PL227047B1 - Printer head for spatial printing - Google Patents

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest głowica drukarki przeznaczonej do druku przestrzennego.The subject of the invention is a printer head for AM.

Znana jest głowica o trzykierunkowym przesuwie z doprowadzeniem materiału termoplastycznego w podgrzanym stanie półpłynnym do nanoszenia punktowego lub warstwowego. Znana głowica jest trudnodemontowalną częścią drukarki druku przestrzennego i wyposażona jest w wymienną dyszę, barierę termiczną oraz blok grzejny z grzałką patronową. Z opisu patentu europejskiego EP 2617554 znana jest głowica wytłaczająca podgrzany w niej materiał termoplastyczny zawierająca gniazdo i zespół drukujący z dyszą i elementem grzejnym. Zespół drukujący zamocowany jest w tym rozwiązaniu w gnieździe połączeniem gwintowym.A head with a three-way displacement with the supply of thermoplastic material in a heated semi-fluid state for spot or layered application is known. The known head is a difficult-to-dismount part of the AM printer and is equipped with a replaceable nozzle, a thermal barrier and a heating block with a cartridge heater. European patent specification EP 2617554 describes an extrusion head for a thermoplastic material heated therein, including a seat and a printing unit with a nozzle and a heating element. In this solution, the printing unit is mounted in the socket with a threaded connection.

Wadą znanego rozwiązania jest przystosowanie do jednego, konkretnego rozmiaru materiału termoplastycznego oraz bezczynność w wyniku ewentualnej awarii głowicy. Awaria polegająca na zapchaniu dyszy skutkuje jej wymianą lub czasochłonnym czyszczeniem w rozpuszczalnikach. Uszkodzenie grzałki skutkuje bezczynnością głowicy, a tym samym całej drukarki na jeszcze dłuższy czas demontażu, naprawy i ponownego montażu.The disadvantage of the known solution is the adaptation to one specific size of the thermoplastic material and inactivity as a result of a possible failure of the head. A failure involving a clogged nozzle results in its replacement or time-consuming cleaning in solvents. Damage to the heater results in inactivity of the head, and thus the entire printer, for an even longer time of disassembly, repair and reassembly.

Z opisu patentowego CN 101693407 znane jest rozwiązanie z dwoma zespołami drukującymi. Inne rozwiązanie, znane z opisu patentu US 2012/0164330 ma również dwa zespoły drukujące i jest wyposażone w elektromagnesy do przełączania zespołów do pozycji roboczej głowicy. Materiał termoplastyczny ma w tym rozwiązaniu oddzielne doprowadzenie do każdego zespołu drukującego, zaś każdy zespół wyposażony jest w odchylną pokrywę dla załadowania materiału termoplastycznego. Zespoły drukujące umocowane są u dołu podstawą w gniazdach głowicy na pionowym prowadzeniu stożkowym sprężyną odchylną.From the patent description CN 101693407 a solution with two printing units is known. Another solution, known from the patent description US 2012/0164330, also has two printing units and is equipped with electromagnets for switching the units to the working position of the head. The thermoplastic material has in this embodiment a separate lead to each printing unit, and each unit is provided with a hinged lid for loading the thermoplastic material. The printing units are fixed at the bottom with a base in the head sockets on a vertical conical guide with a tilting spring.

Czas nagrzewania głowicy jest znaczny ze względu na dużą odległość od dyszy do bloku grzejnego.The head heating time is considerable due to the large distance from the nozzle to the heating block.

Celem wynalazku jest rozwiązanie, w którym potrzeba mniejszej ilości energii do uplastycznienia materiału termoplastycznego, a tym samym krótszy jest czas podgrzewania, zaś mniejsza masa głowicy i łatwa demontowalność minimalizuje czas bezczynności na skutek awarii lub zmiany rozmiaru materiału termoplastycznego.The object of the invention is a solution where less energy is required to plasticize the thermoplastic material, and thus the heating time is shorter, and the lower mass of the head and easy dismountability minimize idle time due to failure or resizing of the thermoplastic material.

W głowicy według wynalazku gniazdo mocowane do zespołu napędowego drukarki zawiera blok gniazda z kanałem na zespół drukujący, dwa równoległe wałki dociskowe osadzone przesuwnie w bloku gniazda po obu stronach tego kanału i połączone przyciskiem zwalniającym, dwie kulki ustalające oraz dwie sprężyny dociskowe ulokowane pomiędzy blokiem gniazda i przyciskiem zwalniającym oraz cztery styki elektryczne. Zespół drukujący głowicy według wynalazku stanowią wydłużony korpus z osiowym otworem, tuleja grzejna, tuleja prowadząca, rurka prowadząca, dysza i cztery styki elektryczne współpracujące z czterema stykami gniazda głowicy. Tuleja grzejna pierwszym końcem osadzona jest w pierwszym końcu korpusu, a w drugim końcu korpusu osadzona jest tuleja prowadząca. W drugim końcu tulei grzejnej osadzona jest dysza. Rurka prowadząca ulokowana jest we wnętrzu korpusu i rozciąga się od dyszy do tulei prowadzącej. W pobliżu drugiego końca korpusu znajdują się wybrania na kulki ustalające.In the head according to the invention, the socket attached to the drive unit of the printer includes a socket block with a channel for the printing unit, two parallel pressure rollers slidably mounted in the socket block on both sides of this channel and connected with a release button, two retaining balls and two pressure springs located between the socket block and the release button and four electric contacts. The printing unit of the head according to the invention comprises an elongated body with an axial bore, a heating sleeve, a guide sleeve, a guide tube, a nozzle and four electrical contacts cooperating with the four contacts of the head socket. The first end of the heating sleeve is seated at the first end of the body, and the guide sleeve is mounted at the other end of the body. A nozzle is seated at the other end of the heating sleeve. The guide tube is located within the body and extends from the nozzle to the guide sleeve. There are recesses for retaining balls near the other end of the body.

Korzystnie w głowicy według wynalazku średnica zewnętrzna rurki prowadzącej zespołu drukującego jest zasadniczo równa średnicy wewnętrznej tulei grzejnej i średnicy wewnętrznej tulei prowadzącej. Średnica wewnętrzna osiowego otworu korpusu jest większa od średnicy zewnętrznej rurki prowadzącej. W osiowym otworze korpusu ulokowana jest rurka pomocnicza otaczająca rurkę prowadzącą.Preferably, in the head according to the invention, the outer diameter of the guide tube of the printing unit is substantially equal to the inner diameter of the heating sleeve and the inner diameter of the guide sleeve. The inside diameter of the axial bore of the body is greater than the outside diameter of the guide tube. A support tube surrounding the guide tube is positioned in the axial bore of the body.

W innym wariancie głowicy według wynalazku zewnętrzny zarys przekroju poprzecznego korpusu odpowiada zarysowi przekroju poprzecznego kanału i zapewnia jednoznaczne usytuowanie zespołu drukującego głowicy względem jej gniazda.In another variant of the head according to the invention, the external cross-sectional contour of the body corresponds to the cross-sectional contour of the channel and ensures unambiguous positioning of the printing unit of the head in relation to its seat.

W kolejnym wariancie głowicy według wynalazku odcinek korpusu zespołu drukującego wchodzący w kanał gniazda ma postać prostopadłościanu ze wzdłużnym wpustem na jednej z jego ścianek. Kanał gniazda ma postać otworu o przekroju prostokątnym ze wzdłużnym wypustem odpowiadającym wzdłużnemu wpustowi korpusu.In a further variant of the head according to the invention, the section of the printing unit's body extending into the socket channel is in the form of a cuboid with a longitudinal groove on one of its walls. The seat channel has the form of an opening of rectangular cross-section with a longitudinal projection corresponding to the longitudinal key of the body.

W jeszcze innym wariancie głowicy według wynalazku do pierwszego końca korpusu zespołu drukującego przymocowana jest osłona maskująca otaczająca tuleję grzejną.In yet another variant of the head according to the invention, a masking cover surrounding the heating sleeve is attached to the first end of the printing unit body.

Zaletą głowicy według wynalazku jest prosty i szybki demontaż oraz montaż jej zespołu drukującego. Skrócony jest przez to czas bezczynności drukarki na skutek awarii albo zmiany rozmiaru termoplastycznego materiału wsadowego. Umieszczenie grzałki i termistora wewnątrz tulei grzejnej spowodowało zmniejszenie ilości energii koniecznej do uplastycznienia materiału wsadowego, a w konsekwencji skrócony jest czas nagrzewania głowicy. Znacznie krótsza niż dotychczas jest strefaThe advantage of the head according to the invention is simple and quick disassembly and assembly of its printing unit. This reduces the idle time of the printer due to a failure or a change in the size of the thermoplastic batch material. Placing the heater and thermistor inside the heating sleeve reduced the amount of energy necessary to plasticize the batch material, and consequently shortened the heating time of the head. The zone is much shorter than before

PL 227 047 B1 topnienia, a usytuowanie termistora bezpośrednio w pobliżu dyszy zwiększyło dokładność pomiaru temperatury. Głowica według wynalazku ma także znacznie mniejszą masę niż znane głowice, co jest istotne szczególnie w przypadku urządzeń przenośnych. Grzałka i termistor stanowią integralną część tulei grzejnej przez co wyeliminowane jest ryzyko oderwania grzałki od głowicy skutkujące niebezpieczną awarią. Zastąpienie przewodów z wtyczką stykami przyspiesza montaż zespołu drukującego w gnieździe oraz likwiduje ryzyko stopienia izolacji, przetarcia lub złamania przewodów i doprowadzenia do zwarcia.Due to the fact that the thermistor was located directly in the vicinity of the die, the accuracy of the temperature measurement was increased. The head according to the invention is also much lighter than the known heads, which is particularly important in the case of portable devices. The heater and thermistor are an integral part of the heating sleeve, which eliminates the risk of tearing the heater away from the head, resulting in a dangerous failure. Replacing the wires with a plug with contacts speeds up the installation of the printing unit in the socket and eliminates the risk of melting the insulation, chafing or breaking the wires and leading to a short circuit.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia głowicę w widoku z przodu, fig. 2 przedstawia głowicę w widoku z góry, fig. 3 przedstawia głowicę w widoku z boku, fig. 4 przedstawia przekrój pionowy głowicy zaznaczony na fig. 3, zaś fig. 5 przedstawia przekrój poziomy głowicy zaznaczony na fig. 3, a fig. 6 przedstawia perspektywiczny widok rozstrzelony tej samej głowicy.The subject of the invention is presented in an exemplary embodiment in the drawing, in which: Fig. 1 shows the head in a front view, Fig. 2 shows the head in top view, Fig. 3 shows the head in a side view, Fig. 4 shows a vertical section of the head marked in figure 3, and figure 5 shows a horizontal section of the head marked in figure 3, and figure 6 shows an exploded perspective view of the same head.

Przykładowa głowica według wynalazku zawiera gniazdo 1 i zespół drukujący 2. Gniazdo 1 mocuje się na stałe do nie uwidocznionego na rysunku zespołu napędowego głowicy, zaś w gnieździe 1 mocuje się rozłącznie zespół drukujący 2. Gniazdo 1 zawiera blok 3 gniazda z kanałem 4 i dwa równoległe wałki dociskowe 5 osadzone przesuwnie w bloku 3 gniazda po obu stronach kanału 4. Wystające z bloku 3 gniazda końce wałków 5 wkręcone są w płytkowy przycisk zwalniający 6. Każdy wałek 5 otoczony jest śrubową sprężyną dociskową 7 opartą jednym końcem o blok 3 gniazda 1, a drugim końcem o przycisk zwalniający 6. Prostopadle do osi wałków 5 w bloku 3 gniazda 1 wykonane są dwa otwory, w których umieszczone są dwie kulki ustalające 8. Stożkowe końce wałków 5 znajdujące się w obszarze bloku 3 gniazda 1 przesuwając się wymuszają ruch kulek ustalających 8 w kierunku kanału 4. Do bloku 3 gniazda 1 przymocowany jest zespół czterech styków elektrycznych 9 połączonych ze sterownikiem drukarki nieuwidocznionym na rysunku kablem. Zespół drukujący 2 zawiera wydłużony korpus 10 z osiowym otworem, tuleję grzejną 11, tuleję prowadzącą 12, rurkę prowadzącą 13 oraz dyszę 14. Tuleja grzejna 11 pierwszym końcem wkręcona jest w pierwszy koniec korpusu 10 i uszczelniona nieuwidocznioną na rysunku taśmą teflonową. W drugi koniec korpusu 10 wkręcona jest tuleja prowadząca 12, przez którą do zespołu drukującego 2 wprowadza się termoplastyczny materiał wsadowy. W drugi koniec tulei grzejnej 11 wkręcona jest dysza 14. We wnętrzu tulei grzejnej 11 znajduje się nawinięty drut oporowy grzałki elektrycznej oraz termistor, pokryte ceramiczną masą wysokotemperaturową zapobiegającą oksydacji. Oba wyjścia grzałki i oba wyjścia termistora wyprowadzone są na zewnątrz tulei grzejnej 11, poprowadzone w rowkach korpusu 10 i połączone dwiema parami styków elektrycznych 15 przymocowanych do korpusu 10. Rurka 13 prowadząca termoplastyczny materiał wsadowy w kierunku dyszy 14 wstawiona jest do wnętrza korpusu 10 przez tuleję prowadzącą 12 i oparta od góry o dyszę 14. Średnica zewnętrzna rurki prowadzącej 13 jest zasadniczo równa średnicy wewnętrznej tulei grzejnej 11 i średnicy wewnętrznej tulei prowadzącej 12. Średnica wewnętrzna osiowego otworu korpusu 10 jest większa od średnicy zewnętrznej rurki prowadzącej 13. Wynikająca z tej różnicy przestrzeń wypełniona jest rurką pomocniczą 16, otaczającą rurkę prowadzącą 13. W pobliżu drugiego końca korpusu 10 znajdują się dwa wybrania 17. Korpus 10 ma postać prostopadłościanu z wzdłużnym wpustem 18 na jednej z jego ścianek. Przekrój poprzeczny korpusu 10 dopasowany jest do przekroju poprzecznego kanału 4. Wypust 19 na wewnętrznej powierzchni kanału 4 współpracuje z wpustem 18 korpusu 10, dzięki czemu zespół drukujący 2 wchodzi w gniazdo 1 tylko w jednej pozycji, zapewniającej połączenie elektryczne między zespołem styków 9 i 15. Do pierwszego końca korpusu 10 przymocowana jest osłona maskująca 20 otaczająca tuleję grzejną 11.An exemplary head according to the invention includes a socket 1 and a printing unit 2. The socket 1 is permanently attached to the head drive unit not shown in the drawing, and a printing unit 2 is detachably attached to the socket 1. The socket 1 includes a block 3 of a socket with a channel 4 and two parallel ones. the pressure rollers 5 are slidably seated in the socket block 3 on both sides of the channel 4. The ends of the rollers 5 protruding from the socket block 3 are screwed into the plate release button 6. Each shaft 5 is surrounded by a pressure screw 7 resting at one end against the block 3 of the socket 1, and the other end against the release button 6. Perpendicular to the axis of rollers 5 in block 3 of seat 1, two holes are made, in which two retaining balls 8 are placed. Conical ends of rollers 5 located in the area of block 3 of seat 1 force the movement of retaining balls 8 while moving towards channel 4. A set of four electric contacts 9 connected to a printer controller not shown in cable drawing. The printing unit 2 comprises an elongated body 10 with an axial bore, a heating sleeve 11, a guide sleeve 12, a guide tube 13 and a nozzle 14. The heating sleeve 11 is screwed with its first end into the first end of the body 10 and sealed with a Teflon tape not shown. A guide sleeve 12 is screwed into the other end of the body 10, through which a thermoplastic batch material is inserted into the printing unit 2. A nozzle 14 is screwed into the other end of the heating sleeve 11. Inside the heating sleeve 11 there is a wound electric heater resistance wire and a thermistor, covered with a high-temperature ceramic mass preventing oxidation. Both heater outputs and both thermistor outputs are led outside the heating sleeve 11, guided in the grooves of the body 10 and connected by two pairs of electric contacts 15 attached to the body 10. The tube 13 guiding the thermoplastic batch material towards the nozzle 14 is inserted into the body 10 through the sleeve leading 12 and leaning on top of the nozzle 14. The outer diameter of the guide tube 13 is substantially equal to the inner diameter of the heating sleeve 11 and the inner diameter of the guide sleeve 12. The inner diameter of the axial opening of the body 10 is greater than the outer diameter of the guide tube 13. The resulting space it is filled with an auxiliary tube 16 surrounding the guide tube 13. Two recesses 17 are provided near the other end of the body 10. The body 10 is cuboid with a longitudinal groove 18 on one of its walls. The cross-section of the body 10 matches the cross-section of the channel 4. The projection 19 on the inner surface of the channel 4 cooperates with the key 18 of the body 10, so that the printing unit 2 fits into the socket 1 in only one position, ensuring the electrical connection between the contact group 9 and 15. A masking cover 20 surrounding the heating sleeve 11 is attached to the first end of the body 10.

Claims (5)

1. Głowica drukarki druku przestrzennego zawierająca gniazdo mocowane do zespołu napędowego oraz zespół drukujący, znamienna tym, że gniazdo (1) zawiera blok (3) gniazda z kanałem (4) na zespół drukujący (2), dwa równoległe wałki dociskowe (5), osadzone przesuwnie w bloku (3) gniazda po obu stronach kanału (4) i połączone przyciskiem zwalniającym (6), dwie kulki ustalające (8), dwie sprężyny dociskowe (7) ulokowane pomiędzy blokiem (3) gniazda i przyciskiem zwalniającym (6) oraz cztery styki elektryczne (9), zaś zespół drukujący (2) zawiera wydłużony korpus (10) z osiowym otworem, tuleję grzejną (11), tuleję prowadzącą (12), rurkę prowadzącą (13), cztery styki elektryczne (15) współpracujące z czterema stykami (9) gniazda (1) oraz dyszę (14), przy czym tuleja grzejna (11) pierwszym1. An AM head including a socket attached to a drive unit and a printing unit, characterized in that the socket (1) comprises a socket block (3) with a channel (4) for the printing unit (2), two parallel pressure rollers (5), slidably seated in the socket block (3) on both sides of the channel (4) and connected with a release button (6), two retaining balls (8), two compression springs (7) located between the socket block (3) and the release button (6) and four electrical contacts (9), and the printing unit (2) includes an elongated body (10) with an axial bore, a heating sleeve (11), a guide sleeve (12), a guide tube (13), four electrical contacts (15) mating with four contacts (9) of the socket (1) and the nozzle (14), with the heating sleeve (11) being the first PL 227 047 B1 końcem osadzona jest w pierwszym końcu korpusu (10), tuleja prowadząca (12) osadzona jest w drugim końcu korpusu (10), w drugim końcu tulei grzejnej (11) osadzona jest dysza (14), rurka prowadząca (13) ulokowana jest we wnętrzu korpusu (10) i rozciąga się od dyszy (14) do tulei prowadzącej (12), a w pobliżu drugiego końca korpusu (10) znajdują się wybrania (17) na kulki ustalające (8).The end is mounted in the first end of the body (10), the guide sleeve (12) is mounted in the other end of the body (10), the nozzle (14) is mounted in the other end of the heating sleeve (11), the guide tube (13) is located inside the body (10) and extends from the nozzle (14) to the guide sleeve (12), and there are recesses (17) for the retaining balls (8) near the other end of the body (10). 2. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że średnica zewnętrzna rurki prowadzącej (13) jest zasadniczo równa średnicy wewnętrznej tulei grzejnej (11) i średnicy wewnętrznej tulei prowadzącej (12), średnica wewnętrzna osiowego otworu korpusu (10) jest większa od średnicy zewnętrznej rurki prowadzącej (13), przy czym w osiowym otworze korpusu (10) ulokowana jest rurka pomocnicza (16) otaczająca rurkę prowadzącą (13).2. Head according to claim The method of claim 1, characterized in that the outer diameter of the guide tube (13) is substantially equal to the inner diameter of the heating sleeve (11) and the inner diameter of the guide sleeve (12), the inner diameter of the axial bore of the body (10) is greater than the outer diameter of the guide tube (13) a support tube (16) surrounding the guide tube (13) is positioned in the axial opening of the body (10). 3. Głowica według zastrz. 1 lub 2, znamienna tym, że zewnętrzny zarys przekroju poprzecznego korpusu (10) odpowiada zarysowi przekroju poprzecznego kanału (4) i zapewnia jednoznaczne usytuowanie zespołu drukującego (2) względem gniazda (1).3. Head according to claim The method of claim 1 or 2, characterized in that the outer contour of the cross-section of the body (10) corresponds to the cross-sectional contour of the channel (4) and ensures unambiguous positioning of the printing unit (2) with respect to the seat (1). 4. Głowica według zastrz. 3, znamienna tym, że odcinek korpusu (10) wchodzący w kanał (4) ma postać prostopadłościanu z wzdłużnym wpustem (18) na jednej ze ścianek, zaś kanał (14) ma postać otworu o przekroju prostokątnym z wzdłużnym wypustem (19) odpowiadającym wzdłużnemu wpustowi (18) korpusu (10).4. The head according to claim 3. The pipe according to claim 3, characterized in that the section of the body (10) extending into the channel (4) has the form of a cuboid with a longitudinal groove (18) on one of the walls, and the channel (14) has the form of a rectangular hole with a longitudinal projection (19) corresponding to the longitudinal groove (19). the key (18) of the body (10). 5. Głowica według zastrz. 1 lub 2 lub 3 lub 4, znamienna tym, że do pierwszego końca korpusu (10) przymocowana jest osłona maskująca (20) otaczająca tuleję grzejną (11).5. The head according to claim A masking cover (20) surrounding the heating sleeve (11) is attached to the first end of the body (10).