаметра тела вращения, а длина не более максимальной длины внутренней рабочей полости, образуемой вдоль оси от выходного отверстия в сменной насадке 8 по трубке 12 до заглушки 9, расположенное острием в сторону выходного отверстия в насадке 8. Тело вращения закреплено при помощи резьбы на приводном валу электродвигателя 3. Конструктивно привод вала 3 так же закреплен на каретке 5. Линейно подвижная вдоль оси трубки 12 каретка 5 имеет привод через зубчатую рейку и зубчатое колесо 4, позволяющей каретке осуществлять возвратно-поступательное перемещение электродвигателя вместе с телом вращения вдоль оси трубки 12.

Контроль параметров печати может осуществляться через:

а) Изменение температурного режима на нагревающих элементах 10;

б) Изменения скорости вращения тела вращения 7;

в) Форму тела вращения 7;

г) Положение тела вращения 7 вдоль оси в полости трубки 12 через каретку 5;

д) Диаметр сменной насадки 8;

е) Продолжительность и интенсивность облучения на источнике 11.

2. Узел печатающей головки для 3D-принтера (Фиг. 2) по п. 1, отличающийся тем, что тело вращения 7 и вал электродвигателя 3 вдоль своей оси имеют сквозное отверстие, предназначенное для подачи в плоскость печати мононитей, волокон, жил, жидких и сыпучих материалов, подлежащих использованию при печати.

3. Узел печатающей головки для 3D-принтера (Фиг. 3) по п. 1, отличающийся тем, что в корпус печатающей головки дополнительно помещается полое тело вращения со сквозным отверстием вдоль оси 16 соосно телу вращения 7 с раздельно регулируемыми угловыми скоростями, для чего на полом теле вращения предусмотрена возможность наличия привода 17, при этом полое тело вращения 16 установлено таким образом, что зазор между его внутренними стенками и телом вращения 7 образует рабочую полость, что усиливает эффект Вайсенберга.

4. Узел печатающей головки для 3D-принтера по п. 3, отличающийся тем, что тело вращения 7 и вал электродвигателя 3 вдоль своей оси имеют сквозное отверстие, предназначенное для подачи в плоскость печати мононитей, волокон, жил, жидких и сыпучих материалов, подлежащих использованию при печати.

5. Узел печатающей головки для 3D-принтера (Фиг. 4) по п. 3, отличающийся тем, что узел работает за счет проявления трубчатого эффекта Вайсенберга в полом теле вращения 16 со сквозным отверстием вдоль оси, при этом в нем отсутствуют иные соосные вращающиеся тела вращения.

Приведенные чертежи к каждому п. 1, 2, 3, 4 формулы изобретения иллюстрируют, но не ограничивают, сущность изобретения.

Изобретение относится к легкой промышленности, а именно к аддитивной технологии, т.е. печати на 3D-принтере методом послойного нанесения. Предлагается вариант реализации узла печатающей головки, совершенствующий технологию 3D-печати методом послойного нанесения, повышая скорость печати, точность подачи полимера в область печати, и расширяющий возможности применения, а также использования ранее не применявшихся в технологии 3D-печати методом послойного нанесения других типов и видов полимеров в печати. Технический результат заключается в возможности практически мгновенного прекращения подачи полимера или дисперсной системы на его основе в область печати; возможности более равномерного регулирования объема подачи полимера или дисперсной системы на его основе в область печати; возможности печати жидкими растворами (дисперсными системами) полимеров, мономеров и/или олигомеров, являющихся неньютоновскими жидкостями, проявляющими эффект Вайсенберга и имеющими различные варианты активации реакции полимеризации. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Узел печатающей головки для 3D-принтера, предназначенный для переноса печатающего материала методом послойного нанесения непосредственно в плоскость печати, использующий для печати полимеры и полимерные материалы, а также дисперсные системы, являющиеся в жидком агрегатном состоянии неньютоновскими жидкостями, проявляющими эффект Вайсенберга, который представляет из себя полую трубку, предусматривающую возможность наличия нагревающего элемента и датчика температуры для контроля температуры печатающего материала, тыльная сторона которой имеет съемную заглушку со сквозным отверстием в центре для вала электродвигателя, другая сторона которой имеет выходное отверстие, имеющее возможность изменения диаметра путем смены соосно расположенной сменной насадки, имеющей непосредственное крепление к трубке, расположенной непосредственно перед плоскостью печати, при этом трубка оснащена полым ответвлением, предназначенным для подачи печатающего материала в полость трубки, сама трубка также может предусматривать наличие внешнего локального либо кольцевого электрического источника волнового излучения в видимом и/или ультрафиолетовом спектре, в том числе лазерного излучения, в том числе импульсного, в случае использования чувствительных к такому излучению полимеров и полимерных материалов, а также дисперсных систем, являющиеся в жидком агрегатном состоянии неньютоновскими жидкостями, проявляющими эффект Вайсенберга, при этом внутри трубки, вдоль ее оси, расположено сменное остроконечное тело вращения, максимальный внешний диаметр которого менее внутреннего диаметра трубки, а длина не более максимальной длины внутренней полости трубки, образуемой вдоль оси от выходного отверстия до заглушки, расположенное острием в сторону выходного отверстия, закрепленное при помощи резьбы на приводном валу электродвигателя, закрепленного на каретке, имеющей привод, позволяющей каретке осуществлять возвратно-поступательное перемещение электродвигателя вместе с телом вращения вдоль оси трубки.

2. Узел печатающей головки для 3D-принтера по п. 1, отличающийся тем, что тело вращения и вал электродвигателя вдоль своей оси имеют сквозное отверстие, предназначенное для подачи в плоскость печати мононитей, волокон, жил, жидких и сыпучих материалов, подлежащих использованию при печати.

3. Узел печатающей головки для 3D-принтера по п. 1, отличающийся тем, что в корпус печатающей головки дополнительно в рабочую полость помещается соосно полое тело вращения со сквозным отверстием вдоль оси, вращающееся в направлении попутном или противоположном телу вращения от предусматриваемого внешнего привода с раздельно регулируемыми скоростями вращения таким образом, что между внутренними стенками полого тела вращения и телом вращения образуется рабочая полость.

4. Узел печатающей головки для 3D-принтера по п. 3, отличающийся тем, что тело вращения и вал электродвигателя вдоль своей оси имеют сквозное отверстие, предназначенное для подачи в плоскость печати мононитей, волокон, жил, жидких и сыпучих материалов, подлежащих использованию при печати.

5. Узел печатающей головки для 3D-принтера по п. 3, отличающийся тем, что узел работает за счет проявления трубчатого эффекта Вайсенберга в полом теле вращения со сквозным отверстием вдоль оси, при этом отсутствуют иные соосные вращающиеся тела вращения.