Omni3D獨特的FFF擠出機冷卻技術(shù)獲得美國專利，雙噴頭布局設(shè)計提供更大穩(wěn)定性

2022年10月17日，南極熊獲悉，波蘭3D打印機制造商Omni3D獲得了一項名為 "Omni3D冷卻系統(tǒng) "的專利，該技術(shù)使用戶能夠更有效地冷卻其熔融絲制造（FFF）機器的擠出器。

△專利原理圖

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2022-10-17 20:21 上傳

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Omni3D表示，通過在進料和沉積過程中穩(wěn)定長絲溫度，其組合式擠出機、打印頭和裝配系統(tǒng)能夠提供質(zhì)量明顯提高的部件。這項技術(shù)在獲得美國專利授權(quán)后，該公司現(xiàn)在希望它能在FFF 3D打印領(lǐng)域的市場上變得更具競爭力。

Omni3D公司首席執(zhí)行官Paweł Robak說："在Omni3D公司，我們希望提供最好的3D打印解決方案，以生產(chǎn)具有特殊尺寸精度和穩(wěn)定性的打印件。我很自豪，我們可以為3D打印行業(yè)帶來更多的價值，我們的產(chǎn)品現(xiàn)在已經(jīng)被批準進入美國市場。我們相信我們的解決方案代表了對擠出工藝的重要改進。"

在基于熔融絲材沉積（FFF）的制造過程中，絲材加熱溫度、進料速度、溫度保持等參數(shù)是控制打印過程穩(wěn)定的基本條件。Omni3D所提出的專利打印頭冷卻系統(tǒng)為打印機用戶提供了最大限度地控制打印過程的可能性，即控制進料燈絲的數(shù)量和穩(wěn)定性。整體而言，這項擠出頭冷卻系統(tǒng)專利具有以下特點：

（1)穩(wěn)定和平整的基臺條件；

（2)將耗材送入打印頭和打印頭本身前面的元件上的恒定低絲材溫度

（3)增加工藝的可控性，其中 2 根長絲可能具有不同的軟化溫度參數(shù)

（4)為用戶提供更大的控制感并提高過程穩(wěn)定性

△采用Omni3D冷卻系統(tǒng)的打印頭。照片來自O(shè)mni3D。

Omni3D的FFF打印組合

自2013年成立以來，Omni3D的影響力不斷擴展，其客戶群現(xiàn)在包括西門子和MAHLE等跨國公司，以及BAE系統(tǒng)等國防承包商。目前，該公司的產(chǎn)品包括Omni200、Omni500 LITE、OmniSTART和Factory 2.0設(shè)備的多個版本，以及長絲原料，旨在滿足工業(yè)、汽車和教育需求。

憑借其Omni3D系列機器，該公司推出了一套具有縮放功能的用戶友好型系統(tǒng)，因此使用者可以選擇最適合自己的系統(tǒng)。雖然入門級的OmniSTART有200 x200 x 150mm的構(gòu)建體積和260°C的最大打印頭溫度，但能力更強的Omni500更大，其打印頭可以在360°C下安全運行。

對于尋求FFF 3D打印機的工程師來說，Omni3D的Factory 2.0機器甚至更大，可以承擔(dān)更多的應(yīng)用要求。這些機器具有500 x 500 x 500毫米的構(gòu)建體積，并配備了封閉的加熱室。因此，F(xiàn)actory2.0能夠用工程級的Thermec Zed，以及ABS和CPFA工業(yè)熱塑性塑料制作大尺寸的打印件。

此前，Omni3D公司的技術(shù)已被應(yīng)用于Hussarya的3D打印原型，這是一輛波蘭的超級跑車，它不斷地被重新開發(fā)，在八年內(nèi)從最初的設(shè)計到合法的公路GT3賽車。在更多的終端應(yīng)用中，Omni3D還與塞浦路斯科技大學(xué)合作，開發(fā)了一個3D打印生物燃料反應(yīng)器，能夠?qū)⒍�氧化碳轉(zhuǎn)化為替代燃料。

△Omni3D的Factory 2.0 NET。圖片來自O(shè)mni3D。

Omni3D冷卻系統(tǒng)

盡管FFF是市場上最流行的3D打印形式，但Omni3D表示該技術(shù)仍有許多領(lǐng)域需要進一步研究。特別是該公司已經(jīng)注意到，擠出機過熱會對用戶的操作造成困擾。該公司指出，在沒有冷卻的情況下，長絲會加熱到軟化溫度，導(dǎo)致它們在擠出機的進料區(qū)變形。

這反過來又會導(dǎo)致擠出機的齒輪系統(tǒng) "咬 "住材料，從而有效地改變進料量，最終導(dǎo)致打印結(jié)果不一致。為了解決這一過熱問題，Omni3D想出了一種冷卻擠出機的方法，即在壓力軸承和齒輪之間 "抓 "住長絲，以促進穩(wěn)定和可重復(fù)的塑料擠出。

在此過程中，Omni3D公司發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定擠出溫度的關(guān)鍵是改善FFF機器的輥花絲夾系統(tǒng)的工作條件。這些系統(tǒng)需要保持足夠的溫度，以確保使用正確的力量將長絲壓入打印頭，因此，為了實現(xiàn)這一點，Omni3D開發(fā)了一種擠出機設(shè)計，其機身還承擔(dān)著散熱片的作用。

實際上，該公司的擠出機通過其機身吸收熱能，然后通過冷卻液將其傳送到冷卻器，冷卻器將多余的熱量排放到環(huán)境中。通過用鈦和鋁創(chuàng)建該系統(tǒng)，并繞過對專用散熱器的需求，Omni3D已設(shè)法使其更輕、更緊湊，這些優(yōu)勢也提高了其產(chǎn)量。

同時，擠出機致力于將材料在錯誤階段軟化的風(fēng)險降到最低，減少擠出過度或不足的機會，同時改善FFF打印機的電機運行。據(jù)稱，與僅僅使用G代碼材料設(shè)置相比，該系統(tǒng)還能為用戶提供對耗材進料量和打印精度的更大控制。

Omni3D的首席技術(shù)專家KrzysztofKardach解釋說："該系統(tǒng)的基本原理是降低加熱室中長絲的溫度，通過將其穩(wěn)定在一個遠離軟化的溫度，長絲被擠出機更穩(wěn)定地輸送到噴嘴。這一功能使我們的打印機能夠使用各種長絲，并能更好地控制塑化長絲的進給壓力。"

他繼續(xù)補充說："通過在壓力軸承和擠出機齒輪之間'夾住'長絲的地方冷卻擠出機，我們獲得了非常穩(wěn)定和可重復(fù)的擠出材料數(shù)量。在沒有冷卻的情況下，擠出機中的長絲可能會加熱到軟化點。在擠壓機中壓縮后的加熱長絲可能會從圓形截面變形為橢圓形，齒輪會更多地'咬合'；從而改變有效的材料喂入量。"

△Omni3D冷卻系統(tǒng)的示意圖。圖片來自O(shè)mni3D。

獲得美國專利的擠出機設(shè)計

在將這種擠出機設(shè)計整合到其3D打印機中后，Omni3D現(xiàn)在也已在美國申請了專利。該公司在美國的專利編號為 "US2019/0184633 A1"，它不僅涵蓋了其散熱擠出機設(shè)計，還包括一個模塊化的機頭組裝系統(tǒng)，以進一步防止?jié)撛诘拇蛴″e誤。

在實踐中，該設(shè)備的雙頭布局通過使其更容易切換打印頭，同時使用戶能夠同時控制兩種長絲的軟化溫度參數(shù)。除了使不同類型的材料能夠用于零件的底座和支撐物外，該系統(tǒng)還有助于在進料前和進料過程中保持其冷卻，從而產(chǎn)生更好的工藝穩(wěn)定性。

Omni3D全球銷售經(jīng)理TomaszGarniec總結(jié)說："由于使用了這項專利技術(shù)，Omni3D系統(tǒng)不僅是其應(yīng)用中最通用的系統(tǒng)之一，而且通過其冷卻元件，我們穩(wěn)定了整個打印機的運行。這一點，加上技術(shù)方面的原因，使得配備了Omni3D打印機的設(shè)備運行過程更流暢，并保證了許多小時打印的穩(wěn)定性。"