Omni3D独特的FFF挤出机冷却技术获得美国专利，双喷头布局设计提供更大稳定性

2022年10月17日，南极熊获悉，波兰3D打印机制造商Omni3D获得了一项名为 "Omni3D冷却系统 "的专利，该技术使用户能够更有效地冷却其熔融丝制造（FFF）机器的挤出器。

△专利原理图

专利下载链接：https://patents.google.com/patent/US20190184633A1/en?oq=US+2019%2f0184633+Al+

专利附件： US20190184633A1.pdf (926.37 KB, 下载次数: 125)

2022-10-17 20:21 上传

点击文件名下载附件

Omni3D表示，通过在进料和沉积过程中稳定长丝温度，其组合式挤出机、打印头和装配系统能够提供质量明显提高的部件。这项技术在获得美国专利授权后，该公司现在希望它能在FFF 3D打印领域的市场上变得更具竞争力。

Omni3D公司首席执行官Paweł Robak说："在Omni3D公司，我们希望提供最好的3D打印解决方案，以生产具有特殊尺寸精度和稳定性的打印件。我很自豪，我们可以为3D打印行业带来更多的价值，我们的产品现在已经被批准进入美国市场。我们相信我们的解决方案代表了对挤出工艺的重要改进。"

在基于熔融丝材沉积（FFF）的制造过程中，丝材加热温度、进料速度、温度保持等参数是控制打印过程稳定的基本条件。Omni3D所提出的专利打印头冷却系统为打印机用户提供了最大限度地控制打印过程的可能性，即控制进料灯丝的数量和稳定性。整体而言，这项挤出头冷却系统专利具有以下特点：

（1)稳定和平整的基台条件；

（2)将耗材送入打印头和打印头本身前面的元件上的恒定低丝材温度

（3)增加工艺的可控性，其中 2 根长丝可能具有不同的软化温度参数

（4)为用户提供更大的控制感并提高过程稳定性

△采用Omni3D冷却系统的打印头。照片来自Omni3D。

Omni3D的FFF打印组合

自2013年成立以来，Omni3D的影响力不断扩展，其客户群现在包括西门子和MAHLE等跨国公司，以及BAE系统等国防承包商。目前，该公司的产品包括Omni200、Omni500 LITE、OmniSTART和Factory 2.0设备的多个版本，以及长丝原料，旨在满足工业、汽车和教育需求。

凭借其Omni3D系列机器，该公司推出了一套具有缩放功能的用户友好型系统，因此使用者可以选择最适合自己的系统。虽然入门级的OmniSTART有200 x200 x 150mm的构建体积和260°C的最大打印头温度，但能力更强的Omni500更大，其打印头可以在360°C下安全运行。

对于寻求FFF 3D打印机的工程师来说，Omni3D的Factory 2.0机器甚至更大，可以承担更多的应用要求。这些机器具有500 x 500 x 500毫米的构建体积，并配备了封闭的加热室。因此，Factory2.0能够用工程级的Thermec Zed，以及ABS和CPFA工业热塑性塑料制作大尺寸的打印件。

此前，Omni3D公司的技术已被应用于Hussarya的3D打印原型，这是一辆波兰的超级跑车，它不断地被重新开发，在八年内从最初的设计到合法的公路GT3赛车。在更多的终端应用中，Omni3D还与塞浦路斯科技大学合作，开发了一个3D打印生物燃料反应器，能够将二氧化碳转化为替代燃料。

△Omni3D的Factory 2.0 NET。图片来自Omni3D。

Omni3D冷却系统

尽管FFF是市场上最流行的3D打印形式，但Omni3D表示该技术仍有许多领域需要进一步研究。特别是该公司已经注意到，挤出机过热会对用户的操作造成困扰。该公司指出，在没有冷却的情况下，长丝会加热到软化温度，导致它们在挤出机的进料区变形。

这反过来又会导致挤出机的齿轮系统 "咬 "住材料，从而有效地改变进料量，最终导致打印结果不一致。为了解决这一过热问题，Omni3D想出了一种冷却挤出机的方法，即在压力轴承和齿轮之间 "抓 "住长丝，以促进稳定和可重复的塑料挤出。

在此过程中，Omni3D公司发现，稳定挤出温度的关键是改善FFF机器的辊花丝夹系统的工作条件。这些系统需要保持足够的温度，以确保使用正确的力量将长丝压入打印头，因此，为了实现这一点，Omni3D开发了一种挤出机设计，其机身还承担着散热片的作用。

实际上，该公司的挤出机通过其机身吸收热能，然后通过冷却液将其传送到冷却器，冷却器将多余的热量排放到环境中。通过用钛和铝创建该系统，并绕过对专用散热器的需求，Omni3D已设法使其更轻、更紧凑，这些优势也提高了其产量。

同时，挤出机致力于将材料在错误阶段软化的风险降到最低，减少挤出过度或不足的机会，同时改善FFF打印机的电机运行。据称，与仅仅使用G代码材料设置相比，该系统还能为用户提供对耗材进料量和打印精度的更大控制。

Omni3D的首席技术专家KrzysztofKardach解释说："该系统的基本原理是降低加热室中长丝的温度，通过将其稳定在一个远离软化的温度，长丝被挤出机更稳定地输送到喷嘴。这一功能使我们的打印机能够使用各种长丝，并能更好地控制塑化长丝的进给压力。"

他继续补充说："通过在压力轴承和挤出机齿轮之间'夹住'长丝的地方冷却挤出机，我们获得了非常稳定和可重复的挤出材料数量。在没有冷却的情况下，挤出机中的长丝可能会加热到软化点。在挤压机中压缩后的加热长丝可能会从圆形截面变形为椭圆形，齿轮会更多地'咬合'；从而改变有效的材料喂入量。"

△Omni3D冷却系统的示意图。图片来自Omni3D。

获得美国专利的挤出机设计

在将这种挤出机设计整合到其3D打印机中后，Omni3D现在也已在美国申请了专利。该公司在美国的专利编号为 "US2019/0184633 A1"，它不仅涵盖了其散热挤出机设计，还包括一个模块化的机头组装系统，以进一步防止潜在的打印错误。

在实践中，该设备的双头布局通过使其更容易切换打印头，同时使用户能够同时控制两种长丝的软化温度参数。除了使不同类型的材料能够用于零件的底座和支撑物外，该系统还有助于在进料前和进料过程中保持其冷却，从而产生更好的工艺稳定性。

Omni3D全球销售经理TomaszGarniec总结说："由于使用了这项专利技术，Omni3D系统不仅是其应用中最通用的系统之一，而且通过其冷却元件，我们稳定了整个打印机的运行。这一点，加上技术方面的原因，使得配备了Omni3D打印机的设备运行过程更流畅，并保证了许多小时打印的稳定性。"