Изобретение относится к области технологий синтеза, т.е. изготовления трехмерных физических объектов добавочным нанесением (наслоением) с использованием, в частности, полимерных материалов, а точнее к технологиям струйной 3D печати. Техническое решение может найти свое применение при изготовлении трехмерных моделей широкой сферы их последующего использования, в частности, науке, образовании, инженерии, медицине и пр.

Раскрытая в описании настоящего решения технология относится к области струйной 3D печати, реализуемой, чаще всего, с использованием раздаточной головки, сопла (сопел), элементов настройки и контроля за работой головки 3D принтера, а также полимерного строительного (термопластика), в качестве рабочего материала.

Из уровня техники известны аналогичные технические решения, сущность которых заключается в том, что раздаточная головка струйного 3D принтера выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика (полимерного материала). Капли быстро застывают, формируя при этом слои будущего объекта.

Так из - уровня техники известен способ печати на 3D принтере со сменяемыми модулями (соплами) печати - WO 2015038072, (BIO3D TECHNOLOGIES PTE LTD, SG), В 33 Y 10/00, от 19.03.2015г.

Аналогичные решения раскрыты в следующей патентной документации: CN 203945698, (CHEN LIANG), 19.11.2014 г., - «Раздаточная головка 3D принтера», CN 203945690, (INSTITUTE OF AUTOMATION OF HEILONGJIANG ACADEMY OF SCIENCES), 19.11.2014 r. - «3D принтер на основе БП», CN 104149352, (SANYA SIHAI INNOVATIVE ELECTRICAL AND MECHANICAL ENGINEERING CO., LTD, CHEN MINGQIAO), 19.11.2014 г. - «Раздаточная головка 3D принтера».

Также из уровня техники известна технология струйной 3D печати, в частности, из описаний к патентам США: US 5121329, «Stratasys, Ιηα», опубл.: 09.06.1992г., - «Способ и устройства создания 3D объектов», US 5340433, «Stratasys, Inc.», опубл.: 23.08.1994г. - «Устройство для создания 3D объектов», US 5738817, «Stratasys, Ιηα», опубл.: 14.04.1998г., «Автоматическое дозирование в процессе 3D печати», US 5764521, «Stratasys, Ιηα», опубл.: 09.06.1998г. - «Способ и устройство для БП», US 6022207, «Stratasys, Ιηα», опубл.: 08.02.2000г. - «Мультиэкструдер»

В указанных патентах раскрыта технология и используемые при ее осуществлении устройства (оборудование): построения ЗО-объектов по заранее подготовленной модели методом «слой за слоем» путем экструзионного осаждения строительного материала (чаще всего полимерного).

При этом строительный материал подается через сопло раздаточной головки, и осаждается в виде последовательности дорожек на подложке в ΧΥ-плоскости. Затем печатающая головка поднимается относительно подложки по оси Ζ (перпендикулярной ΧΥ-плоскости) на один шаг, и процесс повторяется для формирования ЗО-объекта, подобного CAD- модели.

В указанных аналогах для осуществления необходимых технологических операций, связанных с заменой рабочего строительного материала, приходилось отводить головку принтера с экструдером из зоны печати а также дополнительно нагревать и остужать сопла, что занимало дополнительное время.

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели патент US7625200 опубл.01.12.2009, в котором раскрыто устройство 3D принтера и способ печати на струйном 3D принтере включающий управляемое перемещение печатающей головки 3D принтера , подачу по меньшей мере двух нитей из плавкого материала в печатающую головку, разогрев нитей посредством нагревателей с контролируемой температурой и попеременное включение одного из сопел посредством модуля управления принтера, и подачу нити под давлением в активное сопло, но их нагрев не прекращается и в неактивные сопла остаются неприкрытыми.

Недостатком наиболее близкого аналога является низкая технологичность способа, определяющаяся тем, что при осуществлении струйной 3D печати одного изделия (одной модели) различными материалами (например, различных цветов или плотности) возникают перерывы в работе, вызванные тем, что печатать одновременно двумя и более материалами сопровождается вынужденным простоем (перерывом в работе) неактивных сопел головки принтера, что связано с необходимостью замены строительного материала (например, полимеры различных свойств) и его подготовки к работе, а именно разогрева одного сопла и нагрева другого. При использовании устройства наиболее близкого аналога оба сопла остаются нагретым, при этом из нерабочего сопла, находящегося в режиме простоя будет течь пластик. Вытекающий пластик будет попадать на поле печати, и тем самым нарушать рисунок печати. Также недостатком указанного устройства является то, что при перерывах в работе на сопле остается пластик, который во время простоя застывает и образуется облой, который при при активации сопла мешает нагнетать печатающий материал и также нарушает рисунок печати.

Задача данного технического решения заключается в разработке нового способа печатания на струйном 3D принтере, позволяющим устранить указанные выше недостатки.

Технический результат заявленного технического решения заключается в повышение качества получаемых 3D моделей, при уменьшении времени на изготовление одной 3D моделей.

Указанная задача решается следующим образом за счет создания способа печати на струйном 3D принтере включающего управляемое перемещение печатающей головки 3D принтера , подачу по меньшей мере двух нитей из плавкого материала в печатающую головку, разогрев нитей посредством нагревателей с контролируемой температурой и попеременное включение одного из сопел посредством модуля управления принтера, и подачу нити под давлением в активное сопло. При переключении сопел печатающей головки модуль управление принтера включает мотор эксцентрика, который передает вращение на эксцентрик, подвижная платформа, траектория движения которой ограничивается и направляется направляющими роликами, приводится в движение вокруг оси осевого винта, в процессе перемещения подвижной платформы одно из сопел приводится в активное положение посредством расцепление ведомой шестерни приводимого в неактивное положение сопла с ведущей шестерней и зацепление ведомой шестерни приводимого в активное положение сопла, при этом перемещение подвижной платформы смещает положения сопел относительно клапана для сопел, запирая отверстия неактивных сопел и открывая отверстие активного сопла, после полной фиксации подвижной платформы в положении активации первого сопла 6 000121

5

принтер продолжает печать первым соплом, одновременно при перемещении печатающей головки облой остающийся на неактивном сопле срезается кромкой отверстия клапана.

В одном из вариантов осуществления способа при перемещении печатающей головки 3D принтера срезанный облой снимается посредством колпачка, размещенного на направляющей печатающей головки.

В другом варианте осуществления способа отведение тепла выделяемого нагретыми соплами осуществляется посредством отверстий, выполненных в клапане.

Ниже приводятся графические материалы, поясняющие сущность заявленного решения, никоим образом не ограничивающие любые иные варианты осуществления заявленного решения.

На фиг 1 : общий вид печатающей головки 3D принтера,

На фиг. 2: общий вид подвижной платформы печатающей головки 3D принтера в исходном положении,

На фиг 3 : положение печатающей головки, в котором активно сопло 9, На фиг 4: положение печатающей головки, в котором активно сопло 10, На фиг 5: вариант выполнения клапана для сопел.

На фиг.6: вариант выполнения клапана для сопел с теплоотводящими отверстиями показан вид снизу.

На фиг. 1 -5 изображены следующие элементы конструкции:

1. Направляющие ролики.

2. Осевой винт. 3. Эксцентрик.

4. Позиционный ограничитель.

5. Клапан для сопел.

6. Ведущая шестерня.

7. Ведомая шестерня второго сопла.

8. Ведомая шестерня первого сопла.

9. Второе сопло с нагревателем.

10. Первое сопло с нагревателем.

11. Подвижная платформа.

Способ печати на струйном 3D принтере может быть осуществлен следующим образом.

На предварительном этапе печати на струйном 3D принтере определяются необходимые параметры и условия для печати, в частности: разрешающую способность печати, скорость перемещения печатающей головки, толщину внешней оболочки изделия, процент заполнения изделия материалом пластика (от 0 - при изготовлении полых изделий, до 100%), необходимость построения поддерживающих структур при наличии навесных элементов у модели, температуру охлаждения детали посредством управления режимом работы вентилятора печатающей головки, необходимость добавления «юбки» к основанию ЗО-модели для лучшей адгезии начальных слоев строящегося изделия к поверхности рабочего стола в начале процесса печати и предотвращения смещения изделия в процессе печати, необходимость печати подложки, параметры, характеризующие расходный материал (пластик) и т.д. Под каждый пластик выбирают температуру нагревателя для расплавления пластика в печатающей головке, температуру нагрева поверхности рабочего стола при печати первого слоя ЗО-модели и остальных слоев. Поддерживающая структура может быть построена из материала печати самого объекта с использованием одной печатающей головки, при этом поддерживающую структуру проектируют и размещают с зазором относительно строящейся модели для обеспечения ее легкого удаления с поверхности готового изделия. Поддерживающая структура может быть выполнена из другого материала с использованием второго сопла. Некоторые вышеуказанные параметры указаны в таблице 1 на примере пластиков АБС(акрилонитрилбутадиенстирол) — ударопрочной технической термопластической смола на основе сополимера акрилонитрила с бутадиеном и стиролом, РЬА-биоразлагаемого,биосовмести мого, термопластичного, алифатического полиэфира, и HIPS (High Impact Polystyrene)- высопрочного полистирола, который имеет схожие характеристики с ABS -нитью в плане ударопрочное™ и твердости и полностью растворим в Лимонене (Limonen)- жидком углеводороде.

Используется HIPS как материал поддержки для ABS.

Перед началом печати на персональном компьютере с помощью графического программного обеспечения, (например, Компас 3D, AutoCad, SolidWorks, Blender, 3ds Max, Google SketchUp) формируют ЗБ-модель, которая должна соответствовать параметрам принтера. После чего сформированную модель загружают в соответствующее программное обеспечение (ПО) (например, Polygon, Slic3r, KISSlicer), обеспечивающее разбиение модели на слои (в соответствии с параметрами настройки принтера) и подготовку задания для печати. По окончанию подготовки задания, проверяют готовность принтера к печати и передают задание на печать в принтер средствами доступных интерфейсов.

Подготовку задания для печати осуществляют следующим образом. После окончания всех манипуляций с моделью для старта печати переводят модель в понятное для принтера задание. Задание, представленное в виде 0121

8

компьютерного языка команд, например, g-code, образуется в процессе разрезания модели на множество слоев. Количество слоев определяется необходимым разрешением и ограничивается возможностями по разрешению конкретной модели принтера. В процессе подготовки задания определяют необходимые характеристики прочности модели, разрешение печати, скорость печати и необходимость построения поддерживающих структур под навесные элементы.

(Поддерживающие структуры - элементы которые автоматически формируются в процессе разрезания модели на слои, в случае необходимости. Они создают опорные плоскости для элементов детали. Поддерживающие структуры могут выполняться из того же материала, что и выстраивающийся прототип, а может выполняться из других материалов, которые возможно растворить водой и другими специализированными жидкостями, в зависимости от модификации принтера.).

По каждому слою строят векторы перемещения печатающей головки - контур и внутреннюю структуру в зависимости от выбранных параметров (толщины стенки, процента заполнения и т.д.).

После отсечения очередного слоя сначала вырисовывается внешний контур, затем производится его заливка исходя из процента заполнения. После прохода по всей высоте модели, производится построение поддерживающих структур и далее задание экспортируется в готовый файл.

После подготовки задания для печати устанавливают соединение с принтером. Проверяют работоспособность всех механических узлов принтера, наличие установленных расходных материалов. После чего загружают подготовленное задание в контроллер принтера через сетевой интерфейс или переносной носитель.

По окончанию всех подготовок запускают печать.

При необходимости смены материала производится переключение сопел печатающей головки с минимальным прерыванием процесса печатания. Положение подвижной платформы ( 1 1 ) определяется датчиком положения подвижной платформы ( 1 ), которое ограничивается позиционным ограничителем ( 4 ). Датчик положения подвижной платформы определяет два состояния: позиция 1 и позиция 2. Позиция 1 - определяет положение необходимое для работы второго сопла ( 9 ), позиция 2 - определяет положение для работы первого сопла ( 10 ). При необходимости привести в рабочее положение сопло 9 модуль управления принтером ( материнская плата ) включает мотор эксцентрика, который передает вращение на эксцентрик.

Подвижная платформа ( 11 ), траектория движения которой ограничивается и направляется направляющими роликами ( 1 ), приводится в движение вокруг оси осевого винта ( 2 ). В процессе перемещения подвижной платформы ( 1 1 ) из положения активного сопла 9 в активное сопло 10 происходит расцепление ведомой шестерни второго сопла ( 7 ) с ведущей шестерней ( 6 ) и зацепление ведомой шестерни первого сопла ( 8 ) с ведущей шестерней ( 6 ). Перемещение подвижной платформы ( 11 ) смещает положения сопел относительно клапана для сопел ( 5, рис 1 ), запирая отверстие второго сопла ( 9 ) и открывая отверстие первого сопла ( 10 ). После полной фиксации подвижной платформы ( 1 1 ) в положении активации первого сопла принтер продолжает печать первым соплом. Клапан сопел ( 5 ) может быть выполнен в виде одного из следующих вариантов. Конструкция клапана может быть представлена, как единая планка с отверстиями для размещения активных сопел, в которой также выполнены отверстия, совмещенные с отверстием для сопел для обрезки облоя.

При переходе подвижной платформы из одного положения, в котором активно одно из сопел в положение, в котором активно другое сопло, режущая кромка отверстия для обрезки облоя срезает остатки материала с сопла переходящего из активного в неактивное положение и одновременно клапан запирает неактивное сопло, и одновременно, активное сопло размещается в отверстии планки.

Для отведения тепла, выделяемого нагретыми соплами на клапане в месте размещения неактивного сопла выполнены дугообразные отверстия, на фиг.6 показан вариант с двумя дугообразными отверстиями.

Срезанный с сопла облой снимается посредством колпачка, размещенного на направляющей печатающей головки.

Преимущества заявляемого принтера заключаются в использование одного экструдера при смене материала, которое обеспечивается сменой положения сопел (отведения их из рабочего положения в положение «ожидание»), за счет чего достигается возможность быстрой смены подачи рабочего материала в экструдер и, соответственно, изготовление 3d модели. Также качество изделий повышается за счет обрезки облоя с неактивного сопла, которое позволяет при активации сопла добиться высокого качества 3D печати и бесперебойной работы устройства. Это обеспечивает существенное сокращение времени 3D печати и, соответственно, временных затрат на изготовление 3D моделей. 16 000121

И

Таблица 1

Параметры АБС PLA HIPS

Температура экструдера (сопла) и 230-250/230 230- 250 первого слоя/ остальных слоев, 200/20

0

Температура стола и 90-115/90 70/40 115 первого слоя/ остальных слоев,

Коэффициент подачи пластика - 0,9-1 0,9-1 0,9-1 множитель (подбирается при помощи

калибровочных шаблонов и задает

скорость перемещения шестеренок

электродвигателя печатающей головки, и,

соответственно, скорость перемещения

печатающей головки и скорость подачи

нити в печатающую головку)