Mechanizm podawania filamentu w drukarkach typu FDM i FFF

Istota wynalazku:

W drukarkach 3D stosujących metodę FDM (ang. Fused Deposition Model) dotychczas materiał podawany jest do głowicy w postaci gładkiej na powierzchni żyłki. Materiału przepychany jest śrubą lub kółkiem radełkowanym, które wgniatają bruzdy na jego powierzchni. Z drugiej strony materiał dociskany jest za pomocą łożyska osadzonego na regulowanym elemencie sprężystym. Proces ten wymaga dużego momentu obrotowego, który jest uzyskiwany poprzez redukcję prędkości za pomocą różnego rodzaju przekładni. Prezentowany wynalazek redukuje wiele elementów takiej głowicy przez co staje się lżejsza a zarazem dokładniej podaje materiał. Do Urzędu Patentowego zgłoszone zostały dwa wynalazki, jeden to sposób przygotowania materiału, drugi głowica podająca materiał. Materiał sprzedawany jest w postaci żyłki o zdefiniowanym przekroju, W trakcie produkcji po wyjściu z matrycy gorący materiał ma tendencje puchnięcia i odkształcania, które powodują wady zachowania kształtu okrągłości. Powoduje to błędy naddatku lub niedoboru materiału w trakcie wydruku. Nasz pomysł to nacięcie linii śrubowej na jego powierzchni przez co zostanie on skalibrowany i będzie posiadał stałą średnicę. Materiał z naciętą linią śrubową może być podawany dużo efektywniej od standardowego. Jeżeli zastosuje się silnik z wałem drążonym wewnątrz wirnika (rys. 6), a w środku zamontuje tuleję z gwintem na wewnętrznej powierzchni lub bezpośrednio nagwintuje wewnętrzną powierzchnię cylindryczną wału drążonego to zmniejszona zostanie masa samej głowicy. Jednocześnie dzięki takiemu rozwiązaniu można uzyskać duże przełożenie bezpośrednio między samym filamentem, a wałem silnika (rys. 1 i 6). Rozwiązanie to eliminuje konieczność stosowania przekładni oraz skomplikowanych mechanizmów podawania filamentu, a jednocześnie wykluczy zupełnie poślizg filamentu. Z uwagi na możliwość obracania materiału wewnątrz osi silnika konieczne jest zastosowanie mechanizmu zabezpieczającego przed ruchem obrotowym żyłki materiału w ekstruderze. Prezentowany przykład takiego mechanizmu składa się z trzech kół osadzonych na dwóch osiach, których położenie jest korygowane za pomocą śrub, (rys. 2, 4, 5).

Potencjał komercjalizacyjny wynalazku:

Obecnie we wszystkich głowicach drukarek FDM/FFF produkowanych w kraju jak i za granicą stosowane są skomplikowane i ciężkie mechanizmy podawania materiału, ogranicza to prędkość i dokładność wydruków, zastosowanie opisanego modelu eliminuje ciężar głowicy, zwiększy prędkość oraz dokładność wydruków. Po za tym głowica taka ma mniej skomplikowanych elementów przez co obniża koszty jej produkcji. Zaproponowane głowice można zastosować w drukarkach produkowanych w polskich firmach takich jak np. Hbot3D, Zoltrix.