PL228094B1 - Układ głowicy drukujacej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ głowicy drukującej, a zwłaszcza układ głowicy drukującej wykorzystywanej w technice druku trójwymiarowego.

Udoskonalenia techniki druku 3D, czyli polepszenie jakości oraz poszerzanie bazy materiałów, jakimi można drukować, zwiększa zainteresowanie tą metodą w celu wytwarzania prototypów, jak i małoseryjnych produkcji elementów. W dotychczasowych rozwiązaniach, mimo zastosowania coraz szybszych napędów, czas wydruku elementów nie ulega wyraźnemu skróceniu. W technice druku 3D stosuje się zazwyczaj, w ramach nakładania pojedynczej warstwy materiału, pojedynczą głowicę wykorzystującą filament o stałej grubości. Jednakże z punktu widzenia optymalizacji czasu oraz jakości tworzonych elementów, korzystne jest zapewnienie większego wachlarza możliwości parametrów nanoszenia grubości linii filamentu, składających się na daną warstwę elementu.

Znane są ze stanu techniki rozwiązania, które pozwalają na druk z wykorzystaniem większej ilości szpul filamentu. Wiąże się to jednak ze wzrostem rozmiarów drukarki - wymagane jest dodatkowe miejsce na szpule oraz dodatkowy ekstruder. Konieczne również staje się dla użytkownika zakupienie większej ilości szpul, tak aby być przygotowanym na konieczność wytwarzania elementów o różnorodnych parametrach.

Inne znane rozwiązanie, to układy nastawione na łatwy montaż i demontaż dyszy. Pozwala to na stosunkowo łatwe dostosowywanie średnicy dyszy dla potrzeb danej czynności. Zmiana średnicy druku następuje podczas przerw w pracy maszyny.

Amerykańskie zgłoszenie patentowe US20150140147A1 ujawnia drukarkę 3D, wyposażoną w wiele oddzielnych głowic drukujących. Głowice te mają różne parametry druku, przykładowo różne średnice otworów dysz. Rozwiązanie to zapewnia większe możliwości przy druku elementów, jednak ma stosunkowo skomplikowaną budowę. Ponadto, wymaga zastosowania kilku kompletnych zestawów głowic, co wiąże się ze znacznymi kosztami produkcji lub zakupu.

Celowym byłoby opracowanie układu głowicy drukującej, który pozwalałby na szybkie drukowanie elementów trójwymiarowych, z jednoczesnym zachowaniem wysokiej jakości wytworzonych elementów.

Przedmiotem wynalazku jest układ głowicy drukującej zawierający element prowadzący do prowadzenia filamentu, zawierający otwór wylotowy z osią Z podawania filamentu, charakteryzujący się tym, że zawiera element grzejny z pierwszym otworem dyszowym i drugim otworem dyszowym, przemieszczalny względem otworu wylotowego elementu prowadzącego pomiędzy pierwszą pozycją, w której oś podawania filamentu Z pokrywa się z osią pierwszego otworu dyszowego, a drugą pozycją, w której oś podawania filamentu Z pokrywa się z osią drugiego otworu dyszowego, przy czym element grzejny przylega ściśle do elementu prowadzącego w pierwszej i drugiej pozycji, a pierwszy i drugi otwór oporowy mają różne średnice, przy czym element grzejny jest obrotowy wokół co najmniej jednej osi obrotu przecinającej się z osią podawania filamentu Z, i zawiera co najmniej jedną łukową sekcję o promieniu R1 prowadzonym prostopadle do wspomnianej osi obrotu, przy czym otwory dyszowe rozmieszczone są wzdłuż wspomnianej łukowej sekcji o promieniu R1.

Korzystnie, oś obrotu elementu grzejnego jest nachylona względem osi podawania filamentu Z pod kątem α w zakresie od 45 do 135 stopni.

Korzystnie, oś obrotu elementu grzejnego jest nachylona względem osi podawania filamentu Z pod kątem α wynoszącym 90 stopni.

Korzystnie, element grzejny zawiera element do podnoszenia temperatury elementu grzejnego.

Korzystnie, elementem do podnoszenia temperatury jest drut oporowy.

Korzystnie, elementem do podnoszenia temperatury jest rezystor grzejny lub grzałka.

Korzystnie, układ głowicy drukującej zawiera elementy napędowe do przemieszczania elementu grzejnego względem elementu prowadzącego.

Korzystnie, układ głowicy drukującej zawiera sprężysty element do dociskania elementu prowadzącego do elementu grzejnego.

Korzystnie, sprężysty element ma regulowaną siłę docisku.

Korzystnie, element grzejny jest owinięty drutem oporowym, stanowiąc rdzeń dla jego zwojów.

Korzystnie, element grzejny zawiera, wzdłuż wspomnianej łukowej sekcji o promieniu R1, kanał prowadzący na element prowadzący filament.

Korzystnie, element grzejny zawiera naprzemiennie ułożone, wzdłuż wspomnianej łukowej sekcji o promieniu R1, przekładki z termoizolatora oraz materiału przewodzącego ciepło.

PL 228 094 B1

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia układ głowicy w widoku rozstrzelonym,

Fig. 2 przedstawia układ głowicy w widoku z boku i w przekroju poprzecznym,

Fig. 3 przedstawia układ głowicy w widoku z góry i w przekroju wzdłużnym,

Fig. 4 przedstawia przykład elementu wykonanego w technologii druku 3D,

Fig. 5 przedstawia element z Fig. 4 w widoku z boku,

Fig. 6 przedstawia przykład widoku przekroju A z Fig. 5,

Fig. 7 przedstawia dalszy przykład widoku przekroju A z Fig. 5,

Fig. 8a-c przedstawiają przykłady widoku przekroju B z Fig. 5,

Fig. 9a-c przedstawiają przykładowe pozycje elementu grzejnego,

Fig. 10a, 10b przedstawiają układ głowicy w widoku z przodu oraz jego powiększony fragment,

Fig. 11a-c przedstawiają przykładowe kształty łuku grzejnego,

Fig. 12a-b przedstawiają dalsze przykładowe kształty łuku grzejnego,

Fig. 13 przedstawia dalszy przykład kształtu łuku grzejnego,

Fig. 14a, 14b przedstawiają dalszy przykład kształtu łuku grzejnego,

Fig. 15a-c przedstawiają przykłady łuku grzejnego z elementami grzejnymi,

Fig. 16 przedstawia łuk grzejny w widoku z góry.

Fig. 1 przedstawia układ głowicy w widoku rozstrzelonym. Celem urządzenia jest poprowadzenie filamentu w taki sposób, że na końcu głowicy, przy przechodzeniu przez element grzejny 5, filament wyciskany jest przez wybrany otwór dyszowy 19a, 19b. W tym celu układ głowicy przystosowany jest do przemieszczania elementu grzejnego 5 względem elementu podającego 4 pomiędzy co najmniej dwoma pozycjami. Pod pojęciem filamentu rozumie się tutaj materiał wykorzystywany do tworzenia kolejnych warstw wytwarzanego elementu. Może być to materiał w formie cienkiego włókna lub też jednolitej nici, dostarczany przez producentów na szpulach. Może być to również materiał w innych postaciach, np. doprowadzany z wymiennych kaset. Materiał ten podawany elementem prowadzącym 4 w formie stałej i jest upłynniany przez element grzejny 5.

Układ głowicy zawiera tulejkę obudowy 1, w której umieszczone są element prowadzący 4, korzystnie w postaci tulejki prowadzącej, do prowadzenia filamentu ze źródła filamentu do otworu wylotowego 18. Bezpośrednio przy otworze wylotowym 18 umieszczony jest element grzejny 5, korzystnie w postaci łuku grzejnego. Wokół elementu grzejnego, na końcach po obydwu stronach otworów dyszowych, nawinięty jest drut oporowy 8 w osłonce 7. Filament, poprzez znany ze stanu techniki układ ekstrudera, pchany jest do otworu wejściowego układu głowicy, którym jest otwór wykonany w tulejce sprężającej 2. Tulejka sprężająca 2 wkręcona jest do tulejki obudowy 1 tak, żeby ich osie pokrywały się. Następnie filament dostaje się poprzez element sprężysty 6 do elementu prowadzącego 4. Element prowadzący 4 szczelnie przylega do następnego w kolejności elementu grzejnego 5. Ściana otworu tulejki obudowy, wewnątrz którego znajduje się element prowadzący 4, nie stawia elementowi prowadzącemu 4 oporu. Pozycja elementu prowadzącego 4 ustalana jest w ten sposób, że opiera się ona wewnątrz kanału elementu grzejnego zasadniczo swoim otworem wylotowym 18, a z góry popychana jest przez element sprężysty, co zapewnia stały docisk do elementu grzejnego 5. Filament przeciskany jest przez jeden z otworów dyszowych 19a, 19b elementu grzejnego 5, który wybrany jest przez program jako adekwatny do druku. Pod pojęciem otworu rozumie się tutaj otwory przelotowe o dowolnym kształcie, niekoniecznie okrągłym. Otwór średnicy dyszy jest zmieniany automatycznie bez udziału operatora oraz bez zatrzymywania drukarki w trakcie wydruku. O tym, która dysza powinna pracować, decyduje ustawienie zapisane w pliku, który wgrywany jest do drukarki z zapisanymi komendami pracy urządzenia. Układ w łatwy sposób można przystosować do pracy z innymi średnicami filamentu, stosując element prowadzący 4 o innej średnicy wewnętrznej. Ponadto, układ zapewnia krótką strefę topnienia filamentu. Przez większość odcinka, w którym filament znajduje się wewnątrz głowicy, filament ma postać stałą.

Tulejka obudowy 1 połączona jest z ramionami 9 za pomocą opaski 3. Opaska 3 ma kształt rury, na której tworzącej zostały wywiercone otwory, przez które przechodzą śrubki 10 i nakrętki 11 utrzymujące ramiona 9. Opaska posiada gwint wewnętrzny, który pozwala nakręcić ją na tulejkę obudowy 1. Wysokością dokręcenia można regulować wstępne ułożenie ramion a co za tym idzie elementu grzejnego 5 względem elementu prowadzącego 4.

Siła wywierana przez filament na element grzejny 5 jest stale kompensowana poprzez docisk elementu prowadzącego 4. Docisk realizowany jest przez sprężynę lub inny element sprężysty. Siła wywierana przez filament nie tworzy żadnego ramienia siły, które mogłoby zniszczyć wydruk.

PL 228 094 B1

Korzystnie, sprężysty element 8 ma regulowaną siłę docisku. Siła ta może być regulowana za pomocą dedykowanego napędu w sposób automatyczny, lub też ręcznie za pomocą suwaka regulującego, wyprowadzonego przykładowo na zewnętrz obudowy. Taka regulacja pozwala na dostosowanie pracy urządzenia do konkretnych warunków wytwarzania, np. przy zastosowaniu filamentu o innych parametrach, lub też w odpowiedzi na zużywanie się elementów (wycieranie).

Korzystne jest również zmniejszanie siły docisku podczas obrotu elementu grzejnego 5 względem elementu prowadzącego 4.

Fig. 2 przedstawia układ głowicy w widoku z boku i w przekroju poprzecz nym. Element prowadzący 4 dociskany jest do elementu grzejnego 5 za pomocą sprężyny lub innego elementu sprężystego 6. Regulację siły docisku zapewnia element 2, przykładowo śrubka sprężająca. Element prowadzący 4 oraz element grzejny 5 stanowią szczelne połączenie w taki sposób, że element sprężający 2 poprzez element sprężysty wywiera siłę osiową na element prowadzący 4, która to siła kompensuje wygięcie się elementu grzejnego 5 wywołanego siłą pochodzącą od ciśnienia wywieranego przez filament.

Śrubka sprężająca na podstawie górnej wyposażona jest w gniazdo na klucz torx lub imbus lub śrubokręt płaski lub śrubokręt gwiazdkowy. Dokręcając lub odkręcając śrubkę sprężającą, dolna podstawa śrubki sprężającej mocniej lub słabiej naciska na element sprężysty 6, który przenosi siłę na element prowadzący 4. Pewny kontakt elementu prowadzącego 4 z elementem grzejnym 5 zapewnia szczelność podczas przeciskania się filamentu przez otwory dyszowe.

Ruch elementu grzejnego 5 oraz elementów powiązanych, czyli np. elementów do podnoszenia temperatury 8, 51, 52, 53, owijki izolacyjnej itp. zapewnia element napędowy 13, przykładowo silnik krokowy. Ruch obrotowy przenoszony jest poprzez ramiona 9 oraz czółenko 12, dzięki czemu element grzejny 5 przemieszcza się pomiędzy swoimi ustalonymi pozycjami.

Przed obrotem łuku może następować kontrolowana retrakcja filamentu tak, by wycofać filament z dyszy i nie dopuścić do ścinania filamentu.

Śrubka sprężająca, element sprężysty 6 oraz element prowadzący 4 stanowią kanał, przez który przechodzi filament zanim zacznie topić się o element grzejny 5. Sama strefa topnienia filamentu jest bardzo wąska, dzięki czemu filament topi się tylko na końcu układu, nie rozszerza się, nie blokuje się, oraz stanowi sztywny tłok dla wyciskanego filamentu.

Metoda druku metodą FDM polega na rozgrzaniu filamentu do temperatur, w zależności od rodzaju filamentu, nawet do 250-270 stopni. Temperatura ta musi być precyzyjnie utrzymywana i nie powinna wahać się więcej niż w obrębie +/-0,5 stopnia tak, by otrzymać dobrej jakości wydruk. Niezbędny jest zatem ciągły odczyt wartości temperatury poprzez czujnik temperatury 16. Czujnik temperatury 16, w zależności od temperatury, zmienia swoją rezystancję. Do odczytu temperatury może posłużyć termopara lub termistor NTC. Termistor NTC zachowuje większą rozdzielczość pomiaru. Zmiana rezystancji termistora jest odpowiednio interpretowana przez sterownik drukarki, który przekazuje więcej bądź też mniej mocy do elementu grzewczego elementu do podnoszenia temperatury, np. rezystora, grzałki lub drutu oporowego.

Trudnością ze względu na wymiary elementu grzejnego jest zamontowanie czujnika temperatury. Aby odczyt temperatury był wiarygodny, przepływ ciepła powinien być jak najlepszy, a co za tym idzie rezystancja grzejna powinna być jak najmniejsza. Zmniejszenie rezystancji grzejnej odbywa się poprzez dobry docisk czujnika temperatury oraz zapewnienie maksymalnej powierzchni wymiany ciepła. Obudowa 17 na czujnik temperatury 16 przylutowana jest do elementu grzejnego 5 i zapewnia docisk czujnika do elementu grzejnego. Obudowa ma kształt odpowiednio zagiętej blaszki, również wykonanej z materiału dobrze przewodzącego ciepło. Blaszka uformowana jest w ten sposób, że otacza czujnik 16 przekazując do niego ciepło.

Zastosowanie w elemencie grzejnym 5 otworów dyszowych 19a, 19b o prostoliniowym (równoległym do osi podawania Z filamentu) przebiegu ułatwia przepływ filamentu, co wymaga użycia mniejszej ilości siły oraz zmniejsza wymagania względem szczelności połączenia elementu grzejnego 5 i elementu prowadzącego 4.

Fig. 3 przedstawia układ głowicy w widoku z góry i w przekroju wzdłużnym. Oś obrotu elementu grzejnego 5 przecina oś podawania Z filamentu. Korzystnie, oś obrotu y elementu grzejnego 5, na którego powierzchni drukującej tak zwanej tworzącej łuku znajdują się otwory płynięcia filamentu, jest usytuowana pod kątem α w zakresie od 45 do 135 stopni do osi podawania Z filamentu. Korzystnie, oś obrotu elementu grzejnego 5 jest nachylona pod kątem a wynoszącym 90 stopni do osi podawania Z filamentu.

PL 228 094 B1

Fig. 4 przedstawia przykład elementu wykonanego w technologii druku 3D. W tym przypadku jest to element z dnem i ścianami bocznymi, przypominający pudełko.

Fig. 5 przedstawia element z Fig. 4 w widoku z boku. Program obsługujący układ głowicy dzieli model na bardzo dużą ilość warstw. Przykładowo, warstwa A-A zawiera płaszczyznę, która cała powinna zostać wypełniona śladami/ścieżkami roztopionego filamentu.

Fig. 6 przedstawia przykład widoku przekroju A-A z Fig. 5, wydrukowany za pomocą drukarki 3D posiadającej głowicę o pojedynczym otworze dyszowym. Drukarka taka będzie drukowała tylko jednym śladem, a linie nakładanego filamentu będą wyglądały jak te przedstawione na Fig. 6.

Fig. 7 przedstawia dalszy przykład widoku przekroju A z Fig. 5, gdzie tym razem element został wykonany za pomocą układu głowicy drukującej według wynalazku. Do wypełnienia konturów dna został dobrany otwór dyszowy o większej średnicy niż dla tych konturów. Pozwala to oszczędzić czas - wypełnienie nie wymaga małej dyszy.

Fig. 8a-c przedstawiają przykłady widoku przekroju B-B z Fig. 5, które reprezentują trzy sposoby wytworzenia ścianek drukowanego elementu. Fig. 8a przedstawia ściankę wykonaną za pomocą układu o pojedynczej dyszy. Fig. 8b przedstawia ściankę wykonaną za pomocą jednej dyszy, lecz o powiększonej (przykładowo największej dostępnej) średnicy, gdzie dwie linie prowadzone są równolegle do siebie tak, by utworzyć ściankę o pożądanej grubości. Fig. 8c przedstawia trzeci przykład wykonania ścianki bocznej, gdzie obrzeże wykonane jest dyszą o jednej średnicy, a wypełnienie dyszą o drugiej średnicy, innej niż pierwsza. Układ głowicy pozwala na dobór aktualnie wymaganej średnicy na bieżąco i natychmiastowe zastosowanie tej średnicy do wytwarzania elementu.

Fig. 9a-c przedstawiają przykładowe pozycje układu głowicy. Celem urządzenia jest poprowadzenie filamentu w taki sposób, aby był wyciskany przez wybrany otwór dyszowy 19a, 19b elementu grzejnego 5. W tym celu układ głowicy przystosowany jest do przemieszczania elementu grzejnego 5 względem elementu podającego 4 pomiędzy co najmniej dwoma pozycjami. Przykładowo, w pierwszej pozycji oś podawania filamentu Z pokrywa się z osią pierwszego otworu dyszowego 19a, a w drugiej pozycji oś podawania filamentu Z pokrywa się z osią drugiego otworu dyszowego 19b. W każdej z tych sytuacji element grzejny 5 przylega ściśle do elementu prowadzącego 4 tak, by filament przechodził bezpośrednio z otworu wylotowego 18 do wybranego otworu dyszowego 19a, 19b bez rozchodzenia się na boki. Pierwszy i drugi otwór oporowy 19a, 19b mają różne średnice, co pozwala na błyskawiczną zmianę grubości prowadzonej linii bez przerywania pracy drukarki.

Fig. 10a, 10b przedstawiają układ głowicy w widoku z przodu oraz jego powiększony fragment. Element grzejny 5, którego oś centralnego otworu c może przemieszczać się przykładowo od skrajnego położenia w jedną stronę do skrajnego położenia w drugą stronę w zakresie od 10 do 120 stopni w płaszczyźnie obrotu łuku zawiera otwory dyszowe 19a, 19b. Otwory dyszowe, a konkretniej ich osie s, c, oddalone są od siebie o ustalony kąt β. Odpowiada on jednocześnie zmianom orientacji całego elementu grzejnego 5 w jego osi obrotu, przy zmienianiu pozycji odpowiadającym danemu otworowi dyszowemu. Obrót elementu grzejnego zapewnia łożysko, a napęd realizowany jest dzięki elementowi napędowemu 13, np. silnikowi krokowemu. Napęd przenoszony jest przez ramiona 9, do których przymocowany jest swoimi końcami element grzejny 5.

Fig. 11 a-c przedstawiają przykładowe kształty elementu grzejnego 5. Element grzejny 5 jest obrotowy wokół co najmniej jednej osi obrotu, w tym przypadku y, prostopadłej do osi Z podawania filamentu i przecinającej się z nią, i zawiera co najmniej jedną łukową sekcję o promieniu R1 prowadzonym prostopadle do tej osi obrotu y, przy czym otwory dyszowe 19a, 19b rozmieszczone są wzdłuż tej łukowej sekcji o promieniu R1. Element grzejny 5, w swoim przekroju poprzecznym, może przybrać kształt fragmentu: torusa, pierścienia, lub innej bryły powstałej poprzez obrót płaskiej figury (takiej jak np. trapez, równoległobok, rąb) wokół osi obrotu, która przykładowo pokrywa się z osią wału silnika krokowego będącego elementem napędowym 13.

Kształt jakim jest łuk zapewnia brak ryzyka kolizji nieaktywnych dysz z wydrukowanymi już fragmentami druku. Ponadto taki kształt umożliwia mocowanie na ramionach, które to mocowanie kompensuje wygięcie się elementu grzejnego wywołane siłą pochodzącą od ciśnienia wywieranego przez filament. Również dzięki takiemu kształtowi łatwiej jest operować temperaturą elementu grzejnego 5, z racji na jego mniejszą bezwładność cieplną. Element prowadzący 4 przemieszcza się w kanale 21 elementu grzejnego 5.

Korzystnie, element grzejny 5 zawiera kanał 21 prowadzący. Jego kształt może stanowić fragment bryły: pierścień, lub torus, lub bryłę powstałą z obrotu figury płaskiej takiej jak prostokąt, kwadrat, trapez poprzez obrót względem osi obrotu elementu grzejnego. Kanał poprawia szczelność kontaktu

PL 228 094 B1 elementu prowadzącego 4 z elementem grzejnym 5. W przypadku wypłynięcia filamentu bokiem (nie przez otwór dyszowy), filament pozostaje w kanale - ułatwia to czyszczenie układu oraz kontrolowanie skutków nieszczelności (chronienie tworzonego elementu).

Układ, jeżeli zajdzie taka potrzeba, można w łatwy sposób czyścić poprzez obrót elementu grzejnego 5.

Fig. 12a-b przedstawiają dalsze przykładowe kształty elementu grzejnego. Element grzejny 5 zawiera tutaj drugą łukową sekcję o promieniu R2, który prowadzony jest analogicznie do promienia R1, przy czym płaszczyzna przez niego zakreślona jest prostopadła do tej promienia R1. Promień R2 prowadzony jest prostopadle do osi obrotu x, która sama w sobie jest prostopadła do osi obrotu y. Inne orientacje kątowe również są możliwe. Przykładowo, element grzejny 5 może przybrać kształt złożenia dwóch lub więcej brył opisanych wyżej tak, że osie figur przecinają się w jednym miejscu. Rozwiązanie takie wymaga co najmniej dwóch elementów napędowych 13, korzystnie silników krokowych, i dodatkowego zestawu ramion 9, do sterowania wyboru otworu dyszy obydwu kanałów. Element grzejny 5 posiada wtedy jeden lub więcej kanałów prowadzących 21 element prowadzący 4. Osie kanałów 21 pokrywają się z osiami obrotu x, y elementu grzejnego 5.

Fig. 13 przedstawia dalszy przykład kształtu elementu grzejnego. Element grzejny może być kompilacją naprzemiennie ułożonych przekładek izolatora termicznego 31 oraz materiału przewodzącego ciepło 32. Innymi słowy, element grzejny tworzony jest przez ułożone naprzemiennie warstwy materiałów gorzej i lepiej przewodzące ciepło, gdzie otwory dyszowe wykonane są w warstwach lepiej przewodzących ciepło. Rozwiązanie takie stosowane może być w przypadku tworzenia z materiałów, które potrzebują wyższych temperatur nagrzewania np. nylon. Każda wkładka termoprzewodząca zaopatrzona jest w swój układ grzania, tj. element do podnoszenia temperatury danej wkładki. Ciepło nie jest rozpraszane na pozostałe wkładki z otworami, które nie pracują.

Fig. 14a, 14b przedstawiają dalszy przykład kształtu elementu grzejnego 5. Element grzejny 5 może być fragmentem sfery i posiadać jeden lub więcej kanałów 41, 42, 43 prowadzących z otworami dyszowymi jak w poprzednich przykładach, dla których osie obrotu y1, y2, y3 elementu grzejnego 5 przecinają się i tworzą płaszczyznę w której zawarta jest również oś Z filamentu. Po odpowiednim ustawieniu elementu grzejnego celem wykorzystania konkretnego kanału z otworami dyszowymi, dana wykorzystywana oś obrotu y1, y2, y3 korzystnie staje się prostopadła do osi podawania Z filamentu. Patrząc od góry, kanały 41, 42, 43 połączone są ze sobą dodatkowym kanałem pomocniczym 44, który również może zawierać otwory dyszowe. Element grzejny 5 obraca się w dwóch kierunkach tak, by usytuować element prowadzący 4 w docelowym kanale 41, 42, 43, 44 nad docelowym otworem dyszy. Powyższa konstrukcja multiplikuje ilość otworów dyszy możliwych do wykorzystania.

Fig. 15a-c przedstawiają przykłady elementu grzejnego z elementami do podnoszenia temperatury 51, 52, 53 elementu grzejnego 5. W przykładzie z Fig. 15a, na końcach elementu grzejnego 5 nałożony jest materiał izolacyjny. Na materiał izolacyjny nawinięty jest drut oporowy. Sam element grzejny poprzez to stanowi rdzeń grzałki. Sam element grzejny 5 może być wykonany ze stopów metalu, ceramiki czy innego materiału dobrze przewodzącego ciepło.

Kształt elementu grzejnego jest możliwy do wykonania poprzez kompilację operacji frezowania oraz toczenia. Elementami do podnoszenia temperatury, które umożliwiają ogrzewanie elementu grzejnego, mogą być grzałki lub też rezystory grzejne. Średnice obecnych rezystorów grzejnych, a także grzałek, które umożliwiłyby skuteczne ogrzanie elementu grzejnego 5, zmuszałyby do wykonania innego kształtu samego elementu grzejnego 5, tak by elementy te schowały się skutecznie w elemencie grzejnym i skutecznie przekazywały moc. Kształt ten jest możliwy do wykonania, ale znacząco podraża koszt wykonania elementu grzejnego 5. Naturalnym wyborem staje się zatem wykorzystanie drutu oporowego, który w łatwy sposób można owinąć na obydwu końcach elementu grzejnego 5. Możliwe jest także w prosty sposób dostosowanie mocy grzejnej poprzez wybranie odpowiedniej długości drutu oraz ilości zwojów, a także samego rodzaju materiału z jakiego mógłby być wykonany drut oporowy. Materiałem drutu oporowego może być konstantan, kantal, chromonikielina lub inne materiały o znacznej rezystancji liniowej.

Nagrzewanie się elementu grzejnego 5 mogą zapewnić również rezystory grzejne 52, lub grzałki 53 zamontowane na elemencie grzejnym 5. Możliwe jest również zastosowanie indukcyjnych elementów grzejnych.

Fig. 16 przedstawia element grzejny 5 w widoku z góry. W elemencie grzejnym 5 na tworzącej powierzchni wykonane są otwory dyszowe 19a, 19b o różnej średnicy otworów. Możliwe jest również wykonywanie większej ilości otworów dyszowych, jak przedstawiono na Fig. 16, celem zwiększenia

PL 228 094 B1 możliwości układu głowicy drukującej. Element grzejny 5 posiada specjalny kanał (jeden lub więcej), wewnątrz którego umieszczany jest element prowadzący 4 wykonany z materiału słabo przewodzącego ciepło. Materiał elementu prowadzącego 4 charakteryzuje się również niskim współczynnikiem tarcia. Przykładem materiału, który zapewnia powyższe właściwości jest teflon oraz jego pochodne.

Poprzez takie rozmieszczenie otworów dyszowych oraz wzajemne rozmieszczenie elementu prowadzącego 4 i elementu grzejnego 5, niwelowany jest techniczny problem związany z realizacją procesu retrakcji. Ciekły filament w ruchomej części głowicy jest w stanie cofnąć się po zmianie otworu dyszowego na inny (czyli po zmianie pozycji elementu grzejnego 5).

W opisanym powyżej układzie głowicy drukującej, używanym podczas druku metodą FDM (fused deposition material), gdzie warstwa po warstwie układane są na sobie ślady roztopionego tworzywa sztucznego, druk następuje poprzez wyciskanie filamentu przez otwór, który jest wybierany przez program sterownika drukarki w ten sposób, że daje najlepszy i najszybszy efekt druku.

Układ daje możliwość wyboru otworu średnicy dyszy bez zatrzymywania maszyny, bez ingerencji operatora. Jest ponadto zwarty w budowie przez co możliwe jest jego zaadoptowanie do niewielkich pól roboczych drukarki.

Claims (12)

1. Układ głowicy drukującej zawierający element prowadzący (4) do prowadzenia filamentu, zawierający otwór wylotowy (18) z osią Z podawania filamentu, znamienny tym, że zawiera element grzejny (5) z pierwszym otworem dyszowym (19a) i drugim otworem dyszowym (19b), przemieszczalny względem otworu wylotowego (18) elementu prowadzącego (4) pomiędzy pierwszą pozycją, w której oś podawania filamentu Z pokrywa się z osią pierwszego otworu dyszowego (19a), a drugą pozycją, w której oś podawania filamentu Z pokrywa się z osią drugiego otworu dyszowego (19b), przy czym element grzejny (5) przylega ściśle do elementu prowadzącego (4) w pierwszej i drugiej pozycji, a pierwszy i drugi otwór oporowy (19a, 19b) mają różne średnice, przy czym element grzejny (5) jest obrotowy wokół co najmniej jednej osi obrotu (y, x, y1, y2, y3) przecinającej się z osią podawania filamentu Z, i zawiera co najmniej jedną łukową sekcję o promieniu R1 prowadzonym prostopadle do wspomnianej osi obrotu (y, x, y1, y2, y3), przy czym otwory dyszowe (19a, 19b) rozmieszczone są wzdłuż wspomnianej łukowej sekcji o promieniu R1.

2. Układ głowicy drukującej według zastrz. 1, znamienny tym, że oś obrotu (y, x, y1, y2, y3) elementu grzejnego (5) jest nachylona względem osi podawania filamentu Z pod kątem a w zakresie od 45 do 135 stopni.

3. Układ głowicy drukującej według zastrz. 1, znamienny tym, że oś obrotu (y, x, y1, y2, y3) elementu grzejnego (5) jest nachylona względem osi podawania filamentu Z pod kątem a wynoszącym 90 stopni.

4. Układ głowicy drukującej według dowolnego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że element grzejny (5) zawiera element do podnoszenia temperatury (8, 51, 52, 53) elementu grzejnego (5).

5. Układ głowicy drukującej według zastrz. 4, znamienny tym, że elementem do podnoszenia temperatury (8, 51, 52, 53) jest drut oporowy.

6. Układ głowicy drukującej według zastrz. 4, znamienny tym, że elementem do podnoszenia temperatury (8, 51,52, 53) jest rezystor grzejny (52) lub grzałka (53).

7. Układ głowicy drukującej według dowolnego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że zawiera elementy napędowe (13) do przemieszczania elementu grzejnego (5) względem elementu prowadzącego (4).

8. Układ głowicy drukującej według dowolnego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że zawiera sprężysty element (6) do dociskania elementu prowadzącego (4) do elementu grzejnego (5).

9. Układ głowicy drukującej według zastrz. 8, znamienny tym, że sprężysty element (6) ma regulowaną siłę docisku.

10. Układ głowicy drukującej według zastrz. 4, znamienny tym, że element grzejny (5) jest owinięty drutem oporowym, stanowiąc rdzeń dla jego zwojów.

PL 228 094 Β1

11. Układ głowicy drukującej według dowolnego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że ele ment grzejny (5) zawiera, wzdłuż wspomnianej łukowej sekcji o promieniu R1, kanał prowa dzący (21,41,42, 43, 44) na element prowadzący (4) filament.

12. Układ głowicy drukującej według dowolnego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że ele ment grzejny zawiera naprzemiennie ułożone, wzdłuż wspomnianej łukowej sekcji o promie niu R1, przekładki z termoizolatora oraz materiału przewodzącego ciepło (32).