DE102015222860A1

DE102015222860A1 - Additive manufacturing process

Info

Publication number: DE102015222860A1
Application number: DE102015222860.6A
Authority: DE
Inventors: Jochen Eppinger; Uwe Grass; Thorsten Müller; Daniel Rothmaier; Bernd Schumacher
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-05-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein additives Herstellungsverfahren zum Herstellen von Kunststoffbauteilen (2), bei dem mittels eine Druckkopfs (3), der wenigstens eine Baumaterialdüse (5) zum Auftragen eines Baumaterials (6) und wenigstens eine Stützmaterialdüse (7) zum Auftragen eines Stützmaterials (8) aufweist, auf einem Drucktisch (4) ein Bauteil (2) durch in einer Z-Achse schichtweises Auftragen von Baumaterial (6) und/oder Stützmaterial (8) hergestellt wird, bei dem zum Herstellen einer Schicht (17, 18) des Bauteils (2) zwischen dem Druckkopf (3) und dem Drucktisch (4) Relativbewegungen in einer X-Achse und in einer Y-Achse durchgeführt werden, die senkrecht zueinander und senkrecht zur Z-Achse verlaufen, und bei dem zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schichten (17, 18) zwischen dem Druckkopf (3) und dem Drucktisch (4) eine Relativverstellung in der Z-Achse durchgeführt wird. Eine verbesserte Stabilität des Bauteils (2) ergibt sich, wenn als Baumaterial (6) ein thermoplastischer Kunststoff verwendet wird, der mit Fasern (19) verstärkt wird.The present invention relates to an additive manufacturing method for producing plastic components (2), in which by means of a print head (3) comprising at least one building material nozzle (5) for applying a building material (6) and at least one support material nozzle (7) for applying a support material ( 8), a component (2) is produced on a printing table (4) by applying construction material (6) and / or support material (8) in layers in a Z-axis, in which for producing a layer (17, 18) of Component (2) between the print head (3) and the printing table (4) relative movements in an X-axis and in a Y-axis are carried out perpendicular to each other and perpendicular to the Z-axis, and in between two successive layers ( 17, 18) between the print head (3) and the printing table (4) a relative adjustment in the Z-axis is performed. An improved stability of the component (2) results when a thermoplastic material is used as the building material (6), which is reinforced with fibers (19).

Description

Die Erfindung betrifft ein additives Herstellungsverfahren zum Herstellen von Kunststoffbauteilen sowie ein Bauteil, das nach dem Verfahren hergestellt ist. The invention relates to an additive manufacturing method for producing plastic components and a component which is produced by the method.

Bei einem additiven Herstellungsverfahren wird ein Bauteil schichtweise hergestellt. Ein derartiges additives Herstellungsverfahren wird häufig auch als 3D-Druckverfahren bezeichnet. In an additive manufacturing process, a component is produced in layers. Such an additive manufacturing process is often referred to as a 3D printing process.

Additive Herstellungsverfahren kommen vermehrt auch zum Herstellen von Prototypen zum Einsatz. Mit Hilfe von Prototypen, die mittels additiver Herstellung erzeugt werden, lassen sich komplexe Konstruktionen veranschaulichen. Außerdem lassen sich grundsätzliche Funktionen der jeweiligen Konstruktion mittels eines solchen Prototypen überprüfen. Additive manufacturing processes are increasingly used for the production of prototypes. Prototypes created by additive manufacturing can be used to illustrate complex designs. In addition, basic functions of the respective construction can be checked by means of such a prototype.

Für Versuche, mit denen die Serientauglichkeit einer Konstruktion überprüft werden kann, sind Prototypen, die mittels herkömmlich verwendeten additiven Herstellungsverfahren erzeugt worden sind, bislang ungeeignet, da das Material vom Serienwerkstoff deutlich abweicht und so über andere Eigenschaften (Bruchdehnung, Temperaturbeständigkeit, Akustik, usw.) verfügt. Beispielsweise ist die Stabilität eines additiv hergestellten Kunststoffbauteils in der Regel zu gering, um den Belastungen eines solchen Versuchs standzuhalten. For tests that can be used to verify the serial suitability of a construction, prototypes that have been produced by means of conventionally used additive manufacturing processes, so far unsuitable because the material differs significantly from the series material and so on other properties (elongation at break, temperature resistance, acoustics, etc.). ). For example, the stability of an additively produced plastic component is usually too low to withstand the stresses of such an experiment.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein additives Herstellungsverfahren zum Herstellen von Kunststoffbauteilen wenigstens einen Weg aufzuzeigen, mit dessen Hilfe es möglich ist, die Stabilität des hergestellten Bauteils zu erhöhen. Insbesondere ist eine Stabilität angestrebt, die es ermöglicht, mit Hilfe des additiven Herstellungsverfahrens erzeugten Bauteils Versuche zur Serientauglichkeit durchzuführen. The present invention addresses the problem of providing at least one way for an additive manufacturing process for producing plastic components, with the aid of which it is possible to increase the stability of the manufactured component. In particular, a stability is sought, which makes it possible to carry out tests for mass production using the component produced by the additive manufacturing process.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This problem is solved according to the invention by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, als Baumaterial einen serienähnlichen thermoplastischen Kunststoff zu verwenden, der mit Fasern verstärkt wird. Durch die Verwendung eines serienähnlichen Werkstoffs hinsichtlich dessen physikalischer/chemischer Zusammensetzung, erhält das aus dem Baumaterial hergestellte Bauteil auch die ähnlichen Eigenschaften. Bevorzugt ist eine sehr ähnliche Materialzusammensetzung, wobei das Material auch identisch sein kann.The invention is based on the general idea to use as a building material a series-like thermoplastic material which is reinforced with fibers. By using a series-like material in terms of its physical / chemical composition, the component made of the building material also receives the similar properties. Preferred is a very similar material composition, wherein the material may also be identical.

Auf diese Weise kann ein Bauteil additiv hergestellt werden, das aus faserverstärktem Kunststoff besteht. Faserverstärkte Kunststoffe zeichnen sich durch eine hohe Stabilität aus. Dementsprechend besitzt auch ein damit hergestellte Bauteil eine erhöhte Stabilität. In this way, a component can be made additive, which consists of fiber-reinforced plastic. Fiber-reinforced plastics are characterized by high stability. Accordingly, a component made therewith also has increased stability.

Als thermoplastischer Kunststoff kommt dabei bspw. PA66 in Betracht. Dabei ist eine Faserverstärkung, vorzugsweise eine Glasfaserverstärkung, mit bis zu 35% Gewichtsanteil denkbar. Grundsätzlich kommen auch andere thermoplastische Kunststoffe in Betracht, die sich für eine Serienfertigung des Bauteils eignen. As a thermoplastic material is, for example, PA66 into consideration. In this case, a fiber reinforcement, preferably a glass fiber reinforcement, with up to 35% by weight is conceivable. In principle, other thermoplastics come into consideration, which are suitable for mass production of the component.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren geht davon aus, dass mittels eines Druckkopfs, der zumindest eine Baumaterialdüse zum Auftragen eines Baumaterials und optional wenigstens eine Stützmaterialdüse zum Auftragen eines Stützmaterials aufweist, auf einem Drucktisch ein Bauteil durch in einer Z-Achse schichtweises Auftragen von Baumaterial und/oder Stützmaterial hergestellt wird. Sofern Stützmaterial zum Herstellen des Bauteils benötigt wird, sind Baumaterialdüse und Stützmaterialdüse bevorzugt separat am Druckkopf vorgesehen. Alternativ kann die Baumaterialdüse auch identisch mit der Stützmaterialdüse ausgeführt bzw. darin integriert sein, wodurch die Stützgeometrie aus demselben Material wie die Bauteilgeometrie hergestellt wird. Somit weist der eine Druckkopf auch nur die Baumaterialdüse bzw. keine separate, zusätzliche Stützmaterialdüse auf. Die Schichtung erfolgt somit in der Z-Achse. Ferner werden zum Herstellen einer solchen Schicht des Bauteils zwischen dem Druckkopf und dem Drucktisch Relativverstellungen in einer X-Achse und einer Y-Achse durchgeführt, die senkrecht zueinander und senkrecht zur Z-Achse verlaufen. Schließlich wird zwischen zwei aufeinander folgenden Schichten zwischen dem Druckkopf und dem Drucktisch eine Relativverstellung in der Z-Achse durchgeführt. Diese Relativverstellung in der Z-Achse entspricht dabei einer Schichtdicke, die in der Z-Achse gemessen ist. Zweckmäßig wird zum Herstellen der jeweiligen Schicht nur der Druckkopf in der X-Achse und in der Y-Achse verstellt, während der Drucktisch diesbezüglich stationär bleibt. Beim Wechseln der Schichten wird dagegen bevorzugt, den Drucktisch in der Z-Achse zu verstellen, während der Druckkopf diesbezüglich stationär bleibt. The manufacturing method according to the invention assumes that by means of a print head having at least one building material nozzle for applying a building material and optionally at least one Stützmaterialdüse for applying a support material on a printing table, a component in a Z-axis layered application of building material and / or support material will be produced. If support material is required for producing the component, the building material nozzle and support material nozzle are preferably provided separately on the print head. Alternatively, the building material nozzle may also be identical to or integrated with the support material nozzle, whereby the support geometry is made of the same material as the component geometry. Thus, the one print head also has only the building material nozzle or no separate additional support material nozzle. The stratification thus takes place in the Z axis. Further, to make such a layer of the component between the printhead and the platen, relative adjustments are made in an X-axis and a Y-axis that are perpendicular to each other and perpendicular to the Z-axis. Finally, a relative adjustment in the Z-axis is performed between two successive layers between the print head and the printing table. This relative displacement in the Z-axis corresponds to a layer thickness which is measured in the Z-axis. Conveniently, to manufacture the respective layer, only the print head is moved in the X-axis and in the Y-axis, while the printing table remains stationary in this regard. When changing the layers, however, it is preferred to adjust the printing table in the Z-axis, while the printhead remains stationary in this regard.

Das Baumaterial bildet nach dem Herstellungsvorgang das jeweilige Kunststoffbauteil. Das Stützmaterial wird dazu verwendet, um innerhalb des Bauteils Spalte, Lücken und dgl. zu realisieren, auf die Baumaterial aufbringbar ist. Das Stützmaterial ist vorzugsweise ein anderer Werkstoff als das Baumaterial. Beispielsweise kann das Stützmaterial so gewählt sein, dass es sich nach Abschluss des Auftragens von Baumaterial und/oder Stützmaterial in einem nachfolgenden Arbeitsgang entfernen lässt. Beispielsweise ist es in einem Lösungsmittel auflösbar, in dem sich das Baumaterial nicht löst. The building material forms the respective plastic component after the manufacturing process. The support material is used to realize within the component gaps, gaps and the like. Can be applied to the building material. The support material is preferably a different material than the building material. For example, the support material can be chosen so that it is after completion of the application of building material and / or support material in to remove a subsequent operation. For example, it is soluble in a solvent in which the building material does not dissolve.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Baumaterial mit multidirektionaler Ausrichtung der Fasern aufgetragen wird. Durch eine multidirektionale Ausrichtung der Fasern im Baumaterial ergibt sich eine signifikant verbesserte Stabilität im Bauteil im Vergleich zu einem Herstellungsverfahren, bei dem die Fasern unidirektional ausgerichtet sind. Somit ist die Faserverteilung des Bauteils ähnlich der, eines herkömmlich spritzgegossenen Bauteils.According to an advantageous embodiment it can be provided that the building material with multi-directional orientation of the fibers is applied. By a multidirectional alignment of the fibers in the building material results in a significantly improved stability in the component compared to a manufacturing process in which the fibers are unidirectional aligned. Thus, the fiber distribution of the component is similar to that of a conventional injection molded component.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Baumaterial der Baumaterialdüse in Form eines Baumaterialfilaments zugeführt wird, das aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff besteht und das in der Baumaterialdüse zum Auftragen verflüssigt wird. Hierbei sind Heizelemente zweckmäßig in der Baumaterialdüse vorgesehen, welche das Filament aufschmelzen. Die Verwendung eines Baumaterialfilaments, das der Baumaterialdüse als Festkörper zugeführt wird, und das Aufschmelzen des Baumaterials erst beim Auftragen vereinfacht den Aufbau einer Vorrichtung, die zur Durchführung des hier vorgestellten Verfahrens geeignet ist bzw. die zum additiven Herstellen des Kunststoffbauteils verwendet wird. Preferred is an embodiment in which the building material is supplied to the building material nozzle in the form of a building material filament, which consists of fiber-reinforced thermoplastic material and which is liquefied in the building material nozzle for application. Here, heating elements are expediently provided in the building material nozzle, which melt the filament. The use of a building material filament, which is supplied to the building material nozzle as a solid, and the melting of the building material only during application simplifies the construction of a device which is suitable for carrying out the method presented here or which is used for the additive production of the plastic component.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung kann nun ein Baumaterialfilament verwendet werden, in dem die Fasern des Baumaterials multidirektional ausgerichtet sind. Hierdurch wird erreicht, dass beim Auftragen des aufgeschmolzenen Baumaterials die multidirektionale Ausrichtung erhalten bleibt, wodurch auch im so hergestellten Bauteil anschließend eine multidirektionale Ausrichtung der Fasern im Kunststoff vorliegt. According to a particularly advantageous development, a building material filament can now be used, in which the fibers of the building material are aligned in a multi-directional manner. This ensures that the application of the molten building material, the multidirectional orientation is maintained, which is then present in the component thus produced then a multidirectional orientation of the fibers in the plastic.

Alternativ dazu lässt sich jedoch auch ein Baumaterialfilament verwenden, in dem die Fasern des Baumaterials unidirektional ausgerichtet sind. Hierdurch vereinfacht sich die Herstellung des Baumaterialfilaments. Zweckmäßig sind sämtliche Fasern parallel zur Längs- oder Erstreckungsrichtung des Baumaterialfilaments ausgerichtet. Alternatively, however, a building material filament may be used in which the fibers of the building material are unidirectionally aligned. This simplifies the production of the building material filament. Suitably, all fibers are aligned parallel to the longitudinal or extension direction of the building material filament.

Bei einer Weiterbildung kann nun die Baumaterialdüse einen Austrittsbereich aufweisen, aus dem das verflüssigte, faserverstärkte Baumaterial zum Auftragen austritt. An diesem Austrittsbereich kann eine Störkontur vorgesehen sein, die zumindest einen Teil des austretenden Baumaterials von einer Längsmittelachse der Baumaterialdüse zum Verändern der Ausrichtung der Fasern ablenkt. Bei einer herkömmlichen Baumaterialdüse ist der Austrittsbereich rotationssymmetrisch zur Längsmittelachse der Baumaterialdüse geformt, bspw. zylindrisch oder konisch. In der Folge tritt das Baumaterial gleichförmig aus dem Austrittsbereich aus. Bei einem faserverstärkten Baumaterial ergibt sich dadurch auch eine gleichbleibende Ausrichtung der Fasern im Baumaterial. Durch den Vorschlag, mit Hilfe wenigstens einer Störkontur zumindest einen Teil, insbesondere das gesamte austretende Baumaterial aus der Längsmittelachse abzulenken, ergibt sich gleichzeitig auch eine Ablenkung der mitgeführten Fasern. Beispielsweise kann die Störkontur durch eine unrunde Ausgestaltung des Austrittsbereichs realisiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann am Austrittsbereich eine Strömungsleitkontur, z. Bsp. in Form eines Leitblechs, vorgesehen sein, um die Ausrichtung des aus dem Austrittsbereich austretenden Baumaterials und der darin enthaltenen Fasern zu verändern. Die Strömungsleitkontur kann bei besonderen Ausführungsformen auch beweglich, insbesondere in der Baumaterialdüse angeordnet sein.In a further development, the building material nozzle can now have an exit region from which the liquefied, fiber-reinforced construction material emerges for application. At this exit region may be provided an interference contour which deflects at least a portion of the exiting building material from a longitudinal center axis of the building material nozzle for varying the orientation of the fibers. In a conventional construction material nozzle, the exit region is shaped rotationally symmetrical to the longitudinal center axis of the building material nozzle, for example cylindrical or conical. As a result, the building material emerges uniformly from the exit area. In a fiber-reinforced building material, this also results in a constant alignment of the fibers in the building material. By proposing to divert at least one part, in particular the entire emerging building material from the longitudinal central axis, with the aid of at least one interference contour, a deflection of the entrained fibers results at the same time. For example, the interference contour can be realized by a non-circular design of the exit region. Additionally or alternatively, at the outlet region a Strömungsleitkontur, z. For example, in the form of a baffle, provided to change the orientation of the emerging from the exit area building material and the fibers contained therein. The Strömungsleitkontur may be arranged in particular embodiments also movable, in particular in the building material nozzle.

Bei einer anderen Ausführungsform kann beim Auftragen des faserverstärkten Baumaterials die Geschwindigkeit und/oder die Richtung der Relativverstellungen zwischen Druckkopf und Drucktisch zum Verändern der Ausrichtung der Fasern variiert werden. Es hat sich gezeigt, dass auch die Geschwindigkeit und die Richtung der Relativverstellungen zwischen Druckkopf und Drucktisch einen Einfluss auf die Ausrichtung der Fasern im Baumaterial haben. Durch gezielte Variation der Geschwindigkeit und/oder Richtung dieser Relativverstellungen kann nun die Ausbildung einer multidirektionalen Ausrichtung der Fasern im Baumaterial unterstützt werden. In another embodiment, when applying the fiber reinforced building material, the speed and / or direction of the relative adjustments between the printhead and the printing table to vary the orientation of the fibers may be varied. It has also been shown that the speed and the direction of the relative adjustments between the print head and the printing table also have an influence on the orientation of the fibers in the building material. By targeted variation of the speed and / or direction of these relative adjustments, the formation of a multidirectional alignment of the fibers in the building material can now be supported.

Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Baumaterialdüse zwei oder mehr Baumaterialfilamente zugeführt werden, die jeweils aus faserverstärktem Baumaterial mit unidirektionaler Faserausrichtung bestehen. Ferner kann die Baumaterialdüse eine Schmelzzone zum Verflüssigen des Baumaterials enthalten. Insbesondere weist die Baumaterialdüse zumindest eine interne Heizeinrichtung auf, mit der das Filament in der Schmelzzone verflüssigt werden kann. Besonders vorteilhaft ist nun eine Ausführungsform, bei der die zwei oder mehr Baumaterialfilamente in der gemeinsamen Schmelzzone vermischt werden. Durch die Vermischung des faserverstärkten Baumaterials von wenigstens zwei Filamenten wird die Ausbildung einer multidirektionalen Ausrichtung der Fasern innerhalb des verflüssigten Baumaterials unterstützt. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Baumaterialfilamente der gemeinsamen Schmelzzone in bzw. aus verschiedenen Richtungen zugeführt werden. Auch diese Maßnahme unterstützt eine multidirektionale Ausrichtung der Fasern im aufgeschmolzenen Baumaterial. In another embodiment, it may be provided that the building material nozzle be supplied to two or more Baumaterialfilamente, each consisting of fiber-reinforced construction material with unidirectional fiber orientation. Further, the building material nozzle may include a fusion zone for liquefying the building material. In particular, the building material nozzle has at least one internal heating device with which the filament can be liquefied in the melting zone. Particularly advantageous is now an embodiment in which the two or more building material filaments are mixed in the common melting zone. By blending the fiber reinforced construction material of at least two filaments, the formation of multidirectional alignment of the fibers within the liquefied building material is promoted. Additionally or alternatively it can be provided that the at least two building material filaments are supplied to the common melting zone in or from different directions. This measure also supports a multidirectional alignment of the fibers in the molten building material.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Druckkopf außerdem mit wenigstens einer Faserdüse zum Auftragen der Fasern ausgestattet sein. Das Baumaterial und die Fasern können so aufgetragen werden, dass die Fasern in das Baumaterial eingebettet werden. Bei dieser Ausführungsform ist es grundsätzlich möglich, der Baumaterialdüse ein Baumaterial zuzuführen, das nicht mit Fasern verstärkt ist. Die Ausbildung des faserverstärkten Kunststoffs erfolgt in Verbindung mit der Faserdüse erst beim Auftragen von Baumaterial und Fasern, also erst während der Herstellung der jeweiligen Schicht. Grundsätzlich lässt sich eine derartige Faserdüse jedoch auch in Verbindung mit einer Baumaterialdüse verwenden, der faserverstärktes Baumaterial zugeführt wird. Über die separate Zuführung der Fasern mittels der Faserdüse lässt sich besonders einfach eine multidirektionale Ausrichtung der Fasern im Baumaterial realisieren. Hierbei können die Fasern beispielsweise durch Schwerkraft oder durch einen Gasstrom durch die Faserdüse transportiert und aufgetragen werden. Das Auftragen der Fasern kann auf die zuvor hergestellten Schicht erfolgen, und zwar an einer Stelle in der Nähe oder unmittelbar an der Stelle, an der das Baumaterial aufgetragen wird. Ebenso ist es möglich, die Fasern auf das aus der Baumaterialdüse austretende Baumaterial aufzutragen bevor es selbst auf die zuvor aufgetragene Schicht aufgetragen wird. In another advantageous embodiment, the printhead may also be provided with at least one fiber nozzle for applying the fibers be equipped. The building material and the fibers may be applied so that the fibers are embedded in the building material. In this embodiment, it is basically possible to supply the building material nozzle with a building material that is not reinforced with fibers. The formation of the fiber-reinforced plastic takes place in connection with the fiber nozzle only when applying building material and fibers, ie only during the production of the respective layer. In principle, however, such a fiber nozzle can also be used in conjunction with a building material nozzle, which is supplied to fiber-reinforced building material. The separate feeding of the fibers by means of the fiber nozzle makes it particularly easy to realize a multidirectional alignment of the fibers in the building material. Here, the fibers can be transported and applied for example by gravity or by a gas flow through the fiber nozzle. The application of the fibers may be to the previously prepared layer, at a location near or immediately at the point where the building material is applied. It is also possible to apply the fibers to the building material leaving the building material nozzle before it itself is applied to the previously applied layer.

Besonders vorteilhaft ist somit eine Faserdüse, die so ausgestaltet ist, dass die Fasern multidirektional ausgerichtet aufträgt. Thus, a fiber nozzle is particularly advantageous, which is designed so that the fibers applied multidirectionally aligned.

Eine derartige Faserdüse kann bezüglich der Baumaterialdüse separate ausgestaltet sein. Ebenso ist eine Variante denkbar, bei welcher die Faserdüse an der Baumaterialdüse ausgebildet ist.Such a fiber nozzle may be configured separately with respect to the building material nozzle. Likewise, a variant is conceivable in which the fiber nozzle is formed on the building material nozzle.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform können die Baumaterialdüse und die Faserdüse beim Herstellen einer Schicht gleichzeitig Baumaterial und Fasern auftragen. Somit erfolgt die Durchmischung des Baumaterials mit Fasern während der Herstellung der jeweiligen Schicht. In an expedient embodiment, the building material nozzle and the fiber nozzle may simultaneously apply building material and fibers when forming a layer. Thus, the mixing of the building material with fibers occurs during the production of the respective layer.

Bei einer alternativen Ausführungsform, die grundsätzlich auch ohne eine solche Faserdüse realisierbar ist, kann vorgesehen sein, dass nach dem Herstellen einer Schicht mit Baumaterial erst eine Schicht mit Fasern ohne Baumaterial hergestellt wird, bevor eine weitere Schicht mit Baumaterial hergestellt wird. Es ist klar, dass die jeweilige Schicht mit Baumaterial zusätzlich zum Baumaterial auch Stützmaterial und/oder Fasern enthalten kann. Ferner ist klar, dass die Schicht mit Fasern ohne Baumaterial grundsätzlich auch Stützmaterial aufweisen kann. Ferner kann auch hier vorgesehen sein, dass das Baumaterial faserlos ausgestaltet ist. Ebenso lässt sich hier ein faserverstärktes Baumaterial verwenden. Durch das Aufbringen einer Schicht mit Fasern ohne Baumaterial wird zwischen zwei Schichten mit Baumaterial eine verbesserte Verbindung, nämlich über die dazwischen liegende Schicht mit Fasern hergestellt. Hierdurch lässt sich die Steifigkeit und Stabilität des Bauteils verbessern. Die Schicht mit Fasern ohne Baumaterial kann bspw. mit der vorstehend genannten Faserdüse aufgetragen werden. Grundsätzlich kann hierfür jedoch auch jede beliebige andere Methode angewendet werden. Beispielsweise ist vorstellbar, mit einer Walze, an deren Oberfläche Fasern haften, über die Schicht mit Baumaterial zu walzen, wobei die Fasern von der Walze auf die Schicht übertragen werden. Alternativ können die Fasern auf einem Träger angeordnet und von diesem Träger auf die Oberfläche der vorhergehenden Schicht aufgebracht werden.In an alternative embodiment, which is basically also without such a fiber nozzle can be realized, it can be provided that after the production of a layer of construction material, first a layer with fibers without building material is prepared before another layer is made with building material. It is clear that the respective layer with construction material may also contain support material and / or fibers in addition to the construction material. It is also clear that the layer with fibers without building material can basically also have support material. Furthermore, it can also be provided here that the building material is designed without a fiber. Likewise, a fiber-reinforced building material can be used here. The application of a layer of fibers without building material produces an improved bond between two layers of building material, namely via the intermediate layer of fibers. This can improve the rigidity and stability of the component. The layer of fibers without building material can be applied, for example, with the above-mentioned fiber nozzle. Basically, however, any other method can be used for this purpose. For example, it is conceivable to roll over the layer with building material with a roller, on whose surface fibers adhere, wherein the fibers are transferred from the roller to the layer. Alternatively, the fibers may be disposed on a support and applied by this support to the surface of the preceding layer.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können die Fasern, die beim Auftragen des Baumaterials separat aufgetragen werden oder die nach dem Auftragen einer Schicht mit Baumaterial aufgetragen werden, mit einem Mantelwerkstoff ummantelt sein, der bei Kontakt mit dem Baumaterial reagiert. Die jeweilige Reaktion kann dabei chemisch oder physikalisch oder beides sein und dazu führen, dass die Haftung des Baumaterials der jeweils nächsten Schicht am Baumaterial der vorangehenden Schicht verbessert ist. Beispielsweise kann sich der Mantelwerkstoff bei Kontakt mit dem Baumaterial auflösen, wodurch an der für die nächste Schicht vorgesehenen Oberfläche der aufgetragenen Schicht Poren entstehen, die eine verbesserte Verbindung mit dem Baumaterial der jeweils nächsten Schicht ermöglichen. Alternativ kann sich der Mantelwerkstoff mit dem Baumaterial verbinden, wodurch eine besonders innige Anhaftung zwischen Fasern und Baumaterial entsteht. In another advantageous embodiment, the fibers which are applied separately during the application of the building material or which are applied after the application of a layer of building material may be covered with a sheath material which reacts on contact with the building material. The respective reaction can be chemical or physical or both and can lead to the adhesion of the building material of the next layer to the building material of the preceding layer being improved. For example, the cladding material may dissolve upon contact with the building material, thereby creating pores on the surface of the applied layer for the next layer which allow for improved bonding with the building material of the next layer. Alternatively, the sheath material can combine with the building material, creating a particularly intimate adhesion between fibers and building material.

Bei einer anderen Ausführungsform kann zumindest die Baumaterialdüse um wenigstens eine Schwenkachse verschwenkbar am Düsenkopf angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Schwenkachse parallel zur Längsmittelachse der Baumaterialdüse vorgesehen sein, um eine oszillierende Drehbewegung der Baumaterialdüse um diese Schwenkachse zu ermöglichen, während der Druckkopf relativ zum Drucktisch verstellt wird. Die Längsmittelachse der Baumaterialdüse kann sich in diesem Fall bspw. parallel zur Z-Achse erstrecken. Ebenso ist denkbar, die Baumaterialdüse um eine parallel zur X-Achse verlaufende Schwenkachse und/oder um eine parallel zur Y-Achse verlaufende Schwenkachse verschwenkbar anzuordnen, wodurch es ebenfalls möglich ist, um die jeweilige Schwenkachse oszillierende Bewegungen durchzuführen. Derartige oszillierende Bewegungen können die Ausbildung der gewünschten multidirektionalen Ausrichtung der Fasern im Baumaterial innerhalb der jeweiligen Schicht unterstützen. In another embodiment, at least the building material nozzle can be arranged pivotable about at least one pivot axis on the nozzle head. For example, a pivot axis may be provided parallel to the longitudinal center axis of the building material nozzle to allow oscillating rotational movement of the building material nozzle about this pivot axis while the printhead is displaced relative to the printing table. The longitudinal central axis of the building material nozzle may extend in this case, for example, parallel to the Z-axis. It is also conceivable to arrange the building material nozzle so as to be pivotable about a pivot axis extending parallel to the X axis and / or about a pivot axis extending parallel to the Y axis, whereby it is likewise possible to perform oscillating movements about the respective pivot axis. Such oscillatory motions may assist in the formation of the desired multidirectional alignment of the fibers in the build material within the respective layer.

Bei einer anderen Ausführungsform können der Druckkopf und/oder der Drucktisch um die X-Achse und/oder um die Y-Achse und/oder um die Z-Achse verschwenkbar angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte räumliche Beweglichkeit von Druckkopf und Drucktisch zueinander, was die Herstellung komplexer Geometrien im Bauteil vereinfacht. Darüber hinaus ergibt sich ein anderer wesentlicher Vorteil. Beim Auftragen des Baumaterials ist dieses flüssig, zumindest soweit, dass es in der Schwerkraftrichtung, also vertikal nach unten abfließt. Sofern in einer Schicht Bereiche ohne Baumaterial ausgebildet werden müssen, in denen in der nachfolgenden Schicht jedoch Baumaterial vorgesehen werden soll, muss in der vorhergehenden Schicht entsprechend Stützmaterial aufgebracht werden, um in der nachfolgenden Schicht das Baumaterial zu unterstützen. Durch die Beweglichkeit des Drucktisches ist es nun in vielen Situationen möglich, das zuvor aufgetragene Baumaterial räumlich so anzuordnen, dass es vertikal unterhalb des aktuell aufzutragenden Baumaterials verläuft, so dass an vielen Stellen auf Stützmaterial verzichtet werden kann. Somit lässt sich das Bauteil insgesamt preiswerter herstellen. In another embodiment, the printhead and / or the printing table can be moved around the X- Axis and / or be arranged pivotably about the Y-axis and / or about the Z-axis. This results in an increased spatial mobility of the print head and printing table to each other, which simplifies the production of complex geometries in the component. In addition, there is another significant advantage. When applying the building material this is liquid, at least to the extent that it flows in the direction of gravity, ie vertically downwards. If, in one layer, areas without building material have to be formed, in which, however, building material is to be provided in the following layer, support material must be applied in the preceding layer in order to support the building material in the subsequent layer. Due to the flexibility of the printing table, it is now possible in many situations, spatially arranged the previously applied building material so that it runs vertically below the currently applied building material, so that can be dispensed with support material in many places. Thus, the component can be produced more cheaply overall.

Bei einer anderen Ausführungsform kann das Baumaterial in der jeweiligen Schicht quer zu lokalen Bewegungsrichtung des Druckkopfs mit einer Materialbreite aufgetragen werden. Vorteilhaft ist dann vorgesehen, dass in zwei in der Z-Achse benachbarten Schichten das Auftragen des Baumaterials um eine halbe Materialbreite versetzt erfolgt. Auf diese Weise wird die Verbindung benachbarter Schichten verbessert, da mit den Materialbahnen der nachfolgenden Schicht jeweils zwei benachbarte Materialbahnen der vorausgehenden Schicht zusätzlich miteinander verbunden werden. In another embodiment, the build material in the respective layer may be applied transverse to the local direction of movement of the printhead with a material width. Advantageously, it is then provided that in two adjacent layers in the Z axis, the application of the building material is offset by half the material width. In this way, the connection of adjacent layers is improved, since two adjacent material webs of the preceding layer are additionally connected to one another with the material webs of the following layer.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die jeweilige Schicht in einer Querrichtung bahnweise hergestellt werden, wobei die Bahnen parallel zu einer Längsrichtung geradlinig verlaufen, die sich senkrecht zur Querrichtung erstreckt. Ferner sind die Bahnen in der Querrichtung zueinander benachbart. Somit erfolgt die Herstellung der jeweiligen Schicht ähnlich der Bedruckung von einem Blatt Papier in einem Tintenstrahldrucker. In another embodiment, the respective layer may be made in a web-like manner in a transverse direction, wherein the webs are rectilinear parallel to a longitudinal direction extending perpendicular to the transverse direction. Further, the webs are adjacent to each other in the transverse direction. Thus, the production of the respective layer is similar to the printing of a sheet of paper in an ink jet printer.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können in der Querrichtung benachbarte Bahnen um die zuvor genannte Materialbreite zueinander versetzt sein. Hierdurch wird erreicht, dass bei benachbarten Bahnen in Bereichen, in denen in beiden Bahnen Bahnmaterial aufgebracht ist, dieses in der Querrichtung unmittelbar miteinander in Kontakt steht und miteinander verbunden wird. According to an advantageous development, adjacent webs can be offset from one another by the aforementioned material width in the transverse direction. This ensures that in adjacent webs in areas in which web material is applied in both webs, this is directly in contact with each other in the transverse direction and is connected to each other.

Bei einer anderen Weiterbildung können die Längsrichtung und die Querrichtung in zwei in der Z-Achse benachbarten Schichten unterschiedlich zur X-Achse und Y-Achse orientiert sein. Beispielsweise ist denkbar, von einer Schicht zur anderen Schicht die Längsrichtung und die Querrichtung jeweils um 90° um die Z-Achse zu drehen, wodurch quasi Längsrichtung und Querrichtung vertauscht werden. Im Hinblick auf den zuvor genannten Druckvorgang eines Tintenstrahldruckers bedeutet dies, dass die zweite Schicht bei um 90° gedrehtem Papier aufgedruckt wird. Diese Vorgehensweise hat zur Folge, dass sich benachbarte Schichten gegenseitig verstärken, was insgesamt die Stabilität des Bauteils erhöht. Es ist klar, dass jeder beliebige Versatzwinkel zwischen 0° und 90° vorgesehen werden kann, z.B. auch ein Winkel von 45°. In another embodiment, the longitudinal direction and the transverse direction may be oriented differently in two Z-axis adjacent layers to the X-axis and Y-axis. For example, it is conceivable to rotate the longitudinal direction and the transverse direction in each case by 90 ° about the Z-axis from one layer to the other layer, as a result of which the longitudinal direction and transverse direction are interchanged. In view of the aforementioned printing operation of an ink jet printer, this means that the second layer is printed at 90 ° rotated paper. This approach has the consequence that adjacent layers reinforce each other, which increases the overall stability of the component. It will be understood that any offset angle between 0 ° and 90 ° may be provided, e.g. also an angle of 45 °.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann eine den Druckkopf und den Drucktisch aufweisende Vorrichtung ein Wechselsystem aufweisen, das wenigstens eine weitere Düse oder wenigstens einen weiteren Druckkopf bereitstellt, wobei das Wechselsystem so ausgestaltet ist, dass während der Herstellung des Bauteils ein automatischer Wechsel des Druckkopfs oder wenigstens einer Düse durchgeführt wird. Es hat sich gezeigt, dass es während der Herstellung eines größeren Bauteils erforderlich werden kann, die Baumaterialdüse und/oder die Stützmaterialdüse und/oder die ggf. vorhandene Faserdüse zu reinigen. Damit während des Herstellungsvorgangs keine zeitraubende Unterbrechung erforderlich wird, kann mit Hilfe des Wechselsystems einfach ein Austausch der jeweils zu reinigenden Düse bzw. des gesamten Druckkopfs durchgeführt werden, um die jeweils nicht benötigte(n) Düse(n) zu reinigen. Hierdurch lässt sich die zum Herstellen des Bauteils erforderliche Zeit signifikant reduzieren. In another advantageous embodiment, a device comprising the print head and the print table can have a change system which provides at least one further nozzle or at least one further print head, wherein the change system is designed such that during the production of the component an automatic change of the print head or at least a nozzle is performed. It has been found that during the manufacture of a larger component it may become necessary to clean the building material nozzle and / or the support material nozzle and / or the optionally existing fiber nozzle. So that no time-consuming interruption is required during the manufacturing process, with the help of the exchange system, an exchange of each nozzle to be cleaned or of the entire print head can be carried out in order to clean the nozzle (s) which are not required. As a result, the time required to produce the component can be significantly reduced.

Bei einer anderen Ausführungsform kann das verflüssigte und faserhaltige Baumaterial in der Baumaterialdüse in Rotation gebracht und/oder durchmischt werden. Auch diese Maßnahme kann zur Verbesserung der multidirektionalen Ausrichtung der Fasern genutzt werden. In another embodiment, the liquefied and fibrous building material in the building material nozzle may be rotated and / or mixed. This measure can also be used to improve the multidirectional orientation of the fibers.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können dem faserhaltigen Baumaterial magnetisch anziehbare Partikel zugeführt werden. Beispielsweise können derartige Partikel bei der Herstellung des Filaments zusätzlich zu den Fasern dem thermoplastischen Kunststoff zugemischt werden. Ebenso ist denkbar, erst beim Auftragen des Baumaterials die Partikel zuzugeben. Gemäß einer Weiterbildung kann nun vorgesehen sein, dass in einem fließfähigen Zustand des Baumaterials innerhalb der Baumaterialdüse oder außerhalb davon, insbesondere nach dem Auftragen des Baumaterials, mittels Magnetkräften die Partikel im Baumaterial zum multidirektionalen Ausrichten der Fasern bewegt werden. Beispielsweise lässt sich ein drehendes Magnetfeld erzeugen, das die Partikel innerhalb des fließfähigen Baumaterials rotieren lässt, wodurch gleichzeitig auch die Fasern mit verdreht werden.In another advantageous embodiment, magnetically attractable particles can be supplied to the fibrous building material. For example, in the production of the filament, such particles may be added to the thermoplastic in addition to the fibers. It is also conceivable to admit the particles only when applying the building material. According to a development it can now be provided that in a flowable state of the building material within the building material nozzle or outside thereof, in particular after application of the building material, the particles are moved in the building material for multidirectional alignment of the fibers by means of magnetic forces. For example, a rotating magnetic field can be generated which causes the particles to rotate within the flowable building material, thereby simultaneously twisting the fibers as well.

Die magnetisch anziehbaren Partikel können dabei bereits im Baumaterial innerhalb des Filaments enthalten sein, ggf. mit den Fasern. Ebenso ist denkbar, die Partikel erst beim Auftragen des verflüssigten Baumaterials diesem zuzumischen. Hierzu kann bspw. eine hierfür geeignete Partikeldüse zum Aufbringen der Partikel vorgesehen sein. Das in der Baumaterialdüse aufgeschmolzene Baumaterial ist dann bereits zweckmäßig faserverstärkt. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, über eine zusätzliche Düse sowohl die Fasern als auch die Partikel beim Aufbringen des verflüssigten Baumaterials diesem zuzuführen. Dies wäre dann eine Partikel-Faser-Düse. The magnetically attractable particles may already be contained in the building material within the filament, possibly with the fibers. Likewise, it is conceivable to mix the particles only during application of the liquefied building material. For this purpose, for example, a particle nozzle suitable for this purpose can be provided for applying the particles. The building material melted in the building material nozzle is then already expediently fiber-reinforced. In principle, however, it is also conceivable to supply both the fibers and the particles during application of the liquefied building material via an additional nozzle. This would then be a particle-fiber nozzle.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann dem flüssigen faserhaltigen Baumaterial in der Baumaterialdüse ein Gas zugemischt werden, das beim Auftragen des Baumaterials expandiert. Das expandierende Gas führt im aufgetragenen Baumaterial zu einer Porenbildung, die eine Bewegung der Fasern zueinander im Baumaterial erzeugt. Dies bewirkt eine Durchmischung der Fasern, was diese multidirektional ausrichtet. Außerdem kann das expandierende Gas je nach Thermoplast zu einer intensiven Strukturversteifung führen. Besonders vorteilhaft ist dabei die Zuführung des Gases in einem superkritischen Zustand, wodurch mikroskopisch kleine Gasblasen im Baumaterial entstehen, und zwar mit extrem hoher Dichte. Hierdurch ist es insbesondere möglich, eine in der Z-Achse gemessene Schichtdicke bzw. Materialdicke beim Auftragen vergleichsweise klein zu wählen. Auch diese Maßnahme führt zu einer intensiven Aussteifung des Bauteils. In another advantageous embodiment, a gas may be added to the liquid fibrous building material in the building material nozzle which expands upon application of the building material. The expanding gas leads in the applied building material to a pore formation, which generates a movement of the fibers to each other in the building material. This causes mixing of the fibers, which aligns them multidirectionally. In addition, depending on the thermoplastic, the expanding gas can lead to an intensive structure stiffening. Particularly advantageous is the supply of the gas in a supercritical state, whereby microscopically small gas bubbles arise in the building material, and indeed with extremely high density. As a result, it is possible, in particular, to select a layer thickness or material thickness measured in the Z axis during application comparatively small. This measure also leads to an intensive stiffening of the component.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Baumaterialdüse das Baumaterial in fester Form zugeführt werden, wobei das Baumaterial in der Baumaterialdüse mittels einer internen Heizeinrichtung verflüssigt wird. Besonders vorteilhaft ist nun eine Ausgestaltung, bei der das verflüssigte Baumaterial beim Auftragen mittels einer externen Heizeinrichtung auf eine vorbestimmte Zieltemperatur erhitzt wird. Mit Hilfe einer solchen zusätzlichen externen Heizeinrichtung lässt sich die gewünschte Zieltemperatur für das Auftragen des Baumaterials sehr viel exakter einstellen als dies nur mit einer herkömmlichen internen Heizeinrichtung möglich ist. Bei optimaler Temperatur ergibt sich eine verbesserte Fusionsverbindung im Baumaterial der aufeinander aufgebrachten Schichten. Eine solche externe Heizeinrichtung kann bspw. mittels Infrarot, Laser, Heißgas, Heizspiegel usw. arbeiten. Die Heizeinrichtung kann insbesondere durch einen Laser, Infrarotstrahler, Heißgas, einen Heizspiegel oder ähnliches gebildet sein.In another advantageous embodiment, the building material nozzle may be supplied with the building material in solid form, the building material in the building material nozzle being liquefied by means of an internal heating device. Particularly advantageous is now an embodiment in which the liquefied building material is heated during application by means of an external heater to a predetermined target temperature. With the help of such an additional external heating device, the desired target temperature for the application of the building material can be set much more precisely than is possible only with a conventional internal heating device. At optimum temperature results in an improved fusion bond in the building material of the layers applied to each other. Such an external heating device can, for example, by means of infrared, laser, hot gas, heating mirrors, etc. work. The heating device may in particular be formed by a laser, infrared radiator, hot gas, a heating mirror or the like.

Bei einer anderen Ausführungsform kann beim Herstellen einer neuen Schicht durch Auftragen von Baumaterial und/oder Stützmaterial auf die zuvor hergestellte alte Schicht das Baumaterial der alten Schicht zumindest in Bereichen, in denen Baumaterial der neuen Schicht aufgetragen wird, mittels einer externen Heizeinrichtung aufgeheizt werden. Diese Maßnahme führt dazu, dass sich das frisch aufgetragene Baumaterial besser mit dem zuvor aufgetragenen Baumaterial verbindet, was die Stabilität des Bauteils erhöht. In another embodiment, when producing a new layer by applying building material and / or supporting material to the previously prepared old layer, the building material of the old layer can be heated by means of an external heater at least in areas where building material of the new layer is applied. This measure means that the freshly applied building material bonds better with the previously applied building material, which increases the stability of the component.

Gemäß einer anderen Ausführungsform können die bereits hergestellten Schichten des Bauteils mittels einer Heizeinrichtung beheizt werden. Mit anderen Worten, das gesamte Bauteil, soweit es Schicht für Schicht bereits hergestellt ist, wird auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht. Auch diese Maßnahme führt zu einer verbesserten Anbindung des frisch aufgetragenen Baumaterials mit dem Baumaterial der zuvor aufgebrachten Schicht. Beispielsweise kann hierzu dem gesamten Drucktisch eine entsprechende Heizung zugeordnet sein. Ebenso kann dem Drucktisch eine Abdeckung zugeordnet sein, die den gesamten Druckbereich mit dem Druckkopf und dem herzustellenden Bauteil abdeckt, um eine Emission von Wärme in die Umgebung zu reduzieren.According to another embodiment, the already produced layers of the component can be heated by means of a heating device. In other words, the entire component, as far as it is already produced layer by layer, is brought to a predetermined temperature. This measure also leads to an improved connection of the freshly applied building material with the building material of the previously applied layer. For example, this can be assigned to the entire printing table a corresponding heater. Likewise, the printing table may be associated with a cover which covers the entire printing area with the printhead and the component to be produced in order to reduce the emission of heat into the environment.

Eine andere Ausführungsform sieht vor, nach dem Herstellen einer Schicht diese Schicht einer Nachbehandlung zu unterziehen, bevor darauf die nächste Schicht hergestellt wird. In Verbindung mit einer derartigen Nachbehandlung lässt sich ebenfalls die Qualität der additiven Herstellung und insbesondere die Verbindung zwischen dem Baumaterial benachbarter Schichten verbessern. Beispielsweise kann die Nachbehandlung als mechanische Nachbehandlung und/oder als chemische Nachbehandlung ausgestaltet sein. In beiden Fällen kann bspw. eine Aufrauhung der für den Auftrag der nächsten Schicht vorgesehenen Außenseite der zuletzt aufgetragenen Schicht bewirken. Another embodiment provides, after producing a layer, to subject this layer to a subsequent treatment before the next layer is produced thereon. In connection with such a post-treatment can also improve the quality of the additive production and in particular the connection between the building material of adjacent layers. For example, the aftertreatment can be configured as a mechanical aftertreatment and / or as a chemical aftertreatment. In both cases, for example, a roughening of the outer layer of the last layer applied for the application of the next layer can take place.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere lassen sich die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu nennenden Ausführungsformen quasi beliebig miteinander kombinieren, solange sie sich nicht gegenseitig widersprechen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention. In particular, the abovementioned embodiments and the embodiments to be mentioned below can virtually be combined with one another as desired, as long as they do not contradict one another.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Some embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch, Show, in each case schematically,

1 eine stark vereinfachte isometrische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung eines additiven Herstellungsverfahrens, 1 a greatly simplified isometric view of an apparatus for carrying out an additive manufacturing process,

2 eine vereinfachte Schnittansicht einer Baumaterialdüse beim Herstellen einer Schicht des Bauteils, 2 a simplified sectional view of a building material nozzle in producing a layer of the component,

3 eine vereinfachte Ansicht eines Druckkopfs mit einem Wechselsystem, bei zwei Zuständen, nämlich A vor einem Düsenwechsel und B nach einem Düsenwechsel, 3 a simplified view of a printhead with a change system, in two states, namely A before a nozzle change and B after a nozzle change,

4 eine stark vereinfachte Schnittansicht einer Baumaterialdüse, der mehrere Filamente zugeführt werden, 4 a highly simplified sectional view of a building material nozzle to which a plurality of filaments are fed,

5 eine Schnittansicht A einer Baumaterialdüse, in die eine Faserdüse integriert ist, und eine vergrößerte Detailansicht B bei einer anderen Ausführungsform, 5 a sectional view A of a building material nozzle, in which a fiber nozzle is integrated, and an enlarged detail view B in another embodiment,

6 eine geschnittene Baumaterialdüse mit verschiedenen Filamenten, nämlich A mit unidirektional ausgerichteten Fasern und B mit multidirektional ausgerichteten Fasern, 6 a cut building material nozzle with different filaments, namely A with unidirectionally oriented fibers and B with multidirectionally oriented fibers,

7 eine Schnittansicht des Bauteils bei zwei Ausführungsformen, nämlich A bei nicht versetzten Schichten und B bei versetzten Schichten, 7 a sectional view of the component in two embodiments, namely A in non-staggered layers and B in staggered layers,

8 Seitenansichten der Vorrichtung bei zwei Ausführungsformen, nämlich A bei nicht verschwenkbarem Drucktisch und B bei verschwenkbarem Drucktisch, 8th Side views of the device in two embodiments, namely A at non-pivotable printing table and B at pivotable printing table,

9 vereinfachte Draufsichten auf Bewegungsbahnen des Druckkopfs bei zwei aufeinander folgenden Schichten A und B, 9 simplified plan views of trajectories of the printhead at two successive layers A and B,

10 bis 12 jeweils eine vereinfachte Schnittansicht einer Baumaterialdüse mit externer Heizeinrichtung, bei verschiedenen Ausführungsformen, 10 to 12 each a simplified sectional view of a building material nozzle with external heating device, in various embodiments,

13 eine Schnittansicht einer Baumaterialdüse mit einer Nachbehandlungseinrichtung, 13 a sectional view of a building material nozzle with an aftertreatment device,

14 eine vereinfachte Schnittansicht der Baumaterialdüse mit integrierter Partikeldüse und Magneteinrichtung. 14 a simplified sectional view of the building material nozzle with integrated particle nozzle and magnetic device.

Entsprechend 1 umfasst eine Vorrichtung 1, mit deren Hilfe das vorstehend beschriebene additive Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Kunststoffbauteils 2 verwendet werden kann, einen Druckkopf 3 sowie einen Drucktisch 4. Der Druckkopf 3 weist zumindest eine Baumaterialdüse 5 zum Auftragen eines Baumaterials 6 und zumindest eine Stützmaterialdüse 7 zum Auftragen eines Stützmaterials 8 auf. Das Bauteil 2 wird mit Hilfe des Druckkopfs 3 auf dem Drucktisch 4 dadurch hergestellt, dass es in einer Z-Achse schichtweise durch Auftragen von Baumaterial 6 und/oder Stützmaterial 8 erzeugt wird. Hierzu wird zweckmäßig zum Herstellen einer Schicht des Bauteils 2 der Druckkopf 3 relativ zum Drucktisch 4 in einer X-Achse und in einer Y-Achse relativ verstellt. Hierbei kann die Relativbewegung durch eine Bewegung des Druckkopfes 3 und/oder des Drucktisches 4 erfolgen. Die X-Achse erstreckt sich senkrecht zur Y-Achse. Außerdem erstrecken sich die X-Achse und die Y-Achse senkrecht zur Z-Achse. Zwischen zwei aufeinander folgenden Schichten des Bauteils wird dann zweckmäßig der Drucktisch 4 relativ zum Druckkopf 3 in Richtung der Z-Achse verstellt. Corresponding 1 includes a device 1 by means of which the additive manufacturing method described above for producing a plastic component 2 can be used a printhead 3 as well as a printing table 4 , The printhead 3 has at least one building material nozzle 5 for applying a building material 6 and at least one support material nozzle 7 for applying a support material 8th on. The component 2 is using the printhead 3 on the printing table 4 made by laminating it in a Z-axis by applying building material 6 and / or support material 8th is produced. For this purpose, it is expedient to produce a layer of the component 2 the printhead 3 relative to the printing table 4 relatively displaced in an X-axis and in a Y-axis. Here, the relative movement by a movement of the print head 3 and / or the printing table 4 respectively. The X-axis extends perpendicular to the Y-axis. In addition, the X-axis and the Y-axis extend perpendicular to the Z-axis. Between two consecutive layers of the component is then useful the printing table 4 relative to the printhead 3 adjusted in the direction of the Z-axis.

Das Baumaterial 6 wird der Baumaterialdüse 5 in fester Form zugeführt, nämlich in Form eines Baumaterialfilaments 9. Das Baumaterialfilament 9 kann z. Bsp. von einer Baumaterialrolle 10 quasi endlos bereitgestellt werden. Auch das Stützmaterial 8 wird zweckmäßig in fester Form, nämlich vorteilhaft in Form eines Stützmaterialfilaments 11 der Stützmaterialdüse 7 zugeführt. Auch hier erfolgt die Bereitstellung des Stützmaterialfilaments 11 zweckmäßig mittels einer Stützmaterialrolle 12 quasi endlos. The building material 6 becomes the building material nozzle 5 supplied in solid form, namely in the form of a building material filament 9 , The building material filament 9 can z. Example of a construction material role 10 be made available almost endlessly. Also the support material 8th is suitably in solid form, namely advantageous in the form of a Stützmaterialfilaments 11 the support material nozzle 7 fed. Again, the provision of Stützmaterialfilaments done 11 expediently by means of a support material roll 12 almost endless.

Die jeweilige Düse 5, 7 ist zum Aufschmelzen bzw. zum Verflüssigen des Baumaterials 6 bzw. des Stützmaterials 8 jeweils mit einer internen Heizeinrichtung 13 bzw. 14 ausgestattet. Die Verflüssigung erfolgt dabei soweit, dass der jeweilige Auftragvorgang durchgeführt werden kann. Hierzu kann eine vergleichsweise hohe Viskosität ausreichen. The respective nozzle 5 . 7 is for melting or liquefying the building material 6 or the support material 8th each with an internal heater 13 respectively. 14 fitted. The liquefaction takes place so far that the respective order process can be performed. For this purpose, a comparatively high viscosity may suffice.

In 2 ist exemplarisch für die Baumaterialdüse 5 ein möglicher Aufbau wiedergegeben. Im Inneren der Baumaterialdüse 5 sind zwei Vorschubwalzen 15 erkennbar, die das Baumaterialfilament 9 in die Baumaterialdüse 5 hineinziehen. Die interne Heizeinrichtung 13 ist im Beispiel in einem Austrittsbereich 16 der Baumaterialdüse 5 angeordnet, aus dem das verflüssigte Baumaterial 6 zum Auftragen austritt. In 2 ist eine Schicht 17 angedeutet, die auf einer vorangehenden Schicht 18 des Bauteils 2 erzeugt wird. In 2 is exemplary for the building material nozzle 5 a possible structure reproduced. Inside the building material nozzle 5 are two feed rollers 15 recognizable, the building material filament 9 in the building material nozzle 5 involve. The internal heater 13 is in the example in an exit area 16 the building material nozzle 5 arranged from which the liquefied building material 6 to apply exits. In 2 is a layer 17 indicated on a previous layer 18 of the component 2 is produced.

Zweckmäßig ist das Baumaterial 6 im Baumaterialfilament 9 mit in den 5 und 6 gezeigten Fasern 19 verstärkt, die bei einer einfachen Ausführungsform im Baumaterialfilament 9 unidirektional ausgerichtet sein können. Um innerhalb der jeweiligen Schicht 17, 18 bzw. innerhalb des Bauteils 2 eine multidirektionale Ausrichtung der Fasern 19 zu erzielen, kann der Austrittsbereich 16 mit einer Störkontur 20 ausgestattet sein, die so angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass sie zumindest einen Teil des austretenden Baumaterials 6 von einer Längsmittelachse 21 der Baumaterialdüse 5 ablenkt. Die Ablenkung bewirkt ein Verändern der Ausrichtung der aktuell im aufgetragenen Baumaterial 6 enthaltenen Fasern 19. Insgesamt lässt sich somit innerhalb der jeweiligen Schicht 17, 18 bzw. innerhalb des Bauteils 2 eine multidirektionale Ausrichtung der Fasern 19 erzielen. Appropriate is the building material 6 in the building material filament 9 with in the 5 and 6 shown fibers 19 reinforced, which in a simple embodiment in the building material filament 9 can be unidirectionally aligned. To within the respective layer 17 . 18 or within the component 2 a multidirectional alignment of the fibers 19 to can achieve the exit area 16 with a disturbing contour 20 equipped, which is arranged and / or configured so that they at least a part of the exiting building material 6 from a longitudinal central axis 21 the building material nozzle 5 distracting. The deflection causes a change in the orientation of the currently applied in building material 6 contained fibers 19 , Overall, it can thus be within the respective layer 17 . 18 or within the component 2 a multidirectional alignment of the fibers 19 achieve.

Im Beispiel der 3 ist die Vorrichtung 1 mit einem Wechselsystem 22 ausgestattet, das eine weitere Baumaterialdüse 5‘ bereitstellt. Das Wechselsystem 22 ermöglicht einen Wechsel der Baumaterialdüsen 5, 5‘ während der Herstellung des Bauteils 2. Erkennbar ist in 3A die eine Baumaterialdüse 5 aktiv, um die aktuelle Schicht 17 zu erzeugen. Ein Pfeil 23 deutet einen Wechsel der Baumaterialdüsen 5, 5‘ an. In 3B ist nunmehr die andere Baumaterialdüse 5‘ aktiv, um die aktuelle Schicht 17 zu erzeugen. Die jeweils nicht aktive Baumaterialdüse 5, 5‘ kann im nicht aktiven Zustand gereinigt werden. In the example of 3 is the device 1 with a change system 22 equipped, which is another building material nozzle 5 ' provides. The change system 22 allows a change of building material nozzles 5 . 5 ' during the manufacture of the component 2 , Is recognizable in 3A the one building material nozzle 5 active to the current layer 17 to create. An arrow 23 indicates a change of building material nozzles 5 . 5 ' at. In 3B is now the other building material nozzle 5 ' active to the current layer 17 to create. The respective non-active building material nozzle 5 . 5 ' can be cleaned in inactive state.

4 zeigt eine Baumaterialdüse 5, der gleichzeitig mehrere Baumaterialfilamente 9 zugeführt werden. Im Beispiel der 4 werden der Baumaterialdüse 5 genau vier Baumaterialfilamente 9 zugeführt. Bei anderen Ausführungsformen können aber auch mehr oder weniger Baumaterialfilamente 9 zugeführt werden. Die Baumaterialdüse 5 enthält in ihrem Inneren eine Schmelzzone 24 zum Verflüssigen des Baumaterials 6. Die verschiedenen Baumaterialfilamente 9 werden dieser Schmelzzone 24 in verschiedenen Richtungen zugeführt. Im Beispiel der 4 ist hierzu vorgesehen, dass die bereits die verschiedenen Baumaterialfilamente 9 aus verschiedenen Richtungen der Baumaterialdüse 5 zugeführt werden. Hierdurch ergibt sich innerhalb der Schmelzzone 24 eine multidirektionale Ausrichtung der Fasern 19, die im Baumaterial 6 der Baumaterialfilamente 9 enthalten sind. Diese multidirektionale Ausrichtung der Fasern 19 im verflüssigten Baumaterial 6 ergibt sich auch dann, wenn die Fasern 19 innerhalb der einzelnen Baumaterialfilamente 9 unidirektional ausgerichtet sind. Entsprechende Heizeinrichtungen sind in 4 ebenfalls mit 13 bezeichnet. 4 shows a building material nozzle 5 , which simultaneously contains several building material filaments 9 be supplied. In the example of 4 become the building material nozzle 5 exactly four building material filaments 9 fed. In other embodiments, but also more or less Baumaterialfilamente 9 be supplied. The construction material nozzle 5 contains in its interior a melting zone 24 for liquefying the building material 6 , The different building material filaments 9 become this melting zone 24 fed in different directions. In the example of 4 is provided for this purpose that already the various building material filaments 9 from different directions of the building material nozzle 5 be supplied. This results within the melting zone 24 a multidirectional alignment of the fibers 19 in the building material 6 the building material filaments 9 are included. This multidirectional alignment of the fibers 19 in the liquefied building material 6 also occurs when the fibers 19 within the individual building material filaments 9 unidirectionally aligned. Corresponding heating devices are in 4 also with 13 designated.

Bei den in den 5A und 5B gezeigten Ausführungsformen ist der Druckkopf 3 außerdem mit einer Faserdüse 25 ausgestattet, mit deren Hilfe die Fasern 19 aufgetragen werden können. Im Beispiel der 5A ist diese Faserdüse 25 baulich in die Baumaterialdüse 5 integriert bzw. daran angebaut.In the in the 5A and 5B The embodiment shown is the printhead 3 also with a fiber nozzle 25 equipped, with whose help the fibers 19 can be applied. In the example of 5A is this fiber nozzle 25 structurally in the building material nozzle 5 integrated or attached to it.

Erkennbar werden im Beispiel der 5A die Fasern 19 beim Herstellen der aktuellen Schicht 17 unmittelbar vor dem flüssigen Baumaterial 6 auf die vorangehende Schicht 18 aufgetragen. Somit kann sich das Baumaterial 6 mit den Fasern 19 vereinen, wodurch die Fasern 19 in das Baumaterial 6 eingebettet werden.Visible in the example of the 5A the fibers 19 when creating the current layer 17 immediately before the liquid building material 6 on the previous layer 18 applied. Thus, the building material can 6 with the fibers 19 unite, causing the fibers 19 in the building material 6 be embedded.

Alternativ können gemäß der 5B die Fasern 19 auch auf das flüssige bzw. fließende Baumaterial 6 aufgebracht werden, wobei bevorzugt auf die Bereiche des Baumaterials 6 aufgetragen wird, die auf die vorangehende Schicht 18 auftreffen. Beispielsweise werden die Fasern 19 zwischen der Baumaterialdüse 5 und der vorhergehenden Schicht 18, also nach dem Austritt des Baumaterials 6 aus der Baumaterialdüse 5 und vor dem Auftreffen des Baumaterials 6 auf der vorhergehenden Schicht 18, auf das fließende Baumaterial 6 aufgetragen.Alternatively, according to the 5B the fibers 19 also on the liquid or flowing building material 6 be applied, with preference to the areas of the building material 6 is applied to the previous layer 18 incident. For example, the fibers 19 between the building material nozzle 5 and the previous layer 18 So after the exit of the building material 6 from the building material nozzle 5 and before the impact of the building material 6 on the previous layer 18 , on the flowing building material 6 applied.

Sofern gemäß den 5A und 5B eine solche Faserdüse 25 zum Einsatz kommt, kann das Baumaterialfilament 9 aus Baumaterial 6 hergestellt sein, das keine Fasern 19 enthält. Im Beispiel der 5A wird jedoch für das Baumaterialfilament 9 ein mit Fasern 19 verstärktes Baumaterial 6 verwendet. If according to the 5A and 5B such a fiber nozzle 25 is used, the building material filament 9 made of building material 6 be made, no fibers 19 contains. In the example of 5A but is for the building material filament 9 one with fibers 19 reinforced building material 6 used.

Durch eine geeignete Gestaltung der Faserdüse 25 ist es möglich, die separat zugeführten Fasern 19 multidirektional ausgerichtet aufzutragen, so dass diese multidirektionale Ausrichtung auch anschließend im Baumaterial 6 bzw. in der Schicht 17 vorhanden ist. Zum Austreiben der Fasern 19 aus der Faserdüse 25 bzw. zum Auftragen der Fasern 19 auf das Baumaterial 6 kann ein Gasstrom 37 verwendet werden. By a suitable design of the fiber nozzle 25 it is possible to use the separately supplied fibers 19 Apply multidirectionally aligned, so that this multidirectional orientation also subsequently in the building material 6 or in the layer 17 is available. To expel the fibers 19 from the fiber nozzle 25 or for applying the fibers 19 on the building material 6 can be a gas stream 37 be used.

6A zeigt die Verwendung eines Baumaterialfilaments 9, in dem die Fasern 19 unidirektional ausgerichtet sind, nämlich zweckmäßig parallel zu einer Längserstreckungsrichtung des Baumaterialfilaments 9. Im Unterschied dazu zeigt 6B die Verwendung eine Baumaterialfilaments 9, in dem die Fasern 19 bereits multidirektional ausgerichtet sind. Diese multidirektionale Ausrichtung bleibt beim Auftragen des aufgeschmolzenen Baumaterials 6 erhalten. 6A shows the use of a building material filament 9 in which the fibers 19 are aligned unidirectionally, namely expedient parallel to a longitudinal direction of the building material filament 9 , In contrast, shows 6B the use of a building material filament 9 in which the fibers 19 already aligned multidirectionally. This multidirectional alignment remains when applying the molten building material 6 receive.

7 zeigt, wie das Baumaterial 6 in den einzelnen aufeinanderfolgenden Schichten quer zu einer lokalen Bewegungsrichtung des Druckkopfs 3, die in 7 senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft, mit einer Materialbreite 26 aufgetragen wird. Erkennbar sind in 7 einzelne Bahnen 27 aus Bahnmaterial 6, die sich jeweils in der Bewegungsrichtung des Druckkopfs 3 erstrecken und quer dazu innerhalb der jeweiligen Schicht 17, 18 zueinander benachbart sind. Dementsprechend sind die einzelnen Bahnen 27 in benachbarten Schichten 17, 18, die in der Z-Achse aufeinanderfolgen, ebenfalls benachbart. 7 shows how the building material 6 in the individual successive layers transverse to a local direction of movement of the print head 3 , in the 7 perpendicular to the drawing plane, with a material width 26 is applied. Recognizable are in 7 individual tracks 27 made of web material 6 , each in the direction of movement of the printhead 3 extend and transverse to within the respective layer 17 . 18 adjacent to each other. Accordingly, the individual tracks 27 in adjacent layers 17 . 18 which follow each other in the Z-axis, also adjacent.

7A zeigt eine einfache Ausführungsform, bei der die Schichten 17, 18 so aufeinander aufgetragen werden, dass die einzelnen Bahnen 27 bei benachbarten Schichten 17, 18 in der Z-Achse exakt übereinander liegen. Im Unterschied dazu zeigt 7B eine bevorzugte Ausführungsform, bei der zwei in der Z-Achse benachbarte Schichten 17, 18 so hergestellt werden, dass darin die einzelnen Bahnen 27 zueinander einen Versatz 28 aufweisen, der zweckmäßig einer halben Materialbreite 26 entspricht. Hierdurch wird in der in 7 gezeigten Schnittansicht eine Art Mauerverbund geschaffen. 7A shows a simple embodiment in which the layers 17 . 18 be applied to each other so that the individual tracks 27 at adjacent layers 17 . 18 exactly superimposed in the Z-axis. In contrast, shows 7B a preferred embodiment, wherein two adjacent in the Z-axis layers 17 . 18 be made so that in it the individual tracks 27 to each other an offset 28 have, which expedient half a material width 26 equivalent. This will be in the in 7 Sectional view created a kind of wall bond.

Bei der in 8 gezeigten Ausführungsform ist der Drucktisch 4 um wenigstens eine Schwenkachse, z. Bsp. um die X-Achse relativ zum Druckkopf 9 verschwenkbar. Die X-Achse erstreckt sich in 8 senkrecht zur Zeichnungsebene. In 8A ist eine Situation gezeigt, bei der ein Bauteil 2 aufgebaut wird, das gegenüber der Z-Achse eine Neigung um einen Winkel α besitzt. Um dieses Bauteil 2 aufbauen zu können, muss vergleichsweise viel Stützmaterial 8 verwendet werden, um einen sich im Verlaufe der Herstellung des Bauteils 2 ausbildenden vertikalen Hohlraum zwischen dem Drucktisch 8 und dem Bauteil 2 auszufüllen. Im Unterschied dazu wird gemäß 8B die Neigung des Bauteils 2 gegenüber der Vertikalrichtung durch eine entsprechende Verschwenkung des Drucktisches 4 um die X-Achse eliminiert. Mit anderen Worten, der Drucktisch 4 ist um den Winkel α in entgegengesetzter Richtung geneigt, so dass die Neigung des Bauteils 2 quasi neutralisiert ist. Hierdurch ist es möglich, auf das Stützmaterial 8 zu verzichten. At the in 8th the embodiment shown is the printing table 4 around at least one pivot axis, z. For example, about the X-axis relative to the printhead 9 pivotable. The X-axis extends in 8th perpendicular to the plane of the drawing. In 8A a situation is shown where a component 2 is constructed, which has a tilt angle α relative to the Z-axis. To this component 2 To build up, comparatively much support material 8th be used to one during the manufacture of the component 2 forming vertical cavity between the printing table 8th and the component 2 fill. In contrast, according to 8B the inclination of the component 2 relative to the vertical direction by a corresponding pivoting of the printing table 4 eliminated around the X axis. In other words, the printing table 4 is inclined by the angle α in the opposite direction, so that the inclination of the component 2 is virtually neutralized. This makes it possible on the support material 8th to renounce.

Gemäß 9 wird die jeweilige Schicht 17, 18 in einer Querrichtung Q bahnweise hergestellt, so dass in dieser Querrichtung Q einzelne Bahnen 27 innerhalb der jeweiligen Schicht 17, 18 nebeneinander liegen. Ferner verlaufen die einzelnen Bahnen 27 parallel zu einer Längsrichtung L geradlinig, die sich senkrecht zur Querrichtung Q erstreckt. In 9 sind tatsächlich nicht die einzelnen Bahnen 27 aus aufgebrachtem Baumaterial 6 dargestellt, sondern Bewegungsbahnen 36 des Druckkopfs 3 zum Erzeugen dieser Bahnen 27 aus Baumaterial 6. Diesen Bewegungsbahnen 36 folgt der Druckkopf 3 beim Aufbringen der Bahnen 27 während der Herstellung der jeweiligen Schicht 17, 18. Bevorzugt ist nun eine Ausführungsform, bei der die Längsrichtung L und die Querrichtung Q in zwei in der Z-Achse benachbarten Schichten 17, 18 unterschiedlich zur X-Achse bzw. zur Y-Achse orientiert sind. Rein exemplarisch ist in 9A eine zuvor hergestellte Schicht 18 gezeigt, bei der sich die Längsrichtung L parallel zur X-Achse erstreckt, während die Querrichtung Q parallel zur Y-Achse verläuft. In 9B ist eine nachfolgend hergestellte Schicht 17 gezeigt. Erkennbar verläuft die Längsrichtung L nunmehr in einem Winkel von 45° zur X-Achse, während die Querrichtung Q in einem Winkel von 45° zur Y-Achse verläuft. Grundsätzlich sind hier jegliche Winkel zwischen 0° und 90° denkbar. According to 9 becomes the respective layer 17 . 18 produced in a transverse direction Q by the web, so that in this transverse direction Q individual tracks 27 within each layer 17 . 18 lie next to each other. Furthermore, the individual tracks run 27 in a straight line parallel to a longitudinal direction L which extends perpendicular to the transverse direction Q. In 9 are not really the individual tracks 27 made of applied building material 6 shown, but trajectories 36 of the printhead 3 to create these tracks 27 made of building material 6 , These trajectories 36 follows the printhead 3 when applying the webs 27 during the production of the respective layer 17 . 18 , Preferred is now an embodiment in which the longitudinal direction L and the transverse direction Q in two adjacent layers in the Z-axis 17 . 18 are oriented differently to the X-axis or to the Y-axis. Purely exemplary is in 9A a previously prepared layer 18 shown, in which the longitudinal direction L extends parallel to the X-axis, while the transverse direction Q is parallel to the Y-axis. In 9B is a subsequently prepared layer 17 shown. Recognizable extends the longitudinal direction L now at an angle of 45 ° to the X-axis, while the transverse direction Q extends at an angle of 45 ° to the Y-axis. Basically, any angle between 0 ° and 90 ° are conceivable here.

Gemäß den 10 bis 12 ist die jeweilige Baumaterialdüse 5 jeweils mit einer internen Heizeinrichtung 13 ausgestattet, mit der innerhalb der Baumaterialdüse 5 das in fester Form zugeführte Baumaterial 6 verflüssigt werden kann. Im Beispiel wird das Baumaterial 6 wieder in Form eines Baumaterialfilaments 9 zugeführt, das zweckmäßig im Baumaterialfilament 9 mit Fasern 19 verstärkt ist, die unidirektional oder multidirektional im Baumaterialfilament 9 ausgerichtet sein können. According to the 10 to 12 is the respective building material nozzle 5 each with an internal heater 13 equipped with the inside of the building material nozzle 5 the building material supplied in solid form 6 can be liquefied. In the example, the building material 6 again in the form of a building material filament 9 fed, the expedient in Baumaterialfilament 9 with fibers 19 reinforced, the unidirectional or multidirectional in building material filament 9 can be aligned.

In den hier gezeigten Beispielen ist die Baumaterialdüse 5 außerdem mit einer externen Heizeinrichtung 29 ausgestattet, mit deren Hilfe außerhalb der Baumaterialdüse 5 das Baumaterial 6 beheizt werden kann. In diesen Beispielen ist die externe Heizeinrichtung 29 so ausgestaltet, dass sie einen Laserstrahl 30 zum Aufheizen des Baumaterials 6 erzeugt.In the examples shown here is the building material nozzle 5 also with an external heater 29 equipped with their help outside the building material nozzle 5 the building material 6 can be heated. In these examples, the external heater is 29 designed to be a laser beam 30 for heating the building material 6 generated.

Bei der in 10 gezeigten Ausführungsform ist der Laserstrahl 30 auf das aus der Baumaterialdüse 5 austretende flüssige Baumaterial 6 gerichtet, so dass das Baumaterial 6 auf eine vorbestimmte Zieltemperatur erhitzt werden kann, bevor es auf die alte Schicht 18 trifft. Somit kann die neue Schicht 17 besonders intensiv an die alte Schicht 18 angebunden werden.At the in 10 the embodiment shown is the laser beam 30 on the from the building material nozzle 5 leaking liquid building material 6 directed so that the building material 6 can be heated to a predetermined target temperature before it on the old layer 18 meets. Thus, the new layer 17 especially intense on the old layer 18 be connected.

Bei der in 11 gezeigten Ausführungsform ist der Laserstrahl 30 auf das Baumaterial 6 der alten Schicht 18 ausgerichtet, und zwar zweckmäßig kurz oder unmittelbar vor der Stelle, auf der die Baumaterialdüse 5 das Baumaterial 6 für die neue Schicht 17 aufträgt. Somit kann mit Hilfe des Laserstrahls 30 das bereits erstarrte Baumaterial 6 auf eine Zieltemperatur erhitzt werden, die ebenfalls eine intensive Anbindung der neuen Schicht 17 an die alte Schicht 18 ermöglicht. At the in 11 the embodiment shown is the laser beam 30 on the building material 6 the old layer 18 aligned, and expediently shortly or immediately before the point on which the building material nozzle 5 the building material 6 for the new shift 17 applying. Thus, with the help of the laser beam 30 the already solidified building material 6 heated to a target temperature, which is also an intensive connection of the new layer 17 to the old layer 18 allows.

Bei dem in 12 gezeigten, bevorzugten Beispiel ist der Laserstrahl 30 auf die Auftreffstelle gerichtet, in der das verflüssigte Baumaterial 6 der neuen Schicht 17 auf das Baumaterial 6 der alten Schicht 18 trifft. Bei dieser Ausführungsform wird erreicht, dass sowohl das frische Baumaterial 6 als auch das alte Baumaterial auf eine Zieltemperatur erhitzt werden, die sich in besonderer Weise für eine intensive Verbindung zwischen der neuen Schicht 17 und der alten Schicht 18 eignet. At the in 12 The preferred example shown is the laser beam 30 directed to the place of impact, in which the liquefied building material 6 the new layer 17 on the building material 6 the old layer 18 meets. In this embodiment it is achieved that both the fresh building material 6 As well as the old building material are heated to a target temperature, which is in particular for an intense connection between the new layer 17 and the old layer 18 suitable.

Die Zieltemperaturen der in den 10 bis 12 gezeigten Ausführungsformen können gleich oder verschieden sein.The target temperatures in the 10 to 12 shown embodiments may be the same or different.

Bei der in 13 gezeigten Ausführungsform ist die Baumaterialdüse 5 mit einer Nachbehandlungseinrichtung 31 ausgestattet, die nach dem Herstellen der älteren Schicht 18 diese einer Nachbehandlung unterzieht, bevor darauf die neue Schicht 17 aufgebracht wird. In 13 ist dabei eine einfache mechanische Nachbehandlung angedeutet, bspw. in Form einer Walze 32, welche die alte Schicht 18 aufrauht, um die Anbindung der neuen Schicht 17 zu verbessern. At the in 13 The embodiment shown is the building material nozzle 5 with an aftertreatment device 31 equipped after making the older layer 18 This undergoes a post-treatment, before the new layer 17 is applied. In 13 In this case, a simple mechanical after-treatment is indicated, for example in the form of a roller 32 which the old layer 18 roughen to connect the new layer 17 to improve.

14 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Baumaterialdüse 5 außerdem mit einer Partikeldüse 33 ausgestattet ist, über die magnetisch anziehbare Partikel 34 beim Auftragen des Baumaterials 6 diesem zuführbar sind. Grundsätzlich kann auch eine separate Partikeldüse 33 am Druckkopf 3 vorgesehen sein. 14 shows an embodiment in which the building material nozzle 5 also with a particle nozzle 33 equipped, over the magnetically attractable particles 34 when applying the building material 6 can be fed to this. In principle, a separate particle nozzle can also be used 33 on the printhead 3 be provided.

Im Beispiel wird das Baumaterial 6 wieder über ein Baumaterialfilament 9 zugeführt, in dem Fasern 19 mit unidirektionaler Ausrichtung enthalten sind. Beim Auftragen der neuen Schicht 17 vermischt sich das mit den Fasern 19 durchsetzte Baumaterial 6 mit den Partikeln 34. Mit Hilfe einer Magneteinrichtung 35, die im Beispiel der 14 ebenfalls an der Baumaterialdüse 5 angeordnet ist, können nun Magnetkräfte erzeugt werden, die auf die Partikel 34 einwirken, um vor dem Erstarren des frisch aufgebrachten Baumaterials 6 eine Bewegung der Partikel 34 innerhalb des Baumaterials 6 zu erzeugen. Durch diese Bewegung der Partikel 34 werden auch die Fasern 19 bewegt. Insgesamt lässt sich dadurch eine multidirektionale Ausrichtung der Fasern 19 im Baumaterial 6 der neuen Schicht 17 erreichen.In the example, the building material 6 again over a building material filament 9 fed in the fibers 19 are contained with unidirectional orientation. When applying the new layer 17 this mixes with the fibers 19 interspersed building material 6 with the particles 34 , With the help of a magnetic device 35 that in the example of the 14 also at the building material nozzle 5 is arranged, can now be generated magnetic forces acting on the particles 34 to act before the solidification of the freshly applied building material 6 a movement of the particles 34 within the building material 6 to create. Through this movement of the particles 34 also become the fibers 19 emotional. Overall, this allows a multidirectional alignment of the fibers 19 in the building material 6 the new layer 17 to reach.

Es ist klar, dass die Magneteinrichtung 35 anstelle des in 14 symbolisch gezeigten Permanentmagneten auch einen Elektromagneten aufweisen kann, um die erforderlichen Magnetkräfte zu erzeugen. Ebenso kann die Magneteinrichtung 35 anstelle eines linearen Magnetfelds auch ein variierenden, insbesondere ein rotierendes, Magnetfeld erzeugen, um die gewünschte Bewegung der Partikel 34 sowie der Fasern 19 zu erreichen. It is clear that the magnet device 35 instead of in 14 symbolically shown permanent magnets may also have an electromagnet to generate the required magnetic forces. Likewise, the magnetic device 35 Instead of a linear magnetic field also produce a varying, in particular a rotating, magnetic field to the desired movement of the particles 34 as well as the fibers 19 to reach.

Die vorstehend beschriebenen exemplarischen Beispiele für unterschiedliche Ausführungsformen lassen sich grundsätzlich beliebig miteinander kombinieren. The exemplary examples of different embodiments described above can in principle be combined as desired.

Claims

Additive manufacturing process for producing plastic components ( 2 ), - in which by means of a printhead ( 3 ), the at least one building material nozzle ( 5 ) for applying a building material ( 6 ), on a printing table ( 4 ) a component ( 2 ) by applying in a Z-axis layer by layer of building material ( 6 ) and / or support material ( 8th ), in which for producing a layer ( 17 . 18 ) of the component ( 2 ) between the printhead ( 3 ) and the printing table ( 4 ) Relative movements are carried out in an X-axis and in a Y-axis which are perpendicular to each other and perpendicular to the Z-axis, - in which between two successive layers ( 17 . 18 ) between the printhead ( 3 ) and the printing table ( 4 ) a relative adjustment in the Z-axis is carried out, - in which as building material ( 6 ) a thermoplastic used with fibers ( 19 ) is or will be strengthened.

Method according to claim 1, characterized in that the building material ( 6 ) with multidirectional orientation of the fibers ( 19 ) is applied.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the building material ( 6 ) of the building material nozzle ( 5 ) in the form of a building material filament ( 9 ) is supplied from fiber-reinforced thermoplastic material in the building material nozzle ( 5 ) is liquefied for application.

Method according to claim 3, characterized in that a building material filament ( 9 ) is used, in which the fibers ( 19 ) of the building material ( 6 ) are aligned multidirectionally.

Method according to claim 3, characterized in that a building material filament ( 9 ) is used, in which the fibers ( 19 ) of the building material ( 6 ) are unidirectionally aligned.

Method according to claim 5, characterized in that - the building material nozzle ( 5 ) an exit area ( 16 ) from which the liquefied building material ( 6 ) exits for application, - that at the exit area ( 16 ) an interference contour ( 20 ) is provided, the at least a part of the exiting building material ( 6 ) from a longitudinal central axis ( 21 ) of the building material nozzle ( 5 ) for changing the orientation of the fibers ( 19 ) distracts.

Method according to claim 5 or 6, characterized in that during the application of the building material ( 6 ) the speed and / or direction of the relative adjustments between printhead ( 3 ) and printing table ( 4 ) for changing the orientation of the fibers ( 19 ) is / are varied.

Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that - the building material nozzle ( 5 ) several building material filaments ( 9 ), - that the building material nozzle ( 5 ) a fusion zone ( 24 ) for liquefying the building material ( 6 ), that the several building material filaments ( 9 ) in the melting zone ( 24 ) and / or the melting zone ( 24 ) are fed in different directions.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that - the print head ( 3 ) at least one fiber nozzle ( 25 ) for applying the fibers ( 19 ), - that the building material ( 6 ) and the fibers ( 19 ) are applied so that the fibers ( 19 ) in the building material ( 6 ) are embedded.

Method according to claim 9, characterized in that the fiber nozzle ( 25 ) the fibers ( 19 ) applies multidirectionally aligned.

A method according to claim 9 or 10, characterized in that the building material nozzle ( 5 ) and the fiber nozzle ( 25 ) when making a layer ( 17 . 18 ) simultaneously building material ( 6 ) and fibers ( 19 ) Instruct.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that after the production of a layer ( 17 . 18 ) with building material ( 6 ) only one layer ( 17 . 18 ) with fibers ( 19 ) without building material ( 6 ) is prepared before another layer ( 17 . 18 ) with building material ( 6 ) will be produced.

Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that fibers ( 19 ) when applying the building material ( 6 ) can also be applied separately, or after application of a layer ( 17 . 18 ) with building material ( 6 ) are coated with a sheath material, which in contact with the building material ( 6 ).

A method according to claim 13, characterized in that the shell material dissolves or with the building material ( 6 ) connects.

Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that at least the building material nozzle ( 5 ) pivotable about at least one pivot axis on the print head ( 3 ) is arranged.

Method according to one of claims 1 to 15, characterized in that the print head ( 3 ) and / or the printing table ( 4 ) is arranged pivotably about the X-axis and / or about the Y-axis and / or about the Z-axis is / are.

Method according to one of claims 1 to 16, characterized in that - the building material ( 6 ) in the respective layer ( 17 . 18 ) transverse to the local direction of movement of the print head ( 3 ) with a material width ( 26 ) is applied, that in two layers adjacent in the Z-axis ( 17 . 18 ) the application of the building material ( 6 ) by half the width of the material ( 26 ) is offset.

Method according to one of claims 1 to 17, characterized in that - the respective layer ( 17 . 18 ) in a transverse direction (Q) is produced by the web, - that the webs ( 27 ) parallel to a longitudinal direction (L) extending perpendicular to the transverse direction (Q), - that the tracks ( 27 ) are adjacent to each other in the transverse direction (Q).

A method according to claim 18, characterized in that in the transverse direction (Q) adjacent tracks ( 27 ) by one material width ( 26 ), in which the building material ( 6 ) is applied, offset from one another.

A method according to claim 18 or 19, characterized in that the longitudinal direction (L) and the transverse direction (Q) in two layers (Z) adjacent in the Z-axis ( 17 . 18 ) are oriented differently to the X-axis and Y-axis.

Method according to one of claims 1 to 20, characterized in that - a print head ( 3 ) and the printing table ( 4 ) device ( 1 ) a change system ( 22 ), the at least one further nozzle ( 5 ' ) or at least one further printhead ( 3 ), that during the manufacture of the component ( 2 ) an automatic change of the print head ( 3 ) or at least one nozzle ( 5 . 5 ' ) is carried out.

Method according to one of claims 1 to 21, characterized in that the liquefied fibrous building material ( 6 ) in the building material nozzle ( 5 ) is rotated and / or mixed.

Method according to one of claims 1 to 22, characterized in that the fibrous building material ( 6 ) magnetically attractable particles ( 34 ) are mixed.

A method according to claim 23, characterized in that in a flowable state of the building material ( 6 ) in the building material nozzle ( 5 ) or after application by magnetic forces the particles ( 34 ) in the building material ( 6 ) for the multidirectional alignment of the fibers ( 19 ) are moved.

Method according to one of claims 1 to 24, characterized in that the liquid fibrous building material ( 6 ) in the building material nozzle ( 5 ) a gas is admixed, which during application of the building material ( 6 ) expands.

Method according to one of claims 1 to 25, characterized in that - the building material nozzle ( 5 ) the building material ( 6 ) is supplied in solid form, - that the building material ( 6 ) in the building material nozzle ( 5 ) by means of an internal heating device ( 13 ) is liquefied, - that the liquefied building material ( 6 ) when applied by means of an external heating device ( 29 ) is heated to a predetermined target temperature.

Method according to one of claims 1 to 26, characterized in that when producing a new layer ( 17 ) by applying building material ( 6 ) and / or support material ( 8th ) on the previously prepared old layer ( 18 ) the building material ( 6 ) of the old layer ( 18 ) at least in areas where construction material ( 6 ) of the new layer ( 17 ) is applied by means of a heating device ( 29 ) is heated.

Method according to one of claims 1 to 27, characterized in that the already produced layers ( 18 ) of the component ( 2 ) are heated by means of a heater.

Method according to one of claims 1 to 28, characterized in that after the production of a layer ( 18 ) is subjected to a post-treatment before the next layer ( 17 ) will be produced.

A method according to claim 29, characterized in that the post-treatment is designed as a mechanical and / or chemical aftertreatment.

A component made by a method according to any one of the preceding claims.